JP3339591B2 - 位置検出装置 - Google Patents
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- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
- G03F9/7049—Technique, e.g. interferometric
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
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- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
- G03F9/7073—Alignment marks and their environment
- G03F9/7076—Mark details, e.g. phase grating mark, temporary mark
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ヘテロダイン型の位置
検出装置に関するものであり、特に半導体製造装置にお
いてウエハ又はマスクを高精度に位置合わせするための
位置合わせ装置に適用して好適なものである。
検出装置に関するものであり、特に半導体製造装置にお
いてウエハ又はマスクを高精度に位置合わせするための
位置合わせ装置に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体素子又は液晶表示素子等の
微細パターンをフォトリソグラフィ技術を用いて高い分
解能で形成するために、フォトマスク又はレチクル（以
下「レチクル」と総称する）のパターン像を投影光学系
を介して感光基板上に転写する投影露光装置（例えば所
謂ステッパー）が多用されている。例えば、半導体素子
を製造する場合には、特に最近製造対象とする回路パタ
ーンの高密度化が要求されており、投影露光装置におい
てもより微細なパターンを正確にウエハ上に転写するこ
とが求められている。
微細パターンをフォトリソグラフィ技術を用いて高い分
解能で形成するために、フォトマスク又はレチクル（以
下「レチクル」と総称する）のパターン像を投影光学系
を介して感光基板上に転写する投影露光装置（例えば所
謂ステッパー）が多用されている。例えば、半導体素子
を製造する場合には、特に最近製造対象とする回路パタ
ーンの高密度化が要求されており、投影露光装置におい
てもより微細なパターンを正確にウエハ上に転写するこ
とが求められている。
【０００３】また、一般に半導体素子はウエハ上に多数
層の回路パターンを積み上げて形成されるため、ウエハ
上の２層目以降に回路パターンを転写する際には、それ
までに形成されている回路パターンとこれから転写する
レチクルのパターンとの位置合わせ（アライメント）を
高精度に行う必要がある。上述のような製造対象とする
回路パターンの高密度化に伴って、アライメント精度を
より高精度化することが求められている。
層の回路パターンを積み上げて形成されるため、ウエハ
上の２層目以降に回路パターンを転写する際には、それ
までに形成されている回路パターンとこれから転写する
レチクルのパターンとの位置合わせ（アライメント）を
高精度に行う必要がある。上述のような製造対象とする
回路パターンの高密度化に伴って、アライメント精度を
より高精度化することが求められている。
【０００４】そのように高精度にアライメントを行う際
の、レチクル及び／又はウエハの位置を高精度に検出す
る位置検出装置として、例えば特開昭６２−２６１００
３号公報において、ヘテロダイン干渉法を利用して高精
度な位置検出を行う装置が開示されている。この位置検
出装置は、僅かに周波数が異なるＰ偏光成分とＳ偏光成
分とを含む光束を射出するゼーマンレーザ光源を位置検
出用の光の光源としている。この場合、そのゼーマンレ
ーザ光源からの光束を、偏光ビームスプリッターにより
周波数ｆ1 のＰ偏光の光束と周波数ｆ2 のＳ偏光成分の
光束とに分割し、このように分割された各光束をそれぞ
れ反射ミラーを介して、レチクル上に形成されたアライ
メントマークとしての回折格子マーク上に所定の２方向
から照射するようにしている。更に、そのレチクル上の
回折格子マークに隣接した位置には透過窓が設けられて
おり、その回折格子マーク上に照射される光束の一部
は、その透過窓を通してウエハ上に形成されたアライメ
ントマークとしての回折格子マーク上を所定の２方向か
ら照射している。
の、レチクル及び／又はウエハの位置を高精度に検出す
る位置検出装置として、例えば特開昭６２−２６１００
３号公報において、ヘテロダイン干渉法を利用して高精
度な位置検出を行う装置が開示されている。この位置検
出装置は、僅かに周波数が異なるＰ偏光成分とＳ偏光成
分とを含む光束を射出するゼーマンレーザ光源を位置検
出用の光の光源としている。この場合、そのゼーマンレ
ーザ光源からの光束を、偏光ビームスプリッターにより
周波数ｆ1 のＰ偏光の光束と周波数ｆ2 のＳ偏光成分の
光束とに分割し、このように分割された各光束をそれぞ
れ反射ミラーを介して、レチクル上に形成されたアライ
メントマークとしての回折格子マーク上に所定の２方向
から照射するようにしている。更に、そのレチクル上の
回折格子マークに隣接した位置には透過窓が設けられて
おり、その回折格子マーク上に照射される光束の一部
は、その透過窓を通してウエハ上に形成されたアライメ
ントマークとしての回折格子マーク上を所定の２方向か
ら照射している。
【０００５】このように各回折格子マークを互いに異な
る周波数を持つ２光束が２方向から照射することによ
り、各回折格子マークから発生する回折光を検出系の偏
光板を介して互いに干渉させ、各々の干渉光をそれぞれ
光電検出器により光電変換して２つの光ビート信号を得
ている。この際、２つの光ビート信号の相対的な位相差
が、レチクル上の回折格子マーク上で交差する２光束の
位置とウエハ上の回折格子マーク上で交差する２光束の
位置とのずれ量に対応するため、例えば検出された何れ
か一方の光ビート信号を基準信号として、その位相差が
所定の量（例えば零）になるように、レチクルとウエハ
とを相対的に移動させることにより高精度な位置合わせ
が行われる。
る周波数を持つ２光束が２方向から照射することによ
り、各回折格子マークから発生する回折光を検出系の偏
光板を介して互いに干渉させ、各々の干渉光をそれぞれ
光電検出器により光電変換して２つの光ビート信号を得
ている。この際、２つの光ビート信号の相対的な位相差
が、レチクル上の回折格子マーク上で交差する２光束の
位置とウエハ上の回折格子マーク上で交差する２光束の
位置とのずれ量に対応するため、例えば検出された何れ
か一方の光ビート信号を基準信号として、その位相差が
所定の量（例えば零）になるように、レチクルとウエハ
とを相対的に移動させることにより高精度な位置合わせ
が行われる。
【０００６】しかしながら、この特開昭６２−２６１０
０３号公報に開示された位置検出装置では、Ｐ偏光成分
とＳ偏光成分とを完全に分離することが困難であり、例
えば回折格子マークに照射される本来の周波数がｆ1 の
光束に周波数ｆ2 の光束が混入し、得られる光ビート信
号のＳＮ比が悪いという不都合があった。そこで、特開
平２−２２７６０４号公報において、ヘテロダイン干渉
法を利用して良好なＳＮ比で位置検出を行う別の位置検
出装置が提案された。
０３号公報に開示された位置検出装置では、Ｐ偏光成分
とＳ偏光成分とを完全に分離することが困難であり、例
えば回折格子マークに照射される本来の周波数がｆ1 の
光束に周波数ｆ2 の光束が混入し、得られる光ビート信
号のＳＮ比が悪いという不都合があった。そこで、特開
平２−２２７６０４号公報において、ヘテロダイン干渉
法を利用して良好なＳＮ比で位置検出を行う別の位置検
出装置が提案された。
【０００７】この位置検出装置は、レーザ光源からの光
束をビームスプリッター等で２分割した後、各々の光束
を異なる２つの音響光学変調素子（ＡＯＭ）に通すこと
により、これら２つの光束に周波数差を持たせている。
そして、この互いに異なる周波数差を持つ２光束をレチ
クル及びウエハ上の各回折格子マークに対して２方向か
ら照射し、各回折格子マークからそれぞれ同一の方向に
発生する回折光同士を干渉させ、各々の干渉光をそれぞ
れ光電検出器により光電変換して２つの光ビート信号を
得て、これら２つの光ビート信号を用いてレチクルとウ
エハとの高精度な相対的な位置合わせが実現されてい
る。この構成によれば、異なる周波数の光束が混じるこ
とが無く、良好なＳＮ比で位置検出が行われる。
束をビームスプリッター等で２分割した後、各々の光束
を異なる２つの音響光学変調素子（ＡＯＭ）に通すこと
により、これら２つの光束に周波数差を持たせている。
そして、この互いに異なる周波数差を持つ２光束をレチ
クル及びウエハ上の各回折格子マークに対して２方向か
ら照射し、各回折格子マークからそれぞれ同一の方向に
発生する回折光同士を干渉させ、各々の干渉光をそれぞ
れ光電検出器により光電変換して２つの光ビート信号を
得て、これら２つの光ビート信号を用いてレチクルとウ
エハとの高精度な相対的な位置合わせが実現されてい
る。この構成によれば、異なる周波数の光束が混じるこ
とが無く、良好なＳＮ比で位置検出が行われる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
特開平２−２２７６０４号公報に開示されたヘテロダイ
ン干渉法による位置検出装置においては、互いに周波数
が異なる２つの光束（ヘテロダインビーム）を生成する
ために、レーザ光源からの光束を分割するための光学部
材（ビームスプリッター等）と、この光学部材から射出
される２つの光束に周波数差を与えるための２つの音響
光学変調素子とが使用され、構造が複雑で且つ大きいと
いう不都合があった。また、２つの音響光学変調素子を
配置することにより異なる周波数の２光束を得る構成で
は、各光学部材の調整が難しく、位置検出の精度を所定
の許容値以内に収めるのが困難であるという不都合もあ
った。
特開平２−２２７６０４号公報に開示されたヘテロダイ
ン干渉法による位置検出装置においては、互いに周波数
が異なる２つの光束（ヘテロダインビーム）を生成する
ために、レーザ光源からの光束を分割するための光学部
材（ビームスプリッター等）と、この光学部材から射出
される２つの光束に周波数差を与えるための２つの音響
光学変調素子とが使用され、構造が複雑で且つ大きいと
いう不都合があった。また、２つの音響光学変調素子を
配置することにより異なる周波数の２光束を得る構成で
は、各光学部材の調整が難しく、位置検出の精度を所定
の許容値以内に収めるのが困難であるという不都合もあ
った。
【０００９】更に、上述の特開平２−２２７６０４号公
報に開示されたヘテロダイン干渉法による位置検出装置
では、レーザ光源からの光束を分割して互いに周波数が
異なる２つの光束（ヘテロダインビーム）を生成する際
に、分割された２光束の光路差が波長に比して大きくな
っていた。そのため、位置検出用の光として、原理的に
レーザビーム等の単色光を用いざるを得ず、レチクル上
の回路パターンを転写するためにウエハ上にレジスト
（感光材）が塗布された状態のもとで位置合わせを行お
うとすると、このレジストによる薄膜干渉の悪影響を受
けて、位置合わせ精度が低下するという不都合があっ
た。
報に開示されたヘテロダイン干渉法による位置検出装置
では、レーザ光源からの光束を分割して互いに周波数が
異なる２つの光束（ヘテロダインビーム）を生成する際
に、分割された２光束の光路差が波長に比して大きくな
っていた。そのため、位置検出用の光として、原理的に
レーザビーム等の単色光を用いざるを得ず、レチクル上
の回路パターンを転写するためにウエハ上にレジスト
（感光材）が塗布された状態のもとで位置合わせを行お
うとすると、このレジストによる薄膜干渉の悪影響を受
けて、位置合わせ精度が低下するという不都合があっ
た。
【００１０】また、一般にウエハは各プロセスを経るこ
とにより、位置合わせ用のマークの断面形状が崩れ、こ
の断面形状が非対称になる。この場合、レーザビーム等
の単色光の干渉を利用して位置合わせを行う方式では、
その位置合わせ用のマークの断面形状が非対称となるこ
とに伴って、その位置合わせ用のマークの位置検出の精
度が低下するという不都合があった。
とにより、位置合わせ用のマークの断面形状が崩れ、こ
の断面形状が非対称になる。この場合、レーザビーム等
の単色光の干渉を利用して位置合わせを行う方式では、
その位置合わせ用のマークの断面形状が非対称となるこ
とに伴って、その位置合わせ用のマークの位置検出の精
度が低下するという不都合があった。
【００１１】本発明は斯かる点に鑑み、比較的簡単な構
成で各光学部材の調整が容易なヘテロダイン干渉法を用
いた位置検出装置を提供することを目的とする。更に、
本発明は、レチクルのパターンが転写される基板上の感
光材における位置検出用の光の薄膜干渉による検出誤差
及び位置合わせ用のマークの非対称性による検出誤差を
小さくして、高精度に位置検出を行うことができるヘテ
ロダイン干渉法を用いた位置検出装置を提供することを
も目的とする。
成で各光学部材の調整が容易なヘテロダイン干渉法を用
いた位置検出装置を提供することを目的とする。更に、
本発明は、レチクルのパターンが転写される基板上の感
光材における位置検出用の光の薄膜干渉による検出誤差
及び位置合わせ用のマークの非対称性による検出誤差を
小さくして、高精度に位置検出を行うことができるヘテ
ロダイン干渉法を用いた位置検出装置を提供することを
も目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明による第１の位置
検出装置は、例えば図１に示す如く、互いに周波数が異
なる２光束を生成する２光束生成手段と、この２光束生
成手段からの２光束を集光して被検物（４）上に形成さ
れた回折格子（ＷＭ）に対してそれら２光束を所定の２
方向から照射する対物光学系（３８，３）と、回折格子
（ＷＭ）から同一方向に発生する回折光同士による干渉
光を対物光学系（３８，３）を介して光電的に検出する
検出器（３３）とを有し、被検物（４）の位置を検出す
る位置検出装置において、その２光束生成手段は、単一
の波長又は複数の波長の光束を供給する光源手段（１０
〜１２）と、その光源手段からの光束より所定の周波数
差を有する２光束を生成する周波数差生成手段（１７）
とを有し、その周波数差生成手段は、その光源手段から
供給されるその光束を回折及び変調させる進行波を内部
に発生させ、光源手段（１０〜１２）から周波数差生成
手段（１７）に対して供給される光束をその進行波の波
面に対して平行に入射させ、その進行波により生成され
るそれぞれ異なる周波数を持つ別の次数の２つの回折光
を対物光学系（３８，３）へ導く構成としたものであ
る。
検出装置は、例えば図１に示す如く、互いに周波数が異
なる２光束を生成する２光束生成手段と、この２光束生
成手段からの２光束を集光して被検物（４）上に形成さ
れた回折格子（ＷＭ）に対してそれら２光束を所定の２
方向から照射する対物光学系（３８，３）と、回折格子
（ＷＭ）から同一方向に発生する回折光同士による干渉
光を対物光学系（３８，３）を介して光電的に検出する
検出器（３３）とを有し、被検物（４）の位置を検出す
る位置検出装置において、その２光束生成手段は、単一
の波長又は複数の波長の光束を供給する光源手段（１０
〜１２）と、その光源手段からの光束より所定の周波数
差を有する２光束を生成する周波数差生成手段（１７）
とを有し、その周波数差生成手段は、その光源手段から
供給されるその光束を回折及び変調させる進行波を内部
に発生させ、光源手段（１０〜１２）から周波数差生成
手段（１７）に対して供給される光束をその進行波の波
面に対して平行に入射させ、その進行波により生成され
るそれぞれ異なる周波数を持つ別の次数の２つの回折光
を対物光学系（３８，３）へ導く構成としたものであ
る。
【００１３】また、本発明による第２の位置検出装置
は、例えば図６に示すように、互いに周波数が異なる２
光束を生成する２光束生成手段と、この２光束生成手段
からの２光束を集光して被検物（４）上に形成された回
折格子（ＷＭ）に対してその２光束を所定の２方向から
照射する対物光学系（３８，３）と、その回折格子から
発生する回折光同士をその対物光学系を介して光電的に
検出する検出器（３３）とを有し、その被検物の位置を
検出する位置検出装置において、その２光束生成手段
は、単一の波長又は複数の波長の光束を供給する光源手
段（１０〜１２）と、この光源手段から供給される光束
を回折及び変調させる進行波を利用して、その光源手段
からの光束より所定の周波数差を有する２光束を生成す
る第１の周波数差生成手段（１７）と、その第１の周波
数差生成手段で生成された所定の周波数差を有する各波
長の２光束を集光するリレー光学系（１８ａ，１８ｂ）
と、このリレー光学系により集光された２光束を回折及
び変調させる進行波を利用して、そのリレー光学系から
の２光束に所定の第２の周波数差を与える第２の周波数
差生成手段（６０）とを有し、その光源手段からその第
１の周波数差生成手段に対して供給される光束をその進
行波の波面に対して平行に入射させ、その進行波により
生成されるそれぞれ異なる周波数を持つ別の次数の２つ
の回折光をその第２の周波数差生成手段へ導く構成と
し、そのリレー光学系は、その第１の周波数差生成手段
の回折点をその第２の周波数差生成手段の回折点にリレ
ーする構成としたものである。 また、本発明による投影
露光装置は、フォトマスク（１）上のパターン像を投影
光学系（３）を介して感光基板（４）上に転写する投影
露光装置において、そのフォトマスク又はその感光基板
を位置合わせするために本発明の位置検出装置を備える
ものである。 また、本発明による投影露光方法は、フォ
トマスク（１）上のパターン像を投影光学系（３）を介
して感光基板（４）上に転写する投影露光方法におい
て、本発明の位置検出装置を用いてそのフォトマスク又
はその感光基板を位置合わせする工程を有するものであ
る。
は、例えば図６に示すように、互いに周波数が異なる２
光束を生成する２光束生成手段と、この２光束生成手段
からの２光束を集光して被検物（４）上に形成された回
折格子（ＷＭ）に対してその２光束を所定の２方向から
照射する対物光学系（３８，３）と、その回折格子から
発生する回折光同士をその対物光学系を介して光電的に
検出する検出器（３３）とを有し、その被検物の位置を
検出する位置検出装置において、その２光束生成手段
は、単一の波長又は複数の波長の光束を供給する光源手
段（１０〜１２）と、この光源手段から供給される光束
を回折及び変調させる進行波を利用して、その光源手段
からの光束より所定の周波数差を有する２光束を生成す
る第１の周波数差生成手段（１７）と、その第１の周波
数差生成手段で生成された所定の周波数差を有する各波
長の２光束を集光するリレー光学系（１８ａ，１８ｂ）
と、このリレー光学系により集光された２光束を回折及
び変調させる進行波を利用して、そのリレー光学系から
の２光束に所定の第２の周波数差を与える第２の周波数
差生成手段（６０）とを有し、その光源手段からその第
１の周波数差生成手段に対して供給される光束をその進
行波の波面に対して平行に入射させ、その進行波により
生成されるそれぞれ異なる周波数を持つ別の次数の２つ
の回折光をその第２の周波数差生成手段へ導く構成と
し、そのリレー光学系は、その第１の周波数差生成手段
の回折点をその第２の周波数差生成手段の回折点にリレ
ーする構成としたものである。 また、本発明による投影
露光装置は、フォトマスク（１）上のパターン像を投影
光学系（３）を介して感光基板（４）上に転写する投影
露光装置において、そのフォトマスク又はその感光基板
を位置合わせするために本発明の位置検出装置を備える
ものである。 また、本発明による投影露光方法は、フォ
トマスク（１）上のパターン像を投影光学系（３）を介
して感光基板（４）上に転写する投影露光方法におい
て、本発明の位置検出装置を用いてそのフォトマスク又
はその感光基板を位置合わせする工程を有するものであ
る。
【００１４】
【作用】斯かる本発明によれば、光源手段（１０〜１
２）から供給される光束が、周波数差生成手段（１７）
内の進行波の波面に対して平行に入射する。その周波数
差生成手段（１７）が例えば音響光学変調素子であると
すると、図４に示すように、その光源手段（１０〜１
２）からの光束は、その音響光学変調素子（１７）内で
発生される超音波の進行波の波面に平行に入射すること
になる。すると、その入射した光束は所謂ラマン−ナス
（Raman-Nath）回折を起こす。即ち、その音響光学変調
素子（１７）からの０次光は入射光軸に平行に射出さ
れ、±ｎ次（ｎ＝１，２，‥‥）の回折光はそれぞれ入
射光軸に対称に回折され、同一次数（±ｎ次）の２光束
はそれぞれ一様に±ｎｆ（ｆは音響光学変調素子（１
７）内の超音波の振動数）の変調を受ける。
２）から供給される光束が、周波数差生成手段（１７）
内の進行波の波面に対して平行に入射する。その周波数
差生成手段（１７）が例えば音響光学変調素子であると
すると、図４に示すように、その光源手段（１０〜１
２）からの光束は、その音響光学変調素子（１７）内で
発生される超音波の進行波の波面に平行に入射すること
になる。すると、その入射した光束は所謂ラマン−ナス
（Raman-Nath）回折を起こす。即ち、その音響光学変調
素子（１７）からの０次光は入射光軸に平行に射出さ
れ、±ｎ次（ｎ＝１，２，‥‥）の回折光はそれぞれ入
射光軸に対称に回折され、同一次数（±ｎ次）の２光束
はそれぞれ一様に±ｎｆ（ｆは音響光学変調素子（１
７）内の超音波の振動数）の変調を受ける。
【００１５】従って、例えば、±１次回折光の場合はこ
れらの２光束は互いに２ｆの周波数差を持ったヘテロダ
インビームになる。この２光束を用いることによりヘテ
ロダイン干渉法の位置検出を行うことができる。この場
合、ラマン−ナス回折を使用することにより、１個の音
響光学変調素子（１７）で、光束の分割及び周波数差の
付与の２つの機能を果たすことができ、装置の構成が簡
略化され且つ小型化される。
れらの２光束は互いに２ｆの周波数差を持ったヘテロダ
インビームになる。この２光束を用いることによりヘテ
ロダイン干渉法の位置検出を行うことができる。この場
合、ラマン−ナス回折を使用することにより、１個の音
響光学変調素子（１７）で、光束の分割及び周波数差の
付与の２つの機能を果たすことができ、装置の構成が簡
略化され且つ小型化される。
【００１６】また、本発明ではラマン−ナス回折を使用
することにより、位置検出用の光として複数の波長の光
（多波長光）をも使用することができる。これについて
説明するため、その周波数差生成手段（１７）が音響光
学変調素子であるとする。この場合、光源手段（１０〜
１２）から供給される複数の波長の光を含む光束が音響
光学変調素子（１７）内の超音波の進行波の波面に平行
に入射する。すると、ラマン−ナス回折により、各波長
の光束においてそれぞれ±ｎ次（ｎ＝１．２．…）の回
折光は入射光軸に対称に回折され、同一次数の各波長の
２光束は一様に±ｎｆの変調を受ける。例えば、±１次
回折光の場合はこれらの２光束は互いに２ｆの周波数差
を持ったヘテロダインビームになる。この２光束をリレ
ーして再結像させた場合には各波長について２光束の光
路差がないので、再結像点では各波長とも同一ピッチ、
同一位相で干渉縞が流れる。
することにより、位置検出用の光として複数の波長の光
（多波長光）をも使用することができる。これについて
説明するため、その周波数差生成手段（１７）が音響光
学変調素子であるとする。この場合、光源手段（１０〜
１２）から供給される複数の波長の光を含む光束が音響
光学変調素子（１７）内の超音波の進行波の波面に平行
に入射する。すると、ラマン−ナス回折により、各波長
の光束においてそれぞれ±ｎ次（ｎ＝１．２．…）の回
折光は入射光軸に対称に回折され、同一次数の各波長の
２光束は一様に±ｎｆの変調を受ける。例えば、±１次
回折光の場合はこれらの２光束は互いに２ｆの周波数差
を持ったヘテロダインビームになる。この２光束をリレ
ーして再結像させた場合には各波長について２光束の光
路差がないので、再結像点では各波長とも同一ピッチ、
同一位相で干渉縞が流れる。
【００１７】このため、被検物（１，４）上の回折格子
（ＲＭ，ＷＭ）に対して、各波長毎にそれぞれ異なる所
定の角度のもとで２方向から照明が行われ、この回折格
子上で各波長の２光束により形成される各波長毎の干渉
縞は全く位相差が無く、ほぼ完全に一致する。従って、
回折格子（ＲＭ，ＷＭ）の位置情報を含んだ光ビート信
号を各波長毎に位相（光ビート信号の位相）が揃った状
態で重畳して検出できるため、検出信号の平均化効果に
より回折格子（ＲＭ，ＷＭ）の非対称性による悪影響を
抑えつつ、高精度な位置検出が可能となる。しかも、被
検物（４）上の回折格子（ＷＭ）に対して多波長の光を
照射しているため、被検物（４）上の感光材（例えばレ
ジスト）の薄膜干渉による悪影響をも抑えることができ
る。
（ＲＭ，ＷＭ）に対して、各波長毎にそれぞれ異なる所
定の角度のもとで２方向から照明が行われ、この回折格
子上で各波長の２光束により形成される各波長毎の干渉
縞は全く位相差が無く、ほぼ完全に一致する。従って、
回折格子（ＲＭ，ＷＭ）の位置情報を含んだ光ビート信
号を各波長毎に位相（光ビート信号の位相）が揃った状
態で重畳して検出できるため、検出信号の平均化効果に
より回折格子（ＲＭ，ＷＭ）の非対称性による悪影響を
抑えつつ、高精度な位置検出が可能となる。しかも、被
検物（４）上の回折格子（ＷＭ）に対して多波長の光を
照射しているため、被検物（４）上の感光材（例えばレ
ジスト）の薄膜干渉による悪影響をも抑えることができ
る。
【００１８】また、音響光学変調素子は例えば数１０Ｍ
Ｈｚで駆動されるため、１個の音響光学変調素子のみを
使用した場合には、得られる２光束の周波数差が大きく
なり過ぎることがある。これに対して、例えば図７に示
すように、その２光束生成手段が、周波数差生成手段
（１７）で生成された所定の周波数差を有する各波長の
２光束を集光するリレー光学系（１８ａ，１８ｂ）と、
このリレー光学系により集光された２光束を回折及び変
調させる進行波を利用して、そのリレー光学系からの２
光束に所定の第２の周波数差を与える第２の周波数差生
成手段（６０）とを有する場合には、周波数差生成手段
（１７）で付与する周波数差と第２の周波数差生成手段
（６０）で付与する周波数差とを逆符号で且つ大きさを
僅かに異ならしめることにより、回折格子（ＲＭ，Ｗ
Ｍ）に照射される２光束の周波数差を適度な値に容易に
設定できる。
Ｈｚで駆動されるため、１個の音響光学変調素子のみを
使用した場合には、得られる２光束の周波数差が大きく
なり過ぎることがある。これに対して、例えば図７に示
すように、その２光束生成手段が、周波数差生成手段
（１７）で生成された所定の周波数差を有する各波長の
２光束を集光するリレー光学系（１８ａ，１８ｂ）と、
このリレー光学系により集光された２光束を回折及び変
調させる進行波を利用して、そのリレー光学系からの２
光束に所定の第２の周波数差を与える第２の周波数差生
成手段（６０）とを有する場合には、周波数差生成手段
（１７）で付与する周波数差と第２の周波数差生成手段
（６０）で付与する周波数差とを逆符号で且つ大きさを
僅かに異ならしめることにより、回折格子（ＲＭ，Ｗ
Ｍ）に照射される２光束の周波数差を適度な値に容易に
設定できる。
【００１９】
【実施例】以下、本発明による位置検出装置の第１実施
例につき図１〜図５を参照して説明する。図１は、本実
施例の位置検出装置を備えた投影露光装置の概略的な構
成を示し、この図１において、転写用の回路パターン
と、その回路パターンの周辺部に設けられたアライメン
ト用の回折格子マークＲＭとを有するレチクル１は、２
次元的に移動可能なレチクルステージ２上に保持されて
いる。レチクル１のパターン形成面は、投影対物レンズ
３に関してウエハ４の露光面と共役になるように配置さ
れている。
例につき図１〜図５を参照して説明する。図１は、本実
施例の位置検出装置を備えた投影露光装置の概略的な構
成を示し、この図１において、転写用の回路パターン
と、その回路パターンの周辺部に設けられたアライメン
ト用の回折格子マークＲＭとを有するレチクル１は、２
次元的に移動可能なレチクルステージ２上に保持されて
いる。レチクル１のパターン形成面は、投影対物レンズ
３に関してウエハ４の露光面と共役になるように配置さ
れている。
【００２０】レチクル１の斜め上方に照明光学系４０が
配置され、照明光学系４０からの露光光は、レチクル１
の上方に４５゜の傾斜角で斜設されたダイクロイックミ
ラー６により下方へ反射されて、レチクル１を均一な照
度分布で照明する。このように照明されたレチクル１上
のパターンは、投影対物レンズ３によりウエハ４上に転
写される。ウエハ４上の各ショット領域の近傍には、そ
れぞれレチクル１上に形成された回折格子マークＲＭと
同様のアライメント用の回折格子マークＷＭが形成され
ている。
配置され、照明光学系４０からの露光光は、レチクル１
の上方に４５゜の傾斜角で斜設されたダイクロイックミ
ラー６により下方へ反射されて、レチクル１を均一な照
度分布で照明する。このように照明されたレチクル１上
のパターンは、投影対物レンズ３によりウエハ４上に転
写される。ウエハ４上の各ショット領域の近傍には、そ
れぞれレチクル１上に形成された回折格子マークＲＭと
同様のアライメント用の回折格子マークＷＭが形成され
ている。
【００２１】ウエハ４は、ステップ・アンド・リピート
方式で２次元的に移動するウエハステージ５上に保持さ
れ、ウエハ４上の１つのショット領域に対するレチクル
パターンの転写が完了すると、ウエハ４上の次のショッ
ト領域が投影対物レンズ３の露光フィールドにステッピ
ングされる。レチクルステージ２及びウエハステージ５
におけるｘ方向、ｙ方向及び回転方向（θ方向）の位置
を独立に検出するための不図示の干渉計が各ステージに
設けられており、各方向における各ステージの駆動は不
図示の駆動モータにより行われる。
方式で２次元的に移動するウエハステージ５上に保持さ
れ、ウエハ４上の１つのショット領域に対するレチクル
パターンの転写が完了すると、ウエハ４上の次のショッ
ト領域が投影対物レンズ３の露光フィールドにステッピ
ングされる。レチクルステージ２及びウエハステージ５
におけるｘ方向、ｙ方向及び回転方向（θ方向）の位置
を独立に検出するための不図示の干渉計が各ステージに
設けられており、各方向における各ステージの駆動は不
図示の駆動モータにより行われる。
【００２２】一方、回折格子マークＲＭ及び回折格子マ
ークＷＭの位置を検出するためのアライメント光学系
が、ダイクロイックミラー６の上方に設けられている。
このアライメント光学系において、白色光源１０は、露
光光とは異なる波長帯の光を供給するＸｅランプ又はハ
ロゲンランプ等の光源である。白色光源１０からの白色
光は、口径可変な可変絞り１１及びコンデンサーレンズ
１２を介することにより平行な光束Ｌ0 に変換された
後、所定の波長域の光を抽出するバンドパスフィルター
１３を介して音響光学変調素子（以下、「ＡＯＭ」と称
する。）１７に対してその進行波の波面に平行に入射す
る（詳細後述）。
ークＷＭの位置を検出するためのアライメント光学系
が、ダイクロイックミラー６の上方に設けられている。
このアライメント光学系において、白色光源１０は、露
光光とは異なる波長帯の光を供給するＸｅランプ又はハ
ロゲンランプ等の光源である。白色光源１０からの白色
光は、口径可変な可変絞り１１及びコンデンサーレンズ
１２を介することにより平行な光束Ｌ0 に変換された
後、所定の波長域の光を抽出するバンドパスフィルター
１３を介して音響光学変調素子（以下、「ＡＯＭ」と称
する。）１７に対してその進行波の波面に平行に入射す
る（詳細後述）。
【００２３】ＡＯＭ１７は、周波数ｆ1 の高周波信号Ｓ
Ｆ1 で駆動されており、所定の波長域の光束Ｌ0 はＡＯ
Ｍ１７によりラマン−ナス回折作用を受ける。ここで、
所定の波長域の光束Ｌ0 の周波数をｆ0 とすると、光束
Ｌ0 の１次回折光Ｌ0(1)（以下、「光束Ｌ0(1)」と称す
る。）はＡＯＭ１７により（ｆ0+ｆ1)の周波数変調を受
け、光束Ｌ0 の−１次回折光Ｌ0(-1)(以下、「光束Ｌ
0(-1) 」と称する。）はＡＯＭ１７により（ｆ0-ｆ1)の
周波数変調を受ける。
Ｆ1 で駆動されており、所定の波長域の光束Ｌ0 はＡＯ
Ｍ１７によりラマン−ナス回折作用を受ける。ここで、
所定の波長域の光束Ｌ0 の周波数をｆ0 とすると、光束
Ｌ0 の１次回折光Ｌ0(1)（以下、「光束Ｌ0(1)」と称す
る。）はＡＯＭ１７により（ｆ0+ｆ1)の周波数変調を受
け、光束Ｌ0 の−１次回折光Ｌ0(-1)(以下、「光束Ｌ
0(-1) 」と称する。）はＡＯＭ１７により（ｆ0-ｆ1)の
周波数変調を受ける。
【００２４】その後、光束Ｌ0(1)及び光束Ｌ0(-1) は、
レンズ１８ａ、反射ミラー２０、レンズ１８ｂ、レンズ
２１を経た後、ビームスプリッター２２によりそれぞれ
２分割される。なお、レンズ１８ａとレンズ１８ｂとで
構成されるリレー光学系の間には、１次回折光Ｌ0(1)と
−１次回折光Ｌ0(-1) とを抽出するための空間フィルタ
ー１９が設けられている。
レンズ１８ａ、反射ミラー２０、レンズ１８ｂ、レンズ
２１を経た後、ビームスプリッター２２によりそれぞれ
２分割される。なお、レンズ１８ａとレンズ１８ｂとで
構成されるリレー光学系の間には、１次回折光Ｌ0(1)と
−１次回折光Ｌ0(-1) とを抽出するための空間フィルタ
ー１９が設けられている。
【００２５】ビームスプリッター２２を透過した光束Ｌ
0(1)及び光束Ｌ0(-1) はレンズ２３により集光され、こ
の集光位置に設けられた参照用の回折格子２４上には、
ピッチ方向に沿って流れる干渉縞が形成される。そし
て、この回折格子２４を介した回折光が検出器２５にて
参照用の光ビート信号として光電検出される。一方、ビ
ームスプリッター２２で反射された光束Ｌ0(1)及び光束
Ｌ0(-1) は、リレー光学系（２６ａ，２６ｂ，２７）、
ビームスプリッター２８、平行平面板３７を通過する。
この平行平面板３７は、投影対物レンズ３の瞳共役位置
又はその近傍に、アライメント光学系の光軸に対して傾
角可変に設けられ、テレセントリック性を維持するため
の機能を有する。なお、平行平面板３７の代わりに、厚
さが厚い粗調整用の平行平面板と、厚さが薄い微調整用
の平行平面板とを組み合わせた構成の部材を使用しても
良い。
0(1)及び光束Ｌ0(-1) はレンズ２３により集光され、こ
の集光位置に設けられた参照用の回折格子２４上には、
ピッチ方向に沿って流れる干渉縞が形成される。そし
て、この回折格子２４を介した回折光が検出器２５にて
参照用の光ビート信号として光電検出される。一方、ビ
ームスプリッター２２で反射された光束Ｌ0(1)及び光束
Ｌ0(-1) は、リレー光学系（２６ａ，２６ｂ，２７）、
ビームスプリッター２８、平行平面板３７を通過する。
この平行平面板３７は、投影対物レンズ３の瞳共役位置
又はその近傍に、アライメント光学系の光軸に対して傾
角可変に設けられ、テレセントリック性を維持するため
の機能を有する。なお、平行平面板３７の代わりに、厚
さが厚い粗調整用の平行平面板と、厚さが薄い微調整用
の平行平面板とを組み合わせた構成の部材を使用しても
良い。
【００２６】平行平面板３７を通過した光束Ｌ0(1)及び
光束Ｌ0(-1) は、対物レンズ３８、ダイクロイックミラ
ー６を介して、所定の交差角を持つ２方向からレチクル
１上の回折格子マークＲＭを照明する。なお、投影対物
レンズ３がアライメント光に対して色収差補正されてい
ない場合には、対物レンズ３８は、特開昭６３−２８３
１２９号公報にて提案されている２焦点光学系で構成す
ることが望ましい。これにより、２焦点光学系に入射す
る２光束は互いに直交する偏光光にそれぞれ分割され、
第１焦点へ向かう一方の偏光光同士がレチクル上で集光
し、第２焦点へ向かう他方の偏光光同士がウエハ上で集
光する。
光束Ｌ0(-1) は、対物レンズ３８、ダイクロイックミラ
ー６を介して、所定の交差角を持つ２方向からレチクル
１上の回折格子マークＲＭを照明する。なお、投影対物
レンズ３がアライメント光に対して色収差補正されてい
ない場合には、対物レンズ３８は、特開昭６３−２８３
１２９号公報にて提案されている２焦点光学系で構成す
ることが望ましい。これにより、２焦点光学系に入射す
る２光束は互いに直交する偏光光にそれぞれ分割され、
第１焦点へ向かう一方の偏光光同士がレチクル上で集光
し、第２焦点へ向かう他方の偏光光同士がウエハ上で集
光する。
【００２７】さて、光束Ｌ0(1)及び光束Ｌ0(-1) は、レ
チクル上の回折格子マークＲＭを照明するが、レチクル
１には、図２（ａ）に示す如く、回折格子マークＲＭと
並列的にアライメント光用の透過窓Ｐ0 が設けられてお
り、図２（ｂ）に示す如く、ウエハ４上でその透過窓Ｐ
0 に対応する位置に、回折格子マークＷＭが形成されて
いる。
チクル上の回折格子マークＲＭを照明するが、レチクル
１には、図２（ａ）に示す如く、回折格子マークＲＭと
並列的にアライメント光用の透過窓Ｐ0 が設けられてお
り、図２（ｂ）に示す如く、ウエハ４上でその透過窓Ｐ
0 に対応する位置に、回折格子マークＷＭが形成されて
いる。
【００２８】そして、光束Ｌ0(1)及び光束Ｌ0(-1) とが
回折格子マークＲＭを２方向から照明するときの交差角
は、回折格子マークＲＭのピッチをＰRM、光源１０から
供給される光の基準波長をλ0、光束Ｌ0(1)又は光束Ｌ0
(-1) の回折格子マークＲＭに対する入射角をθRMとす
るとき、 （１） sin θRM＝λ0／ＰRM の関係を満足するように設定されている。
回折格子マークＲＭを２方向から照明するときの交差角
は、回折格子マークＲＭのピッチをＰRM、光源１０から
供給される光の基準波長をλ0、光束Ｌ0(1)又は光束Ｌ0
(-1) の回折格子マークＲＭに対する入射角をθRMとす
るとき、 （１） sin θRM＝λ0／ＰRM の関係を満足するように設定されている。
【００２９】これにより、回折格子マークＲＭから発生
する±１次回折光は、再びダイクロイックミラー６、対
物レンズ３８、平行平面板３７を通過して、ビームスプ
リッター２８で反射された後、レンズ２９及びビームス
プリッター３０を介して、視野絞り３４に達する。この
視野絞り３４は、レチクル１と共役な位置に設けられ、
具体的には、図３（ａ）の斜線部で示す如く、レチクル
１の回折各子マークＲＭからの回折光のみを通過させる
ように、回折格子マークＲＭと共役な位置に開口部ＳRM
が設けられている。視野絞り３４を通過した回折格子マ
ークＲＭからの回折光は、０次回折光をカットする空間
フィルター３５によりフィルタリングされて、±１次回
折光のみが検出器３６に達し、この検出器３６にてレチ
クル１の位置情報を含んだ光ビート信号が光電検出され
る。
する±１次回折光は、再びダイクロイックミラー６、対
物レンズ３８、平行平面板３７を通過して、ビームスプ
リッター２８で反射された後、レンズ２９及びビームス
プリッター３０を介して、視野絞り３４に達する。この
視野絞り３４は、レチクル１と共役な位置に設けられ、
具体的には、図３（ａ）の斜線部で示す如く、レチクル
１の回折各子マークＲＭからの回折光のみを通過させる
ように、回折格子マークＲＭと共役な位置に開口部ＳRM
が設けられている。視野絞り３４を通過した回折格子マ
ークＲＭからの回折光は、０次回折光をカットする空間
フィルター３５によりフィルタリングされて、±１次回
折光のみが検出器３６に達し、この検出器３６にてレチ
クル１の位置情報を含んだ光ビート信号が光電検出され
る。
【００３０】一方、図１において、上記レチクル１の透
過窓Ｐ0 を通過した光束Ｌ0(1)及び光束Ｌ0(-1) の一部
は、投影対物レンズ３を介して、ウエハ４上の回折格子
マークＷＭを所定の交差角を持った２方向から照明し、
これにより回折格子マークＷＭ上には、ピッチ方向に沿
って流れる干渉縞が形成される。そして、この回折格子
マークＷＭの法線方向（投影対物レンズ３の光軸方向）
には、光束Ｌ0(1)の−１次回折光と、光束Ｌ0(-1) の＋
１次回折光とがそれぞれ発生する。
過窓Ｐ0 を通過した光束Ｌ0(1)及び光束Ｌ0(-1) の一部
は、投影対物レンズ３を介して、ウエハ４上の回折格子
マークＷＭを所定の交差角を持った２方向から照明し、
これにより回折格子マークＷＭ上には、ピッチ方向に沿
って流れる干渉縞が形成される。そして、この回折格子
マークＷＭの法線方向（投影対物レンズ３の光軸方向）
には、光束Ｌ0(1)の−１次回折光と、光束Ｌ0(-1) の＋
１次回折光とがそれぞれ発生する。
【００３１】ここで、光束Ｌ0(1)と光束Ｌ0(-1) とが回
折格子マークＷＭを２方向から照明するときの交差角
は、回折格子マークＷＭのピッチをＰWM、光源１０から
供給される光の基準波長をλ0、光束Ｌ0(1)又は光束Ｌ0
(-1) の回折格子ＷＭに対する入射角をθWMとすると
き、 （２） sin θWM＝λ0／ＰWM の関係を満足するように設定されている。
折格子マークＷＭを２方向から照明するときの交差角
は、回折格子マークＷＭのピッチをＰWM、光源１０から
供給される光の基準波長をλ0、光束Ｌ0(1)又は光束Ｌ0
(-1) の回折格子ＷＭに対する入射角をθWMとすると
き、 （２） sin θWM＝λ0／ＰWM の関係を満足するように設定されている。
【００３２】これにより、回折格子マークＷＭから発生
する±１次回折光は、再び投影対物レンズ３、透過窓Ｐ
0 （図２（ａ）参照）、ダイクロイックミラー６、対物
レンズ３８、平行平面板３７を通過してビームスプリッ
ター２８で反射された後、レンズ２９、ビームスプリッ
ター３０を経て視野絞り３１に達する。この視野絞り３
１は、ウエハ４と共役な位置に設けられており、具体的
には、図３（ｂ）の斜線部で示す如く、ウエハ４上の回
折格子マークＷＭからの回折光のみを通過させるよう
に、回折格子マークＷＭと共役な位置に開口部ＳWMが設
けられている。
する±１次回折光は、再び投影対物レンズ３、透過窓Ｐ
0 （図２（ａ）参照）、ダイクロイックミラー６、対物
レンズ３８、平行平面板３７を通過してビームスプリッ
ター２８で反射された後、レンズ２９、ビームスプリッ
ター３０を経て視野絞り３１に達する。この視野絞り３
１は、ウエハ４と共役な位置に設けられており、具体的
には、図３（ｂ）の斜線部で示す如く、ウエハ４上の回
折格子マークＷＭからの回折光のみを通過させるよう
に、回折格子マークＷＭと共役な位置に開口部ＳWMが設
けられている。
【００３３】このため、視野絞り３１を通過した回折格
子マークＷＭからの回折光は、０次回折光をカットする
空間フィルター３２によりフィルタリングされて、±１
次回折光のみが検出器３３に達し、この検出器３３にて
ウエハ４上の位置情報を含んだ光ビート信号が光電検出
される。ここで、各空間フィルター（３２，３５）はア
ライメント光学系の瞳と略共役な位置、即ち投影対物レ
ンズ３の瞳（射出瞳）と実質的に共役な配置にされ、レ
チクル１、ウエハ４上に形成された回折格子マーク（Ｒ
Ｍ，ＷＭ）からの０次回折光（正反射光）を遮断し、±
１次回折光（レチクル１、ウエハ４上の回折格子マーク
に対して垂直方向に発生する回折光）のみを通過させる
ように設定されている。また、検出器３３及び検出器３
６は、対物レンズ３８及びレンズ２９に関して、それぞ
れレチクル１及びウエハ４と略共役となるように配置さ
れている。
子マークＷＭからの回折光は、０次回折光をカットする
空間フィルター３２によりフィルタリングされて、±１
次回折光のみが検出器３３に達し、この検出器３３にて
ウエハ４上の位置情報を含んだ光ビート信号が光電検出
される。ここで、各空間フィルター（３２，３５）はア
ライメント光学系の瞳と略共役な位置、即ち投影対物レ
ンズ３の瞳（射出瞳）と実質的に共役な配置にされ、レ
チクル１、ウエハ４上に形成された回折格子マーク（Ｒ
Ｍ，ＷＭ）からの０次回折光（正反射光）を遮断し、±
１次回折光（レチクル１、ウエハ４上の回折格子マーク
に対して垂直方向に発生する回折光）のみを通過させる
ように設定されている。また、検出器３３及び検出器３
６は、対物レンズ３８及びレンズ２９に関して、それぞ
れレチクル１及びウエハ４と略共役となるように配置さ
れている。
【００３４】さて、以上にて説明したアライメント光学
系の構成により、各検出器（２５，３３，３６）から得
られる３つの信号は、共に同一の周波数Δｆ（＝｜２ｆ
1|）の正弦波状の光ビート信号を含んでおり、図１の位
相差検出系５０内の光ビート信号抽出部（フーリエ変換
回路）にて３つの光電信号を電気的にフーリエ変換し
て、周波数Δｆの正弦波状の３つの光ビート信号を精度
良く抽出する。
系の構成により、各検出器（２５，３３，３６）から得
られる３つの信号は、共に同一の周波数Δｆ（＝｜２ｆ
1|）の正弦波状の光ビート信号を含んでおり、図１の位
相差検出系５０内の光ビート信号抽出部（フーリエ変換
回路）にて３つの光電信号を電気的にフーリエ変換し
て、周波数Δｆの正弦波状の３つの光ビート信号を精度
良く抽出する。
【００３５】今、位置合わせされていない状態でレチク
ル１、ウエハ４が任意の位置で停止しているとすると、
この光ビート信号は、一定の位相だけずれることにな
る。ここで、レチクル１及びウエハ４からの各光ビート
信号の位相差（±１８０゜以内）は、レチクル１及びウ
エハ４上にそれぞれ形成された回折格子マークの格子ピ
ッチの１／２内の相対位置ずれ量に一義的に対応してい
る。
ル１、ウエハ４が任意の位置で停止しているとすると、
この光ビート信号は、一定の位相だけずれることにな
る。ここで、レチクル１及びウエハ４からの各光ビート
信号の位相差（±１８０゜以内）は、レチクル１及びウ
エハ４上にそれぞれ形成された回折格子マークの格子ピ
ッチの１／２内の相対位置ずれ量に一義的に対応してい
る。
【００３６】このため、レチクル１とウエハ４とが格子
配列方向に対して相対移動すると、相対位置ずれ量が各
回折格子マーク（ＲＭ，ＷＭ）の格子ピッチの１／２以
下の精度でプリアライメントし、主制御系５１が、サー
ボ系５２により位相差検出系５０で得られた位相差が零
又は所定の値となるようにレチクルステージ２又はウエ
ハステージ５を２次元移動させて位置合わせを行うこと
により、高精度な位置合わせが行われる。
配列方向に対して相対移動すると、相対位置ずれ量が各
回折格子マーク（ＲＭ，ＷＭ）の格子ピッチの１／２以
下の精度でプリアライメントし、主制御系５１が、サー
ボ系５２により位相差検出系５０で得られた位相差が零
又は所定の値となるようにレチクルステージ２又はウエ
ハステージ５を２次元移動させて位置合わせを行うこと
により、高精度な位置合わせが行われる。
【００３７】また、検出器２５により得られる参照用の
光ビート信号を基準信号として、この基準信号と各回折
格子マーク（ＲＭ，ＷＭ）からの光ビート信号との各々
の位相差が零又は所定の値となるように位置合わせを行
っても良い。また、ＡＯＭ１７を駆動するドライブ信号
を基準信号として利用することもできる。次に、図１に
示した第１実施例において、互いに異なる周波数の２光
束を生成する部分についてより具体的な構成及び原理を
図４を参照しながら説明する。
光ビート信号を基準信号として、この基準信号と各回折
格子マーク（ＲＭ，ＷＭ）からの光ビート信号との各々
の位相差が零又は所定の値となるように位置合わせを行
っても良い。また、ＡＯＭ１７を駆動するドライブ信号
を基準信号として利用することもできる。次に、図１に
示した第１実施例において、互いに異なる周波数の２光
束を生成する部分についてより具体的な構成及び原理を
図４を参照しながら説明する。
【００３８】図４は図１中の音響光学変調素子（ＡＯ
Ｍ）１７を示し、この図４に示す如く、白色光Ｌ0 がＡ
ＯＭ１７に対して、その進行波の波面に平行に入射す
る。この結果、ＡＯＭ１７の回折作用（ラマン−ナス回
折）により、各波面毎に各次数の回折光が発生する。
Ｍ）１７を示し、この図４に示す如く、白色光Ｌ0 がＡ
ＯＭ１７に対して、その進行波の波面に平行に入射す
る。この結果、ＡＯＭ１７の回折作用（ラマン−ナス回
折）により、各波面毎に各次数の回折光が発生する。
【００３９】このとき、波長λの入射光のＮ次の回折光
の回折角をφ1 、進行波のピッチをΛ1 とすると、次式
が成立している。 （３） sin φ1＝Ｎλ／Λ1 また、進行波のピッチΛ1 については、進行波の速度を
ｖ1 、周波数をｆ1 とすると、次式が成立する。
の回折角をφ1 、進行波のピッチをΛ1 とすると、次式
が成立している。 （３） sin φ1＝Ｎλ／Λ1 また、進行波のピッチΛ1 については、進行波の速度を
ｖ1 、周波数をｆ1 とすると、次式が成立する。
【００４０】（４） Λ1＝ｖ1／ｆ1 従って、±１次回折光については、（３）式は次のよう
になる。 （５） sin φ1＝ｆ1λ／ｖ1
になる。 （５） sin φ1＝ｆ1λ／ｖ1
【００４１】ここで、図１の空間フィルター１９を通過
する±１次光Ｌ0(1)、Ｌ0(-1) の回折角を考える。例え
ば、照射光の基準波長λ0 を６３３ｎｍ、波長幅を±５
０ｎｍ、ＡＯＭ１７の進行波のピッチΛ1 を４０μｍと
するとき、５８３ｎｍの最短波長の光に対する±１次光
の回折角は０．８３５゜、最長の６８３ｎｍの光に対す
る回折角は０．９７８゜となる。従って、５８３〜６８
３ｎｍの光では±１次光の回折角は０．８３５゜〜０．
９７８゜の範囲に分布する。これらの光は、ＡＯＭ１７
の進行波によって回折されているので回折光はその進行
波の周波数分だけ変調を受ける。
する±１次光Ｌ0(1)、Ｌ0(-1) の回折角を考える。例え
ば、照射光の基準波長λ0 を６３３ｎｍ、波長幅を±５
０ｎｍ、ＡＯＭ１７の進行波のピッチΛ1 を４０μｍと
するとき、５８３ｎｍの最短波長の光に対する±１次光
の回折角は０．８３５゜、最長の６８３ｎｍの光に対す
る回折角は０．９７８゜となる。従って、５８３〜６８
３ｎｍの光では±１次光の回折角は０．８３５゜〜０．
９７８゜の範囲に分布する。これらの光は、ＡＯＭ１７
の進行波によって回折されているので回折光はその進行
波の周波数分だけ変調を受ける。
【００４２】次に、図５を参照しながら、ラマン−ナス
回折による光周波数変調について説明する。図５では、
ＡＯＭ１７のドライブ信号ＳＦ1 による超音波の進行波
の波面と入射光とのなす角θi は０゜である。そして、
ＡＯＭ１７のドライブ信号ＳＦ1 による超音波の進行波
の波面と回折光とがなす角をθd 、ＡＯＭ１７に入射す
る入射光の波数ベクトルを〈Ｋi 〉、ＡＯＭ１７により
回折される回折光の波数ベクトルを〈Ｋd 〉、ドライブ
信号ＳＦ1 による超音波の波数ベクトルを〈Ｋ S 〉とし
てそれぞれ示している。
回折による光周波数変調について説明する。図５では、
ＡＯＭ１７のドライブ信号ＳＦ1 による超音波の進行波
の波面と入射光とのなす角θi は０゜である。そして、
ＡＯＭ１７のドライブ信号ＳＦ1 による超音波の進行波
の波面と回折光とがなす角をθd 、ＡＯＭ１７に入射す
る入射光の波数ベクトルを〈Ｋi 〉、ＡＯＭ１７により
回折される回折光の波数ベクトルを〈Ｋd 〉、ドライブ
信号ＳＦ1 による超音波の波数ベクトルを〈Ｋ S 〉とし
てそれぞれ示している。
【００４３】ラマン−ナス回折の場合、角度θd は小さ
く、図５に示す様に各ベクトルはほぼ２等辺三角形の関
係となる。そこで、光の波長をλ、ＡＯＭ１７の屈折率
をｎ、超音波の周波数をｆ1 、ＡＯＭ１７内を横切る超
音波（進行波）の速度をｖ1とすると、ベクトル〈Ｋ
i 〉、〈Ｋd 〉、〈ＫS 〉の絶対値は次の様に表され
る。
く、図５に示す様に各ベクトルはほぼ２等辺三角形の関
係となる。そこで、光の波長をλ、ＡＯＭ１７の屈折率
をｎ、超音波の周波数をｆ1 、ＡＯＭ１７内を横切る超
音波（進行波）の速度をｖ1とすると、ベクトル〈Ｋ
i 〉、〈Ｋd 〉、〈ＫS 〉の絶対値は次の様に表され
る。
【００４４】（６） ｜〈Ｋi 〉｜＝２πｎ／λ （７） ｜〈Ｋd 〉｜＝２πｎ／λ （８） ｜〈ＫS 〉｜＝２πｆ1／ｖ1 また、超音波の進行波の波長をΛ1 とすると、次式の関
係が成立する。 （９） sin θd ＝λ／Λ1 （１０） ｜〈ＫS 〉｜＝sin θd・｜〈Ｋd 〉｜
係が成立する。 （９） sin θd ＝λ／Λ1 （１０） ｜〈ＫS 〉｜＝sin θd・｜〈Ｋd 〉｜
【００４５】上式（９）及び（１０）より次式（１１）
が算出できる。 （１１） ｜〈ＫS 〉｜＝ ２πｎ／Λ1 この（１１）式から明らかな如く、ラマン−ナス回折の
条件を満足する限り、光の波長と無関係に｜〈ＫS 〉｜
の大きさが一定となり、ＡＯＭ１７により回折される光
は、光の波長に関係なく同一の周波数変調（ｆ1)を受け
ることが理解できる。
が算出できる。 （１１） ｜〈ＫS 〉｜＝ ２πｎ／Λ1 この（１１）式から明らかな如く、ラマン−ナス回折の
条件を満足する限り、光の波長と無関係に｜〈ＫS 〉｜
の大きさが一定となり、ＡＯＭ１７により回折される光
は、光の波長に関係なく同一の周波数変調（ｆ1)を受け
ることが理解できる。
【００４６】従って、ＡＯＭ１７に対して入射する光束
Ｌ0 の周波数をｆとすると、光束Ｌ 0 の１次回折光Ｌ
0(1)は各波長毎に（ｆ＋ｆ1)（＝Ｆ1)の同じ周波数変調
を受け、光束Ｌ0 の−１次回折光Ｌ0(-1) は各波長毎に
（ｆ−ｆ1)（＝Ｆ2)の同じ周波数変調を受ける。この様
に、所定の波長域を持つ周波数Ｆ1 の１次回折光Ｌ0(1)
と、所定の波長域を持つ周波数Ｆ2 の−１次回折光Ｌ
0(-1) とを、各回折格子（２４，ＲＭ，ＷＭ）に対して
各波長の光毎に異なる入射角のもとで対称に照射できる
ため、各回折格子（２４，ＲＭ，ＷＭ）の垂直方向には
各波長の±１次回折光を常に発生させることができる。
その結果、各波長の±１次回折光により所定の周波数Δ
ｆ（＝｜Ｆ1-Ｆ2|＝｜２ｆ1|）を含むビート光を生成す
ることができる。従って、所定の周波数Δｆ（＝｜Ｆ1-
Ｆ2|＝｜２ｆ1|）を含む多波長のビート光を各検出器
（２５，３３，３６）にてそれぞれ光電検出（各回折格
子の位置情報を含んだビート光を各波長毎に複数検出）
できるため、各波長のビート光による平均化効果により
各回折格子マークの非対称性を影響を抑えつつ、多波長
光によるレジストの薄膜干渉の影響（光量変化等の影
響）を解消できるヘテロダイン干渉法による高精度なア
ライメントが達成できる。
Ｌ0 の周波数をｆとすると、光束Ｌ 0 の１次回折光Ｌ
0(1)は各波長毎に（ｆ＋ｆ1)（＝Ｆ1)の同じ周波数変調
を受け、光束Ｌ0 の−１次回折光Ｌ0(-1) は各波長毎に
（ｆ−ｆ1)（＝Ｆ2)の同じ周波数変調を受ける。この様
に、所定の波長域を持つ周波数Ｆ1 の１次回折光Ｌ0(1)
と、所定の波長域を持つ周波数Ｆ2 の−１次回折光Ｌ
0(-1) とを、各回折格子（２４，ＲＭ，ＷＭ）に対して
各波長の光毎に異なる入射角のもとで対称に照射できる
ため、各回折格子（２４，ＲＭ，ＷＭ）の垂直方向には
各波長の±１次回折光を常に発生させることができる。
その結果、各波長の±１次回折光により所定の周波数Δ
ｆ（＝｜Ｆ1-Ｆ2|＝｜２ｆ1|）を含むビート光を生成す
ることができる。従って、所定の周波数Δｆ（＝｜Ｆ1-
Ｆ2|＝｜２ｆ1|）を含む多波長のビート光を各検出器
（２５，３３，３６）にてそれぞれ光電検出（各回折格
子の位置情報を含んだビート光を各波長毎に複数検出）
できるため、各波長のビート光による平均化効果により
各回折格子マークの非対称性を影響を抑えつつ、多波長
光によるレジストの薄膜干渉の影響（光量変化等の影
響）を解消できるヘテロダイン干渉法による高精度なア
ライメントが達成できる。
【００４７】しかも、ＡＯＭ１７で回折された光はその
後光軸に関して対称に進行するので、分割光束間には光
路長差が原理的に発生しない。つまり、干渉距離の短い
白色光でも２光束干渉が可能になる。また、分割光束間
の波面は位相差が零の状態で揃っているため、高精度な
アライメントが可能となるばかりか、調整容易でコンパ
クトな装置が実現できる。
後光軸に関して対称に進行するので、分割光束間には光
路長差が原理的に発生しない。つまり、干渉距離の短い
白色光でも２光束干渉が可能になる。また、分割光束間
の波面は位相差が零の状態で揃っているため、高精度な
アライメントが可能となるばかりか、調整容易でコンパ
クトな装置が実現できる。
【００４８】ところで、第１実施例においては、ＡＯＭ
１７から対称に射出する光変調を受けた±１次回折光Ｌ
0(1)，Ｌ0(-1) をアライメント用の光束として利用し、
この±１次回折光Ｌ0(1)，Ｌ0(-1) を各回折格子（２
４，ＲＭ，ＷＭ）に対して２方向から照射することによ
り発生する所定の周波数Δｆ（＝｜２ｆ1|）のビート光
の信号を、各検出器（２５，３３，３６）及び位相差検
出系５０内の光ビート信号抽出部（フーリエ変換回路）
を介して抽出し、この抽出信号をアライメント用の信号
としている。これによって、ヘテロダイン干渉による高
精度なアライメントが達成できる。
１７から対称に射出する光変調を受けた±１次回折光Ｌ
0(1)，Ｌ0(-1) をアライメント用の光束として利用し、
この±１次回折光Ｌ0(1)，Ｌ0(-1) を各回折格子（２
４，ＲＭ，ＷＭ）に対して２方向から照射することによ
り発生する所定の周波数Δｆ（＝｜２ｆ1|）のビート光
の信号を、各検出器（２５，３３，３６）及び位相差検
出系５０内の光ビート信号抽出部（フーリエ変換回路）
を介して抽出し、この抽出信号をアライメント用の信号
としている。これによって、ヘテロダイン干渉による高
精度なアライメントが達成できる。
【００４９】また、図１及び図４に示した第１実施例で
は、ＡＯＭ17のラマン−ナス回折作用により分割生成さ
れる±１次回折光を位置検出用の２光束として位置検出
用のマークに対して２方向から照射する例を示している
がこれに限るものではない。例えば、音響光学素子17に
より生成される２つの任意の次数の回折光を位置検出用
の２光束として位置検出用のマークに対して２方向から
照射するようにしても良い。
は、ＡＯＭ17のラマン−ナス回折作用により分割生成さ
れる±１次回折光を位置検出用の２光束として位置検出
用のマークに対して２方向から照射する例を示している
がこれに限るものではない。例えば、音響光学素子17に
より生成される２つの任意の次数の回折光を位置検出用
の２光束として位置検出用のマークに対して２方向から
照射するようにしても良い。
【００５０】次に、図６〜図８を参照して本発明の第２
実施例につき説明する。図６において、図１に示した第
１実施例と同じ機能を持つ部材については同じ符号を付
してその詳細説明を省略する。本実施例が第１実施例と
異なる所は、リレー光学系（１８ａ，１８ｂ）と集光レ
ンズ２１との間に、第２の音響光学素子６０（以下、
「ＡＯＭ６０」と称する。）を設けると共に、集光レン
ズ２１とビームスプリッター２２との間に空間フィルタ
ー６１を設け、レンズ１８ａ及び１８ｂを第１のＡＯＭ
１７（第１音響光学変調素子）の回折点を第２のＡＯＭ
６０（第２の音響光学変調素子）の回折点にリレーする
リレー光学系として機能させた点である。
実施例につき説明する。図６において、図１に示した第
１実施例と同じ機能を持つ部材については同じ符号を付
してその詳細説明を省略する。本実施例が第１実施例と
異なる所は、リレー光学系（１８ａ，１８ｂ）と集光レ
ンズ２１との間に、第２の音響光学素子６０（以下、
「ＡＯＭ６０」と称する。）を設けると共に、集光レン
ズ２１とビームスプリッター２２との間に空間フィルタ
ー６１を設け、レンズ１８ａ及び１８ｂを第１のＡＯＭ
１７（第１音響光学変調素子）の回折点を第２のＡＯＭ
６０（第２の音響光学変調素子）の回折点にリレーする
リレー光学系として機能させた点である。
【００５１】そして、この本実施例では、第１のＡＯＭ
１７に加える高周波信号ＳＦ1 と第２のＡＯＭ６０に加
える高周波信号ＳＦ2 とを互いに逆方向とすることによ
り、最終的に得られるビート周波数を低く（１ＭＨｚ以
下に）して電気信号処理を容易にしている。さて、図６
に示す如く、露光光とは異なる波長帯（多波長）の光を
供給する白色光源１０からの白色光は、可変絞り１１、
コンデンサーレンズ１２、バンドパスフィルター１３を
介して第１のＡＯＭ１７に入射する。その際第１のＡＯ
Ｍ１７でラマン−ナス回折が生じる様に入射光を進行波
の波面に平行に入射させる。
１７に加える高周波信号ＳＦ1 と第２のＡＯＭ６０に加
える高周波信号ＳＦ2 とを互いに逆方向とすることによ
り、最終的に得られるビート周波数を低く（１ＭＨｚ以
下に）して電気信号処理を容易にしている。さて、図６
に示す如く、露光光とは異なる波長帯（多波長）の光を
供給する白色光源１０からの白色光は、可変絞り１１、
コンデンサーレンズ１２、バンドパスフィルター１３を
介して第１のＡＯＭ１７に入射する。その際第１のＡＯ
Ｍ１７でラマン−ナス回折が生じる様に入射光を進行波
の波面に平行に入射させる。
【００５２】第１のＡＯＭ１７は、周波数ｆ1 の第１の
高周波信号ＳＦ1 でドライブされており、所定の波長域
の光束Ｌ0 の１次回折光である光束Ｌ0(1)及び−１次回
折光である光束Ｌ0(-1) は、それぞれ第１のＡＯＭ１７
により（ｆ0+ｆ1)及び（ｆ0-ｆ1)の周波数変調を受け
る。その後、光束Ｌ0(1)及び光束Ｌ0(-1) は、レンズ１
８ａ、反射ミラー２０、レンズ１８ｂを経て、第２のＡ
ＯＭ６０に対して等しい入射角で対称に入射する。な
お、リレー光学系（１８ａ，１８ｂ）内に配置された空
間フィルター１９により、第１のＡＯＭ１７からの±１
次回折光Ｌ0(1)，Ｌ 0(-1) が抽出される。
高周波信号ＳＦ1 でドライブされており、所定の波長域
の光束Ｌ0 の１次回折光である光束Ｌ0(1)及び−１次回
折光である光束Ｌ0(-1) は、それぞれ第１のＡＯＭ１７
により（ｆ0+ｆ1)及び（ｆ0-ｆ1)の周波数変調を受け
る。その後、光束Ｌ0(1)及び光束Ｌ0(-1) は、レンズ１
８ａ、反射ミラー２０、レンズ１８ｂを経て、第２のＡ
ＯＭ６０に対して等しい入射角で対称に入射する。な
お、リレー光学系（１８ａ，１８ｂ）内に配置された空
間フィルター１９により、第１のＡＯＭ１７からの±１
次回折光Ｌ0(1)，Ｌ 0(-1) が抽出される。
【００５３】この場合、本例の第２のＡＯＭ６０に入射
する光束Ｌ0(1)及び光束Ｌ0(-1) については、音響ブラ
ッグ回折の条件を満たす様にしておく。第２のＡＯＭ６
０は、第１のＡＯＭ１７とは逆方向から周波数ｆ2 の第
２の高周波信号ＳＦ2 でドライブされ、所定の波長域の
光束Ｌ0(1)の−１次回折光Ｌ0(1,-1)(以下、「光束Ｌ
0(1,-1) 」と称する。）は、第２のＡＯＭ６０により
（ｆ0+ｆ1-ｆ2)（＝Ｆ1 ）の周波数変調を受け、所定の
波長域の光束Ｌ0(-1) の＋１次回折光Ｌ0(-1,1) （以
下、「光束Ｌ0(-1,1) 」と称する。）は、第２のＡＯＭ
６０により（ｆ0-ｆ1+ｆ2)（＝Ｆ2 ）の周波数変調を受
ける。その後、光束Ｌ0(1,-1) 及びＬ0(-1,1)は、それ
ぞれレンズ２１を経て、ビームスプリッター２２により
２分割される。なお、リレー光学系（２１，２３）の間
には空間フィルター６１が設けられており、これにより
第２のＡＯＭ６０による−１次回折光Ｌ0(1,-1) と＋１
次回折光Ｌ0(-1,1) とが抽出される。
する光束Ｌ0(1)及び光束Ｌ0(-1) については、音響ブラ
ッグ回折の条件を満たす様にしておく。第２のＡＯＭ６
０は、第１のＡＯＭ１７とは逆方向から周波数ｆ2 の第
２の高周波信号ＳＦ2 でドライブされ、所定の波長域の
光束Ｌ0(1)の−１次回折光Ｌ0(1,-1)(以下、「光束Ｌ
0(1,-1) 」と称する。）は、第２のＡＯＭ６０により
（ｆ0+ｆ1-ｆ2)（＝Ｆ1 ）の周波数変調を受け、所定の
波長域の光束Ｌ0(-1) の＋１次回折光Ｌ0(-1,1) （以
下、「光束Ｌ0(-1,1) 」と称する。）は、第２のＡＯＭ
６０により（ｆ0-ｆ1+ｆ2)（＝Ｆ2 ）の周波数変調を受
ける。その後、光束Ｌ0(1,-1) 及びＬ0(-1,1)は、それ
ぞれレンズ２１を経て、ビームスプリッター２２により
２分割される。なお、リレー光学系（２１，２３）の間
には空間フィルター６１が設けられており、これにより
第２のＡＯＭ６０による−１次回折光Ｌ0(1,-1) と＋１
次回折光Ｌ0(-1,1) とが抽出される。
【００５４】この様に、ビームスプリッター２２により
２分割された各光束は、前述の図１に示した第１実施例
と同様に、最終的には各検出器（２５，３３，３６）に
て光電検出されるため、より詳細な説明は省略する。本
実施例では、各検出器（２５，３３，３６）にて光電検
出される光電信号から、各波長の光による所定の周波数
Δｆ（＝｜Ｆ1-Ｆ2|＝｜２（ｆ1-ｆ2)｜）のビート信号
を位相差検出系５０内の光ビート信号抽出部（フーリエ
変換回路）にてそれぞれ抽出し、これらの信号に基づい
てアライメントを行っている。
２分割された各光束は、前述の図１に示した第１実施例
と同様に、最終的には各検出器（２５，３３，３６）に
て光電検出されるため、より詳細な説明は省略する。本
実施例では、各検出器（２５，３３，３６）にて光電検
出される光電信号から、各波長の光による所定の周波数
Δｆ（＝｜Ｆ1-Ｆ2|＝｜２（ｆ1-ｆ2)｜）のビート信号
を位相差検出系５０内の光ビート信号抽出部（フーリエ
変換回路）にてそれぞれ抽出し、これらの信号に基づい
てアライメントを行っている。
【００５５】以上の如く、本実施例では、２つのＡＯＭ
１７，６０を直列的に配置した構成とし、双方のＡＯＭ
に対し逆方向から高周波信号ＳＦ1 ，ＳＦ2 を加えてい
るため、各検出器（２５，３３，３６）にて光電検出さ
れるビート信号の周波数を信号処理が容易な１ＭＨｚ以
下に下げることが可能となる。例えば、第１のＡＯＭ１
７は１００ＭＨｚの周波数ｆ1 の第１の高周波信号ＳＦ
1 でドライブされ、第２のＡＯＭ６０は第１のＡＯＭ１
７とは逆方向から９９．９ＭＨｚの周波数ｆ2 の第２の
高周波信号ＳＦ2 でドライブされているとすると、前述
の通り、第２のＡＯＭ６０を通過した一方の光束Ｌ0(1,
-1) の周波数はＦ1 （＝ｆ0+ｆ1-ｆ2)となり、第２のＡ
ＯＭ６０を通過した他方の光束Ｌ0(-1,1) の周波数はＦ
2 （＝ｆ0-ｆ1+ｆ2)となる。
１７，６０を直列的に配置した構成とし、双方のＡＯＭ
に対し逆方向から高周波信号ＳＦ1 ，ＳＦ2 を加えてい
るため、各検出器（２５，３３，３６）にて光電検出さ
れるビート信号の周波数を信号処理が容易な１ＭＨｚ以
下に下げることが可能となる。例えば、第１のＡＯＭ１
７は１００ＭＨｚの周波数ｆ1 の第１の高周波信号ＳＦ
1 でドライブされ、第２のＡＯＭ６０は第１のＡＯＭ１
７とは逆方向から９９．９ＭＨｚの周波数ｆ2 の第２の
高周波信号ＳＦ2 でドライブされているとすると、前述
の通り、第２のＡＯＭ６０を通過した一方の光束Ｌ0(1,
-1) の周波数はＦ1 （＝ｆ0+ｆ1-ｆ2)となり、第２のＡ
ＯＭ６０を通過した他方の光束Ｌ0(-1,1) の周波数はＦ
2 （＝ｆ0-ｆ1+ｆ2)となる。
【００５６】従って、この２つの光束Ｌ0(1,-1) 及びＬ
0(-1,1) の照射により各回折格子（２４，ＲＭ，ＷＭ）
で生成されるビート光の周波数Δｆは、２００ｋＨｚ
（＝｜Ｆ1-Ｆ2|＝｜２（ｆ1-ｆ2)｜）となり、信号処理
が容易なビート周波数にすることができる。次に、図６
に示した第２実施例において、互いに異なる周波数の２
光束を生成する部分についてより具体的な構成を図７を
参照しながら説明する。
0(-1,1) の照射により各回折格子（２４，ＲＭ，ＷＭ）
で生成されるビート光の周波数Δｆは、２００ｋＨｚ
（＝｜Ｆ1-Ｆ2|＝｜２（ｆ1-ｆ2)｜）となり、信号処理
が容易なビート周波数にすることができる。次に、図６
に示した第２実施例において、互いに異なる周波数の２
光束を生成する部分についてより具体的な構成を図７を
参照しながら説明する。
【００５７】図８に示す如く、第２実施例では、第１の
ＡＯＭ１７及び第２のＡＯＭ６０が直列的に配置され、
第１のＡＯＭ１７の回折点（高周波信号ＳＦ1 の進行
路）と第２のＡＯＭ６０の回折点（高周波信号ＳＦ2 の
進行路）とをリレーするリレー光学系（１８ａ，１８
ｂ）が設けられている。そして、白色光（多波長光）の
光束Ｌ0 は第１のＡＯＭ１７へその進行波面と平行に入
射する。その結果、光束Ｌ 0 は第１のＡＯＭ１７により
ラマン−ナス回折を受ける。
ＡＯＭ１７及び第２のＡＯＭ６０が直列的に配置され、
第１のＡＯＭ１７の回折点（高周波信号ＳＦ1 の進行
路）と第２のＡＯＭ６０の回折点（高周波信号ＳＦ2 の
進行路）とをリレーするリレー光学系（１８ａ，１８
ｂ）が設けられている。そして、白色光（多波長光）の
光束Ｌ0 は第１のＡＯＭ１７へその進行波面と平行に入
射する。その結果、光束Ｌ 0 は第１のＡＯＭ１７により
ラマン−ナス回折を受ける。
【００５８】第１のＡＯＭ１７は第１の高周波信号ｆ1
でドライブされており、光束Ｌ0 の１次回折光Ｌ0(1)は
（ｆ0+ｆ1)の周波数変調を受け、光束Ｌ0 の−１次回折
光Ｌ 0(-1) は（ｆ0-ｆ1)の周波数変調を受けて、両光束
Ｌ0(1)，Ｌ0(-1) は、互いに入射光軸に対して角度φ1
だけ対称に傾斜して、進行波面に対して対称に第１のＡ
ＯＭ１７から射出される。
でドライブされており、光束Ｌ0 の１次回折光Ｌ0(1)は
（ｆ0+ｆ1)の周波数変調を受け、光束Ｌ0 の−１次回折
光Ｌ 0(-1) は（ｆ0-ｆ1)の周波数変調を受けて、両光束
Ｌ0(1)，Ｌ0(-1) は、互いに入射光軸に対して角度φ1
だけ対称に傾斜して、進行波面に対して対称に第１のＡ
ＯＭ１７から射出される。
【００５９】第１のＡＯＭ１７により光変調を受けた光
束Ｌ0(1)及びＬ0(-1) は、第１のリレー光学系（１８
ａ，１８ｂ）により集光されて、光軸方向に対し角度φ
3 のもとで対称に第２のＡＯＭ６０へ入射する。第２の
ＡＯＭ６０は第１のＡＯＭ１７とは逆方向から第２の高
周波信号ｆ2 でドライブされており、光束Ｌ0(1)の−１
次回折光Ｌ0(1,-1) は（ｆ0+ｆ1-ｆ2)（＝Ｆ1 ）の周波
数変調を受け、光束Ｌ0(-1) の１次回折光Ｌ0(-1,1) は
（ｆ0-ｆ1+ｆ2)（＝Ｆ2 ）の周波数変調を受けて、両光
束Ｌ0(1,-1) 及びＬ0(-1,1) は、入射角φ3 と等しい角
度φ3 のもとで対称に第２のＡＯＭ６０から射出され
る。つまり、両光束Ｌ0(1,-1) 及びＬ0(-1,1) はそれぞ
れ第２のＡＯＭ６０により音響ブラッグ回折を受けるこ
とになる。
束Ｌ0(1)及びＬ0(-1) は、第１のリレー光学系（１８
ａ，１８ｂ）により集光されて、光軸方向に対し角度φ
3 のもとで対称に第２のＡＯＭ６０へ入射する。第２の
ＡＯＭ６０は第１のＡＯＭ１７とは逆方向から第２の高
周波信号ｆ2 でドライブされており、光束Ｌ0(1)の−１
次回折光Ｌ0(1,-1) は（ｆ0+ｆ1-ｆ2)（＝Ｆ1 ）の周波
数変調を受け、光束Ｌ0(-1) の１次回折光Ｌ0(-1,1) は
（ｆ0-ｆ1+ｆ2)（＝Ｆ2 ）の周波数変調を受けて、両光
束Ｌ0(1,-1) 及びＬ0(-1,1) は、入射角φ3 と等しい角
度φ3 のもとで対称に第２のＡＯＭ６０から射出され
る。つまり、両光束Ｌ0(1,-1) 及びＬ0(-1,1) はそれぞ
れ第２のＡＯＭ６０により音響ブラッグ回折を受けるこ
とになる。
【００６０】ここで、第２のＡＯＭ６０の音響ブラッグ
回折による回折角をθb2（＝２φ3）とし、第２のＡＯ
Ｍ６０内を横切る超音波（進行波）の速度をｖ2 、高周
波信号ＳＦ2 の超音波周波数をｆ2 、光の波長をλ、第
２のＡＯＭ６０内を横切る超音波（進行波）の波長をΛ
2 とすると、次式（１２）及び（１３）の関係が成立す
る。
回折による回折角をθb2（＝２φ3）とし、第２のＡＯ
Ｍ６０内を横切る超音波（進行波）の速度をｖ2 、高周
波信号ＳＦ2 の超音波周波数をｆ2 、光の波長をλ、第
２のＡＯＭ６０内を横切る超音波（進行波）の波長をΛ
2 とすると、次式（１２）及び（１３）の関係が成立す
る。
【００６１】（１２） Λ2＝ｖ2／ｆ2 （１３） sin θb2＝λ／Λ2 これらの式（１２）及び（１３）より、第２のＡＯＭ６
０による回折角θb2（＝２φ3 ）は、最終的に次式（１
４）の如くなる。 （１４） sin θb2＝ｆ2λ／ｖ2 （又は、sin ２φ3
＝ｆ2λ／ｖ2） また、リレー光学系（１８ａ，１８ｂ）の倍率をβ1 と
し、このリレー光学系（１８ａ，１８ｂ）が正弦条件を
満足しているとすると、次式（１５）の関係が成立す
る。
０による回折角θb2（＝２φ3 ）は、最終的に次式（１
４）の如くなる。 （１４） sin θb2＝ｆ2λ／ｖ2 （又は、sin ２φ3
＝ｆ2λ／ｖ2） また、リレー光学系（１８ａ，１８ｂ）の倍率をβ1 と
し、このリレー光学系（１８ａ，１８ｂ）が正弦条件を
満足しているとすると、次式（１５）の関係が成立す
る。
【００６２】 （１５） β1 ＝（sin φ1）／（sin φ3） ≒（２sin φ1）／（sin ２φ3） 従って、式（５）、式（１４）及び式（１５）より以下
の式（１６）が導出される。 （１６） β1 ＝２・（ｖ2 ｆ1）／（ｖ1 ｆ2） このように、図６及び図７に示した第２実施例では、リ
レー光学系（１８ａ，１８ｂ）が上記の式（１６）を満
足するように構成されることが好ましい。
の式（１６）が導出される。 （１６） β1 ＝２・（ｖ2 ｆ1）／（ｖ1 ｆ2） このように、図６及び図７に示した第２実施例では、リ
レー光学系（１８ａ，１８ｂ）が上記の式（１６）を満
足するように構成されることが好ましい。
【００６３】なお、第１及び第２のＡＯＭ（１７，６
０）の材質が等しく、しかも第１及び第２の高周波信号
（ｆ2,ｆ1)同士の周波数差が数十ｋＨｚ程度であれば、
上式（１６）のβ1 が、β1 ≒２となるため、リレー光
学系（１８ａ，１８ｂ）の倍率β1 を２倍で構成して良
い。以上の如く、第２実施例によれば、所定の周波数Δ
ｆ（＝｜２（ｆ1-ｆ2)｜）を含む多波長のビート光を各
検出器（２５，３３，３６）にてそれぞれ光電検出（各
回折格子の位置情報を含んだビート光を各波長毎に複数
検出）できるため、各波長のビート光による平均化効果
により各回折格子マークの非対称性の影響を抑えつつ、
多波長光によるウエハ４上のレジストの薄膜干渉の影響
を解消できるヘテロダイン干渉法による高精度なアライ
メントが達成でき、しかも、ビート周波数を大幅に低く
できるため、信号処理系を簡素にできる。
０）の材質が等しく、しかも第１及び第２の高周波信号
（ｆ2,ｆ1)同士の周波数差が数十ｋＨｚ程度であれば、
上式（１６）のβ1 が、β1 ≒２となるため、リレー光
学系（１８ａ，１８ｂ）の倍率β1 を２倍で構成して良
い。以上の如く、第２実施例によれば、所定の周波数Δ
ｆ（＝｜２（ｆ1-ｆ2)｜）を含む多波長のビート光を各
検出器（２５，３３，３６）にてそれぞれ光電検出（各
回折格子の位置情報を含んだビート光を各波長毎に複数
検出）できるため、各波長のビート光による平均化効果
により各回折格子マークの非対称性の影響を抑えつつ、
多波長光によるウエハ４上のレジストの薄膜干渉の影響
を解消できるヘテロダイン干渉法による高精度なアライ
メントが達成でき、しかも、ビート周波数を大幅に低く
できるため、信号処理系を簡素にできる。
【００６４】更に、白色光（多波長光）は各リレー光学
系及び各ＡＯＭを対称かつ並列的に進行するため、分割
光束間には光路長差が原理的に発生しない。つまり、白
色光の様な可干渉距離の短い光束でも２光束干渉が可能
である。また、分割光束間の波面が揃っている、即ち相
互の位相差が零のため、高精度なアライメントが可能と
なるばかりか、調整容易でコンパクトな装置が実現でき
る。
系及び各ＡＯＭを対称かつ並列的に進行するため、分割
光束間には光路長差が原理的に発生しない。つまり、白
色光の様な可干渉距離の短い光束でも２光束干渉が可能
である。また、分割光束間の波面が揃っている、即ち相
互の位相差が零のため、高精度なアライメントが可能と
なるばかりか、調整容易でコンパクトな装置が実現でき
る。
【００６５】ところで、第２実施例においては、リレー
光学系（１８ａ，１８ｂ）の光軸に対して第１及び第２
のＡＯＭ（１７，６０）を対称に進行する回折光をアラ
イメント用の光束として利用し、この２つの回折光を各
回折格子（２４，ＲＭ，ＷＭ）に対して２方向から照射
することにより発生する所定の周波数Δｆ（＝｜２（ｆ
1-ｆ2)｜）のビート光の信号を、各検出器（２５，３
３，３６）及び位相差検出系５０内の光ビート信号抽出
部（フーリエ変換回路）を介して抽出し、この抽出信号
をアライメント用としているが、これは以下の述べる理
由による。
光学系（１８ａ，１８ｂ）の光軸に対して第１及び第２
のＡＯＭ（１７，６０）を対称に進行する回折光をアラ
イメント用の光束として利用し、この２つの回折光を各
回折格子（２４，ＲＭ，ＷＭ）に対して２方向から照射
することにより発生する所定の周波数Δｆ（＝｜２（ｆ
1-ｆ2)｜）のビート光の信号を、各検出器（２５，３
３，３６）及び位相差検出系５０内の光ビート信号抽出
部（フーリエ変換回路）を介して抽出し、この抽出信号
をアライメント用としているが、これは以下の述べる理
由による。
【００６６】本実施例においては、図８（ａ）及び
（ｂ）に示す如く、第２のＡＯＭ６０の光変調によって
１次回折光Ｌ0(1,-1) の光路Ａ上には光束Ｌ0(-1) の０
次回折光Ｌ0(-1,0) が混入し、−１次回折光Ｌ0(-1,1)
の光路Ｂ上には光束Ｌ0(1)の０次回折光Ｌ0(1,0)が混入
してしまう。このとき、光束Ｌ0(1)の０次回折光Ｌ0(1,
0)及び光束Ｌ0(-1) の０次回折光Ｌ0(-1,0) は、共に各
波長において第２のＡＯＭ６０による周波数変調を受け
ることなく、それぞれ周波数（ｆ0 ±ｆ1)を有する。
（ｂ）に示す如く、第２のＡＯＭ６０の光変調によって
１次回折光Ｌ0(1,-1) の光路Ａ上には光束Ｌ0(-1) の０
次回折光Ｌ0(-1,0) が混入し、−１次回折光Ｌ0(-1,1)
の光路Ｂ上には光束Ｌ0(1)の０次回折光Ｌ0(1,0)が混入
してしまう。このとき、光束Ｌ0(1)の０次回折光Ｌ0(1,
0)及び光束Ｌ0(-1) の０次回折光Ｌ0(-1,0) は、共に各
波長において第２のＡＯＭ６０による周波数変調を受け
ることなく、それぞれ周波数（ｆ0 ±ｆ1)を有する。
【００６７】このため、光路Ａでは周波数（ｆ0+ｆ1-ｆ
2)の１次回折光Ｌ0(1,-1) と周波数（ｆ0-ｆ1)の０次回
折光Ｌ0(-1,0) とが混在し、光路Ｂでは周波数（ｆ0-ｆ
1+ｆ 2)の−１次回折光Ｌ0(-1,1) と周波数（ｆ0+ｆ1)の
０次回折光Ｌ0(1,0)とが混在するので、これらが各回折
格子（２４，ＲＭ，ＷＭ）に対して２方向から照射され
ることにより、各回折格子（２４，ＲＭ，ＷＭ）の垂直
方向には、様々なビート周波数を持つビート光が生成さ
れる。そして、様々なビート周波数を持つビート光を単
に各検出器（２５，３３，３６）にて光電変換した信号
に基づいてアライメントを行うと、様々なビート周波数
の信号がノイズ信号となり、検出精度に悪影響及ぼすば
かりか、さらにはアライメントができない問題が生ず
る。
2)の１次回折光Ｌ0(1,-1) と周波数（ｆ0-ｆ1)の０次回
折光Ｌ0(-1,0) とが混在し、光路Ｂでは周波数（ｆ0-ｆ
1+ｆ 2)の−１次回折光Ｌ0(-1,1) と周波数（ｆ0+ｆ1)の
０次回折光Ｌ0(1,0)とが混在するので、これらが各回折
格子（２４，ＲＭ，ＷＭ）に対して２方向から照射され
ることにより、各回折格子（２４，ＲＭ，ＷＭ）の垂直
方向には、様々なビート周波数を持つビート光が生成さ
れる。そして、様々なビート周波数を持つビート光を単
に各検出器（２５，３３，３６）にて光電変換した信号
に基づいてアライメントを行うと、様々なビート周波数
の信号がノイズ信号となり、検出精度に悪影響及ぼすば
かりか、さらにはアライメントができない問題が生ず
る。
【００６８】そこで、先ず第２のＡＯＭ６０の光変調に
より生成される様々なビート周波数を持つビート光につ
いて検討する。各回折光の周波数を整理して示すと、光
路Ａにおいて、 １次回折光Ｌ0(1,-1) の周波数：ｆ0＋ｆ1−ｆ2 …… （Ｉ） ０次回折光Ｌ0(-1,0) の周波数：ｆ0−ｆ1 …… （II） 光路Ｂにおいて、 −１次回折光Ｌ0(-1,1) の周波数：ｆ0−ｆ1＋ｆ2 …… （Ｉ’） ０次回折光Ｌ0(1,0) の周波数：ｆ0＋ｆ1 …… （II’） となる。
より生成される様々なビート周波数を持つビート光につ
いて検討する。各回折光の周波数を整理して示すと、光
路Ａにおいて、 １次回折光Ｌ0(1,-1) の周波数：ｆ0＋ｆ1−ｆ2 …… （Ｉ） ０次回折光Ｌ0(-1,0) の周波数：ｆ0−ｆ1 …… （II） 光路Ｂにおいて、 −１次回折光Ｌ0(-1,1) の周波数：ｆ0−ｆ1＋ｆ2 …… （Ｉ’） ０次回折光Ｌ0(1,0) の周波数：ｆ0＋ｆ1 …… （II’） となる。
【００６９】このため、光路Ａを進行する各回折光と光
路Ｂを進行する各回折光との組み合わせにより生成され
るビート光の各周波数は、（Ｉ）と（Ｉ’）との差の絶
対値より、 ｜（ｆ0＋ｆ1−ｆ2）−（ｆ0−ｆ1＋ｆ2）｜＝２｜ｆ1−ｆ2｜ ……〔１〕 （Ｉ）と（II’）との差の絶対値より、 ｜（ｆ0＋ｆ1−ｆ2）−ｆ0＋ｆ1｜＝｜２ｆ1−ｆ2｜ …… 〔２〕 （II）と（Ｉ’）との差の絶対値より、 ｜ｆ0−ｆ1−（ｆ0−ｆ1＋ｆ2）｜＝｜ｆ2｜ …… 〔３〕 （II）と（II’）との差の絶対値より、 ２｜ｆ1｜ …… 〔４〕 となり、各検出器（２５，３３，，３６）にて光電検出
されるビート光には、〔１〕〜〔３〕の３つのビート周
波数が混在する。
路Ｂを進行する各回折光との組み合わせにより生成され
るビート光の各周波数は、（Ｉ）と（Ｉ’）との差の絶
対値より、 ｜（ｆ0＋ｆ1−ｆ2）−（ｆ0−ｆ1＋ｆ2）｜＝２｜ｆ1−ｆ2｜ ……〔１〕 （Ｉ）と（II’）との差の絶対値より、 ｜（ｆ0＋ｆ1−ｆ2）−ｆ0＋ｆ1｜＝｜２ｆ1−ｆ2｜ …… 〔２〕 （II）と（Ｉ’）との差の絶対値より、 ｜ｆ0−ｆ1−（ｆ0−ｆ1＋ｆ2）｜＝｜ｆ2｜ …… 〔３〕 （II）と（II’）との差の絶対値より、 ２｜ｆ1｜ …… 〔４〕 となり、各検出器（２５，３３，，３６）にて光電検出
されるビート光には、〔１〕〜〔３〕の３つのビート周
波数が混在する。
【００７０】従って、アライメント用のビート周波数と
して利用できるのは、これらのビート周波数の内で共通
するビート周波数が存在しないものであるため、本実施
例においては、光束Ｌ0(1,-1) と光束Ｌ0(-1,1) との組
み合わせによって生成される、唯一つしかない２｜ｆ1-
ｆ2|のビート周波数の信号を位相差検出系５０内の光ビ
ート信号抽出部（フーリエ変換回路）にて抽出してい
る。
して利用できるのは、これらのビート周波数の内で共通
するビート周波数が存在しないものであるため、本実施
例においては、光束Ｌ0(1,-1) と光束Ｌ0(-1,1) との組
み合わせによって生成される、唯一つしかない２｜ｆ1-
ｆ2|のビート周波数の信号を位相差検出系５０内の光ビ
ート信号抽出部（フーリエ変換回路）にて抽出してい
る。
【００７１】これによって、各種のビート周波数を持つ
ビート光が各検出器（２５，３３，３６）にて光電検出
されても、光ビート信号抽出部（フーリエ変換回路）に
より抽出された所定のビート周波数２｜ｆ1-ｆ2|の信号
に基づいて、ヘテロダイン干渉による高精度なアライメ
ントが達成できる。なお、第２実施例においては、第１
のＡＯＭ１７と第２のＡＯＭ６０との少なくとも何れか
一方を回転させた状態で設定して、第１のＡＯＭ１７を
横切る進行波の進行方向と第２のＡＯＭ６０の進行波の
進行方向とが異なるようにすれば、図８に示した如く、
光束Ｌ0(1,-1) の光路Ａ上を進行する不要な回折光Ｌ
0(-1,0) と、光束Ｌ0(-1,1) の光路Ｂ上を進行する不要
な回折光Ｌ0(1,0)とを分離でき、これらの不要な回折光
Ｌ0(-1,0) ，Ｌ0(1,0)を図６の空間フィルター６１でフ
ィルタリングすることができる。
ビート光が各検出器（２５，３３，３６）にて光電検出
されても、光ビート信号抽出部（フーリエ変換回路）に
より抽出された所定のビート周波数２｜ｆ1-ｆ2|の信号
に基づいて、ヘテロダイン干渉による高精度なアライメ
ントが達成できる。なお、第２実施例においては、第１
のＡＯＭ１７と第２のＡＯＭ６０との少なくとも何れか
一方を回転させた状態で設定して、第１のＡＯＭ１７を
横切る進行波の進行方向と第２のＡＯＭ６０の進行波の
進行方向とが異なるようにすれば、図８に示した如く、
光束Ｌ0(1,-1) の光路Ａ上を進行する不要な回折光Ｌ
0(-1,0) と、光束Ｌ0(-1,1) の光路Ｂ上を進行する不要
な回折光Ｌ0(1,0)とを分離でき、これらの不要な回折光
Ｌ0(-1,0) ，Ｌ0(1,0)を図６の空間フィルター６１でフ
ィルタリングすることができる。
【００７２】次に、図６の構成を発展させて、光源１０
から直列にｎ個の音響光学変調素子（ＡＯＭ）を配列
し、隣接するＡＯＭの間にそれぞれリレー光学系を配置
した場合を考える。この構成で抽出すべきビート光の周
波数Ｂf を考えると、各リレー光学系の光軸に対し対称
に進行する回折光をアライメント用の照射光束として用
いれば良いため、抽出すべきビート光の周波数Ｂf は一
般的に次式（１７）の如くなる。
から直列にｎ個の音響光学変調素子（ＡＯＭ）を配列
し、隣接するＡＯＭの間にそれぞれリレー光学系を配置
した場合を考える。この構成で抽出すべきビート光の周
波数Ｂf を考えると、各リレー光学系の光軸に対し対称
に進行する回折光をアライメント用の照射光束として用
いれば良いため、抽出すべきビート光の周波数Ｂf は一
般的に次式（１７）の如くなる。
【００７３】（１７） Ｂf ＝｜２（ｆ1＋ｆ2＋ｆ3
＋‥‥＋ｆn）｜ 但し、ｆi は光源側から第ｉ番目（ｉ＝１〜ｎ）のＡＯ
Ｍの駆動周波数であり、第１方向から駆動信号を加えた
ときの符号を正、第１方向とは逆の第２方向から駆動信
号を加えたときの符号を負とする。また、この場合にお
ける第１番目のリレー光学系の倍率β1 は式（１６）の
如くなり、第ｉ番目のリレー光学系の倍率βi は次式
（１８）の如くなる（但し、ｉ＝２，３，‥‥）。
＋‥‥＋ｆn）｜ 但し、ｆi は光源側から第ｉ番目（ｉ＝１〜ｎ）のＡＯ
Ｍの駆動周波数であり、第１方向から駆動信号を加えた
ときの符号を正、第１方向とは逆の第２方向から駆動信
号を加えたときの符号を負とする。また、この場合にお
ける第１番目のリレー光学系の倍率β1 は式（１６）の
如くなり、第ｉ番目のリレー光学系の倍率βi は次式
（１８）の如くなる（但し、ｉ＝２，３，‥‥）。
【００７４】 （１８） Ｂi ＝（ｖi+1ｆi）／（ｖiｆi+1） 尚、図６〜図８に示した第２実施例では、第１のＡＯＭ
17のラマン−ナス回折作用により分割生成される±１次
回折光の２光束を第２のＡＯＭ60に入射させ、第２のＡ
ＯＭ60を介して回折する２光束の内の一方の光束の１次
回折光と，第２のＡＯＭ60を介して回折する２光束の内
の他方の光束の−１次回折光との２光束を位置検出用の
マークに対して２方向から照射する例を示しているがこ
れに限るものではない。例えば、第１のＡＯＭ17により
生成される２つの任意の次数の回折光を位置検出用の２
光束として第２のＡＯＭ60に入射させても良く、また、
第２のＡＯＭ60を介して回折される２光束の内の一方の
光束の任意の次数の回折光と、第２のＡＯＭ60を介して
回折される２光束の内の他方の光束の任意の次数の回折
光とを位置検出用の２光束として位置検出用のマークに
対して２方向から照射するようにしても良い。
17のラマン−ナス回折作用により分割生成される±１次
回折光の２光束を第２のＡＯＭ60に入射させ、第２のＡ
ＯＭ60を介して回折する２光束の内の一方の光束の１次
回折光と，第２のＡＯＭ60を介して回折する２光束の内
の他方の光束の−１次回折光との２光束を位置検出用の
マークに対して２方向から照射する例を示しているがこ
れに限るものではない。例えば、第１のＡＯＭ17により
生成される２つの任意の次数の回折光を位置検出用の２
光束として第２のＡＯＭ60に入射させても良く、また、
第２のＡＯＭ60を介して回折される２光束の内の一方の
光束の任意の次数の回折光と、第２のＡＯＭ60を介して
回折される２光束の内の他方の光束の任意の次数の回折
光とを位置検出用の２光束として位置検出用のマークに
対して２方向から照射するようにしても良い。
【００７５】さて、以上で述べた各実施例では、Ｘｅラ
ンプ、ハロゲンランプ等の白色光源１０、可変絞り１１
及びコンデンサーレンズ１２を光源手段として、この光
源手段からの白色光Ｌ0 （多波長光）をＡＯＭ１７に入
射させている。しかしながら、図９に示す如く、互いに
異なる波長の光を射出する複数のレーザ光源１００，１
０１，１０２からの光をそれぞれ異なる入射角で、鋸歯
状の断面を有するブレーズ型の回折格子１０３に照射
し、各レーザ光源１００，１０１，１０２からの異なる
波長の光を合成してなる光束Ｌ0 を射出する光源系を光
源手段として用いても良い。
ンプ、ハロゲンランプ等の白色光源１０、可変絞り１１
及びコンデンサーレンズ１２を光源手段として、この光
源手段からの白色光Ｌ0 （多波長光）をＡＯＭ１７に入
射させている。しかしながら、図９に示す如く、互いに
異なる波長の光を射出する複数のレーザ光源１００，１
０１，１０２からの光をそれぞれ異なる入射角で、鋸歯
状の断面を有するブレーズ型の回折格子１０３に照射
し、各レーザ光源１００，１０１，１０２からの異なる
波長の光を合成してなる光束Ｌ0 を射出する光源系を光
源手段として用いても良い。
【００７６】また、図１及び図６に示した各実施例と
も、各検出器（２５，３３，３６）において光電検出さ
れる各光電信号から位相差検出系５０内部の光ビート信
号抽出部にて所定の周波数のビート信号を抽出している
が、各検出器（２５，３３，３６）と位相差検出系５０
との電気的な経路間に、光ビート信号抽出部（フーリエ
変換回路）をそれぞれ配置し、各検出器（２５，３３，
３６）で光電検出される光電信号をそれぞれ独立にフー
リエ変換しても良い。
も、各検出器（２５，３３，３６）において光電検出さ
れる各光電信号から位相差検出系５０内部の光ビート信
号抽出部にて所定の周波数のビート信号を抽出している
が、各検出器（２５，３３，３６）と位相差検出系５０
との電気的な経路間に、光ビート信号抽出部（フーリエ
変換回路）をそれぞれ配置し、各検出器（２５，３３，
３６）で光電検出される光電信号をそれぞれ独立にフー
リエ変換しても良い。
【００７７】また、上述実施例では、回折格子ＲＭ及び
ＷＭの位置検出用の光として白色光（多波長光）が使用
されているが、位置検出用の光として単色光を使用して
もよい。例えば、光源手段として単一波長（単色）の光
を供給するレーザー光源とした場合には、ウエハ４上の
レジストによる薄膜干渉の問題が生じるが、ラマン−ナ
ス回折を利用することにより装置全体の構成を簡略化で
き、しかも装置の調整を容易に行う事ができるという利
点は残っている。
ＷＭの位置検出用の光として白色光（多波長光）が使用
されているが、位置検出用の光として単色光を使用して
もよい。例えば、光源手段として単一波長（単色）の光
を供給するレーザー光源とした場合には、ウエハ４上の
レジストによる薄膜干渉の問題が生じるが、ラマン−ナ
ス回折を利用することにより装置全体の構成を簡略化で
き、しかも装置の調整を容易に行う事ができるという利
点は残っている。
【００７８】また、上述の各実施例では、アライメント
マーク（ＲＭ，ＷＭ）に対して２方向から照射すること
により回折する２光束の±１次回折光を利用してヘテロ
ダイン干渉法によるアライメントを行っているが、例え
ば、特開平2-133913号公報に開示されている如く、各実
施例のアライメントマーク（ＲＭ，ＷＭ）のピッチを半
分にして、アライメントマーク（ＲＭ，ＷＭ）を照明す
る一方の光束の０次回折光とアライメントマーク（Ｒ
Ｍ，ＷＭ）を照明する一方の光束の２次回折光（または
−２次回折光）とを検出光としてヘテロダイン干渉法に
よるアライメントを行っても良い。さらに、特開平4-78
14号公報に開示されている如く、レチクル上のアライメ
ントマークＲＭに対して第１の方向から第１光束を照明
してその第１の方向とは逆方向に発生する回折光と、レ
チクル上のアライメントマークＲＭに対して第１の方向
とは異なる第２の方向から第２光束を照明してその第２
の方向とは逆方向に発生する回折光とを検出光として利
用し、アライメント光学系内のウエハ共役な位置に配置
された回折格子により２つの回折した検出光を干渉させ
て、その干渉光を検出器にて検出する構成として、ヘテ
ロダイン干渉法によるアライメントを行っても良い。
マーク（ＲＭ，ＷＭ）に対して２方向から照射すること
により回折する２光束の±１次回折光を利用してヘテロ
ダイン干渉法によるアライメントを行っているが、例え
ば、特開平2-133913号公報に開示されている如く、各実
施例のアライメントマーク（ＲＭ，ＷＭ）のピッチを半
分にして、アライメントマーク（ＲＭ，ＷＭ）を照明す
る一方の光束の０次回折光とアライメントマーク（Ｒ
Ｍ，ＷＭ）を照明する一方の光束の２次回折光（または
−２次回折光）とを検出光としてヘテロダイン干渉法に
よるアライメントを行っても良い。さらに、特開平4-78
14号公報に開示されている如く、レチクル上のアライメ
ントマークＲＭに対して第１の方向から第１光束を照明
してその第１の方向とは逆方向に発生する回折光と、レ
チクル上のアライメントマークＲＭに対して第１の方向
とは異なる第２の方向から第２光束を照明してその第２
の方向とは逆方向に発生する回折光とを検出光として利
用し、アライメント光学系内のウエハ共役な位置に配置
された回折格子により２つの回折した検出光を干渉させ
て、その干渉光を検出器にて検出する構成として、ヘテ
ロダイン干渉法によるアライメントを行っても良い。
【００７９】なお、本発明は上述実施例に限定されず本
発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得るこ
とは勿論である。
発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得るこ
とは勿論である。
【００８０】
【発明の効果】本発明によれば、ラマン−ナス回折を利
用しているため、１つの周波数差生成手段により光束の
分割及び周波数差の付与という２つの機能が実行されて
いると共に、１つの周波数差生成手段により２つの光束
に周波数差が付与されている。従って、装置全体の構成
を簡略化でき且つ小型化できると共に、光学部材の位置
関係の調整が容易であるという利点がある。
用しているため、１つの周波数差生成手段により光束の
分割及び周波数差の付与という２つの機能が実行されて
いると共に、１つの周波数差生成手段により２つの光束
に周波数差が付与されている。従って、装置全体の構成
を簡略化でき且つ小型化できると共に、光学部材の位置
関係の調整が容易であるという利点がある。
【００８１】また、位置検出用の光として複数の波長の
光束を使用した場合には、白色光（多波長光）による光
ビート信号が得られるため、各波長の光ビート信号、即
ち複数の光ビート信号による平均化効果によって、各回
折格子マークの非対称性による悪影響や回折格子マーク
の段差構造により発生する検出光の光量低下を抑えるこ
とができる。しかも、白色光（多波長光）により被検物
上の回折格子マークを照射しているため、被検物上にレ
ジスト等の感光材が塗布されている場合でも、レジスト
等による薄膜干渉の影響を解消しながら、ヘテロダイン
干渉法による高精度な位置検出が達成できる。
光束を使用した場合には、白色光（多波長光）による光
ビート信号が得られるため、各波長の光ビート信号、即
ち複数の光ビート信号による平均化効果によって、各回
折格子マークの非対称性による悪影響や回折格子マーク
の段差構造により発生する検出光の光量低下を抑えるこ
とができる。しかも、白色光（多波長光）により被検物
上の回折格子マークを照射しているため、被検物上にレ
ジスト等の感光材が塗布されている場合でも、レジスト
等による薄膜干渉の影響を解消しながら、ヘテロダイン
干渉法による高精度な位置検出が達成できる。
【００８２】更に、白色光（多波長光）は、周波数差生
成手段に入射して回折された後、各光学系を光軸に対し
て対称かつ並列的に進行するため、分割光束間には光路
長差が原理的に発生しない。従って、分割光束間の波面
が揃っているため、高精度な位置合わせが可能となるば
かりか、調整容易でコンパクトな装置が実現できる。ま
た、２光束生成手段が、周波数差生成手段で生成された
所定の周波数差を有する各波長の２光束を集光するリレ
ー光学系と、このリレー光学系により集光された２光束
を回折及び変調させる進行波を利用して、そのリレー光
学系からの２光束に所定の第２の周波数差を与える第２
の周波数差生成手段とを有する場合には、２個の周波数
差生成手段で大きさが僅かに異なる逆符号の周波数差を
付与することにより、２光束の周波数差を信号処理が容
易な程度までビートダウンできる利点がある。
成手段に入射して回折された後、各光学系を光軸に対し
て対称かつ並列的に進行するため、分割光束間には光路
長差が原理的に発生しない。従って、分割光束間の波面
が揃っているため、高精度な位置合わせが可能となるば
かりか、調整容易でコンパクトな装置が実現できる。ま
た、２光束生成手段が、周波数差生成手段で生成された
所定の周波数差を有する各波長の２光束を集光するリレ
ー光学系と、このリレー光学系により集光された２光束
を回折及び変調させる進行波を利用して、そのリレー光
学系からの２光束に所定の第２の周波数差を与える第２
の周波数差生成手段とを有する場合には、２個の周波数
差生成手段で大きさが僅かに異なる逆符号の周波数差を
付与することにより、２光束の周波数差を信号処理が容
易な程度までビートダウンできる利点がある。
【図１】本発明による位置検出装置の第１実施例が適用
された投影露光装置を示す概略構成図である。
された投影露光装置を示す概略構成図である。
【図２】（ａ）はレチクル上の回折格子マーク及び透過
窓を示す平面図、（ｂ）はウエハ上の回折格子マークを
示す平面図である。
窓を示す平面図、（ｂ）はウエハ上の回折格子マークを
示す平面図である。
【図３】（ａ）はアライメント光学系内に設けられたレ
チクル側の回折格子マーク用の視野絞りを示す平面図、
（ｂ）は同じくウエハ側の回折格子マーク用の視野絞り
を示す平面図である。
チクル側の回折格子マーク用の視野絞りを示す平面図、
（ｂ）は同じくウエハ側の回折格子マーク用の視野絞り
を示す平面図である。
【図４】第１実施例における音響光学変調素子１７の動
作の説明に供する図である。
作の説明に供する図である。
【図５】音響光学変調素子によるラマン−ナス回折の原
理説明図である。
理説明図である。
【図６】本発明の第２実施例の投影露光装置を示す概略
構成図である。
構成図である。
【図７】第２実施例における２つの音響光学変調素子１
７，６０の動作の説明に供する図である。
７，６０の動作の説明に供する図である。
【図８】第２実施例の音響光学変調素子によりノイズ光
が生成される様子を示す図である。
が生成される様子を示す図である。
【図９】複数の波長の光を供給する光源の他の例を示す
構成図である。
構成図である。
ＲＭ レチクル側の回折格子マーク ＷＭ ウエハ側の回折格子マーク １ レチクル ３ 投影対物レンズ ４ ウエハ １０ 白色光源 １１ 可変絞り １２ コンデンサーレンズ １３ バンドパスフィルター １７，６０ 音響光学変調素子（ＡＯＭ） １８ａ，１８ｂ リレー光学系 １９，６１ 空間フィルター ３８ 対物レンズ
Claims (4)
- 【請求項１】 互いに周波数が異なる２光束を生成する
２光束生成手段と、該２光束生成手段からの２光束を集
光して被検物上に形成された回折格子に対して前記２光
束を所定の２方向から照射する対物光学系と、前記回折
格子から発生する回折光同士を前記対物光学系を介して
光電的に検出する検出器とを有し、前記被検物の位置を
検出する位置検出装置において、 前記２光束生成手段は、単一の波長又は複数の波長の光
束を供給する光源手段と、前記光源手段からの光束より
所定の周波数差を有する２光束を生成する周波数差生成
手段とを有し、前記周波数差生成手段は、前記光源手段から供給される
前記光束を回折及び変調させる進行波を内部に発生さ
せ、 前記光源手段から前記周波数差生成手段に対して供給さ
れる光束を前記進行波の波面に対して平行に入射させ、
前記進行波により生成されるそれぞれ異なる周波数を持
つ別の次数の２つの回折光を前記対物光学系へ導く構成
としたことを特徴とする位置検出装置。 - 【請求項２】 互いに周波数が異なる２光束を生成する
２光束生成手段と、該２光束生成手段からの２光束を集
光して被検物上に形成された回折格子に対して前記２光
束を所定の２方向から照射する対物光学系と、前記回折
格子から発生する回折光同士を前記対物光学系を介して
光電的に検出する検出器とを有し、前記被検物の位置を
検出する位置検出装置において、 前記２光束生成手段は、単一の波長又は複数の波長の光
束を供給する光源手段と、該光源手段から供給される光
束を回折及び変調させる進行波を利用して、前記光源手
段からの光束より所定の周波数差を有する２光束を生成
する第１の周波数差生成手段と、前記第１の周波数差生
成手段で生成された所定の周波数差を有する各波長の２
光束を集光するリレー光学系と、該リレー光学系により
集光された２光束を回折及び変調させる進行波を利用し
て、前記リレー光学系からの２光束に所定の第２の周波
数差を与える第２の周波数差生成手段とを有し、 前記光源手段から前記第１の周波数差生成手段に対して
供給される光束を前記進行波の波面に対して平行に入射
させ、前記進行波により生成されるそれぞれ異 なる周波
数を持つ別の次数の２つの回折光を前記第２の周波数差
生成手段へ導く構成とし、 前記リレー光学系は、前記第１の周波数差生成手段の回
折点を前記第２の周波数差生成手段の回折点にリレーす
る ことを特徴とする位置検出装置。 - 【請求項３】 フォトマスク上のパターン像を投影光学
系を介して感光基板上に転写する投影露光装置におい
て、 前記フォトマスク又は前記感光基板を位置合わせするた
めに請求項１又は２に記載の位置検出装置を備えること
を特徴とする投影露光装置。 - 【請求項４】 フォトマスク上のパターン像を投影光学
系を介して感光基板上に転写する投影露光方法におい
て、 請求項１又は２に記載の位置検出装置を用いて前記フォ
トマスク又は前記感光基板を位置合わせする工程を有す
ることを特徴とする投影露光方法。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02953193A JP3339591B2 (ja) | 1993-02-19 | 1993-02-19 | 位置検出装置 |
| EP93111298A EP0581118B1 (en) | 1992-07-15 | 1993-07-14 | Light source for a heterodyne interferometer |
| US08/091,501 US5488230A (en) | 1992-07-15 | 1993-07-14 | Double-beam light source apparatus, position detecting apparatus and aligning apparatus |
| DE69324532T DE69324532T2 (de) | 1992-07-15 | 1993-07-14 | Lichtquelle für ein Heterodyninterferometer |
| US08/470,889 US5569929A (en) | 1992-07-15 | 1995-06-06 | Double-beam light source apparatus, position detecting apparatus and aligning apparatus |
| US08/471,926 US5530257A (en) | 1992-07-15 | 1995-06-06 | Double-beam light source apparatus, position detecting apparatus and aligning apparatus |
| US08/470,902 US5530256A (en) | 1992-07-15 | 1995-06-06 | Double-beam light source apparatus, position detecting apparatus and aligning apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02953193A JP3339591B2 (ja) | 1993-02-19 | 1993-02-19 | 位置検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06241726A JPH06241726A (ja) | 1994-09-02 |
| JP3339591B2 true JP3339591B2 (ja) | 2002-10-28 |
Family
ID=12278698
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02953193A Expired - Fee Related JP3339591B2 (ja) | 1992-07-15 | 1993-02-19 | 位置検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3339591B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100541272B1 (ko) * | 1995-02-01 | 2006-05-22 | 가부시키가이샤 니콘 | 기판상의마크위치를검출하는방법과그의방법에의한위치검출장치및그의위치검출장치를이용한노광장치 |
| JP4810053B2 (ja) * | 2000-08-10 | 2011-11-09 | ケーエルエー−テンカー・コーポレーション | 複数ビーム検査装置および方法 |
-
1993
- 1993-02-19 JP JP02953193A patent/JP3339591B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06241726A (ja) | 1994-09-02 |
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