JP3085248B2 - Position detecting device and position detecting method - Google Patents
Position detecting device and position detecting methodInfo
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Optical Transform (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、回折格子を利用した高
分解能の変位検出装置に関し、特にウェハやマスク等に
形成された回折格子の位置ずれ量、あるいはマスクとウ
ェハとのアライメント誤差量等を検出する装置に関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-resolution displacement detection device using a diffraction grating, and more particularly to a displacement amount of a diffraction grating formed on a wafer or a mask, or an alignment error between a mask and a wafer. The present invention relates to a device for detecting
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、この種の変位検出装置として、特
開昭61−208220号公報、特開昭61−2284
49号公報に開示されているように、ウェハ等の基板に
回折格子を形成しておき、これにコヒーレントな2光束
を互いに異なる方向から照射して、回折格子のピッチ方
向に並んだ干渉縞を作り、このスタティックな干渉縞を
基準として回折格子の変位量、位置ずれ量を検出する方
式が知られている。さらに、上記公報には、基板上の回
折格子の各格子エレメントのエッジが非対称性を伴って
いる場合、予め回折格子からの回折光のいろいろな次数
について個別に強度を求めてデータベース化しておき、
実際の位置ずれ検出時には非対称性による誤差分をデー
タベースに基づいて補正することも開示されている。2. Description of the Related Art Conventionally, as this kind of displacement detecting device, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 61-208220 and 61-2284 have been disclosed.
As disclosed in Japanese Patent Publication No. 49, a diffraction grating is formed on a substrate such as a wafer, and two coherent light beams are irradiated from different directions on the diffraction grating to form interference fringes arranged in the pitch direction of the diffraction grating. A method of detecting the displacement amount and the displacement amount of the diffraction grating with reference to the static interference fringes is known. Furthermore, in the above publication, when the edge of each grating element of the diffraction grating on the substrate is accompanied by asymmetry, the intensities of various orders of the diffracted light from the diffraction grating are individually obtained in advance and made into a database,
It is also disclosed that an error due to asymmetry is corrected based on a database at the time of detecting an actual position shift.
【0003】また、回折格子上に照射される干渉縞を一
方向に高速に流し、光ヘテロダイン方式で、回折格子の
位置ずれ量を検出する方法も、例えば、特開昭61−2
15905号公報、特開昭62−56818号公報に開
示されている。この公報に開示された技術によれば、コ
ヒーレントな2光束に一定の周波数差を与え、その2光
束を回折格子上で所定の角度で交差させることによっ
て、一方向に周波数差に応じた速度で流れる干渉縞を作
ることができる。そして位置ずれ量の検出にあたって
は、回折格子から同一方向に発生する同一次数の回折光
同志の干渉強度を光電検出して、2光束の周波数差と等
しい周波数の計測用光電信号を得る。一方、2光束の周
波数差と等しい周波数の参照信号を別途作っておき、こ
の参照信号に対する計測用光電信号の位相差を検出する
ことで、回折格子のピッチ方向の位置ずれ量(変位)が
格子の±1/4ピッチ以内で計測される。Further, a method of detecting an amount of misalignment of a diffraction grating by an optical heterodyne method in which an interference fringe applied to the diffraction grating is caused to flow at a high speed in one direction is disclosed in, for example, JP-A-61-2.
No. 15,905, and JP-A-62-56818. According to the technique disclosed in this publication, a constant frequency difference is given to two coherent light beams, and the two light beams intersect at a predetermined angle on a diffraction grating, so that the two light beams can move in one direction at a speed corresponding to the frequency difference. A flowing interference fringe can be created. In detecting the amount of displacement, the interference intensity of diffracted light beams of the same order generated from the diffraction grating in the same direction is photoelectrically detected, and a measurement photoelectric signal having a frequency equal to the frequency difference between the two light beams is obtained. On the other hand, a reference signal having a frequency equal to the frequency difference between the two light beams is separately prepared, and the phase difference of the diffraction grating in the pitch direction is detected by detecting the phase difference of the measurement photoelectric signal with respect to this reference signal. It is measured within ± 1/4 pitch.
【0004】さらに、このような光ヘテロダイン方式の
位置ずれ量検出装置を半導体素子製造用の投影型露光装
置(ステッパー)内のTTR(スルー・ザ・レチクル)
アライメント系として組み込んだものが、特開昭63−
283129号公報に開示されている。TTRアライメ
ント系は通常の使い方として、ウェハ上の1つのショッ
ト領域をレチクルパターンの投影像と±1μm程度に位
置合わせした状態で、そのショット領域の格子マークを
検出して1μm以下の位置ずれ量を求め、そのずれ量が
補正されるように、ウェハステージ、又はレチクルステ
ージを微動させるように使われる。このように、TTR
アライメント系では、格子マークの検出時に2光束とウ
ェハ(格子マーク)とは相対移動しないが、その代りに
格子マーク上の干渉縞が常に流れ続けているため、位相
差計測が逐次可能である。Further, such an optical heterodyne type position shift amount detecting apparatus is provided with a TTR (through the reticle) in a projection type exposure apparatus (stepper) for manufacturing a semiconductor device.
The one incorporated as an alignment system is disclosed in
No. 283129. The TTR alignment system is usually used in a state where one shot area on a wafer is aligned with a projected image of a reticle pattern at about ± 1 μm, and a grid mark of the shot area is detected and a displacement of 1 μm or less is detected. It is used to finely move the wafer stage or the reticle stage so that the deviation amount is obtained and corrected. Thus, TTR
In the alignment system, the two light beams and the wafer (grid mark) do not move relative to each other when the grid mark is detected, but instead the interference fringes on the grid mark are always flowing, so that the phase difference measurement can be sequentially performed.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】被測定物としウェハが
計測される場合、露光工程にあるウェハは、通常全面に
レジスト層が塗布されている。従って、干渉縞を作る2
光束はレジスト層を介してウェハ表面の回折格子マーク
を照射することになる。レジスト層は1μm程度の薄膜
であり、これに対して2光束は単色性のよいレーザ光等
が使われるため、薄膜干渉現象等が起きやすく、レジス
ト層のわずかな厚み変化によって、格子マークから生じ
る回折光(例えば±1次光)の強度が極端に変化するこ
とがある。また一連のプロセスを受けたウェハ等では、
格子マーク自体のデューティ(ライン幅とスペース幅の
比)が50%から変化することがあり、この場合も、検
出しようとする回折光(±1次光)の強度が変化する。When a wafer is measured as an object to be measured, a resist layer is usually applied to the entire surface of the wafer in the exposure step. Therefore, interference fringes 2
The light beam irradiates the diffraction grating mark on the wafer surface via the resist layer. The resist layer is a thin film having a thickness of about 1 μm. On the other hand, the laser beam or the like having a good monochromaticity is used for the two light beams, so that a thin film interference phenomenon or the like easily occurs. The intensity of the diffracted light (for example, ± first-order light) may change extremely. For wafers that have undergone a series of processes,
The duty (ratio of line width to space width) of the grid mark itself may change from 50%, and also in this case, the intensity of the diffracted light (± first-order light) to be detected changes.
【0006】また、それらレジスト層や格子デューティ
の両方の影響がともに悪い方向へ働くと、検出すべき回
折光(±1次光同志の干渉光)の強度がほとんど得られ
ないといった欠点があった。そこで本発明は、上述のよ
うな悪影響が生じたときでも、回折格子の変位検出を可
能にした装置を得ることを目的とする。Further, if both the resist layer and the grating duty work in a bad direction, the intensity of the diffracted light to be detected (interference light of ± first order light) is hardly obtained. . Therefore, an object of the present invention is to provide a device that can detect the displacement of a diffraction grating even when the above-described adverse effects occur.
【0007】[0007]
【課題を達成する為の手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、被測定物に設けられた回折格子に対し
て互いに異なる2方向から光ビームを照射する光ビーム
照射手段と、前記回折格子から生じる特定の回折光同志
の干渉強度を検出する光電検出手段と、該光電検出手段
の出力信号に基づいて前記回折格子の格子ピッチ方向に
関する前記被測定物の変位を計測する計測手段とを備え
た装置において、光電検出手段は、回折格子から同一方
向に進む同一回折角を持った回折光同志の干渉強度を検
出する第1光電検出器と、回折格子から同一方向に進む
異なる回折角を持った回折光同志の干渉強度を検出する
第2光電検出器とを備え;計測手段は、被測定物の変位
に対応した値を第1光電検出器の出力信号に基づいて計
測する第1計測部と、第2光電検出器の出力信号に基づ
いて計測する第2計測部とを有し、光ビーム照射手段
は、2方向からの光ビームに所定の周波数差を与える周
波数変調部材と、該周波数差と等しい周波数の参照信号
を出力する参照信号発生部とを備え、それによって、第
1光電検出器と第2光電検出器の夫々は、所定の周波数
差と等しい周波数の第1光電信号と第2光電信号とを出
力し、さらに第1計測部は参照信号と第1光電信号との
第1位相関係を計測値として検出する第1位相検出部を
有し、第2計測部は参照信号と第2光電信号との第2位
相関係を計測値として検出する第2位相検出部を有し、
計測手段は、第1位相検出部の検出結果と第2位相検出
部の検出結果とに基づいて、第2位相差検出部の検出結
果に所定のオフセットを与えるオフセット選択部を含む
こととした。また本発明によれば、被測定物に設けられ
た回折マークに対して光ビームを照射する光ビーム照射
手段と、回折マークから生じる光情報に基づいて被測定
物の変位を計測する装置において、回折マークから生じ
る第1の回折光情報を検出する第1光電検出器と;回折
マークから生じる第2の回折光情報を検出する第2光電
検出器と;第1光電検出器からの情報と第2光電検出器
からの情報との少なくとも一方を用いて、被測定物の位
置に対応した値を算出するための複数のモードを有する
演算部と;複数のモードを選択する選択部とを有するこ
ととした。According to the present invention, there is provided a light beam irradiating means for irradiating a diffraction grating provided on an object to be measured with light beams from two different directions. Photoelectric detecting means for detecting the interference intensity of specific diffracted light beams generated from the diffraction grating, and measuring means for measuring a displacement of the object to be measured in a grating pitch direction of the diffraction grating based on an output signal of the photoelectric detecting means; And a first photoelectric detector for detecting the interference intensity of diffracted light beams having the same diffraction angle traveling in the same direction from the diffraction grating, and a different diffraction angle traveling in the same direction from the diffraction grating. A second photoelectric detector for detecting the interference intensity of the diffracted light beams having the following. The first measuring unit measures a value corresponding to the displacement of the object to be measured based on the output signal of the first photoelectric detector. Measuring unit and A second measuring unit for measuring based on an output signal of the second photoelectric detector, wherein the light beam irradiating means includes: a frequency modulation member for giving a predetermined frequency difference to the light beams from the two directions; A reference signal generator for outputting a reference signal having an equal frequency, whereby each of the first photoelectric detector and the second photoelectric detector has a first photoelectric signal and a second photoelectric signal having a frequency equal to a predetermined frequency difference. A first phase detector for detecting the first phase relationship between the reference signal and the first photoelectric signal as a measured value, and the second measuring unit outputs the reference signal and the second signal. A second phase detection unit that detects a second phase relationship with the photoelectric signal as a measurement value,
The measuring means includes an offset selection unit that gives a predetermined offset to the detection result of the second phase difference detection unit based on the detection result of the first phase detection unit and the detection result of the second phase detection unit. Further, according to the present invention, in a light beam irradiating means for irradiating a light beam to the diffraction mark provided on the object to be measured, and in an apparatus for measuring the displacement of the object to be measured based on optical information generated from the diffraction mark, A first photoelectric detector for detecting first diffracted light information generated from the diffraction mark; a second photoelectric detector for detecting second diffracted light information generated from the diffraction mark; information from the first photoelectric detector; (2) An arithmetic unit having a plurality of modes for calculating a value corresponding to the position of the device under test using at least one of information from the photoelectric detector; and a selecting unit for selecting a plurality of modes. And
【0008】本発明の基本的な構成は従来と同様に、回
折格子に2方向から光ビームを照射する光ビーム照射手
段と、回折格子から生じる回折光同志の干渉強度を検出
する光電検出手段と、その出力信号に基づいて回折格子
のピッチ方向の変位を計測する計測手段とを設けること
にある。さらに本発明の新規な構成として、光電検出手
段として第1光電検出器と第2光電検出器との2つを設
ける。As in the prior art, the basic structure of the present invention is as follows: a light beam irradiating means for irradiating the diffraction grating with a light beam from two directions; and a photoelectric detecting means for detecting the interference intensity of diffracted light generated from the diffraction grating. Measuring means for measuring the displacement of the diffraction grating in the pitch direction based on the output signal. Further, as a novel configuration of the present invention, two photoelectric detectors, a first photoelectric detector and a second photoelectric detector, are provided.
【0009】第1光電検出器は、2つのビームの照射に
よって回折格子から生じる同一回折角の回折光同志の干
渉強度を検出し、第2光電検出器は回折格子から生じる
異なる回折角の回折光同志の干渉強度を検出する。さら
に本発明では計測手段として、第1計測部と第2計測部
とを設ける。第1計測部は第1光電検出器の出力信号
(参照信号との位相差)に基づいて回折格子(被測定
物)の変位量(すなわち、位置ずれ量)に対応した値を
計測し、第2計測部は第2光電検出器の出力信号(参照
信号との位相差)に基づいて回折格子の変位量(位置ず
れ量)に対応した値を計測する。 そして、第1計測部
の計測値と第2計測部の計測値とに基づいて、第2計測
部の計測値に与えるオフセットを求めるオフセット選択
部を有することとした。The first photoelectric detector detects the interference intensity of diffracted light beams of the same diffraction angle generated from the diffraction grating by irradiation of the two beams, and the second photoelectric detector detects the diffracted light beams of different diffraction angles generated from the diffraction grating. Detect the mutual interference strength. Further, in the present invention, a first measuring section and a second measuring section are provided as measuring means. The first measurement unit measures a value corresponding to a displacement amount (that is, a displacement amount) of the diffraction grating (object to be measured) based on an output signal (a phase difference from a reference signal) of the first photoelectric detector, and The second measurement unit measures a value corresponding to the displacement amount (position shift amount) of the diffraction grating based on the output signal (phase difference from the reference signal) of the second photoelectric detector. And it has decided to have the offset selection part which calculates the offset given to the measurement value of a 2nd measurement part based on the measurement value of a 1st measurement part, and the measurement value of a 2nd measurement part.
【0010】[0010]
【作用】本発明の第1光電検出器は同一回折角の回折光
同志の干渉強度を検出するが、これは2方向から回折格
子を照射する2つの光ビームを、第1ビーム、第2ビー
ムとしたとき、例えば第1ビームの照射によって生じる
−1次回折光と第2ビームの照射によって生じる+1次
回折光とが同一方向に進むように、2つの光ビームの回
折格子への入射角と格子ピッチの関係を定めることで達
成される。そして、この条件が達成されていると、例え
ば第1ビームの照射によって生じる0次回折光(正反射
光、又は直進透過光)と、第2ビームの照射によって生
じる+2次回折光とが同一方向に進むことになり、これ
は第2光電検出器によって干渉強度として検出される。
本発明では、回折格子のデューティやレジスト層等の影
響で1次回折光が弱くなる条件と、2次回折光が弱くな
る条件とが全く同時に満たされる確率は極めて小さいと
いう点に着目し、どちらかの光電検出器に十分な光強度
が得られれば、その一方の出力信号を使って回折格子の
変位(位置ずれ)量を検出するものである。従って、通
常は同一次数(±1次)の回折光同志の干渉強度に基づ
いて位置ずれ検出を行ない、その干渉強度があるレベル
以下、又は全く得られないときは異なる次数(0次、2
次)の回折光同志の干渉強度に基づいて位置ずれ検出を
行なうように切り替えることで、回折格子マークの検出
率が確実に向上する。The first photoelectric detector of the present invention detects the interference intensity of diffracted light beams having the same diffraction angle. The first photoelectric detector detects two light beams that irradiate the diffraction grating from two directions by a first beam and a second beam. In this case, for example, the incidence angle and grating pitch of the two light beams on the diffraction grating are set so that the -1st-order diffraction light generated by the irradiation of the first beam and the + 1st-order diffraction light generated by the irradiation of the second beam travel in the same direction. Is achieved by defining the relationship. If this condition is satisfied, for example, the 0th-order diffracted light (specular reflection light or linearly transmitted light) generated by the irradiation of the first beam and the + 2nd-order diffracted light generated by the irradiation of the second beam travel in the same direction. This means that this is detected by the second photoelectric detector as interference intensity.
The present invention pays attention to the fact that the probability that the condition in which the first-order diffracted light is weakened and the condition in which the second-order diffracted light is weakened at the same time due to the influence of the duty of the diffraction grating, the resist layer, and the like is extremely small is extremely low. If a sufficient light intensity is obtained in the photoelectric detector, the displacement (positional displacement) of the diffraction grating is detected using one of the output signals. Therefore, usually, position shift detection is performed based on the interference intensity of diffracted light beams of the same order (± 1st order), and when the interference intensity is below a certain level or cannot be obtained at all, a different order (0 order, 2 order)
By switching so as to detect the displacement based on the interference intensity between the diffracted lights in the next step, the detection rate of the diffraction grating mark is reliably improved.
【0011】ここで本発明の原理を図2、図3を参照し
て説明する。図2において反射型の回折格子GAに対し
て、2つの光ビームBM1 ,BM2を入射角ψで対称的
に照射する。第1ビームBM1 と第2ビームBM2 は、
同一のレーザ光源から照射され、ともに格子GAの全面
を照射するだけの断面積をもった平行光束とする。また
ここでは、第1ビームBM1 と第2ビームBM2 との周
波数は等しいものとするが、周波数差をもたせても、以
下の説明は全く同様に適用される。Here, the principle of the present invention will be described with reference to FIGS. In FIG. 2, two light beams BM 1 and BM 2 are symmetrically applied to the reflection type diffraction grating GA at an incident angle ψ. The first beam BM 1 and the second beam BM 2 are
A parallel light beam is emitted from the same laser light source and has a sectional area sufficient to irradiate the entire surface of the grating GA. Here, the frequencies of the first beam BM 1 and the second beam BM 2 are assumed to be equal. However, even if a frequency difference is provided, the following description is applied in the same manner.
【0012】尚、その周波数差は、すなわち光ヘテロダ
イン方式のビート周波数のことであり、ゼーマン・レー
ザ光源を使うことで容易に与えられる。また第1ビーム
BM 1 と第2ビームBM2 との周波数が異なるというこ
とは、かならずしも波長が異なるということを意味せ
ず、むしろ実質的に等しいと考えてよい。、本発明で扱
うヘテロダイン・ビート周波数は無線周波数よりも低く
(103 〜105 Hz程度)、これは例えばHe−Ne
レーザ光の代表的な波長628nmの絶対的な周波数
(光速度/波長)約4.76×1014Hzと比較すれ
ば、実質無視できることは明らかである。Incidentally, the frequency difference is,
This is the beat frequency of the in-type
It is easily provided by using the light source. Also the first beam
BM 1And the second beam BMTwoFrequency is different from
Does not necessarily mean that the wavelengths are different.
Rather, they may be considered substantially equal. ,
Heterodyne beat frequency is lower than radio frequency
(10Three-10FiveHz), which is, for example, He-Ne
Absolute frequency of 628 nm typical wavelength of laser light
(Light speed / wavelength) about 4.76 × 1014Hz
Clearly, it can be ignored.
【0013】さて、図2のように、2つのビームB
M1 ,BM2 を照射すると、その交差領域内には干渉縞
IFが作られる。干渉縞IFは格子GAの格子要素と平
行になるように設定される。ここで2つのビームB
M1 ,BM2 の波長をλ、格子GA(デューティ50
%)のピッチをPg、干渉縞IFのピッチをPfとする
と、まず次式の関係が成り立つ。Now, as shown in FIG. 2, two beams B
When M 1 and BM 2 are irradiated, an interference fringe IF is formed in the intersection area. The interference fringes IF are set so as to be parallel to the grating elements of the grating GA. Where two beams B
Let the wavelengths of M 1 and BM 2 be λ and the grating GA (duty 50
%) Is Pg and the pitch of the interference fringes IF is Pf, first, the following relationship is established.
【0014】Pf=λ/2sinψ ……………(1) さらに、第1ビームBM1 、第2ビームBM2 の各n次
回折光を格子GAの面に対して垂直に発生させるものと
すると、次式の関係が成り立つ。 sinψ=n・λ/Pg …………(2) 従って式(1)、(2)より、2・n・Pf=Pgとな
る。図2ではn=1として図示してあり、各回折次数の
符号(正負)は、0次回折光に対して時計回りの方向に
広がっていく高次回折光を正とし、反時計回りを負とし
てある。Pf = λ / 2 sinψ (1) Further, assuming that each n-th order diffracted light of the first beam BM 1 and the second beam BM 2 is generated perpendicular to the surface of the grating GA, The following relationship holds. sinψ = n · λ / Pg (2) Therefore, from Expressions (1) and (2), 2 · n · Pf = Pg. In FIG. 2, n = 1 is shown, and the sign (positive or negative) of each diffraction order is positive for higher-order diffracted light that spreads clockwise with respect to 0-order diffracted light, and negative for counterclockwise. .
【0015】まず第1ビームBM1 の照射によって生じ
る0次回折光B1 (0)は、第2ビームBM2 と同じ光
路を逆進する。そして第1ビームBM1 の照射によって
生じた−1次回折光B1 (−1)は垂直に進み、−2次
回折光B1 (−2)は第1ビームBM1 とほぼ同じ光路
を逆進する。さらに第1ビームBM1 の照射によって生
じた+1次回折光B1 (+1)は0次回折光BM
1 (0)から時計回りにほぼ角度ψだけ傾いた方向に進
み、−3次回折光B1 (−3)は第1ビームBM1 から
反時計回りにほぼ角度ψだけ傾いた方向に進む。一方、
第2ビームBM2 の照射によって生じた0次回折光B2
(0)は第1ビームBM1 と同じ光路を逆進する。そし
て第2ビームBM2 の照射によって生じた+1次回折光
B2 (+1)は垂直に進み、+2次回折光B2 (+2)
は第2ビームBM2 とほぼ同じ光路を逆進する。さらに
第2ビームBM2 の照射によって生じた−1次回折光B
M2 (−1)は0次回折光B2 (0)から反時計回りに
ほぼ角度ψだけ傾いた方向に進み、+3次回折光B
2 (+3)は第2ビームBM2 から時計回りにほぼ角度
ψだけ傾いた方向に進む。従って、±1次の回折光B1
(−1)、B2 (+1)を同一方向に発生させる条件に
すると、0次回折光B1 (0)と+2次回折光B2 (+
2)とが同一方向になり、0次回折光B2 (0)と−2
次回折光B1 (−2)とが同一方向になる。さらに+1
次回折光B1 (+1)と+3次回折光B2 (+3)とが
同一方向になり、−1次回折光B2 (−1)と−3次回
折光B1 (−3)とが同一方向になる。First, the zero-order diffracted light B 1 (0) generated by the irradiation of the first beam BM 1 travels in the same optical path as the second beam BM 2 . And it caused by the irradiation of the first beam BM 1 -1 order diffracted light B 1 (-1) proceeds vertically, -2 order diffracted light B 1 (-2) is backward substantially the same optical path as the first beam BM 1 . Further, the + 1st order diffracted light B 1 (+1) generated by the irradiation of the first beam BM 1 is the 0th order diffracted light BM
From (1), the beam advances in a direction inclined approximately clockwise by an angle ψ, and the -3rd-order diffracted light B 1 (-3) advances from the first beam BM 1 in a direction inclined approximately angle ほ ぼ in a counterclockwise direction. on the other hand,
Caused by irradiation of the second beam BM 2 0-order diffracted light B 2
(0) is backward the same optical path as the first beam BM 1. Then, the + 1st-order diffracted light B 2 (+1) generated by the irradiation of the second beam BM 2 advances vertically, and the + 2nd-order diffracted light B 2 (+2)
It will reverse the substantially same optical path as the second beam BM 2. Further, the −1st-order diffracted light B generated by the irradiation of the second beam BM 2
M 2 (−1) travels from the 0th-order diffracted light B 2 (0) in a direction counterclockwise inclined substantially by an angle ψ, and the + 3rd-order diffracted light B
2 (+3) travels in a direction inclined clockwise approximately by an angle か ら from the second beam BM 2 . Therefore, ± 1st order diffracted light B 1
Under the condition that (-1) and B 2 (+1) are generated in the same direction, the 0th-order diffracted light B 1 (0) and the + 2nd-order diffracted light B 2 (+
2) is in the same direction, and the zero-order diffracted light B 2 (0) and −2
The next-order diffracted light B 1 (−2) is in the same direction. Plus +1
The first-order diffracted light B 1 (+1) and the + 3rd-order diffracted light B 2 (+3) are in the same direction, and the −1st-order diffracted light B 2 (−1) and the −th-order diffracted light B 1 (−3) are in the same direction. .
【0016】これら同一方向に進む回折光同志は互いに
干渉し合い、干渉縞IFと格子GAの相対移動によって
その干渉強度も正弦波状に変化する。図3(A)、
(B)はそれぞれ2つのビームBM1 ,BM2 を別々に
格子GAに照射したときの各回折光の発生の様子を示し
たもので、縦軸は回折光の相対強度を表わし、横軸は格
子GAの法線方向を零基準とした各回折光の回折角を表
わす。The diffracted lights traveling in the same direction interfere with each other, and the interference intensity changes sinusoidally due to the relative movement of the interference fringe IF and the grating GA. FIG. 3 (A),
(B) shows the state of generation of each diffracted light when the two beams BM 1 and BM 2 are separately irradiated on the grating GA. The vertical axis indicates the relative intensity of the diffracted light, and the horizontal axis indicates It represents the diffraction angle of each diffracted light with the normal direction of the grating GA as the zero reference.
【0017】尚、図3(A)中の+2次回折光B1 (+
2)、+3次回折光B1 (+3)と、図3(B)中の−
2次回折光B2 (−2)、−3次回折光B2 (−3)
は、図2中には図示していない。この図3から明らかな
ように、第1ビームBM1 によって生じた回折光の次数
と、第2ビームBM2 によって生じた回折光の次数との
差の絶対値が2になるもの同志が互いに同一方向に進
み、干渉し合う。すなわち±n次回折光を同一方向にす
る場合、差の絶対値が2nになる次数の回折光同志が同
一方向に進むことになる。The + 2nd-order diffracted light B 1 (+
2), + 3rd order diffracted light B 1 (+3) and − in FIG.
Second order diffracted light B 2 (-2), third order diffracted light B 2 (-3)
Are not shown in FIG. As is apparent from FIG. 3, the absolute value of the difference between the order of the diffracted light generated by the first beam BM 1 and the order of the diffracted light generated by the second beam BM 2 becomes 2, and the two are the same. Proceed in the direction and interfere with each other. That is, when the ± n-order diffracted lights are in the same direction, the diffracted lights of the order in which the absolute value of the difference is 2n travel in the same direction.
【0018】本発明では、差の絶対値が2nになる次数
の回折光同志の干渉光の複数を個別に光電検出し、どの
出力信号を位置ずれ検出に使用するかを判断し、所定の
干渉光にオフセットを与えて検出精度を向上させること
とした。According to the present invention, a plurality of interference light beams of the order diffracted light whose absolute value of the difference is 2n are individually photoelectrically detected, and it is determined which output signal is to be used for the positional deviation detection. The detection accuracy is improved by giving an offset to the light.
【0019】[0019]
【実施例】図1は本発明の第1の実施例による位置ずれ
検出装置の構成を示し、ここでは半導体ウェハW上に形
成された回折格子Gwの変位を格子ピッチPgの±1/
4以内で検出する場合を考える。図1に示す光学系の基
本構成は、例えば特開昭63−283129号公報に開
示されたものと同等である。2つの平行なビームB1 ,
B2 は同一方向の直線偏光であり、周波数差Δf(例え
ば100KHz以下)を有し、レンズ系10によってそ
れぞれ集光される。ビームB1 ,B2 は偏光中性のビー
ムスプリッタ12によってウェハWに入射するビームB
M1 ,BM2 と参照系に入射するビームBr1 ,Br2
とに分割される。ビームBM1 ,BM2 はさらに偏光ビ
ームスプリッタ14をほぼ100%透過し、1/4波長
板16に入射してテレセントリックな対物レンズ系18
を通ってウェハW上で平行光束となって交差する。FIG. 1 shows a configuration of a displacement detecting apparatus according to a first embodiment of the present invention. In this embodiment, the displacement of a diffraction grating Gw formed on a semiconductor wafer W is expressed by ± 1/1 of the grating pitch Pg.
Consider the case of detection within four. The basic configuration of the optical system shown in FIG. 1 is the same as that disclosed in, for example, JP-A-63-283129. Two parallel beams B 1 ,
B 2 is linearly polarized light in the same direction, has a frequency difference Δf (for example, 100 KHz or less), and is condensed by the lens system 10. The beams B 1 and B 2 are incident on the wafer W by the polarization-neutral beam splitter 12.
M 1 , BM 2 and beams Br 1 , Br 2 incident on the reference system
And divided into The beams BM 1 and BM 2 further pass through the polarizing beam splitter 14 at almost 100%, enter the quarter-wave plate 16, and enter a telecentric objective lens system 18.
, And intersect as a parallel light beam on the wafer W.
【0020】レンズ系10の後側焦点面は対物レンズ系
18の前側焦点面、すなわち瞳面epと一致しており、
2つのビームBM1 ,BM2 は瞳面ep内の光軸を挟ん
だ対称な点で最小スポットに集光される。またビームB
M1 ,BM2 の主光線は瞳空間(レンズ系10と対物レ
ンズ系18との間)では光軸とほぼ平行になっている。
従って対物レンズ系18を射出したウェハWへ向うビー
ムBM1 ,BM2 はともに平行光束になると共に、互い
に対称的に傾いた入射角ψになる。本実施例では対物レ
ンズ系18の後側焦点面にウェハWが一致するように配
置されるため、その焦点距離をFとし、瞳面ep内での
ビームスポットの光軸からの距離をlとすると、入射角
ψは、 tanψ=l/F ………(3) で表わされる。The rear focal plane of the lens system 10 coincides with the front focal plane of the objective lens system 18, that is, the pupil plane ep,
The two beams BM 1 and BM 2 are converged on a minimum spot at a symmetrical point across the optical axis in the pupil plane ep. Beam B
The principal rays of M 1 and BM 2 are almost parallel to the optical axis in the pupil space (between the lens system 10 and the objective lens system 18).
Therefore, the beams BM 1 and BM 2 that have been emitted from the objective lens system 18 and directed to the wafer W both become parallel light beams and have an incident angle 傾 that is symmetrically inclined with respect to each other. In this embodiment, since the wafer W is arranged so as to coincide with the rear focal plane of the objective lens system 18, its focal length is F, and the distance from the optical axis of the beam spot in the pupil plane ep is l. Then, the incident angle ψ is represented by tan ψ = 1 / F (3).
【0021】また偏光ビームスプリッタ14を通ったビ
ームBM1 ,BM2 は例えば直線P偏光であり、1/4
波長板16によってウェハWに入射するときは、同一方
向に偏波面が回転した円偏光となり、互いに干渉するこ
とになる。このため回折格子Gw上にはピッチPfの干
渉縞が一定速度で流れ、図2で説明した通り、±1次回
折光がウェハWと垂直に対物レンズ系18の光軸に沿っ
て戻る。格子Gwからの±1次回折光は、互いに干渉し
合う干渉光BT(±1)となって1/4波長板16を通
り、ここで円偏光から直線S偏光に変換され、偏光ビー
ムスプリッタ14でほぼ100%が反射され、光電素子
20aに受光される。光電素子20aは対物レンズ系1
8の瞳面の位置又はその近傍の光軸上に配置される。ウ
ェハWの格子Gwからの±1次回折光はともに平行光束
であるため、干渉光BT(±1)は光電素子20aの位
置では最小のスポットサイズに集光される。The beams BM 1 and BM 2 that have passed through the polarization beam splitter 14 are, for example, linear P-polarized light.
When the light is incident on the wafer W by the wave plate 16, it becomes circularly polarized light whose polarization plane is rotated in the same direction and interferes with each other. Therefore, interference fringes having a pitch Pf flow on the diffraction grating Gw at a constant speed, and ± first-order diffracted light returns along the optical axis of the objective lens system 18 perpendicularly to the wafer W as described with reference to FIG. The ± 1st-order diffracted lights from the grating Gw become interference lights BT (± 1) that interfere with each other, pass through a quarter-wave plate 16, where they are converted from circularly polarized light into linear S-polarized light. Almost 100% is reflected and received by the photoelectric element 20a. The photoelectric element 20a is an objective lens system 1
8 on the optical axis at or near the pupil plane. Since both the ± first-order diffracted lights from the grating Gw of the wafer W are parallel luminous fluxes, the interference light BT (± 1) is focused to the smallest spot size at the position of the photoelectric element 20a.
【0022】同様に、格子GwからビームBM1 ,BM
2 の照射光路を逆進する方向に生じる干渉光BT(−
2,0)、BT(0,+2)も、1/4波長板16で円
偏光からS偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ14
で反射されて、それぞれ光電素子20b,20cに受光
される。光電素子20b,20cは光電素子20aを挟
むように、対物レンズ系18の瞳面、又はその近傍に配
置される。Similarly, the beams BM 1 , BM
The interference light BT (−
2,0) and BT (0, + 2) are also converted from circularly polarized light to S-polarized light by the quarter-wave plate 16 and
And are received by the photoelectric elements 20b and 20c, respectively. The photoelectric elements 20b and 20c are arranged on or near the pupil plane of the objective lens system 18 so as to sandwich the photoelectric element 20a.
【0023】一方、ビームスプリッタ12で分割された
2つのビームBr1 ,Br2 は、レンズ系22によって
基準格子24上で交差する平行光束に変換される。レン
ズ系22の前側焦点面はレンズ系10の後側焦点面と一
致しており、レンズ系22の後側焦点面には基準格子2
4が一致している。基準格子24は透過型であり、ここ
からの0次光はアパーチャ26で遮断され、同軸に進む
±1次回折光BR(±1)のみがアパーチャ26を通っ
て光電素子28に受光される。On the other hand, the two beams Br 1 and Br 2 split by the beam splitter 12 are converted by the lens system 22 into parallel light beams that intersect on the reference grating 24. The front focal plane of the lens system 22 coincides with the rear focal plane of the lens system 10, and the rear focal plane of the lens system 22 has a reference grating 2
4 matches. The reference grating 24 is of a transmission type, and the 0th-order light therefrom is blocked by an aperture 26, and only the ± 1st-order diffracted light BR (± 1) traveling coaxially is received by the photoelectric element 28 through the aperture 26.
【0024】基準格子24で交差する2つのビームBr
1 ,Br2 はともに直線P偏光であるため、互いに干渉
し合い、基準格子24上には流れる干渉縞が作られる。
この基準格子24は位置ずれ検出の際の装置側の基準点
となるものであって、装置内に安定に固定される。さ
て、元々のビームB1 ,B2 には周波数差Δfがあるた
め、基準格子24からの干渉光BR(±1)と、格子G
wからの干渉光BT(±1)、BT(−2,0)、BT
(0,+2)は、いずれもビート周波数Δfで正弦波状
に強度変化する。従って光電素子20a,20b,20
c、及び28がそのビート周波数Δfに十分追従する応
答性を有していれば、各光電素子はそれぞれ周波数Δf
の正弦波信号Sa,Sb,Sc,SRを出力する。Two beams Br intersecting at the reference grating 24
Since both 1 and Br 2 are linear P-polarized light, they interfere with each other and form interference fringes flowing on the reference grating 24.
The reference grating 24 serves as a reference point on the apparatus side when detecting a positional shift, and is stably fixed in the apparatus. Now, since the original beams B 1 and B 2 have a frequency difference Δf, the interference light BR (± 1) from the reference grating 24 and the grating G
BT (± 1), BT (-2,0), BT
In (0, +2), the intensity changes in a sinusoidal manner at the beat frequency Δf. Therefore, the photoelectric elements 20a, 20b, 20
If c and 28 have a responsiveness that sufficiently follows the beat frequency Δf, each photoelectric element will have a frequency Δf
Output the sine wave signals Sa, Sb, Sc, and SR.
【0025】出力信号Saは、リファレンスとしての出
力信号SRとの間の位相差Δθ1 を検出する位相差検出
部40と、出力信号Saの信号強度、もしくは振幅に関
する値GSaを検出する強度検出部41とに入力する。
出力信号Sb,Scは出力信号SRとの位相差Δθ2 を
検出する位相差検出部42と、信号Sb,Scの強度、
もしくは振幅に関する値GSb,GScを個別に検出す
る強度検出部43に入力する。位相差検出部42は、出
力信号Sbと参照信号SRとの位相差Δθbと、出力信
号Scと参照信号SRとの位相差Δθcとを個別に求め
た後、次式の演算で位相差Δθ2 を求める。The output signal Sa has a phase difference detector 40 for detecting a phase difference Δθ 1 between the output signal Sa and a reference signal, and an intensity detector for detecting a signal strength or amplitude GSa of the output signal Sa. And 41.
The output signals Sb and Sc are output from a phase difference detection unit 42 for detecting a phase difference Δθ 2 from the output signal SR, the intensity of the signals Sb and Sc,
Alternatively, the values GSb and GSc relating to the amplitude are input to the intensity detection unit 43 which individually detects the values. The phase difference detection unit 42 individually obtains the phase difference Δθb between the output signal Sb and the reference signal SR and the phase difference Δθc between the output signal Sc and the reference signal SR, and then calculates the phase difference Δθ 2 by the following equation. Ask for.
【0026】 Δθ2 =(Δθb+Δθc)/2 ……………(4) 強度判定部44は、干渉光BT(−2,0)、(0,+
2)の強度に関する値GSb,GScを入力して、一例
として次式の演算を行ない、その平均強度GUを求め
る。 GU=(GSb+GSc)/2 ……………(5) さらに強度判定部44は、強度値GSaとGUとの大小
関係に基づいて位置ずれ演算部45に判定出力Q(a,
b)を出力するとともに、強度値GSa,GUのどちら
もが所定の条件を満していないときにエラー信号ERR
を出力する。Δθ 2 = (Δθb + Δθc) / 2 (4) The intensity determination unit 44 determines whether the interference light BT (−2,0), (0, +
The values GSb and GSc relating to the intensity in 2) are input, and the following expression is calculated as an example, and the average intensity GU is obtained. GU = (GSb + GSc) / 2 (5) Further, the intensity determination unit 44 sends the determination output Q (a, to the displacement calculating unit 45 based on the magnitude relationship between the intensity value GSa and GU.
b) and outputs an error signal ERR when neither of the intensity values GSa, GU satisfies a predetermined condition.
Is output.
【0027】位置ずれ演算部45は位相差Δθ1 ,Δθ
2 を入力して、次式によって回折格子Gwの基準格子2
4に対する位置ずれ(変位)量ΔXを、格子ピッチPg
の±1/4以内で求める。 Δθ=(a・Δθ1 +b・Δθ2 )/a+b ……………(6) ΔX={(Pg/2)/2π}・Δθ…………………………(7) (ただし、0≦a≦1,0≦b≦1) この式(6)中の係数a,bは強度判定部44からの判
定出力Q(a,b)によって設定されるものであり、い
くつかの判定アルゴリズムが用意されている。The displacement calculator 45 calculates the phase differences Δθ 1 , Δθ
2 and the reference grating 2 of the diffraction grating Gw is calculated by the following equation.
4, the amount of displacement (displacement) ΔX with respect to the grid pitch Pg
Calculate within ± 1/4 of Δθ = (a · Δθ 1 + b · Δθ 2 ) / a + b (6) ΔX = {(Pg / 2) / 2π} · Δθ …………………… (7) , 0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1) The coefficients a and b in the equation (6) are set by the judgment output Q (a, b) from the intensity judgment unit 44. A judgment algorithm is provided.
【0028】そこで以下、強度判定部44に組み込まれ
る代表的な3つのアルゴリズムを例示する。尚、式
(7)においては、−π<Δθ<πであり、従って−P
g/4<ΔX<Pg/4である。第1のアルゴリズム IF GSa>GU THEN a=1、b=0 IF GSa<GU THEN a=0、b=1第2のアルゴリズム 予め設定した信号強度値をg0 を用いて、 IF GSa>g0 THEN a=1、b=0 IF GSa<g0 THEN a=0、b=1第3のアルゴリズム a=C1 ・GSa、b=C2 ・GU(C1 ,C2 は定
数) 以上、第1のアルゴリズムは、1次回折光同志の干渉光
BT(±1)の強度と2次、0次回折光の干渉光BT
(−2,0)、(0,+2)の平均強度とを比較して、
強度の大きい方の信号のみに基づいて位相差Δθ、位置
ずれ量ΔXを求める方法である。第2のアルゴリズム
は、基本的には干渉光BT(±1)の信号Sa(位相差
Δθ1 )を用い、その強度値GSaがあるレベルg0 を
下回ったときのみ、信号Sb,Sc(位相差Δθ2 )を
使う方法である。第3のアルゴリズムは、強度値GS
a,GUに応じて位相差Δθ1 とΔθ2 の夫々に比重を
持たせ、常に両方の位相差Δθ1 ,Δθ2 を使う方法で
ある。これらの3つの代表的なアルゴリズムは、ウェハ
W上の回折格子Gwのデューティやレジスト層の厚み等
の変化によって適宜選択し、最も精度のよいものを使用
するようにする。実際には顕微鏡目視観察、テレビ観察
によって格子マークの状態を予め確認したり、ウェハW
をアライメントしてためし焼きを行なった結果でその精
度を確認したりする。以上、本実施例の構成において、
強度判定部44は2つの干渉光(−2,0)、(0,+
2)の強度値GSb,GScの差が極端に大きく、どち
らかの強度値がほとんど零であるような場合で、しかも
出力信号Saの強度値GSaが位置ずれ検出に不十分で
あるような場合、エラー信号ERRを出力してオペレー
タに警告を与える。Therefore, three typical algorithms incorporated in the strength judging section 44 will be described below. In equation (7), -π <Δθ <π, and therefore -P
g / 4 <ΔX <Pg / 4. The first algorithm IF GSa> GU THEN a = 1 , b = 0 IF GSa <GU THEN a = 0, b = 1 second algorithm preset signal strength value with g 0, IF GSa> g 0 THEN a = 1, b = 0 IF GSa <g 0 THEN a = 0, b = 1 Third algorithm a = C 1 · GSa, b = C 2 · GU (C 1 and C 2 are constants) The algorithm 1 uses the intensity of the interference light BT (± 1) between the first-order diffracted lights and the interference light BT of the second-order and zero-order diffracted lights.
By comparing the average intensity of (−2, 0) and (0, +2),
In this method, the phase difference Δθ and the positional deviation amount ΔX are obtained based on only the signal having the larger intensity. The second algorithm basically uses the signal Sa (phase difference Δθ 1 ) of the interference light BT (± 1), and only when the intensity value GSa falls below a certain level g 0 , the signals Sb and Sc (positions). This is a method using the phase difference Δθ 2 ). The third algorithm is the intensity value GS
In this method, a specific gravity is given to each of the phase differences Δθ 1 and Δθ 2 according to a and GU, and both phase differences Δθ 1 and Δθ 2 are always used. These three representative algorithms are appropriately selected depending on changes in the duty ratio of the diffraction grating Gw on the wafer W, the thickness of the resist layer, and the like, and the most accurate algorithm is used. Actually, the state of the lattice mark can be checked in advance by visual observation with a microscope or a television,
The accuracy is confirmed based on the result of trial grilling after aligning the pieces. As described above, in the configuration of the present embodiment,
The intensity determination unit 44 determines two interference lights (−2, 0), (0, +
In the case where the difference between the intensity values GSb and GSc in 2) is extremely large and one of the intensity values is almost zero, and the intensity value GSa of the output signal Sa is insufficient for detecting the displacement. , An error signal ERR is output to warn the operator.
【0029】また強度検出部41,43は信号の振幅を
検出することが望ましい。例えば同一次数の回折光同志
であれば、2つの照射ビームBM1 ,BM2 の強度がほ
ぼ等しい限り、ほぼ同一の強度となっており、従って信
号振幅の変調度は理想的には100%になる。ところ
が、互いに異なる回折光同志では、図3に示したように
理論的に元々の強度が異なるため、信号振幅の変調度は
100%になることはない。It is desirable that the intensity detectors 41 and 43 detect the amplitude of the signal. For example, if the diffracted light beams of the same order are the same, as long as the intensities of the two irradiation beams BM 1 and BM 2 are substantially equal, the intensity is almost the same. Therefore, the modulation of the signal amplitude is ideally 100%. Become. However, since the diffracted light beams differ from each other, the original intensity is theoretically different as shown in FIG. 3, so that the modulation degree of the signal amplitude does not become 100%.
【0030】図4はそれら信号振幅の変調度の様子を模
式的に表わしたものであり、図4(A)は、例えば干渉
光BT(±1)の時間的な強度変化に対応した信号Sa
の波形の一例であり、図4(B)は干渉光BT(−2,
0)、(0,+2)の時間的な強度変化に対応した信号
Sb(又はSc)の波形の一例である。図4(A)、
(B)中でV1 ,V2 は振幅であり、±1次回折光の干
渉光BT(±1)の場合、その変調度(振幅/平均値、
又はAC/DC)は大きく、0次と2次の干渉光の場合
の変調度は小さくなる。しかしながらこの変調度、又は
振幅の絶対値は格子マークGwの形状やレジスト層の影
響等によって敏感に変化する。従って、通常は光軸に対
して対照的な回折角で発生する同一次数の回折光同志の
干渉光を使って位置ずれ検出を行ない、その干渉光の強
度変化の振幅が変調度とともに低下したときは、異なる
次数の回折光同志の干渉光BT(−2,0)、(0,+
2)を確認し、その振幅が十分にあるときにはその干渉
光を利用するように切り替えること、すなわち先の第2
のアルゴリズムを優先するのが望ましい。FIG. 4 schematically shows the degree of modulation of the signal amplitude. FIG. 4A shows, for example, a signal Sa corresponding to a temporal change in the intensity of the interference light BT (± 1).
FIG. 4B shows an example of the waveform of the interference light BT (−2,
It is an example of a waveform of a signal Sb (or Sc) corresponding to a temporal intensity change of (0), (0, +2). FIG. 4 (A),
In (B), V 1 and V 2 are amplitudes. In the case of interference light BT (± 1) of ± 1st-order diffracted light, the modulation degree (amplitude / average value,
Or AC / DC) is large, and the degree of modulation in the case of 0th-order and 2nd-order interference light is small. However, the degree of modulation or the absolute value of the amplitude changes sensitively depending on the shape of the grating mark Gw, the influence of the resist layer, and the like. Therefore, position shift detection is usually performed using interference light of the same order diffracted light generated at a diffraction angle symmetrical to the optical axis, and when the amplitude of the intensity change of the interference light decreases with the modulation factor. Are interference lights BT (−2, 0) of diffracted lights of different orders, (0, +
2), and if the amplitude is sufficient, switch to use the interference light, that is, the second
It is desirable to give priority to the algorithm.
【0031】ところで、図1中の位相差検出部42は、
出力信号Sb,Scの夫々の基準信号SRに対する位相
差Δθb ,Δθc を求め、その単純な平均値Δθ2 を出
力するとしたが、実際上そのままでは不都合が生じる。
±1次回折光の干渉光BT(±1)の基準信号SRに対
する位相差はΔθ1 であるが、これと上述の位相差Δθ
b ,Δθc との間の位相差Δθb-1 ,Δθc-1に着目し
てみる。Incidentally, the phase difference detecting section 42 in FIG.
Although the phase differences Δθ b and Δθ c of the output signals Sb and Sc with respect to the respective reference signals SR are obtained, and the simple average value Δθ 2 is output, inconvenience occurs in practice.
The phase difference of the interference light BT (± 1) of the ± first-order diffracted light with respect to the reference signal SR is Δθ 1 , and the phase difference Δθ
Let's focus on the phase differences Δθ b-1 and Δθ c-1 between b and Δθ c .
【0032】ここで、Δθb-1 =Δθb −Δθ1 、Δθ
c-1 =Δθc −Δθ1 であり、これらの位相差Δ
θb-1 ,Δθc-1 はウェハW上の格子マークGwの段
差、デューティ、レジスト厚等によって−180°〜+
180°の間で変化し得る。しかしながら、位置ずれ検
出方向(回折光の発生方向)に格子マークGwの各格子
要素がほぼ対称に出来ていれば、Δθb-1 ≒−Δθc-1
である。そこで例えば、位置ずれが零(Δθ1 =0°)
のときΔθb-1 =+170°、Δθc-1 =−170°と
なるべき格子マークがあるとする。この時、たまたま格
子マークの位置ずれが生じていて、Δθ1 =+30°と
して計測されたものとする。Here, Δθ b-1 = Δθ b -Δθ 1 , Δθ
c-1 = Δθ c −Δθ 1 and the phase difference Δ
θ b-1 and Δθ c-1 are −180 ° to + depending on the step, duty, resist thickness and the like of the lattice mark Gw on the wafer W.
It can vary between 180 °. However, if each grid element of the grid mark Gw is made substantially symmetrical in the position shift detection direction (the generation direction of the diffracted light), then Δθ b-1 ≒ −Δθ c-1
It is. Therefore, for example, the displacement is zero (Δθ 1 = 0 °)
In this case, it is assumed that there is a lattice mark that should satisfy Δθ b-1 = + 170 ° and Δθ c-1 = −170 °. At this time, it is assumed that the misalignment of the lattice mark has happened, and the measurement has been performed with Δθ 1 = + 30 °.
【0033】図5はその様子を表わしたベクトル図であ
り、同図中時計回りを正、反時計回りを負にしてある。
この場合、位相差Δθb ,Δθc の正しい値は、Δθb
=+200°、Δθc=−140°であり、Δθ2 =
(Δθb +Δθc )/2=30°=Δθ1 となる。とこ
ろが、一般に位相差は、−180°〜+180°でしか
検出できないため、Δθb =+200°はΔθb =−1
60°として計測されてしまう。従って、単純な加算平
均で位相差Δθ2 を求めると、Δθ2 =(Δθb +Δθ
c )/2=(−160−140)/2=−150°とな
り、Δθ1 =30°とは全く異なった値になってしま
う。FIG. 5 is a vector diagram showing this state. In FIG. 5, the clockwise direction is positive and the counterclockwise direction is negative.
In this case, the correct values of the phase differences Δθ b and Δθ c are Δθ b
= + 200 °, Δθ c = −140 °, and Δθ 2 =
(Δθ b + Δθ c ) / 2 = 30 ° = Δθ 1 However, in general, the phase difference can be detected only from -180 ° to + 180 °, so that Δθ b = + 200 ° is Δθ b = −1
It will be measured as 60 °. Therefore, when the phase difference Δθ 2 is obtained by simple averaging, Δθ 2 = (Δθ b + Δθ
c ) / 2 = (− 160−140) / 2 = −150 °, which is a value completely different from Δθ 1 = 30 °.
【0034】ところが、Δθb-1 ≒−Δθc-1 を前提と
して考えれば、位相差検出部42において補正が可能で
ある。そのためには位相差検出部42の内部構成を、例
えば図6のようにする。図6の構成は実際はコンピュー
タ等の演算プログラムで作られているが、ここでは模式
的に回路ブロックの形で表わす。図6において、干渉光
BT(−2,0)の信号Sbと干渉光BT(0,+2)
の信号Scとは夫々、位相差計測部100,102に入
力し、基準信号SRとの位相差Δθb ,Δθc が求めら
れる。この位相差計測部100,102は、ハードウェ
ア処理、又は波形メモリを使ったソフトウェア処理のい
ずれでもよく、±180°以内の位相差を検出する。However, assuming that Δθ b-1 ≒ −Δθ c-1 is assumed, the phase difference detector 42 can correct the phase difference. For this purpose, the internal configuration of the phase difference detecting section 42 is, for example, as shown in FIG. Although the configuration of FIG. 6 is actually made by an arithmetic program such as a computer, it is schematically shown here in the form of a circuit block. In FIG. 6, the signal Sb of the interference light BT (−2, 0) and the interference light BT (0, +2)
Are input to the phase difference measuring units 100 and 102, and the phase differences Δθ b and Δθ c from the reference signal SR are obtained. The phase difference measuring units 100 and 102 may be either hardware processing or software processing using a waveform memory, and detect a phase difference within ± 180 °.
【0035】位相差Δθb ,Δθc はそれぞれ減算器1
04,106に送られ、減算器104はΔθb とΔθ1
(位相差検出部40の出力)との差Δθb-1 を求め、減
算器106はΔθc とΔθ1 との差Δθc-1 を求める。
条件判別部108は差Δθb- 1 とΔθc-1 とが、Δθ
b-1 ≒−Δθc-1 の条件を満たしているか否かについて
判断し、その結果に基づいてオフセット選択部110の
3つの出力データのいずれか1つを決定する。オセフッ
ト選択部110は、出力データとして0°、+360
°、−360°のいずれかひとつを加算器112に送
る。加算器112は位相差Δθb とオフセット値を加算
して加算平均部114に出力する。加算平均部114
は、オフセットされた位相差Δθb と、位相差計測部1
02からの位相差Δθc とを加算して平均値を求め、±
2次回折光と0次回折光との干渉光を利用したときの位
相差Δθ2 を出力する。そこで、先に例示した数値を使
って、図6のブロックの動作を説明する。The phase differences Δθ b and Δθ c are respectively calculated by the subtractor 1
04, 106, the subtractor 104 calculates Δθ b and Δθ 1
The calculated difference [Delta] [theta] b-1 of the (output of phase difference detector 40), the subtracter 106 obtains a difference [Delta] [theta] c-1 of the [Delta] [theta] c and [Delta] [theta] 1.
The condition determination unit 108 determines that the difference Δθ b- 1 and Δθ c-1 are Δθ
It is determined whether or not the condition of b-1 ≒ -Δθ c-1 is satisfied, and one of the three output data of the offset selection unit 110 is determined based on the result. Osefoot selection unit 110 outputs 0 °, +360
° or -360 ° is sent to the adder 112. The adder 112 adds the phase difference Δθ b and the offset value and outputs the result to the averaging unit 114. Averaging unit 114
Is the offset phase difference Δθ b and the phase difference measurement unit 1
Adding the phase difference [Delta] [theta] c from 02 obtains an average value, ±
The phase difference Δθ 2 when the interference light between the second-order diffracted light and the zero-order diffracted light is used is output. Thus, the operation of the block in FIG. 6 will be described using the numerical values exemplified above.
【0036】まず図5のように、Δθ1 =30°とする
と、位相差計測部100によって計測される位相差Δθ
b は−160°(正しくは+200°)であり、位相差
計測部102によって計測される位相差Δθc は−14
0°である。このため減算器104の出力値Δθb-1 は
−190°、減算器106の出力値Δθc-1 は−170
°となる。条件判別部108内には、例えばΔθb-1 と
Δθc-1 とを加算する機能があり、その加算値がほぼ零
であればΔθb-1 ≒Δθc-1 が真であると判別する。こ
こではΔθb-1 +Δθc-1 ≒−360°となって負値に
なるため、判別部106はオフセット選択部110に+
360°のオフセット値を出力するように設定する。First, as shown in FIG. 5, when Δθ 1 = 30 °, the phase difference Δθ measured by the phase difference
b is −160 ° (correctly + 200 °), and the phase difference Δθ c measured by the phase difference measuring unit 102 is −14.
0 °. Therefore, the output value Δθ b-1 of the subtractor 104 is -190 °, and the output value Δθ c-1 of the subtractor 106 is -170.
°. The condition determining unit 108 has, for example, a function of adding Δθ b-1 and Δθ c-1 . If the added value is almost zero, it is determined that Δθ b-1 ≒ Δθ c-1 is true. I do. Here, Δθ b-1 + Δθ c-1 ≒ −360 °, which is a negative value.
It is set to output an offset value of 360 °.
【0037】これによって加算器112は、+360°
のオフセット値と、位相差Δθb (−160°)を加算
して、位相差+200°という正しい値を出力する。
尚、Δθb-1 +Δθc-1 の計算結果がほぼ零の場合、オ
フセット値は0°であり、正値になる場合はオフセット
値は−360°に選ばれる。また加算器112は、位相
差計測部102の出力側、すなわち位相差Δθc とオフ
セット値との加算としてもよい。その場合、Δθc (−
140°)にオフセット値+360°が加算されて+2
20°になるが、加算平均部114では同様にΔθ2 ≒
30°と算出される。As a result, the adder 112 is set at + 360 °
Is added to the phase difference Δθ b (−160 °) to output a correct value of + 200 °.
Note that when the calculation result of Δθ b-1 + Δθ c-1 is almost zero, the offset value is 0 °, and when it is a positive value, the offset value is selected to be −360 °. Further, the adder 112 may be configured to add the output side of the phase difference measurement unit 102, that is, the phase difference Δθ c to the offset value. In that case, Δθ c (−
140 °) and the offset value + 360 ° is added to +2
20 °, but the averaging unit 114 similarly calculates Δθ 2 ≒
It is calculated as 30 °.
【0038】以上のことは、Δθ1 =(Δθb +Δ
θc )/2になることを前提とした理想的な場合であ
る。仮りにこのような理想的な状態がほとんどの場合に
成り立つのであれば本発明のような構成は不要であろ
う。ところが実際のウェハ処理においては、通常Δθ1
≠(Δθb +Δθc )/2であるため、図6に示した手
法は必ずしもうまくいくとは限らない。From the above, Δθ 1 = (Δθ b + Δ
θ c ) / 2 is an ideal case. If such an ideal state is satisfied in most cases, the configuration as in the present invention would not be necessary. However, in actual wafer processing, usually Δθ 1
Since ≠ (Δθ b + Δθ c ) / 2, the method shown in FIG. 6 is not always successful.
【0039】例えば、先の数値例では、Δθb (−16
0°)、Δθc (−140°)はそのままで、Δθ1 だ
けが偶発的な極端な誤差のために−150°(正しくは
+30°)と検出された場合、Δθb-1 =−10°、Δ
θc-1 =+10°となって、Δθb-1 ≒−Δθc-1 の条
件を満足してしまうため、正確な位置ずれ量は求められ
なくなる。For example, in the above numerical example, Δθ b (−16
0 °) and Δθ c (−140 °) as they are, and if only Δθ 1 is detected as −150 ° (correctly + 30 °) due to an accidental extreme error, then Δθ b−1 = −10 °, Δ
θ c-1 = + 10 °, which satisfies the condition of Δθ b-1 ≒ −Δθ c-1 , so that an accurate displacement cannot be obtained.
【0040】しかしながら、そのように極端に大きな誤
差が発生する確率はいたって低いため、図6のような手
法でΔθb ,Δθc に補正を加えることは有効である。
図7は図1の装置に2つのビームB1 ,B2 を供給する
送光系の一例を示したものであり、ここでは直線偏光の
レーザ光源を使うものとする。レーザ光源50からのレ
ーザ光LBは、ビームスプリッタ52でビームLB1 ,
LB2 に2分割され、ビームLB1 はミラー53で反射
され、平行平面ガラス(プレーンパラレル)55を介し
て周波数シフター(音響光学変調器:AOM)57に入
射する。もう一方のビームLB2 はプレーンパラレル5
4を介して周波数シフター(AOM)56に入射する。
AOM57,56は高周波発振器70、周波数シンセサ
イザー72等で作られた高周波ドライブ信号で駆動さ
れ、AOM57に対する駆動周波数f1 は、例えば8
0.0MHzであり、AOM56に対する駆動周波数f
2 は、例えば80.050MHzである。AOM57,
56は入射ビームLB1,LB2 の0次光と高次回折光
とを射出するが、そのうち1次回折光のみをビーム
B1 ,B2 として取り出すようにアパーチャ58,59
が設けられる。However, such an extremely large error
Because the probability of a difference occurring is very low,
Modulo Δθb, ΔθcIt is effective to add a correction to.
FIG. 7 shows two beams B in the apparatus of FIG.1, BTwoSupply
This shows an example of a light transmission system.
It is assumed that a laser light source is used. The laser light source 50
The laser beam LB is converted into a beam LB by the beam splitter 52.1,
LBTwoBeam LB1Is reflected by the mirror 53
Through a parallel plane glass (plain parallel) 55
Into the frequency shifter (acousto-optic modulator: AOM) 57
Shoot. The other beam LBTwoIs plane parallel 5
4 and is incident on a frequency shifter (AOM) 56.
AOMs 57 and 56 are a high-frequency oscillator 70 and a frequency synthesizer
Driven by high-frequency drive signal made by Iser 72 etc.
And the driving frequency f for the AOM 571Is, for example, 8
0.0 MHz and the driving frequency f for AOM56
TwoIs, for example, 80.050 MHz. AOM57,
56 is an incident beam LB1, LBTwo0th order light and higher order diffracted light
And emits only the first-order diffracted light.
B1, BTwoApertures 58 and 59 to be taken out as
Is provided.
【0041】アパーチャ59を透過したビームB1 の周
波数は、元のレーザ光LBの周波数をf0 とするとf0
+f1 になる。ここまで平行光束できたビームB1 はレ
ンズ系61によって収れんされ、プレーンパラレル6
3、ビームスプリッタ65を介して瞳共役面ep’にス
ポット光となって集光する。一方、アパーチャ58を透
過したビームB2 の周波数は、f 0 +f2 になり、レン
ズ系62によって収れんされ、プレーンパラレル64、
ビームスプリッタ65を介して瞳共役面ep’にスポッ
ト光となって集光する。Beam B transmitted through aperture 591Lap of
The wave number represents the frequency of the original laser beam LB as f0Then f0
+ F1become. Beam B that has been made parallel light so far1Is
6
3. The beam is split into the pupil conjugate plane ep 'via the beam splitter 65.
The light is collected as a pot light. On the other hand, the aperture 58 is transparent.
Beam B passedTwoIs f 0+ FTwoBecomes Len
Convergence by the system 62, the plane parallel 64,
Spots on the pupil conjugate plane ep 'via the beam splitter 65
It becomes light and condenses.
【0042】ここで2つのビームB1 ,B2 は、ビーム
スプリッタ65で同軸合成するのではなく、レンズ系6
6の光軸を挟んで対称的に、かつビームの主光線が光軸
と平行に位置するように偏芯合成する。レンズ系66の
前側焦点は瞳共役面ep’と一致しており、2つのビー
ムB1 ,B2 はレンズ系66の後側焦点に配置された平
行四辺形のアパーチャ(照明視野絞り)67上で交差す
る平行光束になる。Here, the two beams B 1 and B 2 are not coaxially synthesized by the beam splitter 65, but the lens system 6 is used.
The eccentricity is combined such that the principal ray of the beam is positioned symmetrically with respect to the optical axis of No. 6 and parallel to the optical axis. The front focal point of the lens system 66 coincides with the pupil conjugate plane ep ′, and the two beams B 1 and B 2 are placed on a parallelogram aperture (illumination field stop) 67 disposed at the rear focal point of the lens system 66. And the parallel light flux intersects.
【0043】このアパーチャ67の位置は、図1中のレ
ンズ系10の前側焦点と一致している。従って瞳共役面
ep’は図1中の瞳面epと共役になっている。ここ
で、2つのビームB1 ,B2 の周波数差は、(f0 +f
2 )−(f0 +f1 )=80.05MHz−80.0M
Hz=50KHzであり、これがヘテロダイン方式のビ
ート周波数になる。以上の構成で、プレーンパラレル5
4,55の傾斜を変えることで、ビームLB1 ,LB2
のAOM56,57に対する入射角や入射位置を最適に
調整することができ、プレーンパラレル63,64の傾
斜を変えることで、瞳共役面ep’、又は瞳面epにお
ける2つのビームB1 ,B2 の間隔(図1中のl)、す
なわち物体面、像面での2つのビームの交差角、入射角
を調整することができる。またアパーチャ67は、回折
格子Gwの格子ピッチ方向と直交する方向に伸びた開口
エッジができないように平行四辺形にしてあり、これは
アパーチャ67のエッジによる回折(フラン・ホーファ
回折)の影響が受光系にまでおよばないようにするため
である。The position of the aperture 67 coincides with the front focal point of the lens system 10 in FIG. Therefore, the pupil conjugate plane ep ′ is conjugate with the pupil plane ep in FIG. Here, the frequency difference between the two beams B 1 and B 2 is (f 0 + f
2) - (f 0 + f 1) = 80.05MHz-80.0M
Hz = 50 KHz, which is the beat frequency of the heterodyne system. With the above configuration, plane parallel 5
The beam LB 1 , LB 2 is changed by changing the inclination of 4, 55.
Can be adjusted optimally with respect to the AOMs 56 and 57, and by changing the inclination of the plane parallels 63 and 64, the two beams B 1 and B 2 on the pupil conjugate plane ep ′ or the pupil plane ep (1 in FIG. 1), that is, the intersection angle and incident angle of the two beams on the object plane and the image plane can be adjusted. The aperture 67 is formed in a parallelogram so that an opening edge extending in a direction perpendicular to the grating pitch direction of the diffraction grating Gw is not formed. This is because the influence of the diffraction (Fran-Hofer diffraction) by the edge of the aperture 67 is received. This is to avoid reaching the system.
【0044】ところで、図7のような送光系を使う場
合、ビームスプリッタ65のもう一方のビーム射出面
側、すなわち矢印AAの方向に図1中のレンズ系22、
基準格子24、アパーチャ26、及び光電素子28を配
置し、ビームスプリッタ12を全反射鏡に代えてもよ
い。以上のように、2つのAOM56,67を用いてビ
ート周波数Δf(f1 −f 2 )を作り出す方法は、その
周波数Δfを自由に変えられるため、各光電素子の応答
性に合わせた最適なビート周波数が得られる。さらにゼ
ーマンレーザ光源のように、周波数差をもつ2つのビー
ムが同軸に存在することを避けることができるため、不
要な迷光、クロストーク等によるノイズ成分(ビート周
波数をもつ交流信号)の発生が極めて小さく押えられる
といった利点がある。By the way, when a light transmitting system as shown in FIG. 7 is used.
In this case, the other beam exit surface of the beam splitter 65
1 in the direction of arrow AA,
The reference grating 24, the aperture 26, and the photoelectric element 28 are arranged.
And the beam splitter 12 may be replaced with a total reflection mirror.
No. As described above, using the two AOMs 56 and 67
Note frequency Δf (f1−f TwoThe way to create
Since the frequency Δf can be changed freely, the response of each photoelectric element
The optimum beat frequency according to the character is obtained. In addition
Two beams with a frequency difference, such as a
System can be prevented from being coaxial.
Noise components due to necessary stray light, crosstalk, etc.
Generation of an AC signal with a wave number) is extremely small
There are advantages.
【0045】次に本発明の第2の実施例を図8に基づい
て説明するが、図8は図7に示した送光系の変形例であ
る。図8では、図7中のアパーチャ58,59、レンズ
系61,62、プレーンパラレル54,55,63,6
4が同様に設けられているが、図示は省略してある。Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 8. FIG. 8 is a modification of the light transmitting system shown in FIG. 8, the apertures 58 and 59, the lens systems 61 and 62, and the plane parallels 54, 55, 63, and 6 in FIG.
4 are similarly provided, but are not shown.
【0046】直線偏光のレーザ光LBは、偏波面をほぼ
45°だけ回転させる1/2波長板51に入射した後、
偏光ビームスプリッタPBS1 でP偏光ビームとS偏光
ビームとに分割される。P偏光ビームはAOM56で周
波数f1 だけシフトされ、ビームB2 となって合成プリ
ズム65Aの全反射面MRに達する。一方、S偏光ビー
ムはミラー53で反射してAOM57に入射し、ここで
周波数f2 だけシフトされてビームB1 となって合成プ
リズム65Aを透過する。合成プリズム65Aはビーム
B1 ,B2 の主光線が所定間隔で平行になるように合成
する。ビームB 1 ,B2 は偏波面をほぼ45°だけ回す
1/2波長板68を通って偏光ビームスプリッタPBS
2 に入射する。偏光ビームスプリッタPBS2 は、S偏
光ビームB1 をS偏光ビームBr1 とP偏光ビームBM
1 とにベクトル分解し、P偏光ビームB2 をS偏光ビー
ムBr2 とP偏光ビームBM2 とにベクトル分解する。
これらビームBr1 ,Br2 は参照系(図1中のレンズ
系22以降)の方へ進み、ビームBM1 ,BM2 は検出
系(図1中の偏光ビームスプリッタ14以降)の方へ進
む。The linearly polarized laser beam LB changes its polarization plane substantially.
After entering the half-wave plate 51 rotated by 45 °,
Polarizing beam splitter PBS1P-polarized beam and S-polarized light
Split into beams. P-polarized beam circulates around AOM56
Wave number f1Is shifted only by beam BTwoBecome a synthetic pre
It reaches the total reflection surface MR of the mechanism 65A. On the other hand, S-polarized
Is reflected by the mirror 53 and enters the AOM 57, where
Frequency fTwoIs shifted only by beam B1And the synthesis
Transmits the rhythm 65A. Synthetic prism 65A is a beam
B1, BTwoAre combined so that the chief rays of
I do. Beam B 1, BTwoRotates the plane of polarization by approximately 45 °
Polarizing beam splitter PBS through half-wave plate 68
TwoIncident on. Polarizing beam splitter PBSTwoIs S bias
Light beam B1To the S-polarized beam Br1And P polarized beam BM
1Into a P-polarized beam BTwoThe S-polarized bee
M BrTwoAnd P polarized beam BMTwoVector decomposition into
These beams Br1, BrTwoIs the reference system (the lens in FIG. 1)
System 22 and later), beam BM1, BMTwoIs detected
Go to the system (after the polarization beam splitter 14 in FIG. 1)
No.
【0047】このような送光系構成にすると、ビームの
利用効率が図7のものよりも高まり、しかも2つのビー
ムB1 ,B2 の光量比を正しく1:1に調整でき、さら
に参照系へ行くビームBr1 ,Br2 と検出系へ行くビ
ームBM1 ,BM2 との光量比が自由に設定できるとい
った利点がある。まず、ビームB1 ,B2 の強度比を調
整するには、1/2波長板51をレーザ光LBと平行な
軸の回りに微小回転させればよい。このようにすると、
ビームBr1 ,Br2 の光量比、ビームBM1 ,BM2
の光量比も同時に調整され、基準格子24、回折格子G
wを照射する2つのビームの強度を正確に等しくするこ
とができる。さらに1/2波長板68を光軸の回りに微
小回転させると、ビームBr1 ,Br2 とビームB
M1 ,BM2 との相対的な分割比を変えることができ、
信号検出上、安定性のよい参照系には少ない光量を送
り、ウェハW等の被測定物の検出系には多くの光量を送
るようにするとよい。このように、図8の例では、各ビ
ームの強度調整が簡単にできるといった効果がある。With such a light transmission system configuration, the utilization efficiency of the beam is higher than that of FIG. 7, and the light amount ratio of the two beams B 1 and B 2 can be correctly adjusted to 1: 1. There is an advantage that the light amount ratio between the beams Br 1 and Br 2 going to the detection system and the beams BM 1 and BM 2 going to the detection system can be freely set. First, in order to adjust the intensity ratio between the beams B 1 and B 2 , the 板 wavelength plate 51 may be slightly rotated around an axis parallel to the laser beam LB. This way,
Light intensity ratio of beams Br 1 and Br 2 , beams BM 1 and BM 2
Of the reference grating 24 and the diffraction grating G
The intensity of the two beams illuminating w can be made exactly equal. Further, when the half-wave plate 68 is slightly rotated around the optical axis, the beams Br 1 and Br 2 and the beam B
The relative division ratio between M 1 and BM 2 can be changed,
From the viewpoint of signal detection, a small amount of light may be sent to a stable reference system, and a large amount of light may be sent to a detection system for an object to be measured such as a wafer W. Thus, the example of FIG. 8 has an effect that the intensity of each beam can be easily adjusted.
【0048】図9は本発明の第3の実施例による送光系
と受光系との変形例を示し、合成プリズム65A以前の
構成は図8と同じである。P偏光ビームB1 (f0 +f
1 )とS偏光ビームB2 (f0 +f2 )は、偏光中性の
ビームスプリッタBS3 で分割され、その一方は、P偏
光ビームBr1 とS偏光ビームBr2 とになってレンズ
系22に入射し、互いに交差する平行光束に変換され
る。その交差位置には基準格子24が配置されるが、ビ
ームBr1 ,Br2 が相補的な偏光であるため、干渉縞
IFは生じない。基準格子24で回折され、光軸と同一
方向に進む±1次回折光(ここでは干渉していない)
は、アパーチャ26を通って検光子27にすることで初
めて干渉光となり、参照信号SRを出力する光電素子2
8に達する。FIG. 9 shows a modification of the light transmitting system and the light receiving system according to the third embodiment of the present invention. The configuration before the combining prism 65A is the same as that of FIG. P polarized beam B 1 (f 0 + f
1 ) and the S-polarized beam B 2 (f 0 + f 2 ) are split by a polarization-neutral beam splitter BS 3 , one of which becomes a P-polarized beam Br 1 and an S-polarized beam Br 2 to form a lens system 22. And is converted into parallel light beams that cross each other. The reference grating 24 is arranged at the intersection, but since the beams Br 1 and Br 2 have complementary polarizations, no interference fringe IF occurs. ± 1st-order diffracted light diffracted by the reference grating 24 and traveling in the same direction as the optical axis (here, no interference)
Is an interference light for the first time when it becomes an analyzer 27 through an aperture 26, and a photoelectric element 2 that outputs a reference signal SR
Reach 8.
【0049】一方、ビームスプリッタBS3 を透過した
P偏光ビームBM1 とS偏光ビームBM2 とは、レンズ
系10、ミラー11、偏光中性のビームスプリッタBS
4 を介して対物レンズ系18に入射する。対物レンズ系
18は2つのビームBM1 ,BM2 を平行光束にしてウ
ェハW上の格子Gwで交差させる。ここでもビームBM
1 ,BM2 の偏光方向が異なるため、格子Gw上には干
渉縞が生じない。そして格子Gwから垂直に生じる±1
次回折光は対物レンズ系18の光軸上に沿って戻り、ビ
ームスプリッタBS4 で反射され、検光子19を介して
光電素子20aに達する。同様に0次、2次回折光もビ
ームスプリッタBS4 で反射され、検光子19を介して
光電素子20b,20cに達する。光電素子20a,2
0b,20cは同一半導体基板上に個別に形成された受
光面を有し、個別に出力信号Sa,Sb,Scを出力す
る。その受光面は対物レンズ系18の瞳面と一致(又は
共役)となるように配置される。この受光系において
も、検光子19を設けることで±1次回折光同志、又は
0次、2次回折光同志を干渉させることができ、同様の
ビート周波数で出力信号Sa,Sb,Scを得ることが
できる。On the other hand, the P-polarized beam BM 1 and the S-polarized beam BM 2 transmitted through the beam splitter BS 3 are combined with the lens system 10, the mirror 11 and the neutral beam splitter BS.
The light enters the objective lens system 18 via 4 . The objective lens system 18 converts the two beams BM 1 and BM 2 into parallel luminous fluxes and intersects with the grating Gw on the wafer W. Again beam BM
Since the polarization directions of 1 and BM 2 are different, no interference fringes occur on the grating Gw. ± 1 vertically generated from the lattice Gw
The next diffracted light returns along the optical axis of the objective lens system 18, is reflected by the beam splitter BS 4 , and reaches the photoelectric device 20 a via the analyzer 19. Similarly 0-order, 2-order diffracted light is also reflected by the beam splitter BS 4, the photoelectric element 20b through the analyzer 19, it reaches 20c. Photoelectric element 20a, 2
Reference numerals 0b and 20c have light receiving surfaces individually formed on the same semiconductor substrate, and individually output output signals Sa, Sb and Sc. The light receiving surface is arranged so as to be coincident (or conjugate) with the pupil plane of the objective lens system 18. Also in this light receiving system, by providing the analyzer 19, the ± first-order diffracted lights or the 0th-order and second-order diffracted lights can interfere with each other, and the output signals Sa, Sb, Sc can be obtained at the same beat frequency. it can.
【0050】この図9のように、2つのAOM56,6
7でS偏光ビームとP偏光ビームとを個別に周波数シフ
トさせ、しかも合成プリズム65Aで2つのビームを偏
心合成するようにすれば、ゼーマン・レーザ光源を使う
ときのように、元々2周波数の同軸ビームを2ビームに
分割する場合とくらべて、格段にS/N比が向上すると
いった利点がある。As shown in FIG. 9, two AOMs 56, 6
If the S-polarized beam and the P-polarized beam are separately frequency-shifted at 7 and the two beams are decentered and combined by the combining prism 65A, the coaxial of the original two frequencies is used as in the case of using a Zeeman laser light source. There is an advantage that the S / N ratio is remarkably improved as compared with the case where the beam is split into two beams.
【0051】次に本発明の図4の実施例を図10、図1
1参照して説明する。第4の実施例では、2つのビーム
BM1 ,BM2 の入射角ψはそのままで、ウェハWの回
折格子Gwのピッチを第1の実施例の場合の1/2に
し、さらに参照系の基準格子24のピッチも1/2にし
てある。図10は、回折格子Gwのピッチを1/2にし
たときの回折光の発生の様子を模式的に示したものであ
る。2つのビームBM1 ,BM2 の交差角が2ψで、入
射角が対称である場合、干渉縞IFのピッチPfは先の
式(1)で規定される通り、Pf=λ/2sinψであ
る。Next, the embodiment of FIG. 4 of the present invention will be described with reference to FIGS.
1 will be described. In the fourth embodiment, the pitch of the diffraction grating Gw of the wafer W is set to の of that in the first embodiment, while maintaining the incident angle の of the two beams BM 1 and BM 2 as it is. The pitch of the grating 24 is also halved. FIG. 10 schematically shows the state of generation of diffracted light when the pitch of the diffraction grating Gw is halved. When the crossing angle of the two beams BM 1 and BM 2 is 2 ° and the incident angle is symmetric, the pitch Pf of the interference fringes IF is Pf = λ / 2 sinψ as defined by the above equation (1).
【0052】一方、回折格子GwのピッチPgが図2の
場合の1/2であるとすると、Pg=Pfとなる。従っ
て±1次回折光(n=1)の0次光に対する回折角は2
ψとなる。よって、第1ビームBM1 の0次回折光B1
(0)を中心として角度±2ψごとに+1次回折光B1
(+1)、−1次回折光B1 (−1)、+2次回折光B
1(+2)、−2次回折光B1 (−1)………が発生
し、第2ビームBM2 の0次回折光B2 (0)を中心と
して角度±2ψごとに+1次回折光B2 (+1)、−1
次回折光B2 (−1)、+2次回折光B2 (+2)、−
2次回折光B2 (−2)………が発生する。干渉縞IF
と格子Gwとのピッチが等しい場合、図10に示すよう
に、格子Gwから垂直に発生する回折光は存在せず、ビ
ームBM1 と逆方向に進むビームBM2 の0次回折光B
2 (0)と、ビームBM1 の照射によって生じた−1次
回折光B1 (−1)とが同軸になって干渉光として検出
され得る。同様に、0次回折光B1 (0)と+1次回折
光B2 (+1)とが同軸になって進み、さらに+1次回
折光B1 (+1)と+2次回折光B2 (+2)とが同軸
になり、−1次回折光B2 (−1)と−2次回折光B1
(−2)とが同軸になる。そのため、図1に示した装置
にあっては、格子Gwからの0次回折光B2 (0)と−
1次回折光B1 (−1)との干渉光BT(−1,0)が
光電素子20bにそのまま受光され、0次回折光B
1 (0)と+1次回折光B2 (+1)との干渉光BT
(0,+1)が光電素子20cにそのまま受光されるこ
とになる。On the other hand, if the pitch Pg of the diffraction grating Gw is の of that in FIG. 2, Pg = Pf. Accordingly, the diffraction angle of the ± 1st-order diffracted light (n = 1) with respect to the 0th-order light is 2
It becomes ψ. Thus, the first beam BM 1 0-order diffracted light B 1
+ 1st-order diffracted light B 1 at every angle ± 2 ° about (0)
(+1), -1st order diffracted light B 1 (-1), + 2nd order diffracted light B
1 (+2), - second-order diffracted light B 1 (-1) ......... is generated, the second beam BM 2 0-order diffracted light B 2 (0) for each angle ± 2Pusai around the + 1st-order diffracted light B 2 ( +1), -1
Order diffracted light B 2 (-1), +2 order diffracted light B 2 (+2), −
Second-order diffracted light B 2 (−2) is generated. Interference fringe IF
When the pitch between the light beam and the grating Gw is equal, as shown in FIG. 10, there is no diffracted light vertically generated from the grating Gw, and the 0th-order diffracted light beam B of the beam BM 2 traveling in the opposite direction to the beam BM 1
2 (0), the beam BM -1-order diffracted light B 1 caused by the irradiation of 1 (-1) and can be detected as interference light become coaxial. Similarly, the 0th-order diffracted light B 1 (0) and the + 1st-order diffracted light B 2 (+1) proceed coaxially, and the + 1st-order diffracted light B 1 (+1) and the + 2nd-order diffracted light B 2 (+2) coaxially. -1st order diffracted light B 2 (−1) and −2nd order diffracted light B 1
(-2) becomes coaxial. Therefore, in the device shown in FIG. 1, the 0th-order diffracted light B 2 (0) from the grating Gw and −
The interference light BT (-1,0) with the first-order diffracted light B 1 (-1) is received by the photoelectric element 20b as it is, and the zero-order diffracted light B
Interference light BT between 1 (0) and + 1st order diffracted light B 2 (+1)
(0, +1) is directly received by the photoelectric element 20c.
【0053】従って本実施例の場合、検出すべき光電信
号はSb,Scの2つであり、図6に示した回路ブロッ
クによって基準信号SRとの位相差Δθ2 を求め、その
結果を格子Gwの位置ずれ量ΔXとすればよい。同様の
考え方は、透過型の基準格子24に対しても全く同じに
あてはまり、基準格子24上に作られる干渉縞のピッチ
と、格子24のピッチを等しくすると、図11に示すよ
うに、ビームBr1 の0次回折光(直接透過光)と、ビ
ームBM 2 の照射によって生じた+1次回折光とが同軸
になって干渉し、光電素子28Aに受光され、ビームB
M2 の0次回折光(直接透過光)とビームBM1 の照射
によって生じた−1次回折光とが同軸になって干渉し、
光電素子28Bに受光される。この場合、基準格子24
から垂直に発生する回折光は存在しないため、ビームB
r1 ,Br2 の交差角が図1と同じ場合、基準格子24
から光電素子28A,28Bまでの距離は、図1の場合
にくらべてかなり短縮され、参照系の構成をコンパクト
にすることができる。Therefore, in the case of this embodiment, the photoelectric signal to be detected
The symbols are Sb and Sc, and the circuit block shown in FIG.
Phase difference Δθ from the reference signal SRTwoAnd that
What is necessary is just to make the result the positional deviation amount ΔX of the grating Gw. similar
The idea is exactly the same for the transmissive reference grating 24.
The pitch of the interference fringes that apply and are created on the reference grating 24
When the pitch of the grating 24 is made equal, as shown in FIG.
Yeah, beam Br10th order diffracted light (directly transmitted light)
BM TwoCoaxial with + 1st order diffracted light generated by irradiation
, The light is received by the photoelectric element 28A, and the beam B
MTwo0th order diffracted light (directly transmitted light) and beam BM1Irradiation
And the -1st order diffracted light generated by
The light is received by the photoelectric element 28B. In this case, the reference grid 24
Since there is no diffracted light vertically generated from the beam B,
r1, BrTwoIs the same as that in FIG.
The distance from to the photoelectric elements 28A and 28B is as shown in FIG.
It is considerably shortened compared to, and the configuration of the reference system is compact
Can be
【0054】尚、図11に示した2つの光電素子28
A,28Bの両出力信号は、電気的なアナログ加算(又
は減算)回路で合成して参照信号SRとすればよい。次
に本発明の第5の実施例を図12を参照して説明する。
図12は、ステップアンドリピート方式の投影型露光装
置のアライメント系(TTR,TTL)として本発明の
位置ずれ検出系を利用した場合の構成を示す斜視図であ
る。The two photoelectric elements 28 shown in FIG.
The output signals A and 28B may be combined by an electric analog addition (or subtraction) circuit to form a reference signal SR. Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 12 is a perspective view showing a configuration in which the position shift detection system of the present invention is used as an alignment system (TTR, TTL) of a step-and-repeat projection type exposure apparatus.
【0055】図12において、レチクルRには回路パタ
ーン領域PAと、TTR(スルーザレチクル)アライメ
ント用のマーク領域RMx,PMy,RMθが設けられ
ている。レチクルRは両側テレセントリックな投影レン
ズPLの光軸AXoがパターン領域PAの中心を通るよ
うに配置される。レチクルRの上方には45°に斜設さ
れたダイクロイックミラーDCMが配置され、垂直方向
からは露光光が透過してレチクルRのパターン領域PA
を照射する。TTRアライメント系の3つの対物レンズ
系GLa,GLb,GLcは、ダイクロイックミラーD
CMの反射によって、それぞれレチクルRのマーク領域
RMx,RMθ,RMyを検出するように配置される。
ここでマーク領域RMθ,RMyにはy方向にピッチを
有するレチクル格子マークGrが形成され、マーク領域
RMxにはx方向にピッチを有するレチクル格子マーク
Grが形成される。各対物レンズ系GLa,GLb,G
Lcには、それぞれ光軸AXa,AXb,AXcに沿っ
て2本のビームBM1 ,BM2 が入射し、各マーク領域
RMx,RMθ,RMy上で交差する。1つのマーク領
域RMxは、図13に示すように、パターン領域PAを
囲む遮光帯SBの一部に、平行四辺形の窓として形成さ
れ、その窓内の一部にレチクル格子マークGrが形成さ
れている。平行四辺形の窓は、レチクル格子マークGr
のピッチ方向(x方向)と直交するy方向に伸びたエッ
ジが存在しないようにするためである。In FIG. 12, a reticle R is provided with a circuit pattern area PA and mark areas RMx, PMy, RMθ for TTR (through-the-reticle) alignment. The reticle R is arranged so that the optical axis AXo of the projection lens PL that is telecentric on both sides passes through the center of the pattern area PA. A dichroic mirror DCM inclined at 45 ° is disposed above the reticle R, and the exposure light is transmitted from the vertical direction to allow the pattern area PA of the reticle R to pass.
Is irradiated. The three objective lens systems GLa, GLb, and GLc of the TTR alignment system are dichroic mirrors D
Arranged to detect mark areas RMx, RMθ, and RMy of reticle R by the reflection of CM, respectively.
Here, reticle grating marks Gr having a pitch in the y direction are formed in mark regions RMθ and RMy, and reticle grating marks Gr having a pitch in the x direction are formed in mark regions RMx. Each objective lens system GLa, GLb, G
Two beams BM 1 and BM 2 are incident on Lc along the optical axes AXa, AXb and AXc, respectively, and cross each mark area RMx, RMθ and RMy. As shown in FIG. 13, one mark area RMx is formed as a parallelogram window in a part of the light-shielding band SB surrounding the pattern area PA, and a reticle lattice mark Gr is formed in a part of the window. ing. The parallelogram window is the reticle grating mark Gr.
This is because there is no edge extending in the y direction orthogonal to the pitch direction (x direction).
【0056】2本のビームBM1 ,BM2 はマーク領域
RMxの窓全体を照射するが、その透過光は投影レンズ
PLを介して再びウェハW上で交差する。投影レンズP
Lの瞳面ESには光軸AXoに関して点対称にビームB
M1 ,BM2 のスポット光が位置する。さて、ウェハW
上には複数のチップ領域CPが形成されており、このチ
ップ領域CPにレチクルRのパターン領域PAの投影像
を正確に重ね合せて露光する。ウェハWは2次元移動す
るステージST上に載置され、ステージST上の2辺に
は、レーザ干渉式測長器LPX,LPYのレーザ光を反
射するミラーIMx,IMyが固設される。一方、ウェ
ハW上のチップ領域CPには、ウェハ格子マークGw
が、レチクルRのマーク領域に対応して図14のように
形成されている。ウェハ格子マークGwはチップ領域C
Pの周囲のスクライブライン内に設けられ、2本のビー
ムBM1 ,BM2 によって照射される。図14中、RM
x’は図13中のマーク領域RMxの投影像を表わして
おり、レチクル格子マークGrとウェハ格子マークGw
とは、図13、図14の場合、ピッチ方向と直交するy
方向に位置がずれるように決められている。The two beams BM 1 and BM 2 illuminate the entire window of the mark area RMx, and the transmitted light crosses again on the wafer W via the projection lens PL. Projection lens P
The beam B is point-symmetric with respect to the optical axis AXo on the pupil plane ES of L.
The spot lights of M 1 and BM 2 are located. Well, wafer W
A plurality of chip areas CP are formed thereon, and a projection image of the pattern area PA of the reticle R is accurately superimposed and exposed on the chip area CP. The wafer W is placed on a stage ST that moves two-dimensionally, and mirrors IMx and IMy that reflect the laser beams of the laser interferometers LPX and LPY are fixed on two sides of the stage ST. On the other hand, the chip area CP on the wafer W has a wafer grid mark Gw
Are formed as shown in FIG. 14 corresponding to the mark areas of the reticle R. The wafer grid mark Gw is the chip area C
It is provided in a scribe line around P and is irradiated by two beams BM 1 and BM 2 . In FIG. 14, RM
x ′ represents a projected image of the mark area RMx in FIG. 13, and includes a reticle lattice mark Gr and a wafer lattice mark Gw.
In FIGS. 13 and 14, y is orthogonal to the pitch direction.
The position is determined to be shifted in the direction.
【0057】このようなTTRアライメント系の場合、
2本のビームBM1 ,BM2 の波長を露光光の波長と異
ならせ、レジスト層の吸収をさけるとなると、投影レン
ズPLの色収差のために、ビームBM1 ,BM2 がレチ
クルR上で交差しても、ウェハW上では交差しない(逆
にウェハW上で交差してもレチクルR上では交差しな
い)ことが起る。そこで、特開昭63−283129号
公報と同様に2焦点素子(複屈折素子)を対物レンズ系
GLa,GLb,GLcの各瞳面(投影レンズPLの瞳
面ESと共役)に配置し、さらにレチクル格子マークG
rは2本のビームBM1 ,BM2 のうちのP偏光成分で
照射し、ウェハ格子マークGwはビームBM1 ,BM2
のうちのS偏光成分で照射するようにすれば、レチクル
格子マークGrからの干渉光とウェハ格子マークGwか
らの干渉光とを偏光分離して個別に検出することができ
る。In the case of such a TTR alignment system,
If the wavelengths of the two beams BM 1 and BM 2 are made different from the wavelength of the exposure light to avoid absorption of the resist layer, the beams BM 1 and BM 2 intersect on the reticle R due to the chromatic aberration of the projection lens PL. However, it does not intersect on the wafer W (conversely, even if it intersects on the wafer W, it does not intersect on the reticle R). Therefore, a bifocal element (birefringent element) is arranged on each pupil plane (conjugate with the pupil plane ES of the projection lens PL) of the objective lens systems GLa, GLb, and GLc as in JP-A-63-283129. Reticle grating mark G
r irradiates with the P-polarized light component of the two beams BM 1 and BM 2 , and the wafer grid mark Gw indicates the beams BM 1 and BM 2
When the irradiation is performed with the S-polarized light component, the interference light from the reticle grating mark Gr and the interference light from the wafer grating mark Gw can be separated by polarization and detected individually.
【0058】さらに図12に示すように、レチクルRの
直下に小ミラーMd,Meを斜設して、対物レンズ系G
Ld,GLeと投影レンズPLを介して専らウェハW上
の格子マークGwを検出するTTL(スルーザレンズ)
アライメント系においても、全く同様に2本のビームB
M1 ,BM2 で格子マークGwを照射することで、格子
マークGwの位置ずれ量が求まる。尚、光軸AXdに沿
ったTTLアライメント系はピッチ方向がx方向になっ
たウェハ格子マークGwを検出し、光軸AXeに沿った
TTLアライメント系は、ピッチ方向がy方向になった
ウェハ格子マークGwを検出する。Further, as shown in FIG. 12, small mirrors Md and Me are obliquely provided immediately below the reticle R, and the objective lens system G
TTL (through-the-lens) for exclusively detecting the lattice mark Gw on the wafer W via Ld, GLe and the projection lens PL
Similarly, in the alignment system, two beams B
By irradiating the grid mark Gw with M 1 and BM 2 , the amount of displacement of the grid mark Gw is obtained. The TTL alignment system along the optical axis AXd detects a wafer grid mark Gw whose pitch direction is in the x direction, and the TTL alignment system along the optical axis AXe detects a wafer grid mark G whose pitch direction is in the y direction. Gw is detected.
【0059】これら各アライメント系の対物レンズ系G
La,GLb,GLc,GLd,GLeは、基本的には
図1中に示した対物レンズ系18と同等と考えてよい。
以上、本発明の各実施例を説明したが、格子Gwを照射
するビームBM1 ,BM2 は周波数差のないホモダイン
方式であっても本発明は同様に適用し得る。しかしなが
らその場合、出力信号Sa,Sb,Scは一定の周波数
をもった交流信号とはならず、格子Gw(ウェハW)を
一次元移動させることで正弦波状(周波数はウェハWの
移動速度に比例)に変化する直流信号になる。The objective lens system G of each of these alignment systems
La, GLb, GLc, GLd, and GLe may be basically considered to be equivalent to the objective lens system 18 shown in FIG.
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention can be similarly applied even when the beams BM 1 and BM 2 irradiating the grating Gw are of the homodyne type having no frequency difference. However, in this case, the output signals Sa, Sb, Sc are not AC signals having a constant frequency, but are sinusoidal by moving the grating Gw (wafer W) one-dimensionally (the frequency is proportional to the moving speed of the wafer W). ).
【0060】図15は、ホモダイン方式で位置ずれ検
出、又は位置合わせを行なう基本構成を示し、以下第6
の実施例として説明する。ホモダイン方式の場合は、2
つのビームBM1 ,BM2 に周波数差がなく、ウェハW
上の干渉縞が静止しているため、ウェハWを載置するス
テージSTを格子Gwのピッチ方向に一次元移動させ
る。このとき、干渉縞と格子Gwとの相対変位によっ
て、格子Gwから垂直に発生する干渉光BT(±1)、
ビームBM1 ,BM2 と逆の光路をたどる干渉光BT
(−2,0)、BT(0,+2)はそれぞれ強度変化す
る。各光電検出器の出力信号Sa,Sb,Scは、ステ
ージSTの位置を0.01μmの分解能で計測するレー
ザ干渉計LPXからのアップダウンパルスに応答して信
号波形をデジタルサンプリングする波形記憶回路90
a,90b,90cに入力する。各記憶回路90a,9
0b,90cはアナログ−デジタル変換器、RAM、ア
ドレスカウンター等で構成される。波形解析部92は、
記憶された各信号波形に基づいて、振幅の大小関係の判
定や位置ずれ量検出等を行なう。図16は出力信号Sa
の一例を示し、横軸は時間は表わし、縦軸は相対強度値
を表わす。ステージSTは時刻t1 で一方向に移動する
のを停止するが、このとき格子Gwの目標位置決め点A
Pをわずかに通り過ぎるように定める。出力信号Saの
1周期は、ここでは格子Gwの1/2ピッチに対応して
いる。記憶回路90aは時刻t1 の前までに信号波形を
取り込み、解析部92はその振幅Va を検出する。信号
Sb,Scも同様にして記憶回路90b,90cに取り
込まれ、解析部92によって振幅が検出される。解析部
92は時刻t1 からt2 の間(ステージ停止期間)に振
幅値によって、どの出力信号を使うかを第1の実施例と
同様に判定するとともに、使用する信号波形上の振幅の
ピーク値とボトム値とに基づいて、目標位置決め点AP
に対応したレベルVR 決定する。その後、ステージST
を微速度で逆方向に戻し、干渉計LPXの計測値によっ
て、位置決め点APの±1/4ピッチ以内の距離に送り
込まれ、点APを含む波形上のスロープが現われた時刻
tS で、ステージSTの駆動モータは、出力信号Saを
偏差信号レベルVR を目標値としたフィードバック制御
に切り替えられる。FIG. 15 shows a basic configuration for performing position shift detection or position alignment by the homodyne method.
Will be described as an example. 2 for homodyne method
There is no frequency difference between the two beams BM 1 and BM 2 and the wafer W
Since the upper interference fringe is stationary, the stage ST on which the wafer W is mounted is moved one-dimensionally in the pitch direction of the grating Gw. At this time, the interference light BT (± 1) generated vertically from the grating Gw due to the relative displacement between the interference fringe and the grating Gw,
Interference light BT that follows the optical path opposite to that of beams BM 1 and BM 2
(-2, 0) and BT (0, +2) change in intensity. Output signals Sa, Sb, Sc of the respective photoelectric detectors are stored in a waveform storage circuit 90 for digitally sampling a signal waveform in response to an up / down pulse from a laser interferometer LPX that measures the position of the stage ST with a resolution of 0.01 μm.
a, 90b and 90c. Each storage circuit 90a, 9
Reference numerals 0b and 90c each include an analog-digital converter, a RAM, an address counter, and the like. The waveform analysis unit 92
Based on each of the stored signal waveforms, the magnitude of the amplitude is determined, the amount of displacement is detected, and the like. FIG. 16 shows the output signal Sa.
The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents relative intensity values. The stage ST stops moving in one direction at time t 1 , but at this time, the target positioning point A of the grid Gw
P is set to pass slightly. One cycle of the output signal Sa corresponds to a half pitch of the grating Gw here. Storage circuit 90a takes the signal waveform before the time t 1, the analyzing unit 92 detects the amplitude V a. Similarly, the signals Sb and Sc are taken into the storage circuits 90b and 90c, and the amplitude is detected by the analysis unit 92. The analyzer 92 determines the output signal to be used in the same manner as in the first embodiment based on the amplitude value between the times t 1 and t 2 (stage stop period) in the same manner as in the first embodiment. The target positioning point AP based on the
Is determined. Then, stage ST
Is returned in the reverse direction at a very low speed, and is sent to a distance within ± 1/4 pitch of the positioning point AP by the measurement value of the interferometer LPX, and at time t S at which the slope on the waveform including the point AP appears, the stage drive motor ST is switched output signal Sa of the deviation signal level V R to the feedback control target value.
【0061】これによって出力信号SaがレベルVR と
一致するようにステージSTがサーボ制御され、時刻t
3 以降位置決めが達成される。尚、出力信号Sb,Sc
を使うときは、両信号の位相がずれることになるので、
例えば図5、図6で説明した手法と同様の考え方で補正
を行なう必要がある。ただし、ホモダイン方式の場合、
位置ずれ量に関与する情報は、出力信号波形上のレベル
だけであるから、2つの出力信号Sb,Scのレベル
(振幅)関係を補正するとともに、記憶回路90b,9
0cの少なくとも一方のRAM上で波形を移相(アドレ
スシフト)した後に加算平均する等の処理が必要であ
る。このようなホモダイン方式は、図7中に示した2つ
のAOM56,57に同一のドライブ周波数を印加する
ことで容易に実現できる。ホモダイン方式はステージス
キャン方式で信号波形を取り込み、その位置ずれ量等を
求めるため、ヘテロダイン方式のように目標位置の±1
/4ピッチ以内にステージをプリアライメントして停止
させる必要がなく、比較的高速に位置検出ができる。た
だし、ビームBM1 ,BM2 の強度変化、ゆらぎに対し
ては、そのまま誤差となるので位置検出の直前で信号振
幅のピーク値とボトム値を計測する必要がある。[0061] This is the stage ST to the output signal Sa coincides with the level V R servos, time t
Positioning after 3 is achieved. The output signals Sb, Sc
When using, the phase of both signals will be shifted,
For example, it is necessary to perform correction based on the same concept as the method described with reference to FIGS. However, in the case of the homodyne method,
Since the information relating to the displacement amount is only the level on the output signal waveform, the level (amplitude) relationship between the two output signals Sb and Sc is corrected, and the storage circuits 90b and 9 are used.
Processing such as averaging after phase shifting (address shifting) of the waveform on at least one of the RAMs 0c is required. Such a homodyne method can be easily realized by applying the same drive frequency to the two AOMs 56 and 57 shown in FIG. In the homodyne method, a signal waveform is captured by a stage scan method, and the positional deviation amount is calculated.
There is no need to stop the stage by pre-alignment within / 4 pitch, and position detection can be performed at a relatively high speed. However, the change in intensity or fluctuation of the beams BM 1 and BM 2 directly causes an error. Therefore, it is necessary to measure the peak value and the bottom value of the signal amplitude immediately before the position detection.
【0062】[0062]
【発明の効果】以上、本発明によれば、計測結果に与え
るオフセットを選択することができるので計測精度を向
上させることができる。また、位置計測のための複数の
モードを備え、選択可能とすることにより、計測精度を
向上させることができる。As described above, according to the present invention, the offset given to the measurement result can be selected, so that the measurement accuracy can be improved. In addition, by providing a plurality of modes for position measurement and making them selectable, measurement accuracy can be improved.
【図1】本発明の第1の実施例による位置ずれ検出装置
の構成を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a position shift detecting device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の原理を説明するために回折光の発生の
様子を示した図。FIG. 2 is a diagram showing a state of generation of diffracted light for explaining the principle of the present invention.
【図3】図2中の回折光の回折角を示すグラフ。FIG. 3 is a graph showing a diffraction angle of diffracted light in FIG.
【図4】各光電信号の波形を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a waveform of each photoelectric signal.
【図5】3つの干渉光の光電信号の基準信号に対する位
相シフトを説明する図。FIG. 5 is a view for explaining a phase shift of a photoelectric signal of three interference lights with respect to a reference signal.
【図6】第1の実施例で使われる位相差検出部の具体的
な一例を示すブロック図。FIG. 6 is a block diagram showing a specific example of a phase difference detection unit used in the first embodiment.
【図7】図1の装置に適用されるビーム送光系の構成を
示す図。FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a beam transmitting system applied to the apparatus of FIG. 1;
【図8】図1の装置に適用されるビーム送光系の変形例
であり、本発明の第2の実施例を示す光学図。FIG. 8 is an optical diagram showing a modified example of the beam transmitting system applied to the apparatus of FIG. 1 and showing a second embodiment of the present invention.
【図9】本発明の第3の実施例による位置ずれ検出装置
の構成を示す図。FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a position shift detecting device according to a third embodiment of the present invention.
【図10】本発明の第4の実施例による格子形状を示す
図。FIG. 10 is a diagram showing a grid shape according to a fourth embodiment of the present invention.
【図11】本発明の第4の実施例による格子形状を示す
図。FIG. 11 is a diagram showing a grid shape according to a fourth embodiment of the present invention.
【図12】本発明の第5の実施例を示し、位置ずれ検出
系がアライメント系として組み込まれる投影型露光装置
の様子を示す斜視図。FIG. 12 is a perspective view showing a fifth embodiment of the present invention and showing a state of a projection type exposure apparatus in which a displacement detection system is incorporated as an alignment system.
【図13】図12の装置で使われるレチクル格子とウェ
ハ格子の形状、配置を説明する斜視図。FIG. 13 is a perspective view illustrating shapes and arrangements of a reticle grating and a wafer grating used in the apparatus of FIG.
【図14】図12の装置で使われるレチクル格子とウェ
ハ格子の形状、配置を説明する斜視図。FIG. 14 is a perspective view illustrating shapes and arrangements of a reticle grating and a wafer grating used in the apparatus of FIG.
【図15】本発明の第6の実施例による位置ずれ検出装
置の構成を示す図、FIG. 15 is a diagram showing a configuration of a position shift detecting device according to a sixth embodiment of the present invention;
【図16】図15の装置で得られる光電信号波形の一例
を示す図である。16 is a diagram showing an example of a photoelectric signal waveform obtained by the device of FIG.
W・・ウエハ、 Gw・・回折格子 BM1、BM2・・交差する2本ビーム、 BT(±1)・・±1次回折光同志の干渉光、 BT(−2、0)、BT(0、+2)・・0次、2次回折
光同志の干渉光、 Sa、Sb、Sc・・光電出力信号、 SR・・参照信号、 18・・対物レンズ系、 20a、20b、20c、28・・光電素子、 24・・基準格子、 40、42・・位相差検出部、 41、43・・強度検出部、 44・・強度判定部、 45・・位置ずれ演算部、 50・・レーザ光源、 56、57・・音響光学変調器(AOM)、 65・・ビームスプリッタ、 70・・発振器。W ·· Wafer, Gw ·· Diffraction grating BM1, BM2 ··· Intersecting two beams, BT (± 1) ··· Interference light of ± 1st order diffracted light, BT (-2,0), BT (0, + 2) )... 0th and 2nd order diffracted light interference light, Sa, Sb, Sc... Photoelectric output signal, SR... Reference signal, 18... Objective lens system, 20a, 20b, 20c, 28. 24... Reference grating, 40, 42... Phase difference detecting section, 41, 43... Intensity detecting section, 44... Intensity judging section, 45. An acousto-optic modulator (AOM), 65 beam splitters, 70 oscillators.
Claims (4)
互いに異なる2方向から光ビームを照射する光ビーム照
射手段と、前記回折格子から生じる特定の回折光同志の
干渉強度を検出する光電検出手段と、該光電検出手段の
出力信号に基づいて前記回折格子の格子ピッチ方向に関
する前記被測定物の変位を計測する計測手段とを備えた
装置において、 前記光電検出手段は、前記回折格子から同一方向に進む
同一回折角を持った回折光同志の干渉強度を検出する第
1光電検出器と、前記回折格子から同一方向に進む異な
る回折角を持った回折光同志の干渉強度を検出する第2
光電検出器とを備え; 前記計測手段は、前記被測定物の変位に対応した値を前
記第1光電検出器の出力信号に基づいて計測する第1計
測部と、前記第2光電検出器の出力信号に基づいて計測
する第2計測部とを有し、 前記光ビーム照射手段は、前記2方向からの光ビームに
所定の周波数差を与える周波数変調部材と、該周波数差
と等しい周波数の参照信号を出力する参照信号発生部と
を備え、それによって、前記第1光電検出器と第2光電
検出器の夫々は、前記所定の周波数差と等しい周波数の
第1光電信号と第2光電信号とを出力し、さらに前記第
1計測部は前記参照信号と前記第1光電信号との第1位
相関係を前記計測値として検出する第1位相検出部を有
し、前記第2計測部は前記参照信号と前記第2光電信号
との第2位相関係を前記計測値として検出する第2位相
検出部を有し、 前記計測手段は、前記第1位相検出部の検出結果と前記
第2位相検出部の検出結果とに基づいて、前記第2位相
差検出部の検出結果に所定のオフセットを与えるオフセ
ット選択部を含むことを特徴とする位置検出装置。1. A light beam irradiating means for irradiating a diffraction grating provided on an object to be measured with light beams from two different directions, and a photoelectric detecting means for detecting an interference intensity of specific diffracted lights generated from the diffraction grating. A detection unit, and a measurement unit that measures a displacement of the object to be measured in a grating pitch direction of the diffraction grating based on an output signal of the photoelectric detection unit. A first photoelectric detector for detecting the interference intensity of diffracted light beams having the same diffraction angle traveling in the same direction, and a second photoelectric detector for detecting the interference intensity of diffracted light beams having different diffraction angles traveling in the same direction from the diffraction grating. 2
A first measuring unit for measuring a value corresponding to the displacement of the object to be measured based on an output signal of the first photoelectric detector; and a measuring unit for measuring the value of the second photoelectric detector. A second measuring unit for measuring based on an output signal, wherein the light beam irradiating means includes a frequency modulation member for giving a predetermined frequency difference to the light beams from the two directions, and a reference to a frequency equal to the frequency difference. A reference signal generator for outputting a signal, whereby each of the first photoelectric detector and the second photoelectric detector has a first photoelectric signal and a second photoelectric signal having a frequency equal to the predetermined frequency difference. And the first measurement unit has a first phase detection unit that detects a first phase relationship between the reference signal and the first photoelectric signal as the measurement value, and the second measurement unit outputs the reference signal. A second phase relationship between the signal and the second photoelectric signal. A second phase detection unit that detects the measurement value as a measurement value, wherein the measurement unit uses the second phase difference detection unit based on a detection result of the first phase detection unit and a detection result of the second phase detection unit. A position detecting device including an offset selecting unit for giving a predetermined offset to the detection result of the position detection.
+360°、−360°のいずれか1つをオフセットと
して選択することを特徴とする請求項1に記載の装置。2. The offset selector according to claim 1, wherein the phase difference is 0 °,
The apparatus according to claim 1, wherein any one of + 360 ° and -360 ° is selected as the offset.
互いに異なる2方向から所定の周波数差を有する光ビー
ムを照射する光ビームを照射し、前記回折格子から生じ
る特定の回折光同志の干渉光に基づいて前記回折格子の
格子ピッチ方向に関する前記被測定物の変位を検出する
検出方法において、 前記回折格子から同一方向に進む同一回折角を持った回
折光同志の第1干渉光に応じた第1光電信号と前記周波
数差と等しい周波数差を有する参照信号との第1位相差
と、前記回折格子から同一方向に進む異なる回折角を持
った回折光同志の第2干渉光に応じた第2光電信号と前
記参照信号との第2位相差とを検出し、 前記第1位相差と前記第2位相差から前記第2位相差に
対する所定のオフセット位相差を求め、前記第2位相差
と前記オフセット位相差とに基づいて、前記被測定物の
変位を計測することを特徴とする位置計測方法。3. A diffraction grating provided on an object to be measured is irradiated with a light beam for irradiating a light beam having a predetermined frequency difference from two different directions, and a specific diffraction light generated from the diffraction grating is generated. A detection method for detecting a displacement of the object to be measured with respect to a grating pitch direction of the diffraction grating based on interference light, wherein the displacement is based on first interference light of diffraction lights having the same diffraction angle traveling in the same direction from the diffraction grating. A first phase difference between the first photoelectric signal and a reference signal having a frequency difference equal to the frequency difference, and a second interference light of diffracted lights having different diffraction angles traveling in the same direction from the diffraction grating. Detecting a second phase difference between a second photoelectric signal and the reference signal; obtaining a predetermined offset phase difference with respect to the second phase difference from the first phase difference and the second phase difference; And the office Based on the bets phase difference, the position measuring method characterized by measuring the displacement of the object to be measured.
て光ビームを照射する光ビーム照射手段と、前記回折マ
ークから生じる光情報に基づいて前記被測定物の変位を
計測する装置において、 前記回折マークから生じる第1の回折光情報を検出する
第1光電検出器と; 前記回折マークから生じる第2の回折光情報を検出する
第2光電検出器と; 前記第1光電検出器からの情報と前記第2光電検出器か
らの情報との少なくとも一方を用いて、前記被測定物の
位置に対応した値を算出するための複数のモードを有す
る演算部と; 前記複数のモードを選択する選択部とを有することを特
徴とする位置検出装置。4. An apparatus for irradiating a diffraction mark provided on an object to irradiate a light beam with a light beam, and an apparatus for measuring a displacement of the object to be measured based on optical information generated from the diffraction mark, A first photoelectric detector that detects first diffracted light information generated from the diffraction mark; a second photoelectric detector that detects second diffracted light information generated from the diffraction mark; An arithmetic unit having a plurality of modes for calculating a value corresponding to the position of the device under test using at least one of information and information from the second photoelectric detector; and selecting the plurality of modes. A position detection device comprising: a selection unit.
Priority Applications (1)
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| JP02012322A Division JP3077149B2 (en) | 1990-01-22 | 1990-01-22 | Measuring apparatus, measuring method, exposure apparatus, exposure method, and circuit pattern chip |
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