DE4031637C2

DE4031637C2 - Anordnung zum Messen einer Verschiebung zwischen zwei Objekten

Info

Publication number: DE4031637C2
Application number: DE4031637A
Authority: DE
Inventors: Yoriyuki Ishibashi; Ryoichi Hirano; Jun Nishida
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-10-06
Filing date: 1990-10-05
Publication date: 1997-04-10
Anticipated expiration: 2010-10-06
Also published as: DE4031637A1; US5151754A

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Messen einer Verschiebung zwischen zwei Objekten, z. B. eines Spal tabstands zwischen den beiden Objekten. Eine solche An ordnung ist beispielsweise zum Messen einer Verschie bung zwischen einer Maske und einem Plättchen bzw. ei ner Scheibe für deren Relativausrichtung in einer Be lichtungsvorrichtung für die Halbleiterherstellung an wendbar.

Bei der Herstellung einer Halbleiteranordnung, z. B. ei nes großintegrierten Schaltkreises (VLSI) wird mittels einer Belichtungsvorrichtung das Schaltungsmuster der Anordnung auf ein Plättchen oder eine Scheibe übertra gen. Im Fall einer Röntgenbelichtungsvorrichtung wird das Plättchen speziell durch eine das Schaltungsmuster aufweisende Maske hindurch mit Röntgenstrahlung be strahlt; damit wird das Bild des Musters auf das Plätt chen übertragen. Zum Übertragen des Schaltungsmusters auf das Plättchen müssen die Maske und das Plättchen, die einander zugewandt sind, in ihrer Gegenüberstel lungsrichtung mit einem vorgesehenen Spalt oder Zwi schenraum zwischen ihnen aufeinander ausgerichtet wer den.

Eine Anordnung zur Durchführung von Ausrichtung, Spalt einstellung und Relativausrichtung mit ziemlich hoher Genauigkeit sind z. B. in der DE-OS 37 15 864 bzw. JP-OS 62-261003 beschrieben. Bei der betreffenden Anordnung erfolgt die Relativausrichtung nach der optischen Überlagerungsstörungsmethode unter Verwendung von eindimensionalen Beugungsgittern. Bei dieser Methode ist die Maske mit einem eindimensionalen Beugungsgitter und einem Fenster ver sehen, während das Plättchen mit einer Reflexionsfläche und einem anderen eindimensionalen Beugungsgitter ver sehen ist.

Zunächst erfolgt dabei die Ausrichtung bzw. Ausfluchtung. Dabei werden zwei Laser-Lichtstrahlen jeweils der Fre quenzen f1 und f2 in Richtung der ±1-Ordnung auf das eindimensionale Beugungsgitter der Maske geworfen. Beim Durchtritt durch dieses Beugungsgitter der Maske werden diese Lichtstrahlen gebeugt, von der Reflexionsfläche des Plättchens reflektiert und wiederum durch das eindimensio nale Beugungsgitter der Maske hindurch übertragen und da durch gebeugt. Daraufhin werden die Lichtstrahlen in gebeugte Interferenzlichtstrahlen I_M geändert, die so mit eindimensional verteilt erscheinen. Die durch das Fenster der Maske hindurchfallenden Lichtstrahlen fallen andererseits durch das eindimensionale Beugungsgitter des Plättchens und werden durch dieses Beugungsgitter gebeugt, um sodann wiederum durch das Fenster der Maske hindurch zutreten und damit als gebeugte, eindimensional verteilte Interferenzlichtstrahlen I_W aufzutreten. Die Phasendifferenz ΔΦ_X zwischen den Lichtstrahlen der Ordnungen I_M(0, 0) und I_W(0, 0) aus den gebeugten Inter ferenzlichtstrahlen I_M und I_W wird detektiert. Da die Phasendifferenz ΔΦ_X einer Verschiebung bzw. einem Versatz zwischen Maske und Plättchen entspricht, kann die Ver schiebung durch Berechnung bestimmt werden. Maske und Plättchen werden auf der Grundlage der so bestimmten Verschiebung ausgerichtet oder in Flucht gebracht.

Anschließend erfolgt die Spalt- oder Abstandseinstellung zwischen Maske und Plättchen. Dabei fällt - wie bei der Ausrichtung - der Lichtstrahl mit der Frequenz f1 in Richtung der +1-Ordnung ein, während der Lichtstrahl der Frequenz f2 in Richtung der +3-Ordnung einfällt. Daraufhin wird ein Lichtstrahl der Ordnung I_W (-2, 0) gemessen, der gebeugt und zur Interferenz auf dem gleichen Strahlengang für die Ausrichtung gebracht ist. Die Phasendifferenz ΔΦ_Z zwischen den Licht strahlen der Ordnungen I_W (-2, 0) und I_M (0, 0) wird detektiert. Da die Phasendifferenz ΔΦ_Z dem Spaltabstand zwischen Maske und Plättchen entspricht, kann der Abstand durch Berechnung bestimmt werden. Auf der Grundlage dieses bestimmten Abstands wird der vorbe stimmte Spalt zwischen Maske und Plättchen eingestellt. Genauer gesagt: ein Spalt z läßt sich wie folgt aus drücken:

z = Zp²/πλ.

In obiger Gleichung bedeuten: Z = 1/8·(ΔΦ_Z + 2X), X = 2πΔ x/p, mit p = Teilungsabstand des Beugungsgitters und λ = Wellenlänge des Lichts.

Verschiebung und Spalt bzw. Abstand können somit entspre chend der Phasendifferenz gemessen werden, und Ausrichtung und Spalteinstellung können auf der Grundlage der Meßwerte durchgeführt werden.

Bei dieser Methode sind auf Maske und Plättchen jeweils eindimensionale Beugungsgitter geformt, die eine Vielzahl paralleler, unter einem rechten Winkel zur Ausrichtungs richtung verlaufender Streifen aufweisen, so daß die ge beugten Lichtstrahlen eindimensional in der Ausrichtungs richtung verteilt werden. Außerdem weichen die jeweiligen Beugungsgitter von Maske und Plättchen in der Richtung senkrecht zur Ausrichtungsrichtung voneinander ab, so daß der gebeugte Lichtstrahl der Ordnung I_W (-2, 0) in dichter Nähe zum gebeugten Lichtstrahl der Ordnung I_M (0, 0), der gleichzeitig mit ersterem erzeugt wird, auftritt. Insbe sondere werden dabei diese beiden gebeugten Lichtstrahlen mit einem sehr kleinen gegenseitigen Abstand von etwa 100 µm emittiert, wobei sie einander teilweise überlappen und miteinander interferieren. Infolgedessen kann der ge beugte Lichtstrahl der Ordnung I_W (-2, 0) nicht selektiv und getrennt vom gebeugten Lichtstrahl der Ordnung I_W (0, 0) erfaßt werden. Wenn der mit dem Licht strahl der Ordnung I_W (-2, 0) interferierende Lichtstrahl der Ordnung I_W (-2, 0) erfaßt wird, kann daher der Abstand oder Spalt zwischen Maske und Plättchen nicht mit hoher Genauigkeit eingestellt werden.

Ausrichtung und Spalteinstellung werden häufig gleichzeitig vorgenommen. Da die Einfallsrichtung des Lichtstrahls für Ausrichtung von der Einfallsrichtung des Lichtstrahls für Spalteinstellung - wie erwähnt - verschieden ist, müssen ein Lichtstrahl der Frequenz f1 und zwei Lichtstrahlen der Frequenz f2 gleichzeitig auf die Beugungsgitter auf gestrahlt werden. Bei dieser Beleuchtungsmethode ergibt sich die Phasendifferenz ΔΦ_Z zwischen den Licht strahlen der Ordnungen I_M (0, 0) und I_W (-2, 0) zu:

ΔΦ_Z = {sin2 × 3sin(8Z - 2X)}/
{cos2 × 3cos(8Z - 2X)}.

In diesem Fall enthält die Phasendifferenz ΔΦ_Z die Ver schiebung X, so daß weitere komplizierte Berechnungen durch geführt werden müssen, um aus der Phasendifferenz ΔΦ_Z Infor mationen für die Spalteinstellung zu gewinnen. Hierdurch wird unweigerlich der Aufbau der Anordnung kompliziert; außerdem vergrößern sich Meßfehler.

Wenn drei Lichtstrahlen auf das Beugungsgitter des Plättchens gerichtet werden, ergibt sich die Phasendifferenz ΔΦ_Z zwischen den Lichtstrahlen der Ordnungen I_M (0, 0) und I_W (-2, 0) zu:

ΔΦ_X = {sin2 × sin(8Z - 2X)/3}/
(cos2 × cos(8Z - 2X)/3}.

Dies ist eine den Spalt z beinhaltende Funktion, und ein Verschiebungsmeßsignal wird auch durch den Spalt beeinflußt. Verschiebungs- und Spalt- oder Abstandsmes sung können daher nicht unabhängig voneinander durchge führt werden, so daß sich die Vorrichtung und die Ar beitsgänge komplizieren und die Meßfehler zunehmen.

Weiterhin ist aus der DE-OS 24 51 994 eine Anordnung mit einem zweikoordinatig geteilten Gitter zur Aufspal tung und Rückmischung von Lichtbündeln bekannt.

Die DE-OS 24 51 333 beschreibt eine Anordnung bei der Lichtbündel unterschiedlicher Frequenz durch ein beweg tes Gitter erzeugt werden und die in zwei Koordinaten richtungen geteilte Gitter aufweist.

Aus der DE 38 16 247 A1 ist ein System zur Entfernungs messung bekannt, bei dem eine Relativ-Bewegungsstrecke von zwei relativ sich bewegenden Objekten gemessen wird. Bei diesem System sind zwei Beugungsgitter für ein bewegliches Objekt, nämlich einen in X- oder Y-Richtung verfahrbaren Tisch ("X- bzw. Y-Tisch") vorge sehen. Außerdem sind zwei eindimensionale Beugungsgit ter einem ortsfesten Objekt zugeordnet. Ein Lichtstrahl fällt bei diesem bekannten System auf die entsprechen den Beugungsgitter ein, und der Abstand, um den der X- bzw. Y-Tisch verfahren ist, wird aufgrund von Stärke und Phase einer bestimmten Komponenten des nacheinander durch die Beugungsgitter gebeugten Lichtstrahles be rechnet.

Schließlich ist aus der DE 37 02 203 eine Anordnung zum Messen von Relativbewegungen zwischen mehreren Gegen ständen unter Ausnutzung von Beugungs- und Interfe renzerscheinungen von Wellen an Beugungsgittern be kannt. Bei dieser Anordnung wird ein Beugungsgitter an einem Objekt vorgesehen, wodurch gebeugte Wellen ent stehen. Die Phase jeder der gebeugten Wellen wird ge messen, und es wird die Phasendifferenz der gebeugten Wellen ermittelt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anord nung zum Messen einer Verschiebung zu schaffen, bei der zu erfassende gebeugte Interferenzlichtstrahlen selek tiv und getrennt ermittelt werden können, ohne daß drei Lichtstrahlen unabhängig auf Beugungsgitter von zwei Objekten gerichtet zu werden brauchen, so daß die Ver schiebung zwischen den beiden Objekten unabhängig von der Größe eines Spalts oder Zwischenraums zwischen ih nen mit hoher Genauigkeit gemessen werden kann.

Diese Aufgabe wird von einer Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Jedes der entsprechenden Paare von Bereichen von erstem und zweitem Objekt weist mindestens ein Beugungsgitter auf, so daß der emittierte Lichtstrahl nach der Übertragung zu den paarigen Bereichen in zwei dimensional verteilte gebeugte Lichtstrahlen geändert wird. Infolgedessen erscheinen die gebeugten Interferenz lichtstrahlen, die durch die entsprechenden Paare von Be reichen von erstem und zweitem Objekt gebeugt und zur Interferenz miteinander gebracht werden, zweidimensional verteilt.

Demzufolge werden die beiden Lichtstrahlen spezieller Ordnung der gebeugten Interferenzlichtstrahlen, die für die Verschiebungsmessung benutzt werden, in einem ver gleichsweise großen Abstand voneinander emittiert. Diese einzelnen Lichtstrahlen spezieller Ordnung können mithin selektiv und unabhängig voneinander, d. h. getrennt von den anderen Lichtstrahlen erfaßt werden, so daß die Ver schiebung zwischen Maske und Plättchen unabhängig vom Spaltabstand zwischen ihnen gemessen werden kann.

Weiterhin werden auch die beiden Lichtstrahlen spezieller Ordnung der für die Spaltmessung benutzten gebeugten Interferenzlichtstrahlen in einem vergleichsweise großen Abstand voneinander emittiert. Diese einzelnen Lichtstrah len spezieller Ordnung können somit getrennt gewählt bzw. erfaßt werden, so daß der Spaltabstand zwischen Maske und Plättchen ungeachtet der Verschiebung zwischen ihnen ge messen werden kann.

Die spezielle oder spezifischen Ordnung des zur Gewinnung des ersten Schwebungssignals erfaßten Licht strahls kann derjenigen des Lichtstrahls, der zur Gewinnung des zweiten Schwebungssignals erfaßt wird, gleich oder davon verschieden sein.

Einer der beiden Lichtstrahlen spezieller Ordnung für die Verschiebungsmessung kann mit dem einen der beiden Licht strahlen spezieller Ordnung für Spaltmessung identisch sein.

Ein zweidimensionales Beugungsgitter mit einem Schach brettmuster wird als Beugungsgitter zur Änderung des emittierten Lichtstrahls in die zweidimensional verteilten gebeugten Lichtstrahlen benutzt. In diesem Fall ist das "Schachbrettmuster" nicht auf ein solches mit quadratischen Karos beschränkt, sondern braucht lediglich ein solches aus rechteckigen "Karos" zu sein.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Er findung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung einer Anordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, die zum Ausrichten oder Ausfluchten einer Maske und eines Plättchens in einer Röntgen belichtungsvorrichtung benutzt wird,

Fig. 2 eine schematische perspektivische Darstellung von auf Maske und Plättchen geformten Beugungs gittern,

Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung der optischen Überlagerungsstörungsmethode,

Fig. 4 eine graphische Darstellung der zweidimensionalen Verteilung von gebeugten Interferenzlichtstrahlen die durch Beugungsgitter gebeugt und zur Inter ferenz miteinander gebracht sind,

Fig. 5 eine schematische perspektivische Darstellung von Beugungsgittern einer Maske und eines Plättchens bei einer ersten Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 2,

Fig. 6 eine graphische Darstellung der zweidimensio nalen Verteilung von gebeugten Interferenzlicht strahlen, die durch die Beugungsgitter nach Fig. 5 gebeugt und zur Interferenz miteinander gebracht sind,

Fig. 7 eine schematische perspektivische Darstellung an derer Beugungsgitter von Maske und Plättchen ge mäß einer zweiten Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 2,

Fig. 8 eine graphische Darstellung der zweidimensio nalen Verteilung von gebeugten Interferenzlicht strahlen, die durch die Beugungsgitter nach Fig. 7 gebeugt und zur Interferenz miteinander gebracht sind,

Fig. 9 bis 12 schematische Darstellungen von Beugungs gittern für zweidimensionale Verteilung der gebeugten Lichtstrahlen,

Fig. 13a bis 16a schematische Darstellungen von Kombi nationen von Beugungsgittern, die in zwei Be reichen der Maske und zwei Bereichen des Plättchens angeordnet sind, und

Fig. 17 eine schematische Darstellung einer Abwandlung bezüglich der Einfallsart der einfallenden oder auftreffenden Lichtstrahlen.

Im folgenden ist anhand der Fig. 1 bis 4 eine erste Aus führungsform der Erfindung beschrieben.

Fig. 1 veranschaulicht eine Relativausrichtungsanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, die für Ausrichtung oder Ausfluchtung und Spalteinstellung zwi schen einer Maske und einem Plättchen in einer Röntgen belichtungsvorrichtung geeignet ist. Es sei im folgenden vorausgesetzt, daß eine Richtung in einer waagerechten Ebene die x-Richtung, eine Richtung senkrecht zur x-Rich tung innerhalb der waagerechten Ebene die y-Richtung und die lotrechte Richtung die z-Richtung sind. Bei der be schriebenen Ausführungsform werden Maske und Plättchen, z. B. eine Halbleiterscheibe, in x-Richtung aufeinander ausgerichtet.

Die Relativausrichtung- oder -justieranordnung weist eine in x-Richtung verschiebbare Plättchen-Bühne 14 auf, mit welcher ein Betätigungselement oder Stelltrieb 15 für ihre Antriebsverschiebung verbunden ist. Auf der Bühne 14 befindet sich ein Plättchen 16, über welchem eine Maske 17 unter Einhaltung eines vorbestimmten Spaltabstands in z-Richtung zwischen beiden angeordnet ist. Die Maske 17 wird mittels eines Maskenhalters 18 gehalten, der mit einem Betätigungselement bzw. Stelltrieb 19, z. B. einer piezo elektrischen Vorrichtung zum Verschieben des Halters 18 in z-Richtung verbunden ist.

Gemäß Fig. 2 sind Bereiche 11, 12 und 13 in vorbestimmten Positionen auf der Maske 17 definiert oder festgelegt, während Bereiche 21, 22 und 23 in vorbestimmten Positionen, den betreffenden Maskenbereichen gegenüberstehend, auf dem Plättchen 16 festgelegt sind.

Im Bereich 11 ist ein zweidimensionales Beugungsgitter mit einem Schachbrettmuster eines Teilungsabstands p_y1 in y-Richtung vorgesehen, während sich im Bereich 12 eine Durchlaßfläche oder ein Fenster befindet und im Bereich 13 ein eindimensionales Beugungsgitter mit einem in y-Rich tung verlaufenden Streifenmuster angeordnet ist. Im Bereich 21 ist eine Spiegelfläche als Reflexionsfläche ausgebildet, während im Bereich 22 ein zweidimensionales Beugungsgitter mit Schachbrettmuster eines Teilungsabstands p_y2 in y-Richtung und im Bereich 23 ein eindimensionales Beugungs gitter eines in x-Richtung verlaufenden Streifenmusters mit einem Teilungsabstand p_y3 in Y-Richtung vorgesehen sind.

In der x-Richtung sind alle diese Beugungsgitter mit dem gleichen Teilungsabstand p_x angeordnet. Die Be ziehungen zwischen den Teilungsabständen in y-Richtung bestimmen sich durch p_y3 < p_y1 < p_y2. Obgleich dabei zwei dimensional verteilte gebeugte Lichtstrahlen gleicher Ordnung in der gleichen Position in bezug auf die x-Rich tung auftreten, können sie in bezug auf die y-Richtung in unterschiedlichen Positionen auftreten. Dies bedeutet, daß der Beugungswinkel zur y-Richtung um so größer ist, je enger der Teilungsabstand ist. Insbesondere ist der Beugungswinkel der gebeugten Lichtstrahlen vom Schach brettmuster-Beugungsgitter des Bereiches 22 mit dem Tei lungsabstand p_y2 am größten, während der Beugungswinkel der gebeugten Lichtstrahlen vom oder am eindimensionalen Beugungsgitter des Bereiches 23 mit dem Teilungsabstand p_y3 am zweitgrößten und der Beugungswinkel der gebeugten Lichtstrahlen vom Schachbrettmuster-Beugungsgitter des Bereiches 11 mit dem Teilungsabstand p_y1 am kleinsten sind.

Für die Verschiebungs- und Spaltabstandsmessung wird die sog. optische Überlagerungsinterferenz- oder -störungsmethode angewandt. Im folgenden ist das Grundprinzip dieser Methode beschrieben.

Bei dieser Methode ist eine Phasenverschiebung Φ gebeugter Interferenzlichtstrahlen, die erzeugt werden, wenn zwei Lichtstrahlen der Frequenzen f1 und f2 durch die Beugungs gitter gebeugt und zur Interferenz miteinander gebracht werden, der Verschiebung bzw. dem Versatz von Maske oder Plättchen proportional. Aus diesem Grund wird die Phasen verschiebung Φ zur Bestimmung der Verschiebung ermittelt.

Insbesondere wird gemäß Fig. 3 ein von einer Lichtquelle emittierter Lichtstrahl in einem Detektions- oder Meß system I zur Gewinnung eines Detektions- oder Meßsignals mittels eines Polarisationsstrahlteilers in zwei Licht strahlen mit jeweils den Frequenzen f1 und f2 aufgeteilt. Wenn diese zwei Lichtstrahlen auf die Beugungsgitter von Maske oder Plättchen fallen, werden sie durch das be treffende Beugungsgitter gebeugt und gleichzeitig zusammen gesetzt und zur Interferenz miteinander ge bracht. Als Ergebnis werden die beiden Lichtstrahlen mit den jeweiligen Frequenzen f1 und f2 in zwei gebeugte In terferenzlichtstrahlen mit jeweils den Frequenzen f1 und f2 geändert bzw. umgewandelt. Unter den gebeugten Inter ferenzlichtstrahlen wird eine Phasenverschiebung Φ_M oder Φ_W, welche der Verschiebung vom Maske oder Plättchen pro portional ist, zwischen zwei Lichtstrahlen einer spezifi schen oder speziellen Interferenzordnung herbeigeführt. Diese beiden Lichtstrahlen spezifischer Ordnung werden mittels eines Sensors erfaßt und in zwei Schwebungssignale, d. h. Detektions- oder Meßsignale umge wandelt. Diese Meßsignale mit einer Frequenz Δf (= |f1 - f2|) werden der Phasenverschiebung Φ_M oder Φ_M (bzw. Φ_W) gegen über der Phase des von der Lichtquelle emittierten Licht strahls unterworfen. Die Phase der Meßsignale läßt sich somit ausdrücken zu: cos(2πΔft - Φ_M) oder cos(2πΔft - Φ_W), mit t = Zeit.

Dementsprechend kann die Verschiebung zwischen Maske und Plättchen durch Berechnung der Phasendifferenz |Φ_M - Φ_W| zwischen den beiden Meßsignalen ermittelt werden.

Gemäß Fig. 3 kann weiterhin zur Lieferung eines Bezugs signals ein Bezugssystem II vorgesehen sein. In diesem Bezugssystem II wird der von der Lichtquelle ausgestrahlte Lichtstrahl mittels eines Polarisationsfilters in zwei Lichtstrahlen jeweils der Frequenzen f1 und f2 aufgeteilt. Sodann werden diese beiden Lichtstrahlen zu einem Interferenzlichtstrahl zusammengesetzt. Letzterer wird mittels eines Sensors erfaßt und in ein Schwebungssignal, d. h. ein Bezugssignal umgewandelt. Dieses Bezugssignal weist die Frequenz Δf (= |f1 - f2|) auf, und seine Phase ist mit der des von der Lichtquelle emittierten Lichtstrahls identisch. Die Phase des Bezugssignals läßt sich somit zu cos(2πΔft) ausdrücken. Wenn die Phasenverschiebung Φ_M oder Φ_W der gebeugten Interferenzlichtstrahlen in bezug auf das bzw. gegenüber dem Bezugssignal berechnet wird, kann die Verschiebung von Maske oder Plättchen gegenüber dem einfallenden Lichtstrahl ermittelt werden, d. h. die Verschiebung zwischen Maske und Plättchen kann indirekt gemessen werden.

Die Anordnung gemäß Fig. 1 umfaßt ein optisches System, auf welches die optische Überlagerungsstörungsmethode an gewandt ist. In diesem optischen System wird ein von einer Laserstrahlquelle 31 eines Zeeman-Effekttyps emittierter Lichtstrahl mittels eines Polarisationsstrahlteilers 32 in zwei Lichtstrahlen aufgeteilt, von denen ein erster Lichtstrahl 1 die Frequenz f1 und ein zweiter Lichtstrahl 2 die Frequenz f2 (f1 ≠ f2) besitzt. Diese Lichtstrahlen 1 und 2 werden unter Winkeln sinθ_m = mλ/p_x bzw. sinλ_-m = -mλ/p_x (mit m = eine positive ganze Zahl) zur z-Achse über Spiegel 33 bis 37 auf die Bereiche 11 bis 13 der Maske geworfen.

Die auf den Bereich 11 der Maske fallenden Lichtstrahlen 1 und 2 werden durch das Schachbrettmuster-Beugungsgitter des Bereichs 11 durchgelassen, um dabei gebeugt und gleichzeitig zur Interferenz miteinander gebracht zu wer den. Sodann werden sie durch die Spiegelfläche des Be reichs 21 reflektiert und erneut unter Beugung durch das Schachbrettmuster-Beugungsgitter des Bereichs 11 übertra gen oder geworfen. Daraufhin werden diese Lichtstrahlen zu ersten gebeugten Interferenzlichtstrahlen I_M geändert, die zweidimensional verteilt sind und emittiert werden.

Die auf den Bereich 12 fallenden Lichtstrahlen 1 und 2 mit den Frequenzen f1 und f2 treten durch das Fenster des Be reichs 11 hindurch und werden gleichzeitig zur Interferenz miteinander gebracht. Sodann werden sie unter Beugung durch das Schachbrettmuster-Beugungsgitter des Bereichs 22 re flektiert und wiederum durch das Fenster des Bereichs 22 geworfen. Daraufhin werden diese Lichtstrahlen zu zweiten gebeugten Interferenzlichtstrahlen I_W geändert, die zweidimensional verteilt sind und emittiert werden.

Auf gleiche Weise treten die auf den Bereich 13 auf treffenden Lichtstrahlen mit den Frequenzen f1 und f2 durch das eindimensionale Beugungsgitter des Bereichs 13 hindurch, um dadurch gebeugt und gleichzeitig zur Inter ferenz miteinander gebracht zu werden (vgl. Fig. 2). So dann werden sie unter Beugung durch das eindimensionale Beugungsgitter des Bereichs 23 reflektiert und wiederum unter Beugung durch das Beugungsgitter des Bereichs 13 ge worfen. Daraufhin werden diese Lichtstrahlen zu dritten gebeugten Interferenzlichtstrahlen I_G geändert, die zwei dimensional verteilt sind und emittiert werden.

Da auf diese Weise zwei Lichtstrahlen 1 und 2 der Frequenzen f1 und f2 aufgestrahlt werden, wird ein Satz von zweidimensional verteilten gebeugten Interferenzlicht strahlen I_M, I_W und I_G emittiert. Dies bedeutet, daß die gebeugten Interferenzlichtstrahlen I_M, I_W und I_G jeweils einzeln oder getrennt in verschiedenen zweidimensionalen Koordinatensystemen emittiert werden. In Fig. 4, welche die zweidimensionale Verteilung dieser Interferenzlicht strahlen veranschaulicht, stehen schwarze Punkte, Kreise und Kreuze für die ersten, zweiten bzw. dritten gebeugten Interferenzlichtstrahlen I_M, I_W bzw. I_G. In Fig. 4 sind nur gebeugte Lichtstrahlen niedriger Ordnung, nicht höher als die Ordnung ±1, dargestellt, während Lichtstrahlen höherer Ordnung weggelassen sind.

Unter den ersten gebeugten Interferenzlichtstrahlen I_M ist ein Lichtstrahl der Ordnung (0, ±1) ein optischer Schwebungsstrahl der Frequenz Δf (= (f1 - f2|), der einer der Verschiebung der Maske proportionalen Phasenver schiebung Φ_M unterworfen ist. Unter den zweiten gebeugten Interferenzlichtstrahlen I_W ist ein Lichtstrahl der Ordnung (0, ±1) ein optischer Schwebungsstrahl der Frequenz Δf (= f1 - f2|), welcher der der Verschiebung des Plättchens proportionalen Phasenverschiebung Φ_W unterworfen ist. Unter den dritten gebeugten Interferenzlichtstrahlen I_G ist ein Lichtstrahl der Ordnung (±1, ±1) ein optischer Schwebungs strahl mit der Frequenz Δf (= |f1 - f2|), welcher einer dem Spaltabstand zwischen Maske und Plättchen proportionalen Phasenverschiebung Φ_G unterworfen ist.

Wie erwähnt, sind die Lichtstrahlen I_M, I_W und I_G zweidimensional verteilt, und die Lichtstrahlen I_M und I_W werden mittels der Schachbrettmuster-Beugungsgitter erzeugt, so daß gebeugte Lichtstrahlen der Ordnung I_M (±1, ±1) und I_W (±1, ±1) nicht erzeugt werden können. In folgedessen können gebeugte Lichtstrahlen der Ordnung I_G (±1, ±1) selektiv und getrennt von den anderen detektiert bzw. erfaßt werden.

Da außerdem die Beziehungen zwischen den y-Richtungs-Tei lungsabständen der Beugungsgitter durch p_y3 < p_y1 < p_y2 gegeben sind, sind die Beugungswinkel der Lichtstrahlen I_M, I_W und I_G verschieden, und die einzelnen gebeugten Lichtstrahlen werden in vergleichsweise großen Abständen voneinander emittiert. Gemäß Fig. 1 werden daher die ge beugten Lichtstrahlen der Ordnungen I_M (0, ±1) und I_W (0, ±1) selektiv und getrennt von anderen Lichtstrahlen erfaßt. Lichtstrahlen der Ordnungen I_M (0, 1), I_W (0, 1) und I_G (1, 1) werden über Spiegel 41, 42 und 43 zu Sen soren 51, 52 bzw. 53 geleitet und durch diese detektiert bzw. erfaßt. Daraufhin werden diese Lichtstrahlen einzeln in erste, zweite und dritte Schwebungssignale umgewandelt, welche die Frequenz Δf und die Phasenverschiebungen Φ_M, Φ_W bzw. Φ_G aufweisen. Diese ersten bis dritten Schwebungs signale werden einem Phasenmesser 54 eingespeist, durch den ihre Phasendifferenzen berechnet werden.

Der Spaltabstand zwischen Maske und Plättchen kann durch Berechnen einer Phasendifferenz ΔΦ_Z zwischen ersten und dritten Schwebungssignalen I_M (0, 1) und I_G (1, 1) gemessen werden. In diesem Fall ist das erste Schwebungssignal I_M (0, 1) keiner dem Spalt entsprechen den Phasenverschiebung unterworfen, und es dient als Re ferenz- oder Bezugssignal für das dritte Schwebungssignal I_G (1, 1). Gleichzeitig kann die Phasenverschiebung zwi schen Maske und Plättchen durch Berechnung einer Phasen differenz ΔΦ_X zwischen erstem und zweitem Schwebungssignal I_M (0, 1) bzw. I_W (0, 1) ermittelt werden.

Die Phasendifferenzen ΔΦ_X und ΔΦ_Z können wahlweise mit einer in Fig. 1 in gestrichelten Linien eingezeichneten Anordnung berechnet werden. Diese Anordnung umfaßt einen Strahlteiler 61 zum Auftrennen des von der Laserlichtquelle emittierten Lichtstrahls und ein optisches System 62. Im optischen System 62 wird der durch den Strahlteiler 61 reflektierte Lichtstrahl mittels eines Polarisationsfil ters in zwei Lichtstrahlen mit jeweils den Frequenzen f1 und f2 (f1 ≠ f2) aufgeteilt, und der aufge teilte Lichtstrahl wird in ein Schwebungssignal als Be zugssignal umgewandelt. Die Phasenverschiebung Φ_M oder Φ_W der phasengebeugten Interferenzlichtstrahlen entsprechend diesem Bezugssignal wird mittels des Phasenmessers 54 be rechnet, wobei die Phasendifferenz ΔΦ_X oder ΔΦ_Z auf der Grundlage der Phasenverschiebung berechnet wird.

Die nach einer der oben beschriebenen beiden Berechnungs methoden berechnete Phasendifferenz ΔΦ_Z oder ΔΦ_X wird dem Eingang einer Zentraleinheit (CPU) 55 eingespeist, worauf hin letztere ein Steuersignal zum Stelltrieb 19 liefert, so daß damit die Phasendifferenz ΔΦ_Z auf eine vorbe stimmte Größe eingestellt wird. Als Ergebnis wird die Maske 17 so verschoben, daß der Spaltabstand zwischen Maske 17 und Plättchen 16 auf eine vorbestimmte Größe eingestellt wird, während die Zentraleinheit 55 ein Steuersignal zum Stelltrieb 15 liefert, so daß die Phasendifferenz ΔΦ_X auf eine vorbestimmte Größe (z. B. 0) gesetzt wird. Dabei wird die Plättchen-Bühne 14 zur Justierung der Position des Plättchens 14 verschoben, wodurch Maske 17 und Plättchen 16 aufeinander ausge richtet bzw. miteinander in Flucht gebracht werden.

In diesem Fall läßt sich die Phasendifferenz ΔΦ_X, die dem Spaltabstand proportional ist, ausdrücken zu:

ΔΦ_Z = (π²sin2Z - 2sin8Z)/(2 + π²cos2Z + 2cos8Z)

mit Z = πλz/px².

Diese Phasendifferenz ΔΦ_Z ist eine Funktion, welche die Verschiebung nicht enthält, sondern nur den Spaltabstand Z beinhaltet. Infolgedessen kann durch Messung der Phasen differenz ΔΦ_Z der Spaltabstand unabhängig und ohne Rück sicht auf das Vorhandensein der Verschiebung bestimmt werden.

Die Intensitäten I_M (0, 1) und I_W (0, 1) der gebeugten Licht strahlen der Ordnungen I_M (0, 1) und I_W (0, 1) lassen sich wie folgt ausdrücken:

I_M (0, 1) ∝ 2/π⁴{4r² + t(t/2 + 2r)·(1 + cos2Z)}·
cos(2πΔf·t - 2X_M),
I_W (0, 1) ∝ 2ABcos(2πΔf·t - 2X_W).

Darin bedeuten: t und r = Amplituden-Durchlaßgrad bzw. Reflexionsvermögen der Beugungsgitter der Maske, X_M = Ver schiebung der Maske gegenüber dem einfallenden Lichtstrahl, X_W = Verschiebung des Plättchens gegenüber dem einfallen den Lichtstrahl und A und B = Konstanten.

Die Phasendifferenz ΔΦ_X zwischen den Lichtstrahlen der Ordnungen I_M (0, 1) und I_W (0, 1) läßt sich somit ausdrücken zu:

ΔΦ_X = 2(X_M - X_W)
= 4π/P_x·(X_M - X_W)

Die Phasendifferenz ΔΦ_X ist eine Funktion, welche den Spaltabstand Z nicht enthält, sondern nur die Ver schiebungen X_M und X_W beinhaltet. Infolgedessen kann die Verschiebung durch Messung der Phasendifferenz ΔΦ_X unab hängig und ohne Rücksicht auf den Spaltabstand bestimmt werden.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, können bei der dargestellten Ausführungsform die Lichtstrahlen der Ordnungen I_M (0, 1), I_W (0, 1) und I_G (1, 1) unabhängig voneinander und selektiv erfaßt werden. Diese Licht strahlen können somit ohne Rücksicht auf den Spaltab stand zwischen Maske und Plättchen mit hoher Genauigkeit aufeinander ausgerichtet werden, und der Spaltabstand kann mit hoher Genauigkeit und ungeachtet des Vorhandenseins der Verschiebung zwischen Maske und Plättchen eingestellt werden.

Bei der dargestellten Ausführungsform werden weiterhin Ausrichtung und Spalteinstellung mittels der beiden Licht strahlen 1 und 2, die jeweils die Frequenzen f1 und f2 aufweisen, gleichzeitig durchgeführt. Im Gegensatz zur bisherigen Anordnung ist es daher unnötig, drei Licht strahlen zu verwenden, so daß demzufolge die Anordnung zur Lieferung der Lichtstrahlen vereinfacht ist.

Darüber hinaus wird die Phase jedes ge beugten Lichtstrahls, nicht aber seine Intensität, ge messen. Wenn sich im Herstellungsverfahren für eine Halb leiteranordnung das Reflexionsvermögen des Beugungsgitters ändert, ändert sich auch die Amplitude der Intensität jedes gebeugten Lichtstrahls, nicht aber seine Phase. Die vorliegende Anordnung ist daher durch die Änderung des Reflexionsvermögens der Beugungsgitter unbeeinflußt, die beispielsweise einer Resistbeschichtung auf der Plättchenoberfläche zuzuschreiben ist, so daß die Anordnung eine hochgenaue Messung zu gewähr leisten vermag.

Im folgenden ist anhand der Fig. 5 und 6 eine erste Ab wandlung der vorstehend beschriebenen Ausführungsform er läutert.

Bei dieser Abwandlung sind Maske 17 und Plättchen 16 je weils mit nur zwei Bereichen versehen. Genauer gesagt: wie im Fall der beschriebenen Ausführungsform ist in jedem der Bereiche 13 und 23 ein eindimensionales Beugungsgitter vorgesehen, während ein eindimensionales Beugungsgitter auch in jedem der Bereiche 12 und 22 ge formt ist.

In diesem Fall erscheinen ebenfalls die zweiten gebeugten Interferenzlichtstrahlen I_W, die über die Bereiche 12 und 22 und wiederum über den Bereich 12 gebeugt werden, sowie die ersten gebeugten Interferenzlichtstrahlen I_G, die über die Bereiche 13 und 23 und wiederum über den Bereich 13 gebeugt werden, zweidimensional verteilt.

Zunächst werden gebeugte Lichtstrahlen der Ordnungen I_W (0, 1) und I_G (1, 1) für Spalteinstellung benutzt, wobei Phasen differenz und Spaltabstand auf die vorstehend beschriebene Weise gemessen werden.

Gebeugte Lichtstrahlen der Ordnungen I_W (0, 1) und I_G (0, 1) werden für Ausrichtung oder Justierung benutzt. In diesem Fall verläuft das eindimensionale Beugungsgitter des Bereichs 23 des Plättchens 16 in x-Richtung. Auch wenn da bei der Bereich 23 in x-Richtung oder in Richtung der Aus richtung abweicht, ändert somit der gebeugte Lichtstrahl der Ordnung I_G (0, 1) seine Phase nicht, und er enthält in keinem Fall die Information für die x-Richtungs-Verschie bung des Plättchens. Das eindimensionale Beugungsgitter des Bereichs 13 der Maske 17 erstreckt sich andererseits in y-Richtung. Wenn der Bereich 13 in x-Richtung abweicht bzw. verschoben ist, ändert daher der gebeugte Lichtstrahl der Ordnung I_G (0, 1) seine Phase, so daß er lediglich die Information für die x-Richtungs-Verschiebung der Maske enthält.

Ebenso erstreckt sich das eindimensionale, Beugungsgitter des Bereichs 12 der Maske 17 in x-Richtung, während das eindimensionale Beugungsgitter des Bereichs 22 des Plättchens 16 in y-Richtung verläuft. Aus diesem Grund enthält der gebeugte Lichtstrahl der Ordnung I_W (0, 1) keine Verschiebungsinformation für die Maske, sondern lediglich die Information für die x-Richtungs-Verschiebung des Plättchens.

Damit kann die Verschiebung zwischen Maske und Plättchen durch Detektieren oder Erfassen der Phasendifferenz zwi schen den Lichtstrahlen der Ordnungen I_G (0, 1) und I_W (0, 1) gemessen werden.

Bei der beschriebenen Abwandlung bilden weiterhin die je weiligen eindimensionalen Beugungsgitter der Bereiche 13 und 23 im Zusammenwirken miteinander ein zweidimensionales Beugungsgitter, und die betreffenden eindimensionalen Beugungsgitter der Bereiche 22 und 23 bilden ebenfalls gemeinsam ein solches zweidimensionales Beugungsgitter. Infolgedessen können I_G und I_W Zweidimensional verteilt auftreten. Da die Y-Richtungs-Teilungsab stände der Beugungsgitter der Bereiche 12 und 23 verschieden sind, können weiterhin I_G und I_W in y-Richtung verschieden auftreten.

Mit der beschriebenen Abwandlung lassen sich somit Licht strahlen der Ordnungen I_W (0, 1), I_G (1, 1) und I_G (0, 1) selek tiv und getrennt voneinander erfassen. Außerdem kann der Spalt bzw. Zwischenraum zwischen Maske und Plättchen unab hängig von einer etwa vorhandenen Verschiebung zwischen diesen beiden Elementen gemessen werden, und die Verschie bung kann unabhängig vom Spaltabstand zwischen Maske und Plättchen gemessen werden.

Gemäß der vorstehend beschriebenen Abwandlung brauchen Maske und Plättchen nicht in jedem Fall mit drei Bereichen versehen zu werden. Wenn sie jeweils mit min destens zwei Bereichen versehen sind, können die Messungen von Verschiebung und Spaltabstand zwischen Maske und Plättchen oder die Ausrichtung und Spalteinstellung zwi schen beiden gleichzeitig durchgeführt werden.

Im folgenden ist anhand der Fig. 7 und 8 eine zweite Ab wandlung der eingangs beschriebenen Ausführungsform er läutert.

Bei dieser Abwandlung sind im Bereich 12 ein durchsichtiger Schirm oder ein Fenster und im Bereich 22 ein Schachbrettmuster-Beugungsgitter angeordnet. In diesem Fall erscheinen ebenfalls die zweiten gebeugten Interferenz lichtstrahlen I_W, die über die Bereiche 12 und 22 und wiederum über den Bereich 12 gebeugt werden, zweidimensional verteilt. Die nur durch das Schachbrettmuster-Beugungs gitter des Bereichs 22 des Plättchens gebeugten Licht strahlen I_W enthalten nur die Verschiebungsinformation für das Plättchen. Damit kann die Verschiebung zwischen Maske und Plättchen durch Erfassung der Phasendifferenz zwischen dem gebeugten Lichtstrahl der Ordnung I_W (0, 1) unter den Lichtstrahlen I_W und dem gebeugten Lichtstrahl der Ordnung I_G (0, 1) unter den ersten, aus den Bereichen 12 und 13 austretenden gebeugten Interferenzlichtstrahlen I_G bestimmt werden.

Wie im Fall der vorher beschriebenen Abwandlung werden die gebeugten Lichtstrahlen der Ordnungen I_G (1, 1) und I_W (0, 1) für die Einstellung des Spalts oder Zwischenraums zwischen Maske und Plättchen benutzt.

Bei dieser Abwandlung können ebenfalls Lichtstrahlen der Ordnungen I_G(1, 1), I_G (0, 1) und I_W (0, 1) selektiv und ge trennt voneinander erfaßt werden (vgl. Fig. 8). Weiterhin kann der Spalt bzw. Abstand zwischen Maske und Plättchen ohne Rücksicht auf das Vorhandensein einer etwaigen Ver schiebung zwischen beiden Elementen gemessen werden; die Verschiebung kann unabhängig vom Spaltabstand zwischen den beiden Elementen gemessen werden. Wenn Maske und Plättchen jeweils mit mindestens zwei Bereichen versehen sind, können außerdem Ausrichtung und Spalteinstellung zwischen Maske und Plättchen gleichzeitig vorgenommen werden.

Bei der beschriebenen Ausführungsform werden die gebeugten Lichtstrahlen der Ordnungen I_G (1, 1) und I_G (0, 1) für Spalteinstellung benutzt. Wahlweise können jedoch für den gleichen Zweck gebeugte Lichtstrahlen höherer Ordnung, z. B. solche der Ordnungen I_G (n, r) und I_W (0, r) (mit n und r = beliebige oder willkürliche ganze Zahlen) benutzt wer den. Während die gebeugten Lichtstrahlen der Ordnungen I_G (0, 1) und I_W (0, 1) für Ausrichtung oder Justierung be nutzt werden, können ebenso für die gleichen Zweckege beugte Lichtstrahlen höherer Ordnung, z. B. solche der Ordnungen I_G (0, r) und I_W (0, r) (mit r = eine beliebige oder willkürliche ganze Zahl) benutzt werden.

Darüber hinaus sind die entsprechenden Paare von Bereichen auf Maske und Plättchen nicht auf die vorstehend beschrie benen Kombinationen beschränkt. Vielmehr ist es nur nötig, daß mindestens ein Beugungsgitter so vorgesehen ist, daß die Lichtstrahlen als zweidimensional verteilte gebeugte Lichtstrahlen nach ihrem Durchgang durch die paarigen Be reiche von Maske und Plättchen emittiert werden. Für die sen Zweck können Beugungsgitter verschiedener Arten be nutzt werden.

Die Fig. 9 bis 12 veranschaulichen Beugungsgitter, die zweidimensional verteilte gebeugte Interferenzlichtstrahlen zu emittieren vermögen.

Wenn gemäß Fig. 9 im Bereich 11 der Maske und im Bereich 21 des Plättchens ein zweidimensionales Beugungsgitter oder ein Schachbrettmuster-Beugungsgitter bzw. eine Spie gelfläche vorgesehen sind, werden die gebeugten Licht strahlen, wie dargestellt, zweidimensional verteilt.

Wenn gemäß den Fig. 10 und 11 ein Schachbrettmuster-Beu gungsgitter und ein eindimensionales Beugungsgitter im Bereich 11 der Maske bzw. im Bereich 21 des Plättchens ange ordnet sind, werden die gebeugten Lichtstrahlen ebenso zweidimensional verteilt. Wenn weiterhin gemäß Fig. 12 je weils im Maskenbereich 11 und im Plättchenbereich 21 ein eindimensionales Beugungsgitter angeordnet ist, werden die gebeugten Lichtstrahlen ebenfalls zweidimensional ver teilt.

Wenn weiterhin ein Fenster und ein Schachbrettmuster-Beu gungsgitter im Bereich 11 der Maske bzw. im Bereich 21 des Plättchens angeordnet sind, werden die ge beugten Lichtstrahlen (auf nicht dargestellte Weise) na türlich zweidimensional verteilt.

Die in den Bereichen 11 (oder 13) und 12 der Maske und den Bereichen 21 (oder 23) und 22 des Plättchens angeordneten Beugungsgitter können demzufolge auf die in den Fig. 13 bis 16 dargestellte Weise kombiniert werden.

Gemäß den Fig. 13a bis 13d kann ein Schachbrettmuster-Beu gungsgitter in jedem Bereich 11 oder 13 der Maske und im Bereich 22 des Plättchens vorgesehen werden. In diesem Fall werden die vorher angegebenen Gitter-Teilungsabstände vorgesehen.

Gemäß den Fig. 14a bis 14d kann außerdem ein eindimensionales Beugungsgitter mit einem in x-Richtung verlaufenden Strei fenmuster im Bereich 21 oder 23 des Plättchens angeordnet sein, und zwar neben bzw. zusätzlich zu der Anordnung nach Fig. 13.

Gemäß den Fig. 15a bis 15d können ein eindimensionales Beugungsgitter mit einem in y-Richtung verlaufenden Strei fenmuster, ein weiteres eindimensionales Beugungsgitter mit einem in x-Richtung verlaufenden Streifenmuster und ein Schachbrettmuster-Beugungsgitter im Bereich 11 oder 13 der Maske, im Bereich 21 oder 23 des Plättchens bzw. im Bereich 22 des Plättchens vorgesehen sein. Der y-Rich tungs-Teilungsabstand p_y3 des eindimensionalen Beugungs gitters im Bereich 21 oder 23 sollte vom y-Richtungs-Tei lungsabstand p_y1 des Schachbrettmuster-Beugungsgitters des Bereichs 22 verschieden sein.

In den in den Fig. 16a bis 16d dargestellten Fällen er streckt sich das Streifenmuster des eindimensionalen Beu gungsgitters des Bereichs 21 in y-Richtung, im Gegensatz zum Streifenmuster gemäß Fig. 14, das in x-Richtung ver läuft.

Wie vorstehend beschrieben, können sechzehn mögliche Kom binationen von Beugungsgittern in vier Gruppen vorliegen, um die zweidimensional verteilten gebeugten Lichtstrahlen zu liefern. Die Kombination der Schachbrettmuster-Beu gungsgitter gemäß Fig. 13a eignet sich am besten für den vorgesehenen Zweck, weil in diesem Fall die Amplitude der Schwebungssignale am größten ist d. h. das Vierfache der Mindestamplitude beträgt.

Bei der beschriebenen Ausführungsform ist die Erfindung auf eine Röntgenbelichtungsvorrichtung für den Maßstab 1 : 1 angewandt.

Sie ist aber beispielsweise auch auf eine Projektions belichtungsvorrichtung eines Röntgenreflexionstyps für Projektion mit verkleinertem Maßstab anwendbar, bei wel cher ein optisches Röntgenreflexionssystem zwischen einer Maske und einem Plättchen angeordnet ist, oder auf eine Maßstabverkleinerungs-Projek tionsbelichtungsvorrichtung, die mit Infrarot strahlen, γ-Strahlen, Excimer-Laserstrahlen usw. arbeitet und bei welcher eine Projektionslinse zwischen eine Maske und ein Plättchen eingeschaltet ist.

Der Strahlengang kann auch von einem durchlässigen Plättchen zu einer reflektierenden Maske oder von einer durchlässigen Maske zu einem durchlässigen Plättchen ver laufen. Wenn der Spalt oder Abstand zwischen Maske und Plättchen groß ist, kann ein von einem reflektierenden Plättchen zu einer durchlässigen Maske verlaufender Strah lengang benutzt werden.

Weiterhin brauchen auch die beiden einfallenden Licht strahlen der Frequenzen f1 und f2 nicht symmetrisch zu einer senkrecht zur Maske liegenden Ebene einzufallen. Wahlweise können die Lichtstrahlen gemäß Fig. 17 auch diagonal auf der Maske längs einer zweiten gedachten Ebene 72 einfallen, die unter einem Winkel zu einer ersten ge dachten Ebene 71 verläuft, welche ihrerseits senkrecht zur Maske liegt. In diesem Fall werden die gebeugten Licht strahlen gegenüber einer z′-Achse auf einer dritten ge dachten Ebene 73 zweidimensional verteilt, wobei erste und dritte gedachte Ebene 71 bzw. 73 zur lotrechten ge dachten Ebene 71 symmetrisch angeordnet sind.

Claims

1. Anordnung zum Messen einer Verschiebung zwischen ersten und zweiten, einander zugewandten Objekten (17, 16) in bezug auf eine Richtung senkrecht zu der Richtung, in welcher die Objekte (17, 16) ein ander zugewandt sind, wobei das erste Objekt (17) mindestens erste und zweite Bereiche (12, 11) auf weist, das zweite Objekt (16) mindestens erste und zweite, den ersten bzw. zweiten Bereichen (12, 11) des ersten Objekts (17) gegenüberliegende Bereiche (21, 22) aufweist, das erste Objekt (17) mit einer Durchlaßfläche zumindest in seinem ersten Bereich (12) und einem Beugungsgitter zumindest in seinem zweiten Bereich (11) versehen ist, das zweite Ob jekt (16) ein Beugungsgitter zumindest in seinem ersten Bereich (22) aufweist und die Beugungsgitter der Bereiche (11, 22) jeweils durch zwei erste, von einer Beleuchtungseinrichtung (31-36) ausgehende Lichtstrahlen unterschiedlicher Frequenz (f₁, f₂) derart beaufschlagt sind, daß jeweils zweite, je weils von nur einem der beiden Beugungsgitter gebeugte Lichtstrahlen in Form von Interferenzlicht strahlen (z. B. I_M) - zweidimensional in einer Flä che verteilt - vorliegen, deren jeder einen Sensor (51, 52) beaufschlagt, wobei aus der mit einem Pha sendifferenzmesser (54) erhaltenen Phaseninformati on der zugehörigen Schwebungssignale die Verschie bung zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt be stimmbar ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Objekt eine Beleuchtungsmaske (17) und das zweite Objekt eine Halbleiterscheibe (16) ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das Beugungsgitter im zweiten Bereich (11) des ersten Objekts (17) ein zweidimensionales Beugungsgitter ist, so daß die emittierten Interferenzlichtstrahlen zwei dimensional verteilt werden, und daß der erste Be reich (21) des zweiten Objekts (16), welcher dem das zweidimensionale Beugungsgitter aufweisende ersten Bereich (11) des ersten Objekts (17) zugeordnet ist, eine Reflexionsfläche aufweist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter im ersten Bereich (22) des zweiten Objekts (16) ein zweidimensionales Beugungsgitter mit einem Karo- oder Schachbrettmuster ist, so daß die emittierten Interferenzlichtstrahlen zweidimen sional verteilt werden.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche jedes Objekts (17, 16) in Richtung der y-Achse eines rechtwinkligen zweidimensionalen Koor dinatensystems angeordnet sind, dessen x-Achse sich in Richtung der Verschiebung erstreckt, und daß die beiden Interferenzlichtstrahlen gebeugte Licht strahlen der Ordnungen n und r sind, mit n = 0 oder eine ganze Zahl und r = eine ganze Zahl.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Interferenzlichtstrahlen der Ordnungen n und r gebeugte Lichtstrahlen der Ordnungen 0, ± 1 sind.

7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn zeichnet, daß mindestens ein weiterer Bereich (23) des zweiten Objekts (16) ein eindimensionales Beu gungsgitter mit einem eindimensionalen Muster aus einer Vielzahl von parallelen, in Richtung der x-Achse ver laufenden Streifen aufweist, welcher einem weiteren Bereich (23) des zweiten Objekts (16) zugeordnet ist, der ein eindimensionales Beugungsgitter mit einem eindimensionalen Muster aus einer Vielzahl von in Richtung der y-Achse verlaufenden parallelen Streifen aufweist.

8. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilungsabstände der Beugungsgitter in Richtung der y-Achse in den Bereichen des ersten und zweiten Objektes verschieden sind.

9. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Lichtstrahlen unterschiedlicher Frequenz in einer Ebene (72) auf das in einer Objektebene liegende erste Objekt mit den Bereichen (12, 13) gelenkt sind, die mit der Flächennormalen der Objektebene einen Winkel (α) bildet und die Objektebene in Richtung der x-Achse schneidet, und daß die zwei Lichtstrahlen innerhalb dieser Ebene (72) symmetrisch unter einem Winkel ±θ = sin^-1 (±mp_xλ)gegen eine Achse auf das erste Objekt treffen, die innerhalb der Ebene (72) senkrecht zur x-Achse verläuft, wobei
m eine ganze Zahl,
p_x der Teilungsabstand in Richtung der x-Achse des Beugungsgitters eines oder jedes der Bereiche und
λ die den zwei Lichtstrahlen zugeordnete Referenzwellenlänge bedeuten.