JPH0274806A

JPH0274806A - 位置合わせ装置

Info

Publication number: JPH0274806A
Application number: JP63225808A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Matsugi; 優和真継; Kenji Saito; 謙治斉藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1988-09-09
Filing date: 1988-09-09
Publication date: 1990-03-14
Anticipated expiration: 2011-07-03
Also published as: JP2513282B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は位置合わせ装置に関し、例えば半導体素子製造
用の露光装置において、マスクやレチクル（以下「マス
ク」という。）等の第１物体面上に形成されている微細
な電子回路パターンをウェハ等の第２物体面上に露光転
写する際にマスクとウェハとの相対的な例えば２次元的
又は３次元的な位置決め（アライメント）を行う場合に
好適な位置合わせ装置に関するものである。

（従来の技術）従来より半導体製造用の露光装置においては、マスクと
ウェハの相対的な位置合わせは性能向上を図る為の重要
な一要素となっている。特に最近の露光装置における位
置合わせにおいては、半導体未了−の高集積化の為に、
例えばサブミクロン以下の位置合わせ精度を有するもの
が要求されている。

多くの位置合わせ装置においては、マスク及びウェハ面
上に位置合わせ用の所謂アライメントパターンを設け、
それらより得られる位置情報を利用して、双方のアライ
メントを行っている。このときのアライメント方法とし
ては、例えば双方のアライメントパターンのずれ量を画
像処理を行うことにより検出したり、又は米国特許第４
０３７９６９号や特開昭５６−１５７０３３号公報で提
案されているようにアライメントパターンとしてゾーン
プレートを用い該ゾーンプレートに光束を照射し、この
ときゾーンプレートから射出した光束の所定面上にお・
ける集光点位置を検出すること等により行フている。

般にゾーンプレートを利用したアライメント方法は、単
なるアライメントパターンを用いた方法に比へてアライ
メントパターンの欠損に影響されずに比較的高精度のア
ライメントが出来る特長がある。

第１１図はゾーンプレートを利用した従来の位置合わせ
装置の概略図である。

同図において光源７２から射出した平行光束はハーフミ
ラ−７４を通過後、集光レンズ７６で集光点７８に集光
された後、マスク６８面上のマスクアライメントパター
ン６８ａ及び支持金６２に載置したウニ八６０面上のウ
ェハアライメントパターン６０ａを照射する。これらの
アライメントパターン６８ａ、６０ａは反射型のゾーン
プレートより構成され、各々集光点７８を含む光軸と直
交する平面上に集光点を形成する。このときの平面上の
集光点位置のずれ量を集光レンズ７６とレンズ８０によ
り検出面８２上に導光して検出している。

そして検出器８２からの出力信号に基づいて制御回路８
４により駆動回路６４を駆動させてマスク６８とウェハ
６０の相対的な位置決めを行っている。

マスク６８及びウェハ６０上のゾーンプレート６８ａ、
６０ａは焦点距離がマスク６８とウェハ６０との間の所
定の間隔値に等しい量だけ異なり、一般にはウェハ６０
上のゾーンプレート６０ａの方が焦点距離か大きい。

第１２図は第１１図に示したマスクアライメントパター
ン６８ａとウェハアライメントパターン６０ａからの光
束の結像関係を示した説明図である。

同図において集光点７８から発散した光束はマスクアラ
イメントパターン６８ａよりその一部の光束が回折し、
集光点７８近傍にマスク位置を示す集光点７８ａを形成
する。又、その他の一部の光束はマスク６８を０次透過
光として透過し、波面を変えずにウェハ６０面一トのウ
ェハアライメントパターン６０ａに入射する。このとき
光束はウェハアライメントパターン６０ａにより回折さ
れた後、再びマスク６８を０次透過光として透過し、集
光点７８近傍に集光しウェハ位置をあられす集光点７８
ｂを形成する。同図においてはウェハ６０により回折さ
れた光束が集光点を形成する際には、マスク６８は単な
る素通し状態としての作用をする。

このようにして形成されたウェハアライメントパターン
６０ａによる集光点７８ｂの位置は、ウェハ６０のマス
ク６８に対するずれ量Δσに応じて集光点７８を含む光
軸と直交する平面に沿って該ずれ量Δσに対応した量の
ずれ量Δσ′として形成される。

このような方法においては、マスク面や半導体露光装置
内のマスクホルダー而等の基準面、そして露光装置の接
地面等に対してウニへ面か傾斜しているとセンサ上に入
射する光束の重心位置が変化し、アライメント誤差とな
ってくる。

般にセンサ上に絶対座標系を設け、その基準原点を設定
することは他のアライメント誤差要因、例えばウェハ面
のそりやたわみ等を有する傾斜、レジストの塗布ムラに
よる光束の重心位置の変動、アライメント光源の発振波
長、発振出力、光束出射角の変動、センサ特性の変動、
そしてアライメントヘット位置の繰り返しによる変動等
により、その原点の設定を高精度に行うのが大変難しく
なるという問題点があった。

（発明が解決しようとする問題点）本発明はマスク等の第１物体とウェハ等の第２物体の位
置合わせを行う際のずれ量検出の際の誤差要因を取り除
く手段として、第１信号光としてのアライメント光束に
対して第２信号光としてのアライメント光束を新たに形
成し、これを利用することにより、高精度な位置合わせ
を可能とした位置合わせ装置の提供を特徴とする特に本発明では、第２信号光のウェハ而の傾斜に対する
センサトでの重心移動の作用がアライメント光束（第１
信号光束）と全く等しくなるようにし、又、アライメン
トヘットの位置の変動に対しても第２信号光がアライメ
ント光束と全く等しい重心移動の作用を受けるように設
定し、これにより第２信号光とアライメント光束のセン
サ上での相対的な位置の変動が原理的にマスクとウェハ
との位置ずれのみに依存するようにし、高精度な位置合
わせを可能とした位置合わせ装置の提供を目的としてい
る。

（問題点を解決するための手段）第１物体面上に物理光学素子としての機能を有する第１
物理光学素子を形成し、第２物体面上に物理光学素子と
しての機能を有する第２物理光学素子を形成し、該第１
又は第２物理光学素子のうち一方の物理光学素子Ａを単
一のマーク形状を有するレンズ素子より構成し、該第１
物理光学素子に光束を入射させたときに生ずる所定次数
の回折光を該第２物理光学素子に入射させ、該第２物理
光学素子からの所定次数の回折光の光量重心を第１検出
手段で検出し、又該第１物理光学素子に光束を入射させ
、該第１物理光学素子から生ずる前記次数と異なる次数
の回折光を該第２物理光学ｚ＝　ｔ’−に入射させ、該
第２物理光学素子から生じた補記次数と異なる次数の回
折光の光量重心を第２検出手段で検出し、該第１．第２
検出手段からの信号の双方の信号を利用して、該第１物
体と第２物体との位置決めを行う際、該第１検出手段に
入射する光束の重心位置と該第２検出手段に入射する光
束の重心位置が、該第１物体と第２物体の位置ずれに対
して互いに異なる符号の倍率で変位するように各要素を
設定したことである。

（実施例）第１図（Ａ）は本発明の第１実施例の要部概略図である
。図中、１は第１物体で、例えばマスクである。２は第
２物体で、例えばマスク１と位置合わせされるウェハで
ある。３，４は各々アライメント用の第１．第２物理光
学素子であり、各々マスク１面上とウェハ２面上に設け
られている。

本実施例においては、光源３１から出射した光束は投光
光学系（コリメータレンズ系）９を通り、平行光束とな
って第１物体ｌ上の第１物理光学素子３に、第１物体面
の法線に対して所定の角度αで斜入射する。

第１物理光学素子３は単一・のマーク形状を有する振幅
型のグレーティングレンズ等のレンズ素子より成り、ア
ライメント光束の透過部と不透過部が同図に示すように
形成されている。このグレーティングレンズ３のマーク
形状（マークパターン）は、予め結像関係を指定して物
点く光源）と像点から出射される所定の光束が物理光学
素子３面で形成するホログラムパターンとパターン形状
が後述するように一致するように設定されている。

第１物理光学素子３で所定の次数で回折の作用を受けた
光束はレンズ作用（収束或は発散作用）を受け、例えば
第３図に示すように＋１次で回折の作用を受けた光束は
像点Ｆ１が（０，０゜ｚ＋）となるように凸レンズ作用
（収束作用）を受ける。一方、−１次で回折の作用を受
けた光束は虚像点Ｆ２が（０，Ｏ，Ｚ＋　）となるよう
に凹レンズ作用（発散作用）を受ける。

このようにして発生する２つの光束、即ち収斂光束Ｌａ
と発散光束Ｌｂは所定の間隔ｇを隔てた第２物理光学素
子４で更に回折して、レンズ作用を受ける。

第２物理光学素子４は複数のマーク形状を有するレンズ
素子より成っており、例えば第２図（Ａ）に示すような
パターンの２種類のグレーティングレンズ４ａ、４ｂか
ら成っている。

本実施例において第２物理光学素子４は振幅と位相の混
合型のグレーティングレンズ素子より成り、断面構造が
例えば凹凸パターンで一般的に谷と山の振幅反射率が異
なっている。第２物理光学素子４で、所定次数で回折す
る光束のうち第１物理光学素子で回折作用を受けた収斂
光束が第２物理光学素子４のグレーティングレンズ４ａ
で１次回折し凹レンズ作用を受けて生じる光束Ｌａを第
１アライメント信号光束として用いている。

一方、第１物理光学素子３で回折作用を受けた発散光束
が第２物理光学素子４のグレーティングレンズ４ｂで１
次回折し、凸レンズ作用を受けて生じる光束を第２アラ
イメント信号光束Ｌｂとして用いている。

第２物理光学素子４て回折作用を受けた第１゜第２アラ
イメント信号光束は、第２物体面２を出射し、第１物体
１を０次で透過し、所定面北に設定さ勾たセンサ３８，
３９上に入射する。

次に第１．第２アライメント信号光束Ｌａ。

Ｌｂが第１．第２物体の位置ずれに対応してセンサ３８
，３９上で変位する作用について第３図を参照し・て説
明する。

第３図は第１図に示す実施例の投光光学系９からの光束
のグレーティングレンズ３．４による位置ずれ量拡大系
の要部概略図である。同図において第１物理光学素子３
に入射した平行光束は、回折作用を受けて、このうち＋
１次回折光３１は点Ｆ１に収束するように収斂光束Ｌａ
となり、−１次回折光は点Ｆ２を虚像点とする発散光束
Ｌｂとなる。

このように符号の異なる次数の回折光を利用し、単一の
グレーティングレンズで凸レンズ作用と、凹レンズ作用
の２つの機能を有効に生じせしめている。

前記収斂光束Ｌａ、発散光束Ｌｂはそれぞれ第２物理光
学素子４のグレーティングレンズ４ａ、４ｂで共に一１
次の回折作用を受け、このときそれぞれ凹レンズ作用、
凸レンズ作用を受け、それぞれの像点Ｆｌ、Ｆ２がセン
サ面３８゜３９上へ結像される。ここに第１．第２物体
の間隔をｇ、第２物体４とセンサ間の距離をＬ、第１物
理光学素子３の焦点距離なｒ＋　　（凸パワー時）、　
　ｒ＋（凹パワー時）、第２物理光学素子４のグレーテ
ィングレンズ４ａの焦点距離を−ｆ２、グレーティング
レンズ４ｂの焦点距離をｆ３とし、第１．第２物体の相
対位置ずれ量をεとすると、第１．第２アライメント光
束Ｌａ。

Ｌｂのセンサ面の光量重心位置の位置ずれ量０のときに
対するそれぞれの変位１１ｓＩ、Ｓ２はとなる。

このときの変位ｉｓ１．Ｓ２の位置ずれ量拡大倍率は第
１物理光学素子の焦点距ｍ　ｆｒ−ｆｌ、第２物体面か
らセンサ面までの距ｆｉＬ、間隔ｇに依存している。

またそれぞれの拡大倍率は第１アライメント信号光束Ｌ
ａが負、第２アライメント信号九束Ｌｂが正符号となる
。尚、変位ｉｓｔ、Ｓ２の位置は像点Ｆｌ、Ｆ２と、第
２物理光学素子４の光軸中心とを結ぶ直線が検出面と交
わる位置として幾何光学的に対応づけることができる。

センサ３８．３９で２８１．第２アライメント信号光束
Ｌａ、Ｌｂの光量重心位置Ｓｌ、Ｓ２を検知し、点Ｓ１
と点８２間の距離Δ５＝ｓ１−Ｓ２を求めると、位置ず
れ量εに応じて距離ΔＳはｒ＋　　−ｇとなる。

尚、第２物理光学素子４で回折し、レンズ作用を受けて
第２物体面２を出射する光束は第２物体面法線に対しｙ
ｚ面内では所定の角度βで斜出術する。

このように第１．第２物体に対しアライメント光束を斜
入射投光し、斜出術受光するよう位置合わせ光学系中の
位置合わせ物体上の物理光学素子を設定することにより
、投光光学系と受光光学系そしてセンサなどを一筺体（
ピックアップヘッド）中に配置、構成することを容易に
している。

本実施例では第２物理光学素子４を出射する第１．第２
アライメント信号九束Ｌａ、Ｌｂが共に一１次で回折し
て、それぞれが凹レンズ作用と凸レンズ作用を受けた後
、投光光学系と同じ側に斜め出射するように第２物理光
学素子のパターン形状を例えば第２図（Ａ）に示すよう
に設定している。

第２図（Ｂ）〜第２図（Ｆ）は本実施例に係る第２物理
光学素子４の配置状態を示す他の一実施例の概略図であ
る。図中、４ａは第１アライメントマーク、４ｂは第２
アライメントマークでいずれもグレーティングレンズよ
り成っている。

尚、第２図（Ｄ）は同一領域内に第１アライメントマー
ク４ａと第２アライメントマーク４ｂを重ね合わせて配
置した一例である。

次に本実施例における第１．第２物理光学素子３．４の
製造及び設定方法の一実施例を述べる。

まず、第１物体であるマスク用のマーク３は所定のビー
ム径の平行光束が所定の角度で入射し、所定の位置に集
光するように設計される。一般にグレーティングレンズ
のパターンは光源（物点）と像点にそれぞれ可干渉性の
光源を置いたときのレンズ面における干渉縞パターンと
なる。

今、第１図のように第１物体１面上の座標系を定める。

ここに原点はマークの中央にあり、位置ずれ検出方向に
Ｘ軸、第１物体面上Ｘ軸と直交方向にｙ軸、第１物体面
１の法線方向に４軸をとる。第１物体而１の法線に対し
αの角度で入射し、その射影成分がＸ軸方向と直交する
平行光束が第１物体１のマークを透過回折後、集光点（
Ｘ＋　、’Ｊ＋　、Ｚ＋　）の位置で結像するようなグ
レーティングレンズの曲線群の方程式は、グレーティン
グレンズｘ、ｙ方向に同じパワーを有しているとき、該
グレーティングの輪郭位置をｘ、　ｙで表わしｙｓｉｎ　ａ　　　Ｐ、（ｘ、ｙ）−Ｐ２＝ｍλ／　２
−（１）で与えられる。ここにλはアライメント光の波
長、ｍは整数である。

主光線を角度αで入射し、第１物体面１上の原点を通り
、集光点（Ｘ＋　、！＋　、Ｚ＋　）に達する光線とす
ると（１）式の右辺はｍの値によって主光線に対して波
長のｍ／２倍光路長が長い（短い）ことを示し、左辺は
主光線の光路に対し第１物体上の点（ｘ、ｙ、０）を通
り点（ｘＩ＋　３’　ｒ２１）に到達する光線の光路の
長さの差を表わす。第１図に第１物体１上の第１物理光
学素子３を示す。

一方、第２物体２上のグレーティングレンズは所定の点
光源から出た球面波を所定の位置（センサ面上）に集光
させるように設計される。点光源は第１物体１と第２物
体２の露光時のギャップをｇとおくと（Ｘ＋　ｒ　’！
＋　＋　Ｚ＋　　　ｇ）で表わされ、第１物理光学素子
による結像点の位置である（ｙは変数）。第１物体１と
第２物体２の位置合わせはＸ軸方向に行なわれるとし、
アライメント完了時にセンサ面上の点（Ｘ２　ｒ　ｙ２
　＊　２２　）の位置にアライメント光が集光するもの
とすれば、第２物体上のグレーティングレンズの曲線群
の方程式は先に定めた座標系で十ｍλ／２　　　　　　　　　　　　　・・・・・・・
・・（２）と表わされる。

（２）式は第２物体面がｚ＝−Ｈにあり、主光線が第１
物体面上の原点及び第２物体面上の点（０，０，−ｇ）
、更にセンサ面上の点（ｘ２゜ｙ２　、Ｚ２　）を通る
光線であるとして、第２物体面トのクレーティング（ｘ
、ｙ、−ｇ）を通る光線と主光線との光路長の差が半波
長の整数倍となる条件を満たす方程式である。

第２物理光学素子４のグレーティングレンズ４ａ、４ｂ
のパターンは、航速の方程式（２）を利用することによ
り設計することがでる。このうちグレーティングレンズ
４ｂのパターンは物点（光１２）と像点の位置Ｐ　（０
，０，ｚ、＋ｇ）。

Ｑ　（Ｘ２　、　　Ｙ２　、２２　）　テ与えられる。

コノとき、物点の位置Ｐは第１物理光学素子３で凹レン
ズ作用を受けた光束の虚像点の位置であり、像点の位＠
Ｑは前記センサ面上の点（Ｘ２　、　Ｙ２　。

Ｚ２）とｘＺ面に関し、対称な点となる。

このように像点Ｑの座標を設定してグレーティングレン
ズ４ｂを設定することにより、グレーティングレンズ４
ａのパターンでアライメント信号光束Ｌａが回折する次
数と同じ符号でありながらグレーティングレンズ４ａで
は第１アライメント信号光束Ｌａに凹レンズの作用をも
たらす一方、グレーティングレンズ４ｂでは凸レンズの
作用を第２アライメント信号九束Ｌｂにもたらすことが
可能となる。

又、位置ずれ検出方向にはレンズ作用かあるが、それと
直交する方向には光束の進行方向を一定の角度で偏向さ
せる作用をもつようなグレーティングレンズを設定し、
アライメント用として用いても良い。

又、第２図（Ｈ）に示すパターンはＸ方向、Ｘ方向とも
に同じレンズ作用をもち、かつＸ方向に光束の進行方向
を一定の角度で偏向させる作用をもっている。

第２図（Ｇ）に示すパターンは、Ｘ方向断面が同じ焦点
距離をもつフレネルゾーンプレートの断面と同じで、Ｘ
方向断面は等ピッチクレーティングの断面と同じとなる
。一般的に曲線の形は放物線、又は双曲線に近い形状と
なる。第２図（Ｈ）のパターンは所謂オフアクシス型フ
レネルゾーンプレートのパターンである。

第１物体１用のアライメントマーク３は所定のビーム径
の平行光束が所定の角度で入射し、所定の位置に線状に
集光するように設計される。

一般にグレーティングレンズのパターンは光源（物点）
と像点にそれぞれ可干渉性の光源を置いたときのレンズ
面における干渉縞パターンとなる。今、第２図（Ｈ）の
ように第１物体面上の座標系を定める。ここに原点はス
クライブライン幅の中央にあり、スクライブライン方向
にｙ軸、幅方向にｙ軸、第１物体而の法線方向に２軸を
とる。第１物体の法線に対しαの角度で入射し、その射
影成分がＸ軸方向と直交する平行光束がマスク用のアラ
イメントマーク３を透過回折後、集光点（ｘ＋　、ｙ、
Ｚ＋　）の位置で線状に結像するようなグレーティング
レンズの曲線群の方程式は、グレーティングのパワーが
Ｘ方向のみとき、該グレーティングの輪郭位置なｘ、ｙ
で表わすとｙｓｉｎ　　ａ　　　　　Ｐ、（ｘ）−Ｐ２
　＝ｍ　λ／２　　−（３）Ｐ　、（ｘ）　　＝　　（
ｘ−ｘ、）”　　＋　ｚ、２ｐ２　　＝月；１７７７で与えられる。ここにλはアライメント光の波長、ｍは
整数である。

主光線を角度αで入射し、第１物体面上の原点を通り、
集光点（ｘ＋　、ｙ、Ｚ＋　）に達する光線とすると（
３）式の８辺はｍの値によって主光線に対して波長のｍ
／２倍光路艮が長い（短い）ことを示し、左辺は主光線
の光路に対し、第１物体面上の点（ｘ、ｙ、０）を通り
点（ｘ＋　、ｙ。

ｚｌ）に到達する光線の光路の長さの差を表わす。

（３）式では第１物体面上の点ｙを通りた光は結像点で
はＸ方向に変換されない。

一方、第２物体面上のグレーティングレンズ４は所定の
線光源から出た円筒波を所定の位置（センサ面上）に集
光させるように設計される。線光源上の各点は第１物体
と第２物体の露光時のギャップなｇとおくと（ｘ＋　、
ｙ、Ｚ＋　　　ｇ）で表わされる。第１物体と第２物体
の位置合わせはＸ軸方向に行なわれるとし、アライメン
ト完了時にセンサ面９Ｌの点（Ｘ２　、ｙ、Ｚ２　）の
位置にアライメント光が集光するものとすれば、第２物
体上のグレーティングレンズの曲線群の基本方程式は先
に定めた座標系で月７■運；二ΣＴ −（ｘ−ｘｌＦ＋薯「τ）ｚ＋ｙｓｉｎ７３十ｍλ／２
　　　　　　　　　　　・・・・・・・・・（４）と表
わされる。

ここにβはｙ方向の偏向角（第２物体面法線に対する出
射角）を示す。

（４）式は第２物体而がｚ＝−Ｈにあり、主光線が第１
物体面上原点及び第２物体面上の点（０゜０、−ｇ）、
更に検出面上の点（Ｘ２　、ｙ。

Ｚ２）を通る光線であるとして、第２物体面上のグレー
ティング（ｘ、ｙ、−ｇ）を通る光線と主光線との光路
長の差が半波長の整数倍となる条件を満たす方程式であ
る。

般に第１物体用のゾーンプレート（グレーティングレン
ズ）は、光線の透過する領域（透明部）と光線の透過し
ない領域（遮光部）Ｑ〕２つの領域が交互に形成される
０、１の振幅型のグレーティング素子として作成されて
いる。又、第２物体用のゾーンプレー１〜は、例えば矩
形断面の（７相格、子パターンとして作成される。（３
）　、　（４）式において主光線に対してｔ波長の整数
倍の位置で、クレーティングの輪郭を規定したことは、
第１物体トのグレーティングレンズ３では透明部と遮光
部の線幅の比が１：ｌであること、第２物体上のグレー
ティングレンズ４では矩形格子のラインとスペースの比
が１＝１であることを意味している。

第１物体上のグレーティングレンズ３はポリイミド製の
有機薄膜上に予めＥＢ露光で形成したレチクルのグレー
ティングレンズパターンを転写して形成した。

又、第２物体りのマークは第１物体と第２物体の露光パ
ターンを形成したのち露光転写して形成していた。

次に本実施例における検出手段としてのセンサ（例えば
１次元の蓄積型の１次元ＣＯＤ等）に入射するアライン
メント光である第１アライメント光と第２アライメント
光との関係について説明する。

本実施例においては第２アライメント信号光と第１アラ
イメント信号光は第２物体而の法線に対して各々Ｂｏ、
５ｏの角度で、又、Ｘ軸方向に対しては第２物体面射影
成分が直交する角度で出射する。センサ３８，３９の空
間的配置は、予めアライメント完Ｙ時に光束がセンサの
ほぼ中央の位置に入射するようにセツティングされてい
る。

センサ３８，３９の中心間隔は２ｍｍであり、約０．１
　μｍ精度でＳｉの同一基板上に設定されている。又、
センサ３８，３９の配置されたＳｉ基板は、その法線が
第１アライメント光出射角と第２アライメント信号光出
射角の２等分線と略平行に配置されている。

センサ３８，３９のサイズは第１信号充用のセンサ１１
が幅１ｍｍ、長さ６ｎ＋ｍ、又第２信号充用のセンサ１
２が幅１ｍｍ、長さ１ｍｍである。又、各画素のサイズ
は２５μｍ　Ｘ　５００μｍである。

各々のセンサは入射光束の重心位置を測定し、センサの
出力は受光領域の全光量で規格化されるように信号処理
される。これによりアライメント光源の出力が多少変動
しても、センサ系から出力される測定値は正確に重心位
置を示すように設定している。尚、センサの重心位置の
分解能はアライメント光のパワーにもよるが、例えば５
０ｍＷ、波長０．８３μｍの半導体レーザーを用いて測
定した結果、０．２μｍであった。

本実施例に係る第１物体用のグレーティングレンズと第
２物体用のグレーティングレンズの設計例では、第１．
第２物体の位置ずれを第１アライメント光は一１００倍
、第２信号光では１００倍に拡大して信号光束がセンサ
面上で重心位置を移動する。従って、第１．第２物体間
に０．０１μｍＱ）位置ずれがあったとすると、センサ
面上ではアライメント光は一１μｍ、第２信号光は１μ
ｍの実効的な重心移動が起こり、センサ系はこれを０．
２μｍの分解能で測定することができる。

本実施例において、第２物体面２がｙｚ面内で１　ｍｒ
ａｄ傾斜したとすると、センサ３８十では第１信号光束
は約２０μｍ重心移動を起こす。一方、第２信号光もア
ライメント光である第１信号光束と軸対称で、■、つ光
路長の等しい光路を通るのでセンサ３９上では、信号光
と全く等しい重心移動を起こす。これによりセンサ系で
は各々センサからの実効的重心位置の信号の差を出力す
るように信号処理をすると、第２物体面がｙｚ面内で傾
斜してもセンサ系からの出力信号は変わらない。

一方、第２物体がｘｚ面内で傾斜すると、第１信号光束
、第２信号光束ともにセンサの長手方向と直交する幅方
向に重心移動を起こすが、これはセンサ上で検出する、
位置ずれに伴う光束の重心移動の方向と直交する方向な
ので、第２信号光がなくても実効的なアライメント誤差
にはならない。

更に、アライメント用光源、及び投光用レンズ系及びセ
ンサなどを内蔵するアライメントヘットが、第１物体−
第２物体系に対して位置の変動を起こした場合、例えば
ヘッドを第１物体に対して５７ｘｍ、ｙ方向に移動した
とする。このとき第１信号光はセンサ３８上で５μｍの
実効的重心移動を起こし、これに対して第２信号光もセ
ンサ３９上で全く等しく５μｍの重心移動を起こす。

同様に第１物体面とヘッドとの間にＺ方向に１０μｍの
変動が起こると、第１信号光用のセンサ３８及び第２信
号光用のセンサ３９で共に１０μｍ光束の重心移動を起
こす。

従って、最終的なセンサ系からの出力、即ち、第１信号
光の重心位置出力と第２信号光の重心位置の出力との差
信号は何ら変動しない。

又、Ｘ軸方向の位置の変動は第２信号光束がなくても本
質的なアライメント誤差にはならないことがわかる。

本実施例において第１．第２物体間の位置ずれｆｆ１Ｘ
は、センサ上でのアライメント光としての第１信号光と
第２信号光の重心位置をぞれぞれＷｌ　、　ｗ２　、そ
のときの第２物体面の第１物体面に対する傾斜角をΔθ
、アライメントヘッドの位置の変動量をΔ１ｒ＝（ΔＸ
、Δｙ、ΔＺ）とおくとＷｌ　　＝ｍ　　＋　ｘ＋ｃ＋（Δθ、　Δ１ｒ）ｗ２
　＝ｎ　　−ｘ＋ｃ２（Δθ、　Δ　ｌｒ）ここに、ｍ
、ｎは各々第１アライメント系と第２アライメント系の
位置ずれ量の拡大倍率、ｃ、（Δθ、Δｌｒ）は、Δθ
、Δ１ｒによっておこるセンサ上での光束の重心移動量
で第１アライメント信号光と第２信号光がセンサ面法線
に関して軸対称であり、光路長が等しい場合はｃｌ（Δ
θ、Δ１　ｒ）　＝Ｃ２（Δθ、Δｌｒ）となり、結局
センサ上の２つの光の相対的な重心位置から位置ずれ量
が次のように求まる。

ｘ　＝　（ｗ、　−Ｗ２　）　／　（ｍ　　ｎ）このよ
うに第２物体面の傾斜、アライメントヘットの位置変動
等のアライメント光束の重心位置測定の際の誤差要因を
除去して、正確に位置ずれ量を検出することができる。

また、本実施例では第１物理光学素子の焦点距Ｍ　ｆｒ
を２１７μｍ、間隔ｇを３０４ｍ、第２物理光学素子か
らせンサまでの距ｆ！ＩｉＬを１８．７μｍとした結果
、第１．第２アライメント信号光束の位置ずれ量拡大倍
率ｍ、、ｍ２はそれぞれ、ｍ　、　＝　−９９，０、ｍ
　２　＝　７６．７０８５となり、両光束のセンサ面上
での位置検知方向距離ΔＳを求めることにより位置ずれ
量の１ｍｌ　　ｌ＋１ｍ２　１倍、即ち１７５．７０８
５倍の倍率感度を得ることができる。

尚、第２物理光学素子４ａ、４ｂの焦点距離はセンサ面
上でのアライメント光束の径か約２００μｍ以下となる
ように設定した。

本実施例に係る第１物体と第２物体の位置合わせ（横ず
れ検知、制御）の基本アルゴリズムは以下のとおりであ
る。

（イ）まずセンサ３８上の第１位置ずれ信号光束の光量
分布を測定したのち、先に定義した光量重心位置ｘ８を
求める。

（ロ）このときセンサ３９上の第２位置ずれ信号光束の
光量分布から該光束の光量重心位置ＸＲを求める。

（ハ）ｘＳとｘＲの差Δδ５を求め（Ｃ）式に示す倍率
から第１物体と第２物体間の相対位置ずれ量Δσ１を求
める。

（ニ）第１物体、または第２物体を相対位置ずれ量Δσ
１だけ駆動ステージにより動かし、位置すれを補正する
。

（ホ）ステップ（イ）〜（ハ）の動作を行なって第１物
体と第２物体間の相対位置ずれ量Δσ２が許容値範囲内
かどうか判定する。

くべ）Δσ２が許容値範囲内になるまでステップ（イ）
〜（ネ）　を繰り返す。

上記の手続の概要を第１図（Ｅ）にフローチャートとし
て示す。

尚、第１図（Ｂ）〜（Ｄ）は第１図（Ａ）に示す第１実
施例を半導体製造用の露光装置に適用したときの要部概
略図である。同図（Ｂ）は横から見たとき、同図（Ｃ）
はアライメントピシクアップ装置部を抽出して示したも
のであり、同図（Ｄ）はステージ部及びステージコント
ローラ部の概略図である。

本実施例では、横ずれ検知系として、デュアルパワーグ
レーティングレンズ法及び間隔計測系としてマスクレン
ズＡ２Ｆ法を用いている。これらの手法について簡単に
述べると次のようになる。

デュアルパワーグレーティング法、フレネルゾーンプレ
ートに代表されるようなグレーティングレンズ系子を使
う位置合わせ方法の一種であり、マスク−Ｌグレーティ
ングレンズとウニハトグレーティングレンズ間に光束を
通し、そのときにマスクおよびウェハ」二のグレーティ
ングレンズ系が位置ずれ量を所定の倍率で拡大して、光
束を偏向させ、センサ上での光束の重心位置から位置ず
れ量を検出する方法である。

ここで光束の光量重心としては光束断面内において、断
面内各占のその点からの位置ベクトルに川を鳴その点の光量を乗算したものを断面全面で積分したとき
に積分値が０ベクトルになる点をとってもよいし、代表
点として光強度がピークとなる点の位置をとっても良い
。

また光源としてはＨ８−Ｎｅし・−ザ、半導体レーザ（
ＬＤ）等のコヒーレンシーの高い光源を用いてもよいし
、発光ダイオード（ＬＥＤ）、ｘａ−ランプ、水銀灯な
どコヒーレンシーの低い光源を用いてもよい。

この方法は位置ずれ量をグレーティングレンズ系の倍率
で拡大して検出するのでより高精度で高分解能な位置ず
れ検知が可能である。

第１図（Ｆ）にグレーティングレンズ系で位置ずれ量を
拡大して検知する系の配置の模式図を示す。同図におい
ては便宜上第１物体へ光束を垂直入射したときを示して
いる。

第１物体１はメンブレン９７に取り付けてあり、それを
アライナ−本体９５にチャック９６を介して支持されて
いる。本体９５上部に第１゜第２物体のアライメントヘ
ッド９４が配置されている。第１物体１と第２物体２の
位置合わせな行う為にアライメントマーク３及び４がそ
れぞれ第１物体と第２物体２に焼き付けられている。

光源３１から出射された光ビームは投光レンズ３２によ
り平行光となりビームスプリッタ−９２を通り、アライ
メントマーク３へ入射される。アライメントマーク３は
透過型ゾーンプレートで、点Ｑへ集光する凸レンズの作
用を持つ。ウェハアライメントマーク４は反射型のゾー
ンプレートで点Ｑへ集光する光をセンサ３８の検出面９
０上へ結像する凸面鏡の作用を持つ。

・このような配置のもとで、第１物体に対し第２物体が
ΔδＷだけ横ずれすると、検出面９ｏ上の光ｆｆ１ｆｆ
ｉ心の位置ずれΔδは次のように表わされる。

る。

例えばマーク３−Ｑ間隔ａｗ＝０．５ｍｍ、マーク４−
検出面間隔ｂｗ＝５０ｍｍとすれば９９倍となる。尚、
この時ΔδはΔσに対し、式より明らかなように比例関
係にあり、センサの分解能が０，１μｍあるとすれば検
出される位置ずれ量Δσは０．００１μｍの位置分解能
がある。このようにして求まった位置ずれ量Δσをもと
に物体２を動かしてやれば物体１と物体２の位置合わせ
を積度良く行うことができる。

第１図（Ｄ）はステージ部及びステージコントローラ部
のＩｉＦ細図である。アライメントピックアップヘット
２４はスーパーフラット面１０を持つ支持体２６１．の
スーパーフラット面１０を一１定圧でスーパーフラット
ヘースプレート２３に押しつける為のクランパ一部２７
に取りつけられ、アライメント装置本体上部にスーパー
フラットベース２３を介し載せられている。クランパ一
部２７は２次元移動ステージ２１上の移動支持部２８と
゛Ｖ行板バネ３０を介しつながっている。ステージ２１
は、ベース部２１Ｂ、ｙ方向スライド部２１Ｘ、ｙ方向
スライド部２１Ｙ、ｘ、ｙ両方向スライドをカイトする
カイト部２１Ｇ、ヘース部２１Ｂに設けられスライド部
２１Ｘ、２１ＹをそれぞれＸ方向、Ｘ方向に駆動する駆
動源２１ＭＸ、２１ＭＹより成る。駆動源ＭＸ、ＭＹの
動作はヘット２４を各方向に動かして所定位置にボジシ
ョニングするようコントローラ２２により制御される。

各ステージの移動量はそれぞれレーザー測長器２９Ｘ、
２９Ｙにより精密に計測され、このデータがコントロー
ラ２２に入力され、これに居いてコントローラ２２がヘ
ット２４の現在位置を検出し、所定位置になる様に駆動
源ＭＸ、ＭＹに指令信号を送る事で、ヘッド２４の位置
が精密に制御されている。検出位置移動後、１１ｔ「述
の如く横すれ及び間隔検出を実行し、この検出結果に基
いて、ウェハステージ２５を横すれ及び間隔誤差補正方
向に移動させてアライメント及び間隔制御を完了した後
、ヘッド２４はマスク、ウェハ露光の邪魔にならない様
、元の位置にもどる。アライメントピックアップヘット
２４は横ずれ検知系、間隔検知系、投光系が組み込まれ
ており、光源３１具体的には半導体レーザから出射され
た光ビームはコリメータレンズ３２、投射用レンズ３３
及び投射用ミラー３４を介し、評価用マーク２０へ投射
される。マークより出射された光ビームは検知用レンズ
３６により検知系へ導かれ、ハーフミラ−３７により分
割され、横すれ検知用受光素子３８にはいり、それぞれ
の信号となる。尚、アライメントピックアップヘット２
４の投光、受光窓３５には露光用光源からの光か通らな
いようなフィルターかｆ＝ｔ’けられている。

本実施例においては、投射光４７は評価マーク１−では
平行になるように設計されており、投射領域４３の横す
れ検知用マーク４１Ｍと間隔測定用マーク４２．。とじ
て同時に投射される。この為、横すれ検知と間隔測定の
投光手段が一つの系で構成されている。

第４図は本発明の第２実施例の要部概略図である。第２
物体七のアライメントマーク４ａ、４ｂは第２図（Ｂ）
に示すパターンより成っている。

ここにアライメントマーク４ａ、４ｂは第１実施例と同
様、それぞれ第１．第２信号光束に対して、−１次回折
光が凹レンズ作用、凸レンズ作用を示す。

本実ｈｈ例においては第１物理光学素子３であるグレー
ティングレンズのパワーかシリンドリカルではなく、等
方向、即ちｘＹ血内で等方向にレンズ作用（光束の収束
、発散作用）を有するもの、またはＸ方向、Ｙ方向で異
なるレンズパワーを持つトーリックタイプレンズ素子な
どを第１物理光学素子に用い、第２物理光学素子に第２
図（Ｂ）に示すようなマーク配置に構成するのに好適で
ある。

第５図は本発明の第３実７ｉ’ｅｓ例の要部概略図であ
る。第１．第２物理光学素子はいずれもオフアクシス型
１次元グレーティングレンズ（フレネルレンズ）素子で
あり、第１．第２実施例と同様の第１．第２物体に対し
、所定の角度で斜入射投光し、斜出射受光することによ
り、投光、受光光学系及びセンサ、そして光源等を１つ
の筐体中に納めたアライメントピックアップヘッドを構
成している。

位置合わせ、および位置ずれ検知は第５図のＹ軸方向に
行なう。又、第１物理光学素子３は第５図に示すように
単一パターンのグレーティングレンズから成り、第２物
理光学素ｆ４は２種類のグレーティングレンズパターン
４ａ、４ｂから成り、第２図（Ｃ）に示すようなパター
ンを有している。

第１．第２アライメント信号光束のＹＺ面内の光路断面
図は第１．第２実施例と同様に設定される。但し、同図
では相対位置すれ（ｊ」０のときの光路断面図に対応し
ている。

又、第１．第２実ｈｂ例と同様第２物理光学素子４ａは
第１物理光学素子３で回折された凸パワーの光束に対し
１次回折光が凹レンズ作用を受けるように設計され、第
２物理光学素子４ｂは第１物理光学素子３で回折された
凹パワーの光束に対し一１次回折光が凸レンズ作用を受
けるように設定されている。

第６図は本発明の第４実施例の要部概略図である。同図
において第２物体２Ｆの第２物理光学素子４は、第１実
施例で一１次回折光か凹レンズ作用を示すように設定さ
れたパターンと凸レンズ作用を示すように設定されたパ
ターンを重ね合わせたパターンとなっており、第２図（
Ｄ）に示すようなパターンを有している。

このように位置合わせ物体トの同一領域にアライメント
光束に対し作用の異なるマーク、即ち凹レンズ作用マー
クと凸レンズ作用マークを設定、配置することにより、
位置合わせ物体面の局所的な傾斜による位置すれ検知誤
差を解消することができる。更に第１．第２実７ｉｈ例
と同様、位置すれに対し符号の異なる位置ずれ拡大イΔ
率をもつ、２つのアライメント信号光束を生成すること
ができ、これをセンサ上で光量重心位置検知することに
より位置ずれに対し高利得、高分解能の位置すれか１［
検出かｔｉｆ能となる。

又、位置合わせ物体の平均的な傾斜に対しても同様に誤
差を解消することかできる。

第７図は本発明の第５実施例の要部概略図である。

本実ｈｈ例では第２物体上の反則型の第２物理光学素子
４に光源３１を出射したアライメント光束が投光光学系
を通ったのち、第２物体面の法線に対し、所定の角度で
斜めに照射される。このときアライメント光束は第１物
体を単に透過するたけて回折作用などは受けない。

第２物理光学素ｆ　４は第１実／ｉ八例の第１物理光学
素子と同様のパターン形状を有する振幅位相混合型グレ
ーティングレンズ素子である。第２物理光学素子４に入
射した光束は、そこで＋０次、ｍ次で回折することによ
り、それぞれ凸パワー、凹パワー光束となる。本実施例
では＋１次、−１次で回折する２光束を第１．第２アラ
イメント信号光束として利用している。

これら２光束は第１物体−トの第１物理光学素子３ａ、
３ｂで更に所定次数で回折し、レンズ作用を受けたのち
、センサ３８，３９に入射し・て、光＠重心位置が検出
される。

木実ｈｅｉ例では第２物理光学素子で生成した凸パワー
光束が第１物理光学素子３ａで一１次で回折して凹レン
ズ作用を受け、又第２物理光学素子で生成した凹パワー
光束が第１物理光学素子３ｂで−１次で回折して凸レン
ズ作用を受けるように設定されている。

アライメント光束の位置合わせ物体に対する人出射角は
第１実施例と同様に設定している。

第８図（Ａ）は本発明の第６実施例の要部概略図である
。

本実施例では第２物理光学素子を第２図（Ｅ）に示すよ
うに２種類の非対称グレーティングレンズパターン４ａ
、４ｂで構成している。それぞれのパターンは第１実施
例と同じく一１次反射回折光か凹レンズ作用、凸レンズ
作用を受けるように機能している。

又、第１物理光学素子３は第１実施例と同じく第８図（
Ａ）に示すような単一パターングレーティングレンズ素
子であり、光源から出射して投光光学；ｆ−９により平
行光となって第１物体而法線に対し斜入射した後、＋１
次回折光は点（００、−ｚ、）に集光するように出射し
、−１次回折光は点（０，０，Ｚ＋　）から出射するよ
うな発散波となって第１物理光学素子３を出射する。

第２物理光学素子４ａ、４ｂの光軸はｘＹ座標系でそれ
ぞれ（δ、、０）、（δ２　＋　０　）　。

（δ、〈０．δ２くＯ）の位置にＺ軸に平行に存在する
。

第８図（Ｂ）は同図（Ａ）の第６実施例のグレーテイン
クレンズ系の要部パワー配置図である。第１物理光学素
子３に入射した平行光束は回折作用を受けて＋１次回折
光は点Ｆ１に収束するように凸パワー（収斂）光束とな
り、−１次回折光は点Ｆ２を虚像点とする発散光、月１
１ち凹パワー光束である。

凸パワー光束、凹パワー光束はそれぞれ第２物理光学素
子４ａ、４ｂで共に一１次の回折作用を受け、それぞれ
の像点Ｆ、、Ｆ２かセンサ而−４−の点Ｓ、、Ｓ２に光
１ｉ重心位置として結像される。

点Ｓ、、Ｓ２の位置は像点Ｆ、、Ｆ２と第２物理光学素
子の光軸中心０．．０２をそれぞれ結ぶ直線が検出面と
交わる位置として幾何光学的に対応つけることかできる
。

本実／ｉ’ｔｒ例では第２物理光学素子４の凹レンズ素
ｆ−４ａの光軸中心と、凸レンズ素子４ｂの光軸中心と
を、第１物理光学素子３の光軸中心位置を中心として、
それぞれＸ軸方向にδ０．δ２（δ１く０．δ２〈０）
ずらしたものである。

このようにすることにより、位置ずれ量０のときのそれ
ぞれのアライメント信号光束の光量重心位置の位置ずれ
検出方向距離は０とならず、所定の、値となり、２つの
アライメント信号光束間の分離が容易となる。

第９図ＣＡ）は本発明の第７実施例の要部概略図である
。

本実施例では第２物理光学素子を第２図（Ｆ）に示すよ
うなパターンの軸対称グレーティングレンズ４ａ、４ｂ
を用いている。

グレーティングレンズ４ａ、４ｂの光軸中心は第２図（
Ｆ）に示すように第２物理光学素子４のマーク領域長手
方向の中心位置からそれぞれ＋。

一方向にある。本実施例では４分割点の位置にあるよう
に設定した。

第９図（Ｂ）は本実施例のグレーティングレンズによる
位置ずれ堅拡大検出系のパワー配置図である。第２物理
光学素子４の凹レンズ素子４ａの光軸中心と、凸レンズ
素子４ｂの光軸中心とを位置ずれ量０時、第１物理光学
素子３の光軸中心位置を基準としてそれぞれＸ軸方向に
δ３．δ２（δ１〉０．δ２く０）ずらしたものである
。

このように位置ずれ量０時においても位置ずれ信号光束
を第１物体への入射面外に光路をねしることにより、入
射面内で生じる不要な回折光（第１．第２物理光学素子
のフラウンホーファ回折光）とアライメント信号光との
クロストークを回避することかできるばかりでなく、位
置合わせ光学系中の投光、受光光学系及びセンサの位置
と第１．第２物体系との位置の間に変動が起こっても位
置ずれ量検出誤差を解消することができる。

第１０図は本発明の第８実施例の要部概略図であり、本
実施例は半導体露光製造装置のマスク（或はレチクル）
とウェハとの位置合わせに通用したものである。同図に
おいてアライメントピックアップヘッド２４から出射さ
れた光ビームは、マスクｌ及びウェハ２上のマーク２０
上へ照射され、反射あるいは回折された光は再びアライ
メントピックアップヘット２４へ出射される。アライメ
ントピックアップヘッド２４は第１図（Ｃ：）　、　（
Ｄ）に示すようにステージ２１へ取り付けられアライメ
ント領域に応じて自由に２次元的に移動できるように構
成されておりステージコントロール部２２により制御さ
れる。このとき、ステージ２１はスーパーフラットベー
スプレート２３でカイトされており、ピッチング、ヨー
イングは生じないように設計されている。ステージコン
トロール部２２はアライメント及び間隔制御開始時にス
テージ２１を駆動させてヘット２４をあらかじめ記憶さ
れているマスク及ぶウェハの評価用マーク２０の照明及
び検出の為の位置へ移動させる。

尚、本発明の適用は半導体製造装置の位置合わせ機構に
限定されるものではなく、例えばホログラムの露光、再
生時のホログラム素子セツティングの際の位置合わせ、
多色印刷機械の位置合わせ、半導体チップのポンディン
グ工程、プリント基板、回路の検査装置における位置合
わせ工程、その他、光学部品、光計測システムの調整時
の位置合わせ、間隔測定など広く適用可能である。

（発明の効果）以上のように本発明によれば位置合わせを行なう第１．
第２物体面上の一方の物体面上に一つの素子で同時に凸
レンズ素子と凹レンズ素子として機能する７１１．−、
−のパターンを有するアライメントマークとしての第１
物理光学素子を設け、該第１物理光学素子からの符号の
異なる回折次数の光束を凸レンズ素子用のパターンと凹
レンズ素子用のパターンを他方の物体面上に形成した第
２＃埋光学素子を介し、又は第１．第２物理光学素子を
通過する光束の順序を逆にして用いることにより、第１
物体と第２物体との相対的な位置ずれ量に対して符号の
異なる拡大倍率でセンサ面上で光■重心位置が変位する
２つのアライメント信号光束を生成し、その光量重心位
置間距離を検出することにより、（イ）反射面である位置合わせ物体のウニ八而が傾斜す
るか、或はレジストの塗布むらや、露光プロセス中に生
じるそりなどのローカルな傾き等によってアライメント
光の重心位置が変動しても２つのアライメント信号光の
相対的な重心位置検知を行うことにより、ウニ凸面の傾
斜に左右されずに正確に位置ずれを検出することができ
る。

（ロ）アライメントヘットの位置かマスクに対して相対
的に変動した為に、アライメント信号光のセンサＬの重
心位置が変動しても２つのアライメント信号光の相対的
なｆ■重心位置検知行うことにより、アライメントヘッ
ドの位置ずれに左右されない。

（ハ）同一のアライメントマークで倍率符号の異なる２
系統の系を構成し、総合倍率をかせぐことができ、各系
統単独の場合と比較し約２倍の感度のアライメント信号
を得ることができる。

（ニ）位置合わせ物体に対し、アライメント光束を斜入
射投光、位置合わせ物体からアライメント光束を斜出射
して、これを受光するように構成することかでき、位置
合わせ投光光学系及び受光光学系、センサ等を１つの筐
体中に納め位置ずれ検出系をコンパクトにすることがで
きる。更に半導体露光プロセスにおいて、位置合わせ完
了後、露光領域から上記位置ずれ検出系を退避する必要
かなく、露光プロセスのスルーブツト向上、退避に伴な
う振動等の防止を可能としている。

（ホ）位置合わせマークの一方が単一パターンである為
、マーク構成がシンプルで形成も容易となる。

等の特長を有した位置合わせ装置を達成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

？！１図（Ａ）は本発明の第１実施例の要部概略図、第
１図（Ｈ）　、　（Ｃ）　、　（Ｄ）は本発明の第１実
施例を半導体製造用の露光装置に適用したときの要部概
略図、第１図（Ｅ）は本発明に係る位置合わせに関する
フローチャート図、第１図（Ｆ）は本発明に係る位置合
わせ装置における位置ずれ量を検出する際の模式図、第
２図（Ａ）〜（Ｈ）は本発明に係る物理光学素子の一実
施例の説明図、第３図は第１図の一部分の光路の概略図
、第４図、第５．第６図、第７図、第８図（Ａ）。第９図（Ａ）、第１０図は順に本発明の第２〜第８実施
例の要部概略図、第８図（Ｂ）、第９図（Ｂ）は第６．
第７実施例の第１．第２物理光学素子の要部パワー配置
図、第１１．第１２図は従来の位置合わせ装置の概略図
である。図中、１は第１物体、２は第２物体、３は第１物理光学
素子、４は第２物理光学素子、４ａ。４ｂは第１．第２アライメントマーク、９は投射用レン
ズ、３１は光源、３８．３９はセンサである。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）第１物体と第２物体とを対向させて相対的な位置
決めを行なう際、該第１物体面上と該第２物体面上に各
々第１、第２物理光学素子を形成し、該第１物理光学素
子に光を入射させたときに生ずる回折光を該第２物理光
学素子に入射させ、該第２物理光学素子により所定面上
に生ずる回折パターンの光束位置を検出手段により検出
することにより、該第１物体と該第２物体との相対的な
位置決めを行なう際、該第１又は第２物理光学素子のう
ち一方の物理光学素子Ａを単一のマーク形状を有するレ
ンズ素子より構成すると共に該物理光学素子Ａから生ず
る異なる次数の２つの回折光が所定面上で該第１物体と
第２物体の相対的な位置ずれ量に対し、互いに符号の異
なる倍率で変位するように構成したことを特徴とする位
置合わせ装置。
（２）前記第１又は第２物理光学素子のうち他方の物理
光学素子Ｂを複数のマーク形状を有するレンズ素子より
構成し、該物理光学素子Ｂにより入射光束を所定の次数
で回折させることにより該２つの物理光学素子Ａ、Ｂに
より各々凹レンズ作用と凸レンズ作用を有する凹凸検出
系と凸レンズ作用と凹レンズ作用を有する凸凹検出系の
２つの検出系を構成し、該２つの検出系によって生ずる
回折光を検出手段により検出し、該検出手段からの出力
信号を利用して該第１物体と第２物体との位置決めを行
っていることを特徴とする請求項１記載の位置合わせ装
置。