JPH04148809A - 位置検出装置 - Google Patents

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） 本発明は位置検出装置に関し、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物体而十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位置すれ量を求
め、双方の旬置決め（アライメント）を行う場合に好適
な位置検出装置に関するものである。

（従来の技術） 従来より゛ｒ導体素了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（＋７置合わせは性能向１−を
図る２、）のＩｒＬ瞥な一要素となっている。特に最近
の露光装置におけるイ１７置合わセにおいては、゛ｒ導
体素了−の１清集積化の為に、例えばサブミクロン以１
・のイ☆置合わせ精度を４−ｊ−するものか要求されて
いる。

多くの位置検出装置においては、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マークを設け、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マークのすれ量を画像処理
を行うことにより検出したり、又は米国特許第４０３７
９８９　＋３−や米国時Ｉ［第４５１４８５８号や特開
昭５６−１５７０３３　号公報で提案されているように
アライメントマーク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１
〜から射出した光束の所定面」−における集光点位置を
検出すること等により１１っている。

般にゾーンプレー１・を利用したアライメン］・方法は
、中なるフライメン１〜マークを用いた方法に比へてア
ライメントマークの欠）１）に１杉胃されず′に比較的
θ；１粒度のアライメントか出来る特長かある。

第６図はゾーンプレー１・を利用した時開３Ｐ２−１　
［ｉ　フイ０　＋ｉ　５．’公報て提案されているイＩ
′／ｌ′１′／１′検出装置の概略図である。

同図において５．３は各々第１信号光を得る為のアライ
メントマークであり、各々マスク１而１とウェハ２而Ｖ
の設けられている。

６．４は各々第２伝り光を肖る為のアライメントマーク
であり、各々マスク１面一１−とウェハ２面上のアライ
メントマーク５，３に隣接して設けられている。各アラ
イメンｊ・マーク３，４．５６は、例えば−次元又は二
次元のフレネルゾーンプレート等のグレーテインクレン
ズより成り、マスク１而１とウェハ２面上のスフライフ
ライン９１０＋に設けられている。７は第１イバ号光と
じてのアライメント光束、８は第２信号光としてのアラ
イメント光束であり、これらの光束７．８は不図示のア
ライメントヘッド内の光源から出身、１シ、所定のビー
ム径にコリメートされている。

１１、．１２は各々第１検出部と第２検出部としてのセ
ンサ（光電変換素子）であり、アライメント光束７．８
を受光する例えば１次元ＣＣＤ等より成っている。

本実施例ではアライメント光束７，８は芥々マスク１面
上のフライメン１〜マーク５，６に所定の角度で入射し
た後、各々凸レンズ作用と凹しンス゛作用を受けて透過
回折し、更にウェハ２而］二のアライメントマーク３．
４で反射回折し、第１゜第２検出部１１，１．２而１−
に入射している。そして第１．第２検出部１１．１２面
上に入射したアライメント光束７，８の重心装置を検出
し、該第１．第２検出部１１．１２からの出力（＋”ｉ
号を利用してマスク１とウェハ２について位置合ゎせを
行っている。

例えはＸ方向の位置すれｉｌΔσは第１．第２検出部１
１．１２面上に集光した第１、第２光束７．８０２つの
光束のＸ方向の相対距ｌｉｌ！ｄを検出し、ｒめ設定し
ている第１．第２検出部１１゜１２而にでの基準長ｄ。

（≠Ｏ）からの差に基づ゛いて求めている。ＲＩＪち位
置すれ量Δσをｄ−ｄｏ＝α・Δ０　、（αは定数） より求めている。

（発明が解決しようとする問題点） 第６図に示す位置検出装置では第１物体と第２物体との
相対的位置関係か一致し、即ち位置ずれ量Δσがゼロの
状態のとき、第１．第２検出部１１．１２面上への第１
．第２光束７，８の相対入射位置の間隔（Ｘ方向の計測
値）がゼロとならなく、所定基準値となるようにアライ
メントマークの形状、各要素の光学配置が設定されてい
る。

そして第１物体と第２物体との位置ずれ量Δσを前述の
如く第１．第２光束７．８の第１．第２検ｊＨ部１１．
１２而への入射位置の基準値からの差に基ついて検出し
ている。

このような検出方法は位置すれ硯がゼロの状態で測定系
からの出力（例えば第１．第２光束７゜８の第１．第２
検出部１１．１２面上への入射位置の間隔値）もセロと
なるような所謂零（ｆｆ法と異なる為、他の機械的誤差
鼎囚、例えば第１．第２物体間の位置ずれ検出方向に直
交方向での相対位置の変動、検出部位置の変動など、或
は第１゜第２物体面−Ｖのアライメントマークの物理光
学的＃’−’ｊ＋’ｌ（反射透過率、回折効率、偏光特
性なと）の変動などの影響が直接測定才晶度の劣化に結
びつき易い傾向があった。

囲体的には上記誤差要因によって、位置ずれｈｌかセロ
の状態に対応して予め設定する第１．第２光束の２つの
光束間の第１．２検出部面上での相対距趙、即ち基準値
はセロでないイＪ限値である。

特に第６図に示すような光束射出角度及び受光配置では
基準を相対距離ゼロとする場合に比べるとはるかに変動
を受は易い。即ち（ｉ’７置すれ量がゼロの状態でも、
例えばフライメン１〜マークの物理光学的特性の局所的
な変化に伴い、物体面から射出して検出部に到達する光
束のわずかな割出角の変動、光束断面内の光強度分布の
変動が生じても検出部面子ての基準長は大きく変動して
しまい、イ１装置ずれ量の計測誤差を生しる傾向かあっ
た。

本発明は第１物体と第２物体との相対的位置関係が予め
設定した装置関係となったとき、即ち相対的位置ずれ（
１１かセロとなったときに位置ずれ情報をイ１する第１
光束と第２光束の第１検出部と第２検出部への入射状態
か適切な関係となるように各要素を設定することにより
、第１物体と第２物体との相対的位置ずれを高鯖度に検
出することができるイ装置検出装置の提供を目的とする
。

く問題点を解決するための手段） 本発明の位置検出装置は、第１物体面トに波面変換作用
をする２つのアライメントマークＡＩ。

Ａ２を設け、該第１物体と対向配置した第２物体面一に
に波面変換作用をする２つのアライメントマークＢ１、
Ｂ２を設け、投光手段からの光束のうち該第１物体面上
のアライメントマークＡ１と第２物体面トのアライメン
トマークＢｌて各々波面変換作用を受けた第１光束と、
該第１物体面上のフライメン１〜マークＡ２と第２物体
而」二のアライメントマークＢ２て各々波面変換作用を
受けた第２光束とを各々所定面上に導光し、該所定面上
における該第１光束と第２光束の入射位置を検出り段で
検出し、該検出手段からの出カイ５号を利用して、詠第
１物体と第２物体との相対的位置ずれを検出する際、該
第１物体と第２物体との相対的位置すれかないときに該
第１光束と第２光束の所定面上における入射位置がイ〜
″装置すれ検出方向に致し、又は該第１光束と第２光束
の双方の光束か藷第１物体若しくは第２物体の法線と詠
所定面への入射点とて形成される平面内にイーｒ在し、
又は該第１光束と第２光束の該所定面１−への２つの人
身＋　（＋’／置かＪ亥アライメントマークＡＩ。Ａ２
゜Ｂ１、Ｂ２のうちの１つのアライメントマークの中心
に対して張る角度が最小となるように各要素を設定した
ことを特徴としている。

即ち、本発明は物体面Ａと物体面Ｂを位置合わせずへき
第１物体と第２物体としたとき物体面Ａに物理光学素ｒ
としての機能なイ１−する第１及び第２の信号用のアラ
イメントマークＡ１及びＡ２を形成し、且つ物体面Ｂに
も同様に物理光学素子としての機能を有する第１及び第
２のイ５−号用のアライメントマーク８１及びＢ２を形
成し、前記アライメントマークＡ１に光束を入射させ、
このとき１１′シる回折光をアライメントマークＢ１に
入用させ、アライメントマークＢ１からの回折光の入射
面内での光束重心を第１イ、−１号光束の入射位置とし
て第１検出部にて検出する。

ここで光束の重心とは光束受光内において受光内各点の
その点からの位置ベクトルにその点の光強度を乗算した
ものを受光面全面で積分したときに積分値か０ベクトル
になる点のことであるが、便宜Ｊ−光束重心として光強
度がピークとなる点を用いてもよい。同様にアライメン
トマークＡ２に光束を入射させ、このとき生しる回折光
をアライメントマークＢ２に入射させアライメントマー
クＢ２からの回折光の入射面における光束重心を第２イ
１）号光束の入射位置として第２検出部にて検出する。

そして第１及び第２検出部からの２つの位置情報を利用
して物体面Ａと物体面Ｂの位置決めを行う。

この他本発明では第１検出部に入射する光束の重心位置
と第２検出部に入射する光束の重心イ１装置か物体面Ａ
と物体面Ｂの位置ずれに対して〃いに逆方向に変位する
ように各アライメントマークＡ工、Ａ２．Ｂ１、Ｂ２を
設定している。

（実施例） 第１図は本発明の第１実施例の要部斜視図、第２図は第
１図を一方向から見たときの要部概略図、第３図は第１
図の実施例をプロキシミティ型半導体素ｒ製造装置に適
用したときの装置周辺の要部概略図である。

図中、１は物体面Ａに相当する第１物体、２は物体面Ｂ
に相当する第２物体であり、第１物体１と第２物体２と
のＸ方向の相対的な位置ずれ星を検出する場合を示して
いる。５は第１物体１に、３は第２物体２に設けたアラ
イメントマークであり、第１信号光を得る為のものであ
る。同様に６は第１物体１に、４は第２物体２に設けた
アライメントマークであり、第２仁号光を得る為のもの
である。

各アライメントマーク３．４，５．６は１次元又は２次
元のレンズ作用のあるグレーテインクレンズ又はレンズ
作用のない回折格子等の物理光学素子の機能を有してい
る。９はウェハスクライブライン、１０はマスクスクラ
イブラインであり、その面上には各アライメントマーク
が形成されている。７．８は餅述の第１及び第２のアラ
イメント用の第１．第２信号光束（以下「第１．第２光
束」ともいう。）を示す。

１１、．１２は各々第１及び第２信号光束７．８を検出
する為の第１及び第２検出部である。

第１．第２検出部１１．１２は例えば工次元ＣＣＤ等か
ら成り、素子の配列方向はＸ軸方向に致している。

又、第１．第２検出部１１，１．２はそのＸ方向の原点
位置は等しく、Ｘ方向と略直交する方向（Ｘ方向）に配
列されている。

尚、第３図において１３は光源、１４はコリメータレン
ズ、工５はミラー、１６はピックアップ筐体（アライメ
ントヘット筐体）、１７はウェハステージ、１８は位置
ずれず５号処理部、工９はウェハステージ駆動制御部、
Ｅは露光光束幅を示す。

今、第２物体２から第１又は第２検出部１１１２までの
光パ？的な距離を説明の便宜−１−Ｌとする。物体１と
第２物体２の距離をｇ、アライメントマーク５及び６の
焦点距離を各々ｆ　Ｒ１＋　　ｆ　ａ２とし、第】物体
Ｉと第２物体２の相対位置ずれ量をΔσとし、そのとき
の第１．第２検川部１工】２の第１及び第２信号光束重
心の合致状態からの変位量を各々Ｓ＋　、Ｂ２とする。

尚、第１物体１に入射するアライメント光束は便宜上平
面波とし、符号は図中に示す通りとする。

本実施例における信号光束となる第１．第２光束７．８
は第１物体１面上のアライメントマーク５．６て光学的
作用、例えば回折や結像作用を受け、次いて第２物体２
面上のアライメントマーク】　３ ３．４で光学的作用、例えば反射型の回折や結像作用を
受けて第１物体１面上のアライメントマーク５．６に再
入射し、アライメントマーク５．６では光学的作用を受
けずに透過射出し、第１゜第２検出部１１．１２に入射
している。

このとき信号光束７．８の重心位置８１及びＢ２はアラ
イメントマーク５及び６の焦点ＦＩ。

Ｆ２とアライメントマーク３．４の光軸中心を結ぶ直線
Ｌ１、Ｌ２と、検出部１１及び１２の受光面との交点と
して幾何学的に求められる。従って第１物体１と第２物
体２の相対位置ずれに対して各信号光束の重心位置Ｓ、
、Ｓ２を互いに逆方向にｍる為にアライメントマーク３
．４の光学的な結像倍率の符合を互いに逆とすることで
達成している。

本実施例では第１物体１と第２物体２のＸ方向の相対的
位置すれ星かゼロのとき各アライメントマーク中心に対
して光束７．８の入射位置が張る角度かイ１装置すれが
あるときのこの角度よりも小さく最小となるように、第
１．第２検出部面上の第１．第２光束７，８のＸ方向の
入射位置か一致するように、予めアライメントマーク３
，４５．６（本実施例ではグレーティングレンズ）のパ
ターン形状や配置等を設定している。

以１−二のような光学的パラメータを設定したとき、位
置すれ舅かΔσのときの第１．第２検出部１．１．１２
面上の第１．第２光束７，８のＸ方向の入射イ装置Ｓ、
、Ｓ２は となる。位置すれｅかゼロのときはＳ、＝Ｓ２＝Ｓｏと
なり、第工、第２光束７．８の第１．第２検出部１１．
１２面ＩＱ）Ｘ方向の入射位置は一致する。

次にこのように空間的に分離配置したアライメントマー
クを用いて前述したように信号用の第１．第２光束の入
射位置か定まるようなアライメントマークのバターンン
の設計法について説明する。

尚、アライメントマークとｌノではクレーテインクレン
ズを例にとり説明する。

ます、マスク用のアライメントマーク５，６は所定のビ
ーム径の平行光束か所定の角度で入射し、所定のイ）γ
置に集光するように設、；ｌされる。

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＋ＩＬの光源を置いたときのレン
ズ而における１ン１．縞パターンとなる。

今、第１図、第２図のようにマスク１面上の沖゛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、マスク
而１の法線方向にＺ軸をとる。マスク而１の法線に対し
ｙｚ面内てαの角度で、ｘｚ而面でβの角度て平行光束
がマスク上のアライメントマークに入射し、透過回折後
、集光点（Ｘ＋　、Ｙｔ　、Ｚ＋　）の位置で結像する
ようなりレーテインクレンズの曲線群の方程式は、クレ
ーティングの輪郭位置なｘ、ｙで表わしｘｓｉｎ　　β
＋　ｙｓｉｎ　　ａ　　＋ＰＩ（ｘ、ｙ）−Ｐ２；ｍ＾
／２　　　　　　　　　　　　　・・・・・・・・・・
・・（３）Ｐ＋（ｘ、ｙ）−戸Ｘ−Ｘ＋）”　　”　（
ｙ−Ｖ＋）”　”　７％Ｐ２　　　　＝　　　Ｘ＋’　
　”ｙ＋２”　　Ｚ＋２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。

主光線をマスク而１上の原点を通り、集光点（Ｘ＋　＋
　’Ｊ＋　、Ｚ＋　）に達する光線とすると（３）式の
右辺はｍの値によって１已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、左辺はト光線の
光路に対しマスク上の点（ｘ、　ｙＯ）を通り点（Ｘ＋
　、’ｊ＋　、Ｚ＋　）に到達する光線の光路の長さの
差を表わす。

方＼ウェハ２」二のグレーティングレンズ３゜４は所定
の点光源、即ちマスク１面上のアライメントマークによ
る像点にある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。点光源の位置は
マスク１とウェハ２の露光時のキャップなｇとおくと（
ｘ＋、ｙＺ＋−ｇ＞で表わされる。マスク１とウェハ２
の位置合わせはＸ方向に行なわれるとし、アライメント
完Ｙ時にセンサ面上の点（Ｘ２　＋　ｙ２−２２）の位
置にアライメント光が集光するものとすれば、ウェハ上
のクレーテインクレンズの曲線群の方程式は先に定めた
座標系で 十ｍλ／２　　　　　　　　　　　　　・・・・・・・
・・（４）と表わされる。

（４）式はウニへ面がｚ−−ｇにあり、主光線がマスク
面ト涼点及びウェハ面上の点（０，Ｏｇ）、史にセンサ
面１−の点（×２１’Ｊ２Ｚ２）を通る光線であるとし
て、ウェハ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か半波長の整数倍となる
条件を満たす方程式である。

本実施例では（３）　、　（４）式に基づきアライメン
トマークのパターンを設計する際、第１．第２光束の検
出部面上への入射位置か（＋）　、　（２）式で表わさ
れるように各パラメータを設定する。

今、第１光束用のマスク及びウニ八面上のアライメント
マークのｘｙ面内の中心位置を位置ずれ］ドかセロの状
態で（ＸＭ＋、　ｙＭ＋）　＋　　（Ｘｗ＋。

ｙ８１）でり−え同桂に第２光束に対して（Ｘ　Ｍ２゜
ｙｌ。）、（×□２１　ｙｗ２）と表わす。

イ１装置ずれ１１：かセロのとき第１．第２検出部１１
、．１２上の光束の入射イ装置がＸ方向にいずれもＳｏ
となるためのアライメントマークの設ａ１方Ｐ１１式は
結像作用の順序か＋ｔｉ＋述のとおりの信号光束に対し
ては、次のように表わすことができる。

先ず、マスク−１の第１光束用のアライメントマークの
設計方程式は （ｘ−ｘｙ＋）ｓｉｎβ→（ｙ−ｙＭ＋）ｓｉｎ　ａ　
＋ｌ）、　（ｘ、ｙ）−Ｐ２＝　ｍλ／２・・・・・・
（５） Ｐ＋　（ｘ、ｙ）＝、ＩＴ’ｘ−園二］；：□□；□１
１□−二□’；ｙｌン”　　（３’−ｙｌビ！□！：□
、）□Ｉシ”Ｚｚ−・・・・・・（６） とすればよく、ここに　（Ｘｚ、ｙｚ、Ｚｚ）　　は前
述のように結像点装置を示す。このとき ウェハ面トの第１光束用のアライメントマクの 設置、１力程式は ”　Ｊ−ｇｏ””””ニー’Ｊｌ　；　２岩石＋ｚ−；
−ｇ−）’　−Ｊ　Ｘ＋９−・、Ｖｚ”（Ｚ＋＋−ｇ＞
’→　ｍλ／２　　　　　　　　　　　　　　　　・・
・・・・（８）マスク面１の第２光束用のアライメンｉ
・マークの設ｆｉｌ力程式は （Ｘ−ｘｖ２）ｓｉｎβ′＋（ｙ−ｙｉｉ２）ｓ　ｉｎ
α珪％　（ｘ、ｙ）−Ｐ２・ｍλ／２　　　　　　　　
　　　・・・・・・・・・・（１１）ここに Ｐ＋　′（ｘ、ｙ）−ハ「刀１−ＸＭ２）刀−’（’Ｖ
−ｙｚ＋−！／Ｍｚ）”Ｚ２＋・・・・・・（１０） Ｐ、’＝５斤”Ｊｐ＋’■肩−７・・・・・・（１１）
父、ウェハ面１の第２光束用のアライメントマークの設
計方程式は （Ｘ　Ｘｗ２−５ｏ）２”　（、！／−ｙｗ２−！／、
２）２”　（Ｚ２２”ｇ）２（ｘ−ｘ、ビ×８２）２”
　　（’ｌ−’／ｒｌ−九、　）　２　＋　（Ｚ　、１
ｇ）′のように表わされる。

ここに第１．第２光束７，８は位置ずれ量かゼロのとき
それぞれ（Ｓｏ、Ｘ＋２．Ｚ１２）、（Ｓ。

ｙ２２＋Ｚ２゜）の位置に集光するものとする。以Ｉ−
の設計方程式はマスク面１−に直交絶対座標系を設定し
て導出した。尚、本実施例ではα−αβ＝β′である。

般にマスク用のゾーンプレート（グレーテインクレンズ
）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）の２つの領域か交７１−に形成される
０、１の振幅型グレーティンク素ｒ−として作成されて
いる。又、ウェハ用のゾーンプレーｌ・は５例えば矩形
断面の位相格子パターンとして作成される。（１）、（
２）式において主光線に対して半波長の整数倍の仲買で
、クレーテインクの輪郭を規定したことは、マスク１上
のグレーテインクレンズでは透明部と遮光部の線幅の比
か１　工であること、ウェハ２−トのクレーテインクレ
ンズ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。

マスク１トのクレーテインクレンズはポリイミド製の有
機薄膜」−にＰめＥＢ露光て形成した１／チクルのグレ
ーテインクレンズパターンを転写して形成した。

又、ウェハ２Ｆのマークはマスク１−にウェハの露光パ
ターンを形成したのち露光転写して形成した。

第１．第２検出部（センサ）１１．１２の寸法は幅０．
５ｍｍ、長さ６ｎ＋ｍである。又、各画素のサイズは２
５μｍＸ５００μｍ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（ｒｉ’
４処理される。これによりアライメント光源の出力か多
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５０ｍＷ、波長０．８３μｍの半導体レーザーを用
いて測定Ｉ）た結果、０．２μｍであった。

本実施例に係るマスク用のグレーチイングレンス゛とウ
ェハ用のクレーテインクレンズの設計例では、マスクと
ウェハの位置ずれを１００倍に拡大してイ１；号光束が
センサ而１．で重心位置を移動する。従って、マスクと
ウェハ間に０．０１１１ｍの位置ずれかあったとすると
、センサ面上では１μｍ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か
できる。

第４図は本発明の第２実施例の要部断面１ツ１であり、
位置ずれ検出力向（Ｘ方向）を含む断面を示している。

本実施例では第１物体１面上と第２物体２而−１−７に
設ける第１光束７と第２光束８川の２つのアライメント
マーク５．６　（３，４）を各々物体面上で１（＜複し
て形成している。

このようにして各信号光用の２つのアライメントマーク
を各物体面１−で略凹−領域に形成することにより、物
体面の物理光学的特性の局所的な変化の影響が第１．第
２光束間で異ならないようにしている。

例えば４１’導体素了製造用の露光装置のマスク（或は
レヂクル）とウェハ間のイ１７置合せに右いてはウェハ
面］−のレジスト塗存】むらやウェハ面のそり、コミの
イ・１名なと局所的に物理光学的特Ｐ［か変化すること
がＰ想されるか、ト述した構成番こよりこれを除去する
ことかできる。

更に第１実ｊｋｂ例と同様、本実施例においても第１物
体１と第２物体２との間の位置ずれ贋がゼロのとき、第
１．第２検出部１１．１２に入射する第１．第２光束７
．８のＸ方向大用位置が等１）くなるように各イ２、号
光用のアライメントマーク（３，４，５，６）のパター
ン形状を設定している。尚、第１、第２検出部１１．１
２は同一平面トに各検出領域か形成されているとすると
本実施例に示すアライメントマークの配置では位置ずれ
一モかセロのとき、第１．第２児束７，８が例えはマス
ク面法線を含む特定の平面［−にあることと、芥光束の
Ｘ方向の人躬位置か等しいこととは等価になる。

又、本実ｈｈ例でも位置ずれＩＩ＋：かセロのとき、各
アライメントマークの中心に対して光束７，８が張る角
度が、４ｉ置ずれがあるときのこの角度よりも小さくな
り、位置すれ量かゼロの時に最小となるように設定して
いる。

第５図は本発明の第３実施例の要部概略図であり、イ１
装置ずれ検出力向（Ｘ方向）を含む断面を示している。

本実施例におけるｙｚ面内での光学配置は第３図と同様
である。

本実施例ではｘｚ面内においてラスク面法線に対し所定
の角度θ７．θ２　（θ、−〇、でもよい）で斜入射し
た光束７ａ、８ａをアライメントマーク５，６の１次の
回折作用により、それぞれの主光線方向を所定の角度偏
向して第５図に示すようにマスク面法線に対してφ１．
φ２の角度で射出させてウェハ面１−のアライメントマ
ーク３４に入射させている。

更にウェハ面上のアライメントマーク３．４の１次の回
折作用を受けた後、マスク面を０次で透過した光束７ｂ
、８ｂを位置ずれ信号光束としてそれぞれ第１．第２検
出部１１．１２で受光し、それらのＸ方向の入射位置を
検出するように構成している。

本実施例ではマスク面に入射し、０次又は何等回折作用
を受けずに透過した光束のうちウェハ面１、のアライメ
ントマーク３（４）で１次の回折作用を受けた光束がそ
れぞれマスク面１−のアライメントマーク５（６）に到
達しないように１−記角度パラメータθ１．θ７．φ１
．φ、及びアライメントマークの配置を適切に決めてい
る。

即ち、いまマスク及びウェハ面１−のアライメントマー
クのＸ方向の中心をｘＭｏ、　ｘユ。、それぞれ０）　
ｘ方向幅をｗＭｌｗ、”と記すと、位置すれ１、ｉ−ゼ
ロでの上記条件は、 Ｘｗｏ−０，５Ｗｙ’−ｇｔａｎＯ′＜ＸＭＯ＋Ｏ，’
、ｌＷＭ×θ′は次式 ％式％） 千成に基ついて配置したアライメントマークにより２回
の波面変換作用をうけた光束７．８の第１．第２検出部
１．１，１．２面上の入射位置は第１．第２実施例と同
様、位置ずれにかゼロのとき、Ｘ方向に一致させてもよ
いし、又Ｘ方向に対して所定角度θ（≠０）をなすＸ′
力方向一致させてもよい。

但し、このときはウェハ而はマスク面に対して上記ｘｙ
ｚ座標系においてｘｚ面内で角度θ傾斜しているものと
する。

又、必ずしも位置ずれ駁がゼロのとき検出部面トの入射
位置かト述したように常に所定方向（Ｘ方向）に一致す
る必要はなく、位置ずれ量がゼロのときに２つの光束の
入射点が各アライメントマークの中心に対して張る角度
が本実施例ではＸ方向の位置ずれ計測範囲において最小
となり、即ち位置すれかある場合の、この角度よりも小
さくなり、かつその角度が位置ずれがゼロのときか最小
となれば本発明での高精度、安定化を１−分に達成する
ことができる。

（発明の効果） 本発明によれば第１物体と第２物体に各々設けたアライ
メントマークで回折等の波面変換作用を受けた２つの光
束の所定面上への入射状態か前述した如く適切なる関係
となるようにアライメントマークの形状、配置、そして
光束の入射角度等のパラメータを設定することにより、
第１物体と第２物体との相対的位置ずれを高精度に検出
することができる位置検出装置を達成することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の型部斜視図、第２図は第
１図を一方向から見たときの要部概略図、第３図は第１
図の実施例をプロギシミティ型の半導体素子製造用の露
光装置に適用したときの要部概略図、第４図、第５図は
本発明の第２゜第３実施例の要部概略図、第６図は従来
の位置検出装置の要部斜視図である。 図中、１は第１物体（マスク）、２は第２１＃Ｊ体（ウ
ェハ）、３，４，５．６は各々アライメントマーク、７
，７ａ、７ｂは第１光束、８，８ａ。 ８ｂは第２光束、９，１０はスクライブライン、１１は
第１検出部、１２は第２検出部、工３は光源、 １４はコリメータレンズ、 ５はミラー ６はピックアップ筐体である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１物体面上に波面変換作用をする２つのアライ
   メントマークＡ１、Ａ２を設け、該第１物体と対向配置
   した第２物体面上に波面変換作用をする２つのアライメ
   ントマークＢ１、Ｂ２を設け、投光手段からの光束のう
   ち該第１物体面上のアライメントマークＡ１と第２物体
   面上のアライメントマークＢ１で各々波面変換作用を受
   けた第１光束と、該第１物体面上のアライメントマーク
   Ａ２と第２物体面上のアライメントマークＢ２で各々波
   面変換作用を受けた第２光束とを各々所定面上に導光し
   、該所定面上における該第１光束と第２光束の入射位置
   を検出手段で検出し、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物体との相対的位置ずれを検出
   する際、該第１物体と第２物体との相対的位置ずれがな
   いときに該第１光束と第２光束の所定面上における入射
   位置が位置ずれ検出方向に一致し、又は該第１光束と第
   ２光束の双方の光束が該第１物体若しくは第２物体の法
   線と該所定面上への入射点とで形成される平面内に存在
   し、又は該第１光束と第２光束の該所定面上への２つの
   入射位置が該アライメントマークＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ
   ２のうちの１つのアライメントマークの中心に対して張
   る角度が最小となるように各要素を設定したことを特徴
   とする位置検出装置。