JPH04148813A - 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、例えは半導体素ｒ製造用
の露光装置において、マスクやレヂクル（以ド「マスク
」という。）等の第１物体面ト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ずれ部を求め
、双方の位置決め（アライメント）を行う場合に好適な
イ装置検出装置に関するものである。

（従来の技術） 従来より〒４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Ｐ［能面１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
イ１７置台わせにおいては、−゛ｒ導体素子の高集積化
の為に、例えばサブミクロン息子−の位置合わせ精度を
有するものが要求されている。

多くのイ））誤検出装置においては、マスク及びウニへ
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１７られる位置情報を利用して、双方のアラ
イメントを省っている。このときのアライメント方法と
しては、例λば双方のアライメントマークのずれ量を画
像処理を行うことにより検出したり、又は米国時１；′
１第４０　：１７　！ｌ　）ｉ　！１号や米国特＋ｉｆ
第４５１／１８５乏（−リや特開昭５［ｉ　−１５７０
：ｆ　：］　−’ｊ＞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−１〜を用い、１．麦
ソーンブレ−１・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一１−における集光点位
置を検出すること冥により杓っている。

般にゾーンプレートを利用したアライメントマーク人は
、中なるフライメン１−マークを用いたカフ去に比へて
アライメントマークの欠損に影響されずに比較的ｉＨニ
ア７精度のアライメントか出来る特長かある。

第５図はゾーンプレートを利用１ノだ従来の位置検出装
置の概略図である。

同図においてマスクＭはメンフレン１１７に取り付けて
あり、それをアライナ−本体１１５にマスクヂャック１
１６を介して支持している。本体１１５Ｆ部にアライメ
ントヘラｌ＜　１１４が配置されている。マスクＭとウ
ェハＷの位置合わせを行う為にマスクアライメントマー
クＭＭ及びウェハアライメントマークＷＭかそれぞれマ
スクＭとウェハＷに焼き付けられている。

光源１１０から出射された光束は投光レンズ系１、１．
１により゛ＩＬ行光となり、ハーフミラ−１１２を通り
、マスクアライメントマークＭＭへ入射する。マスグア
ライメン１〜マークＭＭは透過型のゾーンプレートより
成り、入射した光束は回折され、その＋１次回折光は点
Ｑへ集光する凸レンズ作用を受ける。

又、ウェハアライメントマークＷＭは反射型のゾーンプ
レー１−より成り点Ｑへ集光する光を反射回折させ検出
面１１９Ｌへ結像する凸面鏡の作用く発散作用）を持っ
ている。

このときウェハアライメントマークＷＭで１次で反射回
折作用を受けた信号光束はマスクアライメントマークＭ
Ｍを通過する際、レンズ作用を受けずに０次光として透
過し検出面１１９１、に集光してくるものである。

ここでマスクＭのアライメントマークＭＭてｍ次の回折
作用を受け、ウェハＷのアライメントマークＷ　Ｍ　”
Ｃｎ次の反射回折作用を受け、山風マスクＭのアライメ
ントマークＭＭで！次の回折作用を受けた光束を以下、
便宜上（ｍ、ｎ、　Ｉｌ）次光と称する。従って＋ｉｉ
ｉ’　７の光束は（１，−１０）次光のイ１ニーＪ光束
となる。

同図の位置検出装置においては、マスクＭに対しウェハ
Ｗが相対的に所定１讐ｋ　４０置すれしていると、その
位置すれ」ｔΔσＷに対して検出面１１９上に入射する
光束の入射位置く光量の重心位置）がずれてくる。この
ときの検出面１１９上のずれ！、；ΔδＷと位置ずれ量
ΔＯＷとは　定の関係があり、このときの検出面１１９
上のずれ量ΔδＷを検出することによりマスクＭとウェ
ハＷとの相対的な（、ｌ’７置すれ晴ΔσＷを検出１）
でいる。

同図に示すようにマスクＭから１４」射するイＪ）分光
束の集光位置Ｑからウェハ２まての距離をａＷ、ウェハ
Ｗから検出面１１９までの距蛸ｂｗとしたとき検出ｍ１
１１９１のイ１装置ずれ１１：ΔδＷはとなる。（ａ）
式より明らかのように（ｂ　ｗ　／　ａ　ｗｌ）倍に位
置すれ焔か拡大される。この（ｂｗ／　ａ、　ｗ　−１
）が位置ずれ検出倍率となる。

尚、同図に小す装置では　般にマスクＭ固清後にためし
焼智を１１いマスクとウェハとのイー″装置ずれはがな
いときの信号光束の入射イ装置（基準位置）をＸ準とし
、この位置と実際の光束の入射イ◇装置とのずれ量を検
出面１１９で検出し、このときの値△δＷを用いて（ａ
）式より位置ずれ量Δσを求めている。

（発明が解決しようとする問題点） 般に第５図に示す位置検出装置では検出面１１９上には
（１，−１，０）次光の他に回折次数の異なる（０．−
１．．１）次光が略々集光する場合がある。

例えばマスクＭ１−のアライメントマークＭＭへ入射し
たのち、これをＯ次回杭先で透過し、ウェハＷ１−のア
ライメントマークＷＭでます一１次で反射回折し、凹パ
ワー（発散）の作用をうけ、更にマスクＭトのアライメ
ントマ〜りＭＭて＋１次で透過１６ＮＨシて凸パワー（
収束）の作用を受けた（０．−−１．１）次光か検出１
ｒｌｉ　１１９に略々集光する場合がある。

第６図はこのときの（１，−１，Ｏ）次光と（０，−１
，，１）次光の伝播の様子を模式的に小した説明図であ
る。

ここで　般には（１，−１，Ｏ）次光と（０゜１．１）
次光とてはマスクとウェハ間の相対位置すれ！ｔに対す
る入射装置移動量の検出倍率か果なる。この為、光束の
入射位置として検出面１１９内において、検出面内の各
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
したものを検出面仝面で積分したときに積分値か０ヘク
トルになる点く以下（光束の）重心と呼ぶ）を検出する
と、信号光束としての（１，−１，０）次光以外に（０
，−１，１）次光の影響を受けてしまい、或はＳ／Ｎ比
か劣化する等して（ａ）式を用いてもｉｌＥ　シい位置
すれ量の検出ができない場合があフた。

（１−１，Ｏ）次光と（０，−１，１）次光の光強度比
関係が常時ある程度一定植に保たれるならば、これら２
光束により形成される検出面一にの光強度分布全体によ
る重心位置のずれ量のマスクとウェハ間の相対位置ずれ
贋ΔσＷに対する検出倍率を求め、これを新たな位置ず
れ検出倍率として位置ずれ検出を行う方法もある。

この場合、それぞれの光束の光強度比かレジス１−を膜
厚の変動などのウェハプロセス要因或は位置ずれ検出方
向に直交する方向の位置合わせ物体間の位置の変動があ
る場合はこれに伴って変化し、その結果（１，−１，０
）次光と（ｏ、−ｉ。

１）次光を合わせたトータルな位置ずれ検出倍率が変動
し、位置ずれ検出誤差となるという問題点があった。

本発明はこのような対象とするイ５号光束である（ｍ、
ｎ、υ）次光に対して検出誤差要因となる（ｍ’、ｎ′
、ｕ′）次光、（但し、ｍ′≠ｍ又はｎ′≠ｎ又はｕ′
≠ρ）の悪影響を効果的に防止し、高粒度な位置すれ量
の検出かり能な位置検（ｉ装置の提供を［１的とする。

（問題点を解決するための１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
を有するアライメントマークを設け、第２物体面上に波
面変換作用を有するアライメントマークを設け、投光−
Ｌ段からの光束のうち該２８１物体面ｌ−のアライメン
トマークと該第２物体面１−のアライメントマークで各
々波面変換作用を受けた光束を所定面１−に導光し、１
該所定而りにおける該光束の入射位置を検出１段で検出
することにより、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２物体面Ｉのアライメントマー
クを該第１物体面上のアライメントマークで０次同折し
た光束か該第２物体面Ｉ−に入射する領域から外れた領
域に設けたことを特徴としている。

又本発明では、第１物体面トに波面変換作用を有する２
つのアライメントマークＡ１．、Ａ２を設け、第２物体
面トに波面変換作用を有する２つのアライメントマーク
Ｂ１．Ｂ２を設け、投光丁１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と該第２物体面トの
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物体面トのアライメントマークＡ２と該
第２物体面ト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光束とを所定面トに導光し、該所定面
トにおける２つの光束の入射位置を各々検出予設て検出
することにより、該第１物体と第２物体との相対的な位
置ずれを検出する際、詠第１物体又は第２物体面トの他
方の２つのアライメントマークを単一の領域に重複又は
隣接して設け１．該第２物体面上の２つのアライメント
マークを該第１物体面の２つのアライメントマークをＯ
次同折した光束が該第２物体面に入射する領域から外れ
た領域に設けたことを特徴としている。

この他本発明では、前記２つのアライメン１〜マークＡ
１．Ａ２又は前記２つのアライメントマークＢ１．Ｂ２
を同一のマークより構成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に波面変換作用
をイ１する物理光学素子としての機能を有する第１及び
第２の信号用のアライメントマークＡ１及びＡ２を所定
の条件を満足するように分離形成し、Ｈ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
の信ぢ用のアライメントマーク８１及びＢ２を隣接して
形成し、前記アライメン１〜マークＡＩに光束を入射さ
せ、このとき生じる回折光をアライメントマークＢ１に
入射させ、アライメン１〜マークＢ１からの回折光の入
射面内での光束重心を第１信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的各点の
その点からの位置ヘクトルにその点の光強度を乗算した
ものを受光面仝【ｒｌｌ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か、便宜ト光束重心として
光強度か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、このとき生じる回
折光をアライメントマークＢ２に入射させアライメント
ークークＢ２からの回折光の入射面における光束重心を
第２信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。このとき
（ｍ、ｎ、ｕ）次光に対して検出誤差要因となる（ｍ′
、ｎ’、、Ｑ”）次光の悪影響を排除する為に前述の如
くアライメントマークの位置や入射光束の入射方向等の
各要素を適切に設定している。

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位置が物体面Ａと物
体面Ｂの位置ずれに対して互いに逆方向に変位するよう
に各アライメントマークＡ１、Ａ２．Ｂ１、Ｂ２を設定
している。

（実施例） 第１図は本発明の原理及び要部構成要件等を展開して示
した第１実施例の説明図、第２図は第１図の構成に」１
Ｌつ〈本発明の第１実施例の要部斜視図である。

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
の相対的なイ装置すれ星を検出する場合を示している。

本実施例では第１物体１を通過し、第２物体２で反射し
た光が再度第１物体１を通過する際、０次回折する場合
を取扱っている。この為第１図では第１物体１は２つ示
されている。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２４５号光を得る
為のものである。尚、第１図ではアライメントマーク３
，４を等価な透過型のアライメントマークに置換した光
路で示している。

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ク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ｒｔ９の波面変換
作用をｈする光学部材から成っている。

本実施例では第１物体１面Ｆの２つのアライメントマー
ク５．６を位置合せ方向（×方向）に所定量分離して設
けている。又第２物体２面１−：　０）２つのアライメ
ントマーク３，４を隣接して設けている。このとき光源
手段（不図示）からの光束のうち第１物体１面」−の２
つのアライメントマーク５．６に人射し、各々のアライ
メントマーク５．６で０次回折した光束が第２物体２面
上に入射する際、該入射領域から外れた領域に２つのア
ライメントマーク３．４が位置するようにしている。

尚、このとき第２物体面」−の２つのアライメントマー
ク３．４はＯ次回折した光束の入射領域から完全に外れ
た領域に設ける必要はなく多少型なっていても良い。例
えば重なり合う領域の面積かアライメントマークの面積
に比べて３割程度以ドであれば本発明の目的な略達成す
ることができる。

９はウェハスクライブライン、１０はマスクスフライフ
ラインであり、その面トには各アライメントマークが形
成されている。７，８は航速の第１及び第２のアライメ
ント用の第１．第２信号光束を示す。今、７′、８′（
不図示）を前述した各々第１．第２信号光束７．８に対
応する検出誤差要因となる所定次数の回折光束とする。

本実施例では各光束を前述の定義した）ｊ法で示すと第
１信号光束７は（１，−１，Ｏ）次兄、第２信号九束８
は（−１，１，Ｏ）次光、光束７′は（０，−１，１）
次光、光束８′は（０゜１、−１）次光となっている。

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１次元ＣＣＤ
等から成り、素Ｙ“の配列力面はＸ軸方向に致している
。

第２物体２から第１又は第２検出部１．１．１２までの
光学的な距離を説明の便宜上りとする。物体１と第２物
体２の距離をｇ、アライメントマーり５及び６の焦点距
離を各々ｆ＋、ｆ３とし、第１物体１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検出部
１１，１２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、、Ｓ２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。

信号光束重心の変位量Ｓ、及びＳ２はアライメントマー
ク５及び６の焦点Ｆ、、Ｆ３とアライメントマーク３．
４の光軸中心を結ぶ直線ＬＩＬ２と、検出部１１及び１
２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
号光束重心の変位量Ｓ１、Ｓ２を互いに逆方向に得る為
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。

尚、本実施例において、光源のれ類としては゛Ｆ導体レ
ーザー、Ｈ，、−Ｎ１．レーザー、Ａ、−レーザー等の
コヒーレント光束を放射する光源や、発光タイオード等
の非コヒーレント光束を放射する光源等を用いている。

第２図に示すように本実施例ては（１，−１０）次光と
しての光束７と（−１，１，Ｏ）次光としての光束８は
各々マスク１血トのアライメントマーク５．６に所定の
角度で入射した後、透過回折し、史にウェハ２而１のア
ライメントマーク３．４で反射回折し、検出部１１．１
２に入射する。又（０，−１，１）次兄としての光束７
′と（０，１，、−１）次光としての光束８′はマスク
１血トのアライメンｊ・マーク５，６を０次で透過した
後、ウェハ２　ｉｊ’＋ｉ　Ｉのアライメントマーク３
゜４で反射回折し、次いてマスク１面（のアライメント
マーク５．６で透過回折した後に、検出部１１．１２外
に入射し又は検出部１１．１２に入射したとしても第１
、第２（；ｉ号光の検出に影響しないように前述の如く
各アライメントマーク３゜４．５．６を設定している。

これにより本実施例では検出部１１．．１２面上に入射
したアライメント光束７，８の重心位置を検出し、該検
出部１１．１２からの出力信号な利Ｊ、ｆｌ　ｌノてマ
スク１とウェハ２について位置すれ検出を行っている。

。 次に第１図に示すようにアライメントマークに没則する
光束のアライメントマーク面法線に対する投射角度と、
第１．第２物体間の位置ずれ計−Δσに対応する検出面
上の光束入射位置について説明する。

今、第１物体トの第１のアライメントマーク５の中心位
置（光軸位置）を（ＸＭＯＩ　＋　’Ｊｙ。

Ｏ）とし、アライメントマーク５にＸＺ而面て角度θて
入射した平行光束の結像点位置を（ＸＭｙＭｌ　Ｚ　Ｍ
ｌ）とおくとＺＭＩ−ｆｌとなる。

方、第２物体上のアライメントマーク３の位置ずれ量が
０のときの中心位置（光軸位置）を（Ｘｗ＋、　ｙｗ＋
、　　　ｇ）とし、アライメントマーク３は（ＸＭ１、
　ｙＭ□、−ｆ、）にある点光源を位置ずれ量か零のと
き（Ｘｓ’、　’Ｊｓ＋、　Ｚｓ＋）のイ装置に結像す
るように設計されているものとする。同様にして第１物
体面上のアライメントマーク６の中心位置（光軸位置）
を（ＸＭＯ２、’／Ｍａ２．０　）と１ノ、アライメン
トマーク５と同様に結像点（Ｍ置を（ＸＭ２．　ｙＭ２
．　　　ｆ’：＋　）とおくことができる。またアライ
メントマーク４の位置すれ量が０のときの中心位置（光
軸位置）を（ＸＷ２＋　ｙｗ２．　　ｇ）とし、アライ
メントマーク４ば（Ｘ　Ｍ２．　ｙＭ２゜ｆ２．）にあ
る点光源を位置ずれ最が零のとき（Ｘ　８２．’Ｉ　！
＋２＋　２８２）の１１′Ｉ置に結像するように設置、
１されているものとする。又マスク面１−から検出面ま
テノＲＩｉ　ｔｉｌｌ！をＬ′とする。

以１のパラメータ設定のもとて第１信号光を形成する（
１．−１．Ｏ）次光の光束７の第１物体に対する第２物
体の位１１ｖ１“ずれＩＩ（Δ０に対応する検出部面１
−の光束重心ＩＩ７置の変化【７：をＳ、１とすると となる。

同様にして（−１，１，０）次光の光束８の検出部面上
の光束重心位置の変化量を５１２とすると 更にレンズの結像特性の一般的関係からＸＭｏ＋　”　
Ｘｙｔ　　　　（ｉｎ、２）　　　・・・・（３）また
Ｘ　Ｍｉ＋　Ｘ　ｗｉはそれぞれ第１物体面Ｉのアライ
メントマークと第２物体面上のアライメントマークの主
光線に関する偏向角、およびそれぞれの焦点！ｌ１Ｉｉ
ＩＩｌで決まる量で である。

今、第１物体面１−のアライメントマーク設定領域の中
心を原点としアライメントマーク面内において位置すれ
量の検出方向をＸ軸、またその直交方向をｙ１１！ＩＩ
ｌとし、アライメントマーク面法線力向にＺＩｐＨｌを
とる。

検出部は１−記ｘｙｚ直交座標系において受光領域の中
心か（Ｘｓ、ｙｓ＋Ｚｓ）て表わされ、また受光領域は
矩形でそのサイズがＸ方向にｄその的交方向にｄ、とす
る。

本実施例では検出面子の２つの光束の入射位置（光量重
心位置）のＸ方向の相対距離ｄを計測し相対距１ｉ１１
ｆｄの基準長ｄ。に対する差５＝ｄ−ｄ。

から位置すれ量Δσを求める。即ち、 ｄ＝ｓ、−５２ ここに ”　　ＸＭＩ　　−ＸＭ２ 式より差Ｓは αはイ＼装置ずれ量Δσに対する検出（ｉ′ｊ率を表わ
す。

従ってαか既知ならばＳ／αより位置すれ；ｉΔ０を求
めることかできる。

本実施例の特徴としては［ｉＧ記アライメン１〜マーク
の配置のばかに第１図において明らかなように第１イ、
１可児７と第２イ１；可児８の光路を検出部Ｉ−に集光
させる途中で交差させていることである。

アライメントマーク５，６の中点０イマ１近に強度分１
１ｉのピークなイｊするカラシアン分布上の平行光束を
第１物体＋１−に照射し、１１つ第１１１１号光７と第
２信号光８の光路を交差させることにより、本発明者は
光線追跡によるシミＪＬレーションの結果、第１．第２
物体間の間隔の変動が牛しても検出面子の２光束の相対
重心距離ｄが殆ど変化しないことを見出した。

これにより本実施例では従来より問題とな）ていた（１
．、−１．０）次兄と（０，−１，１）次光との間の相
対光量の変動、第１．第２物体間の間隔の変動などに起
因するイカ置ずれ量計測誤差の発生を抑制している。

第３図（Ａ）は第２図の第１実施例をプロキシミティ型
゛ｒ−導体製造装置に適用した際の装置周辺部分の構成
図を示すものである。第２図に示さなかった要素として
光源１３、コリメーターレンズ系（又はビーム径変換レ
ンズ）１４、投射光束折り曲げミラー１５、ピックアツ
プ１′コイ本（アライメントへ・ソト筺体）１６、ウェ
ハステージ１７、イ）装置ずれ信号処理部１８、ウェハ
ステージ駆動制御部１９等である。Ｅは露光光束幅を示
す。

本実施例においても第１物体としてのマスク１と第２物
体としてのウェハ２の相対位置ずれ量の検出は第１実施
例で説明したのと同様にして行われる。

尚、本実施例において位置合わせを行う手順としては、
例えば次の方法を採ることができる。

第１の方法としては２つの物体間の位置すれ量Δσに対
する検出部１１．１２の検出面１１ａ。

１２ｂトての光束重心ずれ量Δδの信号を得、信号処理
部１８で重心ずれ信すから双方の物体間との位置ずれ量
Δ０を求め、そのときの位置すれ１讐１Δσに相当する
量だけステージ駆動制御部１９てウェハステージ１７を
移動させる。

第２の方法としては検出部１１．１２からの（ｊＳ号か
ら位置ずれ量Δσを打ち消す方向を信号処理部１８で求
め、その方向にステージ駆動制御部１９でウェハステー
ジ１７を移動させて１◇置ずれ甲Δσが許容範囲内にな
るまで縁り返して行う。

以トの位置合わせ手順のフローヂャ−１・を、それぞれ
第３図（Ｂ）、（Ｃ）に示す。

本実施例では第３図（Ａ）より分かるように光ｆｌＡ１
３からの光束は露光光束の外側よりアライメントマーク
５．６に入射し、アライメントマーク３．４から露光光
束の外側に出射する回折光を露光光束外に設けられた検
出部１１．１２で受光して入射光束の位置検出を行って
いる。

このような構成でピックアップ筺体１６は露光中退避動
作を必要としない系も具現化できる。

第４図は本発明の原理及び要部構成要件を展開して示し
た第２実施例の説明図てあり、第１図と同様にして示し
ている。

本実施例では第１物体１面上に９１−の領域より成るア
ライメントマーク５を設け、第２物体２　ｉｆ＋ｉ上に
２つのアライメントマーク３，４を所定量分離して設け
ている。そして第１物体１面上のアライメントマーク５
に入射し、０次回ｊａｉシた光束が第２物体面上に入射
する領域から路外れた領域にアライメントマーク３．４
を設けている。

本実施例では便宜ト第２物体２面で波面変換作用をうけ
る光束は第２物体２を透過するように描いであるが、実
際は第２物体面２て反射ｌノだ後、第１物体１面を０次
で透過回折した光束であってもよい。

アライメントマークの配置は位置すれ量かＯ近傍の状態
で第１物体１面上のアライメントマーク５の直下に第２
物体２而１のアライメンＩ・マーク３．４か存在（）な
いようにアライメントマーク３．４を分離配置している
。或は第１物体工面上のアライメントマーク５の直下に
第２物体２面」二のアライメントマークが存在しても第
１物体１面上のアライメントマークの第２物体２面への
射影と第２物体２面上のアライメン１〜マーク３，４と
の重なり合う領域の面積か例えば第２物体２而Ｊ−のア
ライメントマークのそれぞれの全面積に比して例えば３
開栓度以下と十分小さくなるようにそれぞれのアライメ
ントマークのサイズおよび配置を定めている。

以上のようにアライメントマークを設定した上で本実施
例では第１信号光束７として第１物体１面上のアライメ
ントマーク５、即ちクレーティングレンズで＋１次の回
折作用をうけ、収斂光となって第１物体１を透過し、第
２物体２面上のアライメントマーク４で更に１次の回折
作用をうけて、第゛２物体２面を反射した後、第１物体
１を０次で透過して最終的に検出面１１上で集光する光
束を用いている。

第２物体２上のグレーティングレンズ４での波面変換作
用は光束発散作用であり、クレーティングレンズ４は凹
レンズとして作用する。

方、第２（、ｉ可児束８としては第１物体面１のアライ
メントマーク５て一１次の回折作用（凹レンズとして作
用）をうけ、発散光となって第１物体１を透過し、第２
物体面上のアライメントマーク３（凸レンズとして作用
）で更に１次の回折作用をうけた後、第１　（ａ　”′
Ｊ光７と同様に最終的に検出面１２トで集光する光束を
用いている。

このように本実施例では第１物体１面上のグレーティン
グレンズ５て回折次数の符号（正又は負）の異なる２つ
の光束を発生させ、それぞれの光束が第２物体面２上の
異なる領域に配置されたクレーティングレンズ３．４で
異なる波面変換作用を受けるように構成し検出面上の２
つの集光光束の光強度分布の重心位置から２光束間の相
対重心距離を求め、第１実施例と同様に処理することに
より第１．第２物体間の相対的な位置ずれ励を計測して
いる。

本実施例においても第１実施例と同様に検出部上で第１
信号光としてアライメン１〜マーク４，５の組み合せで
回折した光束に対して単一の信号光（１，−１，０）次
光が集光し、又第２４．Ｘ号光としてアライメントマー
ク３．５の組み合せて回折した光束に対してやはり単一
の信号光（−１１，０）次光が集光する。このように信
号光として単一の回折次数の履歴をもった光束の受光を
可能とし、従来、複数の回折次数の履歴の異なる光束が
集光するために生じていた位置ずれ計測誤差の発生を抑
制している。

尚、上述の各実施例では２つの検出部での重心位置のＸ
方向に沿った間隔の変化量が第１物体（マスク）と第２
物体（ウェハ）間のＸ方向の相対位置ずれ量に比例する
ことを利用し、この間隔の変化量を検出する方式であっ
たか、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば
従来例のように１つの検出部における重心位置の基準位
置からのすれ量か第１物体（マスク）と第２物体（ウェ
ハ）間のＸ方向の相対位置ずれ星に比例することを利用
し、このずれ量を検出する方式にも同様に適用できるも
のである。

（発明の効果） 本発明によれば以上のように各要素を設定することによ
り、対象とする信号光である（ｍ。

ｎ、　　ｆｌ）次光に対して検出誤差要因となる（ｍ′
、ｎ′、４２′）次光の影響を排除し、第１物体と第２
物体との相対的な位置ずれ量を高結度に検出することの
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図は本発明の原理及び要部構成要件等を示す第１実
力ζ例の説明図、第２図は第１図の構成に基づく本発明
の第１実施例の要部斜視図、第３図（Ａ）は第２図の第
１実施例をプロキシミティ型半導体製造装置に適用した
要部概略図、第３図（Ｂ）、（Ｃ）は第３図（Ａ）の計
測制御のフローチャート図、第４図は本発明の原理及び
要部構成要件等を示す第２実施例の説明図、第５図は従
来の位置検出装置の要部概略図、第６図は（１，−１，
Ｏ）次光と（０，−１，１）次光の説明図である。 図中、１は第１物体（マスク）、２は第２物体（ウェハ
）、３，４．．５．６は各々アライメントマーク、７．
８は各々第１．第２信号光束、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、１．１．１２は
検出部、１３は光源、１４はコリメーターレンズ系、Ｉ
５はハーフミラ−５工６はアライメントヘラ１〜筺体、
１８はイ、；号処理部、工９はウェハステージ駆動制御
部である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１物体面上に波面変換作用を有するアライメン
   トマークを設け、第２物体面上に波面変換作用を有する
   アライメントマークを設け、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と該第２物体面上
   のアライメントマークで各々波面変換作用を受けた光束
   を所定面上に導光し、該所定面上における該光束の入射
   位置を検出手段で検出することにより、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２物体面
   上のアライメントマークを該第１物体面上のアライメン
   トマークで０次回折した光束が該第２物体面上に入射す
   る領域から外れた領域に設けたことを特徴とする位置検
   出装置。
2. （２）第１物体面上に波面変換作用を有する２つのアラ
   イメントマークＡ１、Ａ２を設け、第２物体面上に波面
   変換作用を有する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と該第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と該第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光束とを所定面上に導光し、該所定面上における２
   つの光束の入射位置を各々検出手段で検出することによ
   り、該第１物体と第２物体との相対的な位置ずれを検出
   する際、該第１物体又は第２物体面上の他方の２つのア
   ライメントマークを単一の領域に重複又は隣接して設け
   、該第２物体面上の２つのアライメントマークを該第１
   物体面の２つのアライメントマークを０次回折した光束
   が該第２物体面に入射する領域から外れた領域に設けた
   ことを特徴とする位置検出装置。
3. （３）前記２つのアライメントマークＡ１、Ａ２又は前
   記２つのアライメントマークＢ１、Ｂ２を同一のマーク
   より構成したことを特徴とする請求項２記載の位置検出
   装置。