JPH04204308A - 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位置決め（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、半導体素子の高集積化の為に、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、マスク及びウニ八面
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号公報て提
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っている。

一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べてアラ
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６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て集光点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及び支持台６２に載置したウェハ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
アライメントハ’；ｔ−ン６８　ａ、　　６０　ａ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ついて制御回路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フている。

第７図は第６図に示したマスクアライメントパターン６
８ａ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面上のウェ
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、再ひマスク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７８ｂ
を形成する。同図においてはウェハ６ｏにより回折され
た光束か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に范じて集光点７８を含む光
軸と直交する平面に沿って該ずれ量Δ０に対応した量の
ずれ量Δσ′として形成される。

従来はこのときのずれ量Δ０′を検比しマスク６８とウ
ェハ６０との位置合わせを行っていた。

（発明が解決しようとする課題） 第６図に示す位置合わせ装置においてはマスクとウェハ
の間隔ｇについて成る量の不確定量が伴い、それにより
例えば次のような問題点があった。

ずれ量Δσ′がずれ量Δσと間隔ｇの両方の１に依存す
る量であるため、１つのずれ量Δ０′に対して幾組もの
ずれ量ΔＯと間隔ｇの組か対応してくる。この為、仮に
集光点７８ａの位置で合致状態を検出しようとする場合
、非合焦時、例えば集光点７８ｂの位置に光束か集光し
ていたとするとずれ量Δａ′の値を正確に測定したとし
ても、ずれ量Δσか正確に決まらない。この為、１回の
位置合わせ動作ですむところ、２回、３回と行う必要が
起りスループットが低下してくる。

本発明はマスク等の第１物体とウェハ等の第２物体との
位置検出の際に発生する誤差要因を解決し、高精度にし
かも容易に位置合わせを行なうことのできる簡易な構成
の位置検出装置の提供を目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は第１物体と第２物体の相対的な面内の位置すれ
量（以下単に「ずれ量」ともいう。）を求めると共に同
時に間隔も求め、第１物体と第２物体の位置検出を高精
度に求めるようにしたことを特徴としている。

特に本発明では、第１物体面上と第２物体面上に各々物
理光学素子を設け、これらの物理光学素子に入射させた
光束の所定面上に生する所定次数の回折光束の位置情報
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
との相対的な位置検出を行う際、該第１物体と該第２物
体との相対的な間隔ｇにおける相対的なずれ量Ｗと、該
検出手段で検出される位置情報ｙとの関係を実験的に求
めて記録した記録手段を参照して、該検出手段により所
定面上に生ずる少なくとも３つの回折光束の各回折光束
間のうち該第１物体と該第２物体との相対的なずれ量Ｗ
と相対的な間隔ｇの双方に関係する回折光束間の値を少
なくとも２つ検出し、該検出手段からの出力信号を用い
て演算手段によりずれ量Ｗと間隔ｇを求めたことを特徴
としている。

例えば該第１物体と該第２物体との既知の相対的な間隔
ｇと既知の相対的なずれ量Ｗにおける検出手段で得られ
る位置情報ｙとを多数の間隔ｇ、ずれ量Ｗとの組み合わ
せにおいて実験的に求めておき、これら３つの要素ｇ、
ｗ、ｙに関する一般式（実験式）を求め、記録手段に記
録しておく。

そして検出手段から得られた出力信号よりずれ量Ｗと間
隔ｇを求める際に記録手段に記録しておいた一般式を用
いて求めるようにしている。

（実施例） 第１図は本発明の第１実施例の要部概略図、第２図は第
１図の各光束の光路を模式的に展開したときの要部概略
図である。

第１．第２図においてＩｌｌは不図示の半導体レーザ又
はＳＬＤ又はＸ線源等からの光束であり、マスク等の第
１物体１面上の後述する物理光学素子ｚｌ、ｚ３に角度
θで入射している。２はウェハ等の第２物体であり、第
１物体１と間隔ｇ隔てて対向配置されている。Ｗは第１
物体１と第２物体２との相対的なずれ量を示している。

ｚｌ、ｚ３は各々第１物体１面上に設けた透過型の第１
．第３物理光学素子であり、光束１１は物理光学素子ｚ
ｌ、ｚ３に入射している。ｚ２゜ｚ４は第２物体２面上
に設けた反射型（第２図では透過型として示している。

）の第２．第４物理光学素子て、これらの物理光学素子
２１〜Ｚ４は例えば回折格子やゾーンプレート等から成
っている。

第３図に本実施例に係る第１物体１と第２物体２面上の
物理光学素子のパターン例を示す。

物理光学素子２１〜ｚ４はレンズ作用を有しその焦点距
離は各々ｆ１〜ｆ４である。

ＩＬ２〜ｉｔ９は各々物理光学素子からの所定次数の回
折光、３は検出手段で例えばラインセンサやエリアセン
サ等のセンサで第１物体１から距離したけ離れた位置に
配置されている。ａｔ、Ｃ２は各々物理光学素子ｚｌ、
ｚ３の光軸であり、このうち光軸ａ１と光軸ａ２との間
は距離りだけ離れている。

点Ｃ１〜Ｃ４はそれぞれ回折光ｊ２３．　Ｉｔ５゜Ｉｔ
７．μ９のセンサ３面上の光束重心位置である。このう
ち点ＣＩ、Ｃ２は光軸ａ１から各々距離ｙｌ、ｙ２ｊｌ
ｌれたところの点であり、点Ｃ３゜Ｃ４は光軸ａ２から
各々距離ｙ３．ｙ４１１ｆれた位置を示している。

尚、ここで光束重心とは便宜上光束断面内に於て、断面
円各点からの位置ベクトルに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
なる点を示している。

４は演算手段としての信号処理回路であり、センサ３か
らの情報により、光束ｕ３．ｊ２５゜Ｉ１７，１９の光
束重心を求めている。

このとき本実施例では第１物体と第２物体との間隔がｇ
のときのすれ量Ｗに対する所定次数の回折光のセンサ３
面上への入射位置情報ｙとの関係を実験的に種々のケー
スにおいて求め一般式を作成する。そしてこのときの−
数式を例えば演算手段４の一部に設けた記録手段又は外
部に設けた言己録手段（不図示）に記録しておく。そし
て位置情報である距離ｙ１〜ｙ’１．Ｄと記録手段に記
録している。

一般式とを用いて第１物体１と第２物体２との位置ずれ
量Ｗと間隔ｇを求めている。５は制御回路であり、信号
処理回路４からの位置ずれ量Ｗと間隔ｇに関する情報に
従って第１物体１と第２物体２との位置ずれ量Ｗと間隔
ｇを制御している。

６はステージコントローラであり、第２物体２□　を搭
載している不図示のステージを制御回路５からの指令に
従って駆動している。

本実施例では光源からの光束ρ１は第１物体１面上の物
理光学素子ｚｌ、ｚ３に各々入射している。このうち物
理光学素子ｚ１に入射した光束Ｊ２１のうち物理光学素
子ｚ１で生じた１次回折光Ｊ２２は物理光学素子Ｚ２に
入射する。そして位置ずれ量Ｗに応じて回折方向が異な
る１次回折光ｆＬ３が発生する。回折光１３は物理光学
素子ｚ１をＯ次回折光としてそのまま通過する。該回折
光ｊ２３はセンサ３面上の光軸ａ１から距離ｙｔ離れた
位置に結像する。センサ３と第１物体１との距離は一定
値しなので距離ｙ１の値は間隔ｇと位置ずれ量Ｗに依存
する量となっている。

一方、物理光学素子Ｚ１で回折作用を受けずに０次回折
光として通過した光束ｊ２１は物理光学素子Ｚ２に入射
する。そして物理光学素子ｚ２で１次の回折作用を受け
た１次回折光に４は物理光学素子ｚ１に再入射する。そ
して位置ずれ量Ｗに応じて回折方向か異なる１次回折光
１５が発生する。１次回折光、Ｉ２５はセンサ３面上の
光軸ａ１から距Ｍｙ２離れた位置に結像する。

物理光学素子Ｚ３に入射した光束１１からは物理光学素
子ｚ１に入射した光束、Ｃｔと同様な回折光１６〜１９
が発生し、このうち回折光ｆ７゜１９はそれぞれセンサ
３面上の光軸ａ２から距離ｙ３．ｙ４１１れた位置に各
々結像する。４は演算手段としての信号処理回路であり
、センサ３から読み込んだ情報からまず光束ＩＬ３．Ｊ
２５．ｕ７゜ｊ２９の光束重心位置ＣＩ、Ｃ２，Ｃ３，
Ｃ４を求めた後、点ＣＩと点０４間の間隔Ｄ１４、点Ｃ
２と点Ｃ３間の間隔Ｄ２３を算出する。間隔Ｄ１４と間
隔Ｄ２３の値を後述する各式の関係を利用して第１物体
１と第２物体２との位置ずれｆｉＷと間隔ｇを求めてい
る。

制御回路５は信号処理回路４からの位置ずれ量Ｗと間隔
ｇに関する情報に従ってステージコントローラ６を駆動
”させて、所定の位置へ第２物体２を移動させている。

尚本実施例において回折光は１次回折光に限らす２次以
上の高次回折光を用いても同様の効果を得ることができ
る。

本実施例では光源、センサ等を一箇所に集合させて構成
することかできる為、光プローブが小型化され、又露光
時の光プローブの移動が不要の為、スルーブツトがより
向上する等の特長を有している。

次に本実施例において第１物体１と第２物体２との位置
ずれ量Ｗと間隔ｇの求め方について第２図を参照して説
明する。

第２図において回折光１３を発生するレンズ系では光束
に１がレンズ作用の働きをする物理光学素子ｚｌ、ｚ２
を通り点Ｃ１に入射する。このとき回折光Ｉ１３の光束
重心Ｃ１までの距離ｙ１は第１物体１と第２物体２との
すれ量Ｗと間隔ｇによフて決まる量であり、一般に ：！／１＝Ｆ１　（Ｗ、ｇ）　　　　−・・・・・・・
・・・・（１）のように表わされる。

他の３つのレンズ系においても同様に距離ｙ２．ｙ３．
ｙ４はずれ量Ｗと間隔ｇによって決まる量であり ｙ２＝Ｆ２　（Ｗ、ｇ）　　　　・・・・・・・・・・
−（２）ｙ３＝Ｆ３　（Ｗ、ｇ）　　　　・・・・・・
・・・・−（３）ｙ４＝Ｆ４　（ｗ、ｇ）　　　　・・
・・・・・・・・・・（４）のように表わされる。

以上のように距１１ｆｙｌ〜ｙ４を表わした場合、点Ｃ
１と点０３間の間隔Ｄ１３と点Ｃ２と点Ｃ４間の間隔Ｄ
２４を用いると、次のようにすれ量Ｗと間隔ｇに依存す
る量Ｙｌ、Ｙ２を表わすことができる。

Ｙｌ−ｙｌ＋ｙ３−Ｄ１３−Ｄ−Ｆ１＋Ｆ３−Ｆ５　（
Ｊｇ）Ｙ２−、ｙ２＋ｙ４−Ｄ２４−Ｄ−Ｆ２＋Ｆ４・
Ｆ６　（Ｗ、ｇ）即ち、 Ｙ１＝Ｆ５　（Ｗ、ｇ）　　　　・・・・・・・・・・
・・（５）Ｙ２＝Ｆ６　（Ｗ、ｇ）　　　　　＋＋・・
・・・・・・・・（６）一般に未知数が２つある場合、
未知数を含む式か２つあれば未知数の解を求めることが
できる。

即ち Ａ＝０１　　（Ｗ、ｇ）　　　　　　・・・・・・・・
・−（７）Ｂ＝０２　（Ｗ、ｇ＞　　　　　　’−・・
・・・・・・・・・（８）のような２つの関係式か用意
できればＡ、Ｂの量を計測等により求めることにより２
つの未知数Ｗ９ｇの値を求めることかできる。

前述の（１）式を具体的にｗ、ｇで例えば近軸の幾何光
学的に表わすと次のようになる。第２図より ｙ　　１　　　：Ｗ＝Ｌ＋２ｇ−ｆ　　１　　　：　　
ｆ　　１−ｇこれより となる。他の（２）　、　（３）　、　（４）式も同様
にしてとなる。以上の関係式を基に（５）　、　（６）
式を具体的に表わすと となる。（１３）　、　（１４）式に於て間隔りは光軸
ａ１と光軸ａ２の間隔て既知であり、間隔Ｄ１３と間隔
Ｄ２４は計測により具体的に値を求めることができるの
で、（１３）　、　（１４）式からずれ量Ｗと間隔ｇの
値を求めることができる。（１３）　、　（１４）式か
らずれ量Ｗを消去すれば間隔ｇの３次方程式が得られ、
この式からパソコン等により容易にずれ量Ｗと間隔ｇが
求まる。

尚、本実施例において第１〜第４物理光学素子２１〜Ｚ
４の焦点路１１ｆｌ〜ｆ４は次式を満足するように設定
されている。

ｆ３＋ｇ　　Ｌ＋ｇ　　　ｆ４ 又は、 の如く設定されている。

一方、前述の（９）〜（１２）式は近軸の幾何光学的に
取り扱うことができる精度の範囲内で成立する。しかし
ながら、例えば位置合わせ績度力１０．０１μｍ程度に
なると検出系の収差、レンズ加工時の製作誤差、組立調
整時の誤差、そして経年変化による半導体レーザやＳＬ
Ｄの発振波長の変動や発光点の移動等の誤差要因により
必ずしも一般的には成立しない。

そこで本実施例ではこれらの誤差要因に対応する為に間
隔ｇのときの位置ずれＷとセンサー面上の光束の入射位
置に基つく距離Ｙとの関係を種々のケースに？いて求め
、前述の（１）〜（４）式に相当する一般式を求めて記
録手段に記録している。

そして実際の位置検出のときは記録手段に記録しておい
た一般式を利用して行っている。

又、ある期間毎に求めた一般式を更新することにより経
年変化により発生する誤差要因に対処している。

本実施例における一般式は例えば前述の間隔ｇ、位置ず
れ量Ｗ、距離ｙを６つの係数Ａ、Ｂ。

Ｅ、Ｆ、Ｉ、Ｊを用いて ’！−（Ａｇ＋Ｂ）Ｗ２＋　（Ｅｇ＋Ｆ）Ｗ＋　（Ｉｇ
＋Ｊ）　　　　−−（１５）なる式で表わす。そして各
光束について少なくとも６個のデータをとり、係数Ａ、
Ｂ、Ｅ、Ｆ。

１、Ｊを決定する。

このときデータを採るに際しては、予めマスクとウニへ
のずれ量Ｗ、間隔ｇを正確に測定した工具を用意する。

又距離ｙの値としてはセンサの任意の点からの距離とし
て求めてもよい。

これはｙ１＋ｙ２等の和又は差を求めることにより各光
束間の正確な距離か求まるからである。

そして間隔ｇと位置ずれ量Ｗを次の如くして求めている
。

まず前述の（５）　、　（ｌｉ）式に相当する式が次の
ように求まったとする。

ｙｌ＝　（八＋ｇ＋８＋）Ｗ２＋（Ｅ＋ｇ＋Ｆ＋）Ｗ＋
（１＋ｇ＋、Ｉ＋）　　　”’（１６）ｙ２・（Ａ２ｇ
＋８２）Ｗ２＋（Ｅ２ｇ＋Ｆ２）Ｗ＋（ｈｇす、）　・
・・（１７）（１５）　、（＋７）式をｇについて書き
直すとｙＤ　（Ａ＋Ｗ２＋Ｅ＋Ｗ弓＋　）ｇ”　（Ｂ＋
Ｗ”ＦｔＷ”Ｊ　＋）　　　　”’　　（１８）ｙ２・
（＾２ｉ１２÷Ｅ２Ｗ＋ｈ）ｇ”（Ｂ２Ｗ２＋Ｆ２訃Ｊ
２）　　・・・（１９）となる。（＋８）　、　（１９
）式からもとまる位置ずれ量Ｗについての２次方程式か
らＷの値を求め、これより間隔ｇの値を求めている。

第４図は本実施例において回折光束Ｊ２３゜＋５．ｆｆ
１７．＋９の光束重心Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３゜Ｃ４かずれ量
Ｗに応じてセンサ３面上でとのように変化するかを示し
た説明図である。回折光束Ｊ２３．　＋１５．＋７．＋
９等はセンサ面上である幅を有しているので、お互いに
重なる部分があると点Ｃ１〜Ｃ４を精度良く求めるのが
難しくなってくる。

そこで本実施例では例えばずれ量Ｗ＝±３μｍの間で計
測したいときは各光束か離れている範囲（例えば第４図
の点ＷＯ−３から点Ｗ　ｏ　＋　３の間）の特性を予め
シュミレーション等で求めておき、これを利用する。

即ち、本実施例では前記第１．第２の２つの物理光学素
子を介して所定面上に生ずる第１．第２の２つの回折光
束の重心位置及び前記第３．第４の２つの物理光学素子
を介して所定面上に生ずる第３．第４の２つの回折光束
の重心位置は各々回折光束の幅以上離れた状態で検出し
ている。

尚、本実施例において第１物体と第２物体との位置ずれ
量Ｗか０のとき第１物体上の物理光学素子（例えばｚｌ
）の光軸ａ１と第２物体上の物理光学素子（例えばｚ２
）の光軸ａ２を距ＨＷＯたけずらしておくことにより、
第１物体と第２物体どの位置ずれ量Ｗか０のときに点Ｃ
１と点Ｃ２、及び点Ｃ３と点Ｃ４を離れた状態にしてお
くことができる。

第３図に示す第１〜第４物理光学素子２１〜Ｚ４のパタ
ーン配置はこの様子を示しており、第１物体と第２物体
の位置ずれ量Ｗが０のとき第１と第２物理光学素子Ｚ１
とｚ２の光軸が、又第３と第４物理光学素子ｚ３とＺ４
の光軸か各々距ＭＷＯたけずれるように設定している。

従ってこのパターンを使用した場合、第１物体と第２物
体とが距Ｉｌｌ　Ｗ　ｘたけずれている時は（９）〜（
１２）式のずれ量Ｗの値を Ｗ　＝　Ｗ　ｏ　＋　Ｗ　ｘ と置き換えて計算すればよい。

尚、本実施例では第１．第２物体面上に各々２個の物理
光学素子を設ける代わりに一方の物体面上に４個の物理
光学素子を設けて前述の回折光束ｆｉ３，１５．ｆｆ１
７．ｎ９に相当する４つの回折光を得ても同様の効果を
得ることができる。

たたし本実施例のように２個の物理光学素子を設ける方
法は４個の物理光学素子を設ける方法に比べて面積が少
なくてすみ、又同じ面積で比較すると回折光の光量が２
倍となる長所がある。次に本発明における他の実施例を
順に説明する。

（イ）第２実施例 第１実施例は距離ｙ１とｙ３、距１１１ｙ２とｙ４の組
合せからずれｊｌＷと間隔ｇを求めたが距離ｙ１とｙ４
、距１１ｙ２とｙ３又は距１１ｙｌとｙ２、距離ｙ３と
ｙ４の組合わせからも同様にずれ量Ｗと間隔ｇを求める
ことができる。

距離ｙ１とｙ４、距離ｙ２とｙ３の組合せの時、点Ｃ１
と点Ｃ４との間隔をＤ１４、点Ｃ２と点Ｃ３との間隔を
Ｄ２３とすると（７）　、　（８）式に相当する式は次
のように表わされる。

・・・・・・・・（２１） 同様に距１１ｙｌとｙ２、距１１１ｙ３とｙ４の組合わ
せの時、点Ｃ１と点Ｃ２との間隔をＤ１２、点Ｃ３と点
Ｃ４との間隔をＤ３４とすると・・・・・・・・（２３
） となる。これらの式より、いずれもずれ量Ｗと間隔ｇを
求めることができる。

尚、前述の実験データより求めた（２０）〜（２３）式
に相当する一般式からも同様に位置ずれ量Ｗと間隔ｇを
求めることかできる。

（ロ）第３実施例 第１．第２実施例では４つの光束の光束重心位置ＣＩ、
Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を使って（７）　、　（８）式に相当
する式を導き出してずれ量Ｗと間隔ｇを求めたが４つの
光束重心ＣＩ、Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４のうちの３個を使って
も同様に（７）　、　（８）式に相当する式を導き出す
ことができる。

即ち、前述と同様に間隔Ｄｉｊ（点ｉと点ｊとの間隔）
を用いて表わすと次にような組合わせか適用可能である
。

これらの各組合わせのうち　（Ｉ）、（ＩＶ）、（Ｖ）
。

（■）の場合は　（Ｕ）、　（ＩＩＩ）、　（Ｖｌ）、
　（１／Ｉ）　ヤ第１．２実施例に比してセンサの幅か
Ｄ１２又はＤ　３４　タは短かくてよいという特長を有
する。

本実施例においても第１実施例と同様に実験データを基
に（１）〜（＋／Ｉ［Ｉ）式に相当する一般式を求め、
この−数式を利用して位置ずれ看Ｗと間隔ｇを求めてい
る。

（ハ）第４実施例 第１物体面上に設けた２つの物理光学素子ｚ１．ｚ３及
び第２物体面上に設けた２つの物理光学素子ｚ２．ｚ４
を独立に設ける代わりに第５図に示すように各々互いに
重複した１つのノ＜ターンより構成し、前述と同様の効
果を得ている。

本実施例において光軸ａ１と８２との間隔に相当するＤ
の値は零となり、第１〜第３実施例においてＤ＝０とす
ればすへて本実施例において適用可能である。

本実施例におけるパターンの特長は第２物体か位置合わ
せ方向に傾いたときに受ける影響が第３図の場合のパタ
ーンに比べて少ないことである。

即ち第３図のパターンを用いた場合、第２物体か傾くと
第１．第２物理光学素子ｚｌ、ｚ２のレンズ系と第３．
第４物理光学素子ｚ３．ｚ４のレンズ系の受ける影響が
異なるため検出誤差を発生する。これに対して本実施例
では受ける影響が同じなので検出誤差が発生しても第３
図の場合に比へて極めて少ないという特長かある。

（ニ）第５実施例 本実施例においては前記ずれ量Ｗと間隔ｇの双方に関す
る回折光束間の２つの値を１組とした複数個の組合わせ
について各々検出し、該複数個の組合わせから得られた
ずれ量Ｗと間隔ｇを評価手段で評価し、検出精度を高め
ている。このときの評価手段としては、例えば複数個の
組合わせから各々得られた複数個のずれ量Ｗと間隔ｇの
値を平均化すること等が考えられる。

（示）第６実施例 実際に第１〜第４実施例を実施するに当っては前もって
プリアライメントか行われる。ところが第４図から明ら
かのようにずれ量Ｗ＝Ｏの右方と左方では、即ちずれ方
向により光束重心位置Ｃ１〜Ｃ４の位置は逆転している
が、位置Ｃ１〜Ｃ４の光束の状態を見たたけでは第１物
体に対して第２物体がどちら側にずれているのか判然と
しない。

この為本実施例では第１．第２の２つの回折光束ｕ３．
ｆｉ’５（７）重心位置Ｃ１とＣ２の間隔Ｄ１２と前記
第３．第４の２つの回折光束ｆｆ１７．ｆｆ１９の重心
位置Ｃ３と０４の間隔Ｄ３４か異なるように各要素を設
定している。

これにより光束重心位置Ｃ１〜Ｃ４のセンサ３面上の位
置を計測した後、位置Ｃ１とＣ２、位置Ｃ３とＣ４との
差を計算してみれば判然とする。

又、ずれ量Ｗ＝Ｏの近辺では光束が重なってしまうか、
位置Ｃ１とＣ２、位置Ｃ３とＣ４の組合わせが離れてい
る場合は、例えば光束の半値幅を求めることにより状態
の判別が可能となる。

又、本実施例において４つの光束がセンサ面上で重なっ
てしまう場合には一度第１物体と第２物体とのずれ量を
変化させて判別可能な状態にしてから判別を行えば良い
。

（発明の効果） 本発明によれば前述の如く第１物体と第２物体とが予め
既知の間隔ｇと位置ずれ量Ｗとで対向配置しているとき
の検出手段からの位置情報Ｙを種々なケースについて予
め求め、これより一般式を求め、記録手段に記録してお
く。そして実際の双方の位置検出のときに、該検出手段
からの位置情報と該記録手段に記録しておいた一般式と
を利用することにより、検出系の収差や製作誤差モして
軽年変化による半導体レーザの発振波長の変化等の誤差
要因の影響を排除し、双方の相対的な位置検出を高精度
に行うことができる位置検圧装置を達成することができ
る。

又、本発明によれば第１物体と第２物体との位置ずれ量
Ｗと第１物体と第２物体との間隔ｇを求めることにより
、合致状態を誤認することがなく、高精度な位置合わせ
が出来しかもスルーブツトの高い位置検出装置を達成す
ることができる。

例えば本発明の位置検出装置における位置情報ＣＩ、Ｃ
３とずれ量Ｗとの関係のみから位置合わせする場合、前
述の諸定数がｇ＝３０μｍ、ｆｌ＝１５０μｍ、Ｌ＝１
８６２７μｍ、ｙｌ＝１５４４．７５μｍの時、間隔ｇ
に０．０６μｍの誤差があると、ずれ量Ｗにはｏ、ｏｏ
ｓμｍの誤差か生ずる。従って０．０１μｍの精度て位
置合わせしようとするときは間隔ｇの誤差を０．０６μ
ｍ程度以下にする必要がある。従って何らかの方法で０
．０６μｍ以下の精度で間隔ｇの設定を予めしておかな
ければならない。

これに対して本発明によればプリアライメントである程
度の精度で間隔ｇの設定かなされていれば間隔ｇがどの
ような値であってもずれ量Ｗを正確に求めることができ
る。

例えば重心位置が位置Ｃ１とＣ２である回折光束が重な
った状態で測定し２つの回折光束の重心を求める方式で
は、回折効率の変動等で光量が変化すると重心が移動し
誤差の原因になるが、本発明では回折光束が光分離れた
状態で測定するので、このような検出誤差の発生を防げ
る。

又、本発明においては物理光学素子を位置ずれ量Ｗと間
隔ｇの両方の検出に共用するようにし、これにより光束
や物理光学素子の数を減少させ、検出系の簡素化及び装
置全体の小型化を図っている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の要部概略図、第２図は第
１図の各光束の光路を模式的に展開したときの要部概略
図、第３図、第５図は第１図における第１物体１と第２
物体２面上に設けた物理″光学素子の説明図、第４図は
ずれ量Ｗと光束重心位置Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４のセン
サ面上の位置関係を示す説明図、第６図、第７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はセンサ、４は
信号処理回路、５は制御回路、６はステージコントロー
ラ、！１〜ｆ１９は光束、２１〜ｚ４は物理光学素子、
ａｌ、Ｃ２は物理光学素子の光軸、Ｗは位置ずれ量、ｇ
は間隔である。 特許出願人　　キャノン株式会社 一一口 第１図 第２図 １ノ　ｔ＜　　　　　　　　　　　　　　　ａ第３図 第５図 第６図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）第１物体面上と第２物体面上に各々物理光学素子
   を設け、これらの物理光学素子に入射させた光束の所定
   面上に生ずる所定次数の回折光束の位置情報を検出手段
   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
   な位置検出を行う際、該第１物体と該第２物体との相対
   的な間隔ｇにおける相対的なずれ量Ｗと、該検出手段で
   検出される位置情報ｙとの関係を実験的に求めて記録し
   た記録手段を参照して、該検出手段により所定面上に生
   ずる少なくとも３つの回折光束の各回折光束間のうち該
   第１物体と該第２物体との相対的なずれ量Ｗと相対的な
   間隔ｇの双方に関係する回折光束間の値を少なくとも２
   つ検出し、該検出手段からの出力信号を用いて演算手段
   によりずれ量Ｗと間隔ｇを求めたことを特徴とする位置
   検出装置。（２）前記第１物体面上には第１、第３の２
   つの物理光学素子が、前記第２物体面上には第２、第４
   の２つの物理光学素子が各々設けられており、前記所定
   面上に生ずる回折光束は該第１物体面上の１つの物理光
   学素子と、該第２物体面上の１つの物理光学素子で各々
   回折された光束であることを特徴とする請求項１記載の
   位置検出装置。 （３）前記第１物体面上の２つの物理光学素子と前記第
   ２物体面上の２つの物理光学素子は各々互いに重複して
   １つのパターンを形成していることを特徴とする請求項
   ２記載の位置検出装置。（４）前記第１、第２の２つの
   物理光学素子を介して所定面上に生ずる第１、第２の２
   つの回折光束の位置及び前記第３、第４の２つの物理光
   学素子を介して所定面上に生ずる第３、第４の２つの回
   折光束の位置は各々回折光束の幅以上離れた状態で検出
   されていることを特徴とする請求項２記載の位置検出装
   置。 （５）前記検出手段は前記ずれ量Ｗと間隔ｇの双方に関
   する回折光束間の２つの値を１組とした複数個の組合わ
   せについて各々検出し、該複数個の組合わせから得られ
   たずれ量Ｗと間隔ｇを評価手段で評価するようにしたこ
   とを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の位置検出
   装置。 （６）前記評価手段は複数個の組合わせから各々得られ
   た複数個のずれ量Ｗと間隔ｇの値を平均化していること
   を特徴とする請求項５記載の位置検出装置。 （７）前記第１、第２の２つの回折光束の所定面上にお
   ける位置間隔Ｄ１２と前記第３、第４の２つの回折光束
   の所定面上における位置間隔Ｄ３４が異なるように各要
   素が設定されていることを特徴とする請求項４記載の位
   置検出装置。