JPH0436604A

JPH0436604A - 位置検出装置

Info

Publication number: JPH0436604A
Application number: JP2143867A
Authority: JP
Inventors: Sakae Horyu; 法隆　榮; Masakazu Matsugi; 優和真継
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-06-01
Filing date: 1990-06-01
Publication date: 1992-02-06
Anticipated expiration: 2013-08-20
Also published as: JP2789787B2

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かある。

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
アライメントバター：、ｚ６８ａ、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つ゛いて制御回路
８４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。

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ゎす集光点７８ｂ
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に応して集光点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。

従来はこのときのずれ量Δσ′を検出しマスク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問題点）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Δ０と間隔ｇの両方の量に依存す
る量であるため、１つのずれ量Δσ′に対して幾組もの
ずれ量Δσと間隔ｇの組が対応してくる。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Δσ′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ずる誤差要因を解決し、高精度にし
かも容易に位置合わせな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。

（問題点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ずれ
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ずる所定次数の回折光束を検出手段
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。

（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図に右いてＩＬｌは不図示の半導体レーザ又
はＬＥＤ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！１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）の第２．第４物理
光学素子で、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は
各々Ｆ１〜Ｆ４で焦点路１１ｆｌ〜ｆ４である。

！１２〜Ｌ９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Ｍしたけ離れた位置に配
置されている。ａｌ、ａ２は各々物理光学素子ｚｌ、ｚ
３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１３．ｆｉ５゜１７、Ｉ
１９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ｙｘ、３／２離れた
ところの点であり、点Ｃ３゜Ｃ４は光軸ａ２から各々距
離ｙ３．ｙ４Ｍ１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１３．　Ｉｌ、５゜１１７、　ｊ
２９の光束重心を求め、又距離ｙ１〜ｙ４．Ｄ等から後
述する式を用いて第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。

本実施例ては光源からの光束ｉｌｉ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１１のうち物理光学素
子ｚ１で生じた１次回折光Ｉ１２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１３が発生ずる。回折光２３は物理光学素
子ｚ１を０次回折光としてそのまま通過する。該回折光
１３はセンサ３面上の光軸ａ１から距離ｙｌｌｌ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。

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Ｉ１１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１４は物理光学素子ｚ１に再入射する。そし
て位置ずれ量Ｗに応じて回折方向が異なる１次回折光１
５が発生ずる。１次回折光Ｉ１５はセンサ３面上の光軸
ａ１から距離ｙ２離れた位置に結像する。

物理光学素子２３に入射した光束ｊ２１からは物理光学
素子ｚ１に入射した光束１１と同様な回折光１６〜β９
が発生し、このうち回折光１７１９はそれぞれセンサ３
面上の光軸ａ２から距離ｙ３．ｙ４離れた位置に各々結
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．　Ｉｌ
５，１７゜ρ９の光束重心位置ＣＩ、Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４
を求めた後、点Ｃ１と点０４間の間隔Ｄ１４、点Ｃ２と
点Ｃ３間の間隔Ｄ２３を算出する。間隔Ｄ１４と間隔Ｄ
２３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との位置ずれ量Ｗ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次回折光に限らず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かでき
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
することができる為、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
すれ量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Ｊ２３を発生ずるレンズ系では光
束１１がレンズ作用の働きをする物理光学素子ｚｌ、ｚ
２を通り点Ｃ１に、入射する。このとき回折光１３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
のずれＭＷと間隔ｇによって決まる量であり、一般にｙｌ＝Ｆ１　（Ｗ、ｇ）　　　　・・・・・・・・・−
（］）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　＝　Ｆ　３　　（Ｗ、　　ｇ’）　
　　　　””””・・−（３）、ｙ４＝Ｆ４　　（Ｗ、
ｇ＞　　　　　・・・・・・・−−−−−（４）のよう
に表わされる。

以上のように距離ｙ１〜ｙ４を表わした場合、点Ｃ１と
点Ｃ３間の間隔Ｄ１３と点Ｃ２と点Ｃ４間の間隔Ｄ２４
を用いると、次のようにずれ量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−ＤＩ３−Ｄ−ＦＩ＋Ｆ３−Ｆ５　（
ｇ、Ｗ）Ｙ２−ｙ２＋ｙ４〜Ｄ２４−Ｄ−Ｆ２◆Ｆ４−
Ｆ６　（ｇ、り即ち、Ｙ　１　＝　Ｆ　５　（ｇ　、　Ｗ）　　　　　−−−
・・・・−−−−（５）Ｙ　２　＝　Ｆ　６　（ｇ　、
　Ｗ）　　　　　−・・・・・・・・−（６）一般に未
知数が２つある場合、未知数を含む式が２つあれば未知
数の解を求めることができる。

即ちＡ　＝　ａ　１　　（ｗ、　　ｇ　）　　　　　　　−
−−−−−−−−−（７）Ｂ　＝　Ｇ　２　　（Ｗ、　
　ｇ　）　　　　　　　・・・・＝　（８）のような２
つの関係式が用意できれば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
てきる。

前述の（１）式を具体的にｗ、　ｇで表わすと次のよう
になる。

ｙｌ　：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、（＋３）　、　（＋４）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ｉＷを消去すれば間隔ｇの３次方程式が得られ、
これは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の焦点距１１ｆｌ〜ｆ４は次式を満足するように設定
されている。

第４図は本実施例において回折光束１３゜１５、　＋１
７，１９の光束重心ＣＩ、Ｃ２，Ｃ３゜Ｃ４がずれ量Ｗ
に応じてセンサ３面上でどのように変化するかを示した
説明図である。回折光束ｊｉ４３，１５．　ＩＬ７．１
９等はセンサ面上である幅を有しているので、３互いに
重なる部分があると点Ｃ１〜Ｃ４を鯖度良く求めるのが
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を同点の点ＷＯ
−３から点ＷＯ＋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が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を距離Ｗｏだけすらしておくことにより、
第１物体と第２物体との位置ずれ量Ｗが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
くことかてきる。

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２２の光軸が、又第３と第４物理光学素子ｚ３と２４
の光軸が各々距離ＷＯだけずれるように設定している。

従フてこのパターンを使用した場合、第１物体と第２物
体とか距離Ｗｘだけずれている時は（９）〜（１２）式
のすれ量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４個の物理光学素子を設けて
前述の回折光束１３．　ＬＬ５゜１７、　Ｉ１９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ｆ−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か
２倍となる長所かある。

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１１ｙｌとｙ３、距離ｙ２とｙ４の組合
せからすれ量Ｗと間隔ｇを求めたか距離ｙｘとｙ４、距
Ｍｙ２とｙ３又は距１！ｌｙｌとｙ２、距Ｈｙ３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１１［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。

・・・・・・・・（１６）同様に距離ｙ１とｙ２、距Ｈｙ３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・・・・・・・・（１８）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
ことがてきる。

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が適用可能である
。

これらの各組合わせのうち　（Ｉ）、　（ＩＶ）、　（
Ｖ）。

（■）の場合は　（ｎ）’、　（ＩＩＩ）、　（Ｖｌ）
、　（■）や第１．２実施例に比してセンサの幅がＤ１
２又はＤ３４だけ短かくてよいという特長を有する。

次に前述の（１９）　、　（２０）式の　（Ｉ）の場合
について具体的な数値例を示す。尚、単位はすべてμｍ
である。

ｇ　＝３０　　、　　Ｗｏ＝ＩＯ、Ｌ＝１８６２７ｆ　
１　＝　１５０．０００　　、　　　ｆ　２　＝　　１
２０．７６８ｆ　３　＝　１１５．０００　　、　　ｆ
　４　＝　　１４３．８８５ｙ　１　＝　１５４．４７
５・Ｗ　、　　、ｙ　２　＝　　１２４．５４７・Ｗｙ
　３　＝　１２９．６６９・Ｗ　、　　３／　４　＝　
　１６２．５６０・ＷＷ＝　７　（Ｗｏ　−３）のとき
の光束重心ＣＩと０２との間隔：２０９光束重心Ｃ３とＣ４との間隔＝２３０（註　光束の幅：約２１０）Ｗ＝１３　（Ｗｏ＋３）のときの光束重心ＣＩの光軸ａ１からの距離二２００８光束重心
Ｃ３の光軸ａ２からの距離：１６８５従って必要なセン
サの幅：Ｄ＋３６９３＋　（２１０／２）ｘ２＝Ｄ＋３９０３（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ｚｌ、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つのパターンより構成し、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Ｃ２との間隔に相当するＤ
の値は零となり、第１〜第３実施例に右いて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物体が位置合わ
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物体が傾くと
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ずる。これに対して本実施例
では受ける影響か同しなので検出誤差が発生しても第３
図の場合に比べて極めて少ないという特長がある。

（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。

（ホ）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
プリアライメントが行われる。ところか第４図から明ら
かのようにずれ量Ｗ＝０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だけでは第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１３．
　Ｉ１５の重心位置Ｃ１とＣ２の間隔Ｄ１２と前記第３
．第４の２つの回折光束１７．　Ｊ１９の重心位置Ｃ３
とＣ４の間隔Ｄ３４が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ｆｆ１ｃ１〜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＝０の近辺では光束か重なってしまうが、
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て重なっ
てしまう場合には一度第１物体と第２物体とのすれ量を
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
とかできる。

例えば本発明の位置検出装置における位置情報ＣＩ、Ｃ
３とすれ量Ｗとの関係のみから位置合わせする場合、前
述の諸室数が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０．００
５μｍの誤差が生ずる。従って０．０１μｍの精度で位
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の設定が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０２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充分離れた
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（１，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、ｆ１１〜１９は光束、２１〜Ｚ４は物理光学素子、
ａｌ、ａ２は物理光学素子の光軸、Ｗは位置ずれ量、ｇ
は間隔である。第図第図

Claims

【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。