JP2676933B2 - 位置検出装置 - Google Patents

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エハ等の第２物体面上に露光転
写する際にマスクとウエ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
とウエ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。特に最近の露光位置における
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、マスク及びウエハ
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4037969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10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
ラー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
び支持台62に載置したウエハ60面上のウエハアライメン
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84
により駆動回路64を駆動させてマスク68をウエハ60の相
対的な位置決めを行っている。

第11図は第10図に示したマスクアライメントパターン
68aとウエ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、波面を変えずにウエハ60面上のウエハアライメ
ントパターン60aに入射する。このとき光束はウエハア
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
たウエハ位置をあらわす集光点78bを形成する。同図に
おいてはウエハ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エハアライメントパター
ン60aによる集光点78bの位置は、ウエハ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Δ
σ′として形成される。

このような方法においては、アライメント用光束を発
生する光源を内設した筺体であるアライメントヘッドと
マスク（ウエハ面）とが相対的に傾斜或は回転するとア
ライメント光束がマスク面に入射する角度が変化するた
め、センサ上での光束重心位置はその影響を受けて変位
する。このために、正確な位置合わせを行なおうとする
とアライメントヘッドとマスク面との相対的傾斜、回転
による誤差成分を補正する必要が生じる等の問題点があ
った。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明はアライメントヘッドとマスク面とが相対的な
傾斜や回転等を発生していても、それらの影響を受ける
ことなく高精度にマスクとウエハとの相対位置関係を検
出することができる位置検出装置の提供を目的とする。

例えばマスクとウエハの相対位置検出を行う際のずれ
量検出誤差要因を取り除く手段として、アライメント光
束に対して参照マークをマスク又はウエハ面上に設け、
該参照マークからの特定次数の回折光を参照光束として
利用することにより、高精度な位置検出を可能とした位
置検出装置の提供を目的とする。

この他本発明では、参照光束が例えばマスク面を基準
にしたときアライメントヘッドの傾斜や回転に対するセ
ンサ上での重心移動の作用がアライメント光束と全く等
しくなるようにし、又、アライメントヘッドの位置の変
動に対しても参照光束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、これにより高精
度な位置検出を可能とした位置検出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） 本発明は、第１物体と第２物体とを対向配置して該第
１物体と該第２物体の相対位置関係を検出する位置検出
装置において、該第１物体と該第２物体に光束を照射す
る光源手段と、該第１物体と該第２物体によって偏向さ
れた光束を受光する第１光検出手段と第２光検出手段、
該第１光検出手段は該光束のうち該第１物体と該第２物
体との相対位置関係によって該第１光検出手段面上への
入射位置が変化する第１光束を受光して位置ずれ検出信
号を出力しており、該第２光検出手段は該光束のうち、
該第１物体と該光源手段との相対的傾斜に応じて該第２
光検出手段面上への入射位置が変化する第２光束を受光
して参照信号を出力しており、該第１光検出手段からの
位置ずれ検出信号と該第２光検出手段からの参照信号と
の差分信号を利用して、該第１物体と該第２物体との相
対位置を検出する位置検出手段とを有することを特徴と
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エハであ
る。5,3は各々アライメント光を得る為の第1,第２のア
ライメントマークであり、各々マスク１面上とウエハ２
面上に設けられている。６は参照光を得る為の参照マー
クであり、例えば基準面としたマスク１面上の第１アラ
イメントマーク５に隣接して設けられている。第1,第２
アライメントマーク5,3と参照マーク６は、例えばフレ
ネルゾーンプレート等のグレーティングレンズより成
り、マスク１面上とウエハ２面上のスクライブライン1
0,9上に設けられている。７はアライメント光束（以
下、単に信号光ともいう。）、８は参照光束であり、こ
れらの光束7,8はアライメントヘッド６内の光源LSから
出射し、不図示の投影レンズ系で所定のビーム径の概略
平行光束にコリメートされている。光束7,8はアライメ
ントマーク5,6によって分離されるまでは単一の光束で
ある。

本実施例において、光源LSの種類としては半導体レー
ザー、H_e−N_eレーザー、A_rレーザー等のコヒーレント光
束を放射する光源や、発光ダイオード等の非コヒーレン
ト光束を放射する光源等が使用できる。11,12は各々第
１光検出手段（第１検出手段）と第２光検出手段（第２
検出手段）としてのセンサ（受光器）であり、アライメ
ント光束７と参照光束８を受光する例えば１次元CCD等
より成っている。13はウエハチャック、100はXYステー
ジ、101はステージドライバ、102はCPUである。

本実施例ではアライメント光束７と参照光束８は各々
マスク１面上の第１アライメントマーク５と参照マーク
６に所定の角度で入射している。このうちアライメント
光束７は第１アライメントマーク５を透過回折し、更に
ウエハ２面上の第２アライメントマーク３で反射回折
し、センサ11面上に入射している。そしてセンサ11で該
センサ面上に入射したアライメント光束の光強度分布の
重心位置を検出し、該センサ11からの出力信号（位置ず
れ検出信号）を利用してマスク１とウエハ２について位
置検出（合わせ）を行っている。

ここで光束の光強度分布の重心とは光束断面内におい
て、断面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ベクトルになる点のことであるが、代表的として
光強度がピークとなる点の位置をとってもよい。

一方、第１物体１面上の参照マーク６に入射した参照
光束８は参照マーク６で反射回折し、そのうち特定次数
の反射回折光がセンサ12面上に集光するようにしてい
る。そして該反射回折光のセンサ12面への入射点を検出
することにより、センサ12から参照信号を得ており、こ
れより参照光束８の参照マーク６への入射角度を求めて
いる。即ちアライメントヘッドと基準面としたマスク１
面との相対的な位置関係を求めている。

次に本実施例における第1,第２アライメントマーク5,
3と参照マーク６について説明する。

アライメントマーク3,5と参照マーク６は各々異った
値の焦点距離を有するフレネルゾーンプレート（又はグ
レーティングレンズ）より成っている。これらのマーク
の寸法は各々スクライブライン方向に140μｍ、スクラ
イブライン幅方向（ｙ方向）に50μｍである。

本実施例においてはアライメント光束７はマスク１に
対して入射角10゜で、マスク１面への射影成分がスクラ
イブライン方向（ｘ方向）に直交するように入射してい
る。

これらの所定角度でマスク１に入射したアライメント
光束７は第１アライメントマークであるグレーティング
レンズ５のレンズ作用を受けて収束（又は発散）光とな
り、マスク１からその主光線がマスク１の法線に対して
所定角度になるように射出している。

そして第１アライメントマーク５を透過回折したアラ
イメント光束７をウエハ面２の鉛直下方238.0μｍの点
に集光させている。このときのアライメントマーク５の
焦点距離は238μｍである。又、マスク１とウエハ２と
の間隔は30μｍである。

アライメントマーク５で透過回折した光はウエハ２面
上の第２アライメントマーク３で凹（凸）レンズ作用を
受け、第１検出手段としてのセンサ11面上に集光してい
る。

ここで位置検出装置に固定さているマスク１に対し、
ウエハ２がｘ方向に位置変動を起こした場合、マスク１
とウエハ２のグレーティングレンズ5,3はレンズ光学系
内でレンズ同士が軸ずれを起こしたのと同じ状態とな
り、出射光束の出射角が変動する。この為、センサー面
上の光束入射位置はマスクとウエハとのｘ方向の相対ず
れ量に応じた量だけセンサー面上でｘ方向に移動する。
ここでは検出手段がCCDラインセンサで該センサー面上
の素子の配列方向はｘ方向に一致する。マスク１とウエ
ハ２との相対ずれ量がそれ程大きくない範囲ではスポッ
トのｘ方向の移動量はマスクとウエハとのｘ方向の相対
ずれ量に比例する。

今マスク１とウエハ２とがｘ方向にΔσずれており、
ウエハ２からマスク１のグレーティングレンズ５で集光
（又は発散）されてウエハ２に入射する光束の集光点位
置（又は発散点位置）までの距離をａ、ウエハ２からセ
ンサー11までの距離をｂとするとセンサー11面上での光
束の重心ずれ量Δσは となる。即ち重心ずれ量Δδは（b/a＋１）倍に拡大さ
れる。

本実施例ではマスク１面上の参照マーク６から出射す
るマスク・ウエハ間の位置ずれが発生しても出射角が変
化しない光束（参考光束）のセンサ12上での重心位置
と、このセンサ11上に入射する光束のセンサ11上での重
心位置とのｘ方向に沿った間隔を求め、マスク・ウエハ
間の相対位置ずれが０の時、両光束のｘ方向重心位置間
隔（基準間隔）からのずれをΔδとして（ａ）式に代入
してずれ量Δδを求めている。ここで基準間隔は例えば
マークの設計値より幾何光学的に求められる。

本実施例ではマスク１とウエハ２の位置ずれが０のと
き、即ちマスク１上のアライメントマーク５とウエハ２
上のアライメントマーク３とが共軸系をなしたとき、ア
ライメント光束の主光線のウエハ２からの出射角が５
度、又、このときの出射光のウエハ２面上への射影成分
がスクライブライン幅方向（ｙ方向）と直交し所定位
置、例えばウエハ２面から20mmの高さに位置しているセ
ンサ11面上に集光するように設定している。

又、参照マーク６で反射回折した特定次数の反射回折
光、例えば１次回折光はマスク１面への射影成分がスク
ライブライン幅方向と直交し、かつマスク１面の法線に
対して15度の角度で出射し、マスク上に原点を持つ基準
座標系で（x₁,y₁,z₁）、（x₁＝0.0,y₁＝5.4,z₁＝20.2）
の位置に結像する。ここでセンサ11とセンサ12は互いに
平行に設置されている。

即ち、第２検出手段としてのセンサ12面上に集光して
いる。このとき参照マーク６からの１次反射回折光はマ
スク１とウエハ２との間に位置ずれの変動があってもセ
ンサ12面への入射光束の重心位置は常に一定となってい
る。

このように本実施例においてはマスク面１上の参照マ
ーク６のグレーティングレンズは参照光束８がマスク１
面上の参照マーク６で反射回折してセンサ12面に到達す
るまでの比較的長い焦点距離を有している。

次に本実施例において光源やセンサ等を収納している
アライメントヘッドが回転又は傾斜してアライメント光
束が位置合わせ用マークである第１アライメントマーク
５が入射する角度が変化した時、位置ずれ量の検出の
際、生じする誤差と本実施例において参照マーク６を用
いてセンサ12で参照光束を受光後、信号処理をすること
により誤差を補正する手順について記す。

アライメントヘッドが、位置ずれ検出方向（ｘ方向）
とマスク面法線を含む断面内において、マスク面法線に
対し、例えばΔθ_１傾いたとする。正常状態における上
記断面内のアライメントヘッド内のセンサとウエハ面と
の距離をｌとするとアライメントヘッドの傾きΔθ_１に
よりアライメント光束もマスク面法線に対しΔθ_１傾
き、センサ上の光束の重心位置は下記Δx_g1だけ Δx_g1＝2ltanΔθ_１ 移動する。

アライメントヘッドがマスク面と平行な断面内におい
て、ｚ軸に関して例えばΔφ回転したとする。アライメ
ント光束のマスク面に対する入射角（yz面内）をαとお
くと、アライメント光束は位置ずれ検出方向を含む断面
（xz面）内において、実効的に下記のΔθ_２だけマスク
面法線に対し傾く。

Δθ_２＝tam^-1（tanα・tanΔφ） 従ってアライメントヘッド内のセンサの光束重心位置
はアライメントヘッドの回転Δφに伴なって下記Δx_g2
だけ Δx_g2＝2ltanΔθ_２ 移動する。

更にアライメントヘッドがxz面内で傾きΔθ_１を起こ
し更にｚ軸に関する回転Δφに伴ないアライメント光束
がxz面内でΔθ_２傾いたとするとアライメントヘッド内
のセンサ上では Δx_g＝2ltan（Δθ_１＋Δθ_２） だけアライメント光束の重心移動が生じる。

以上のようにアライメントヘッドが、マスク面に対し
傾斜、回転を起こし、位置ずれ検出方向を含む面（xz
面）内でアライメント光束が実効的にΔθ傾くことによ
り、位置ずれ検出の際、オフセット誤差Δx_g/mが生じ
る。（ｍは検出倍率） 従ってアライメントヘッドの傾斜、回転に伴なう誤差
を補正するために、本実施例ではマスク面上に参照マー
クを設けアライメントヘッド内の参照光束の受光センサ
（１次元センサ）によって参照光束の重心位置ずれΔ
x_g′を検出する。参照光の受光センサとマスク面との距
離ｌ′から位置ずれ検出誤差に起因するアライメント光
束のxz面内の傾きΔθは Δθ＝tan^-1（Δx_g′/2l′） で与えられる式より検出される。

ここでは参照光束８は入射面内にありアライメント光
７も概略入射面内に存在するので、且つ概略光路長の等
しい光路を通るのでセンサ11面と平行なセンサ12面上で
はアライメントヘッドが傾斜等を起こしたとき信号光と
全く等しい重心移動を起こす。

参照光束８はウエハ２のマスク１に対するｘ（あるい
はｙ）方向の位置ずれに対してはセンサ12上で重心移動
を起こさないので、この場合はセンサ12上で検出される
重心移動はアライメントヘッドがマスク１に対して起こ
した相対的な傾斜あるいは回転のみに依存しているとで
きる。従ってセンサ11,12上の光束重心位置のｘ方向に
沿った間隔を検出することによりマスク・ウエハ間のｘ
方向の相対位置ずれ量を検出することでアライメントヘ
ッドのマスクに対する相対的な傾斜の影響を排除した位
置ずれ検出が可能になる。

マスクとウエハの位置合わせ方法としては第１の方法
として光束入射位置のｘ座標を表わす位置ずれ検出信号
S_gと参照信号R_gの差分信号Ｓ′（＝S_g−R_g）から位置ず
れ量をCPU102であらかじめ得て、この値を使ってXYステ
ージ100を動かして位置合わせをする方法がある。ここ
でS_gはｌ、ｇ、倍率ｍを使って求めることができる。

又、第２の位置合わせ法としては光束入射位置のＸ座
標を示す位置ずれ検出信号S_gと、参照信号R_gとの差が位
置ずれなしの時にゼロとなるようにマークを設計してお
いてS_g−R_g＝０になるまでXYステージ100を動かして位
置合わせする方法がある。

尚、本実施例においては第２の補正法を使っている。
この時の位置合わせ方法のフローチャートを第１図
（Ｂ）に示す。

ここでＡは実際の位置ずれ量に対する光束重心移動量
の倍率である。また、第２の補正法ではS_gとR_gとの差が
位置ずれなしのときに０でない所定の値になるように設
定して位置合わせ制御を行なってもよい。

次に本実施例における第1,第２アライメントマーク5,
3と参照マーク６（グレーティングレンズ）の製造方法
の一実施例を述べる。

まず、マスク用のマーク5,6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（Ａ）のようにマスク１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ｘ軸、幅方向にｙ軸、マスク面
１の法線方向にｚ軸をとる。マスク面１の法線に対しα
の角度で入射し、その射影成分がスクライブライン方向
と直交する平行光束がマスク用のマークを透過回折後、
又は反射回折後、集光点（x₁,y₁,z₁）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
ーティングの輪郭位置をx,yで表わし y sinα＋P₁（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、マスク面１上の原点を通
り、集光点（x₁,y₁,z₁）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
対しマスク上の点（x,y,0）を通り点（x₁,y₁,z₁）に到
達する光線の光路の長さの差を表わす。第２図（Ａ）に
マスク１上の第１アライメントマーク、同図（Ｂ）に参
照マークを示す。

一方、ウエハ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。点光源上の各点はマスク１と
ウエハ２の露光時のギャップをｇとおくと（x₁,y₁,z₁−
ｇ）で表わされる。マスク１とウエハ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,y₂,z₂）の位置にアライメント光が集光
するものとすれば、ウエハ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 と表わされる。

（２）式はウエハ面がｚ＝−ｇにあり、主光線がマス
ク面上原点及びウエハ面上の点（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、ウエ
ハ面上のグレーティングレンズ（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３図にウエハ２上の第２アライメントマークを示
す。

一般にマスク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）の２つの領域が交互に形成される
0,1の振幅型グレーティング素子として作成されてい
る。又、ウエハ用のゾーンプレートは、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位置で、グ
レーティングレンズの輪郭を規定したことは、マスク１
上のグレーティングレンズでは透明部と遮光部の線幅の
比が1:1であること、ウエハ２上のグレーティングレン
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上のグレーティングレンズはポリイミド製の
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、ウエハの上マークはマスク上にウエハの露光パタ
ーンを形成したのち露光転写して形成した。

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CCD等）に入射するアライメ
ント光と参照光との関係について説明する。

本実施例においては参照光とアライメント光はウエハ
面の法線に対して各々15゜,5゜の角度で、又、スクライ
ブライン方向に対してウエハ面射影成分が直交する角度
で出射する。センサ11,12の空間的配置は、予めアライ
メント完了時に光束がセンサのほぼ中央の位置に入射す
るようにセッティングされている。

センサ11,12の中心間隔は2mmであり、約0.1μｍ精度
でSiの同一基板上に設定されている。又、センサ11,12
の配置されたSi基板は、その法線がアライメント光出射
角と参照光出射角の２等分線と略平行に配置されてい
る。

センサ11,12のサイズは信号光用のセンサ11が幅1mm、
長さ6mm、又参照光用のセンサ12が幅1mm、長さ1mmであ
る。又、各画素のサイズは25μｍ×500μｍである。画
素は位置検出方向であるｘ方向に１次元的に配列される
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50
mW、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。

本実施例に係るマスク用のグレーティングレンズとウ
エハ用のグレーティングレンズの設計例では、マスクと
ウエハの位置ずれを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、マスクとウエハ間
に0.01μｍの位置ずれがあったとすると、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ができる。

本実施例において、アライメントヘッドがxz面内で1m
rad傾斜したとすると、センサ11上では信号光束は約20
μｍ重心移動を起こす。

一方、前述のように参照光束８もセンサ12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、ウエハ面がxz面内で傾
斜してもセンサ系からの出力信号が変わらない。

一方、アライメントヘッドがxz面内で傾斜すると、信
号光束、参照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、参照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ドが、マスク−
ウエハ系に対して位置の変動を起こした場合、例えばヘ
ッドをマスクに対して５μmy方向に移動したとする。こ
のとき信号光はセンサ11上で５μｍの実効的重心移動を
起こし、これに対して参照光もセンサ12上で全く等しく
５μｍの重心移動を起こす。

同様にマスク面とヘッドとの間にｚ方向に10μｍの変
動が起こると、信号光用のセンサ11及び参照光用のセン
サ12が共に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、信号光
の重心位置出力と参照光の重心位置の出力との差信号は
何ら変動しない。

又、ｙ軸方向の位置の変動は参照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。

第４図は本発明の第２実施例の概略図である。本実施
例では第１図の第１実施例と同様に参照光束の設定手段
として、所定のグレーティングレンズより成る参照マー
ク６′を用いている。

マスク面上のグレーティングレンズ５は第１実施例と
同じくマスク面法線に対して所定の角度で入射した光束
をマスク面鉛直下方に238.0mmの位置で集光するように
設定されている。マスク１とウエハ２との間隔は第１実
施例と同様に30μｍである。

本実施例では第１アライメントマーク５と参照マーク
６′をスクライブライン10の幅方向（ｙ方向）に互いに
隣接させて設けている。

参照マーク６′の焦点距離はアライメントヘッドから
の入射光束が＋１次（又は−１次）で反射回折して集光
する点が丁度アライメントヘッド内の参照光が受光セン
サ12の位置となるように設定されている。

本実施例ではマスク１とウエハ２の位置ずれが０のと
き、即ちマスク１上のアライメントマーク５′とウエハ
２上のアライメントマーク３′とが共軸系をなしたと
き、アライメント光束の主光線のウエハ２からの出射角
が５度、又、このときの出射光のウエハ２面上への射影
成分がスクライブライン方向（ｘ方向）と直交し所定位
置、例えばウエハ２面から20mmの高さに位置しているセ
ンサ11面上に集光するように設定している。

このとき参照マーク６′で反射した１次反射回折光は
マスク１とウエハ２との間に位置ずれの変動があったと
してもアライメント光のようにマスク用のグレーティン
グレンズ及びウエハ用のグレーティングレンズの軸ずれ
が拡大されてセンサ上で重心位置が変動するようなこと
はなく常に一定の重心位置を保っている。

本実施例ではアライメント光及び参照光用のセンサ1
1,12はマスク、ウエハ間位置ずれ量が０のときそれぞれ
の光束がセンサ面に垂直入射するように設定した。又、
センサ11,12は同一基板上に形成し、センサの基板と２
光束のウエハからの出射角の２等分線とは直交するよう
に（即ち、マスク（或はウエハ）面法線に対して6.5゜
の角度をなすように）基板を設置した。この結果、ウエ
ハ面から出射する信号光は概略入射面内にあり、又参照
光も入射面内にあり、かつ光路長が等しいので、アライ
メントヘッドの傾斜及び回転に対してはアライメント光
と参照光は互いに平行なセンサ11,12面上で全く等しい
重心移動を生じる。同様にアライメントヘッドの位置の
変動があっても重心移動は、アライメント光と参照光と
の間で相対的に起こらないようにしている。

第１アライメントマーク５′と参照マーク６′のサイ
ズは、それぞれスクライブライン方向に280μｍ、スク
ライブラインの幅方向に40μｍである。又、アライメン
トの方向はスクライブライン方向にとっている。

第２実施例においては、マスク１面上のマークの配列
をスクライブラインの幅方向にとったが、この結果第１
実施例に比べて次の長所を有している。

第１実施例ではスクライブライン方向に信号光用マー
クと参照光用マークを配列している。アライメントマー
クの設定領域がスクライブライン上の一定の面積（例え
ば280μｍ×80μｍ）に限られている。

この為、一定の範囲の焦点距離の結像性能の良いレン
ズを得るのが難しくなる。例えば280μｍ×80μｍの領
域をスクライブライン方向に等分割して、140μｍ×80
μｍの領域で作成する場合と幅方向に分割して280μｍ
×40μｍの領域で作成する場合とでは、グレーティング
レンズの本数がスクライブライン方向に約２倍異なる。
一般にゾーンプレートの結像性能（解像度）は、グレー
ティングの本数が多く、最小輪帯幅が小さいものほど良
い。

この為、本実施例のようにスクライブラインの幅方向
に配列して、それと直交するスクライブライン方向のレ
ンズパワーを使ってアライメントすると、センサ上での
光束の歪が少なく高分解能化、高精度化が容易となる。
第５図は本発明の第３実施例の概略図である。同図にお
いて第１図に示す第１実施例と同一要素には同符番を付
している。

次に本実施例における第1,第２アライメントマーク
５″,3″と参照マーク６″について説明する。

アライメントマーク３″,5″と参照マーク６″は各々
所定の焦点距離を有するフレネルゾーンプレート（又は
グレーティングレンズ）より成っている。

これらのマークの寸法は各々スクライブライン方向に
140μｍ、スクライブライン幅方向（ｙ方向）に50μｍ
である。

本実施例においてはアライメント光束７と参照光束８
は、いずれもマスク１に対して入射角10゜で、マスク１
面への射影成分がスクライブライン方向（ｘ方向）に直
交するように入射している。

これらの所定角度でマスク１に入射したアライメント
光束７と参照光束８は各々グレーティングレンズ５″,
6″のレンズ作用を受けて収束（又は発散）光となり、
マスク１からのその主光線がマスク１の法線に対して所
定角度になるように射出している。

そして第１アライメントマーク５″を透過回折したア
ライメント光束７をウエハ面２の鉛直下方238.0μｍの
点に集光させている。このときのアライメントマーク５
の焦点距離は268μｍである。又、マスク１とウエハ２
との間隔は30μｍにしている。

アライメントマーク５″で透過回折した光はウエハ２
面上の第２アライメントマーク３で凹（凸）レンズ作用
を受け、第１検出手段としてのセンサ11面上の一点に集
光している。このときセンサ11面上へは光束がアライメ
ントマーク５″,3″の位置ずれ、即ち軸ずれが拡大され
た状態となって入射し、この結果、入射光束の重心位置
が変動している。

本実施例ではマスク１とウエハ２の位置ずれが０のと
き、アライメント光束の主光線のウエハ２からの出射角
が５度、又、このときの出射光のウエハ２面上への射影
成分がスクライブライン幅方向（ｙ方向）と２゜をなし
所定位置、例えばウエハ２面から20mmの高さに位置して
いるセンサ11面上に集光するように設定している。

このとき参照マーク６″で反射した１次反射回折光は
マスク１とウエハ２との間に位置ずれの変動があったと
してもアライメント光のようにマスク用のグレーティン
グレンズ及びウエハ用のグレーティングレンズの軸ずれ
が拡大されてセンサ上で重心位置が変動するようなこと
はなく常に一定の重心位置を保っている。

又、参照光束８の主光線のマスク１面からの出射角は
５゜、その射影成分はスクライブライン10の軸方向と−
２度となるように設定されている。このようにスクライ
ブライン方向に対して信号光と参照光の出射角をそれぞ
れ２゜，−２゜とすることにより、センサ上での信号
光、参照光の分離を良くしクロストーフを少なくするこ
とが可能である。

このように本実施例においては、マスク面１上の参照
マーク６″のグレーティングレンズは参照光束がマスク
１面を反射してセンサ12面に到達するまでの比較的長い
焦点距離を有している。

又、位置ずれ量を検出する１次元センサ11,12は第１
実施例と同様に同一基板上に形成し、信号光と参照光の
ウエハからの出射角の２等分線と基板の面の法線とが一
致するように設定している。

又、参照光用のマークと信号光用のマークは第１実施
例に示す式（１），（２）を用いて設計している。

本実施例でも参照光束８とアライメント光束７は概略
等しい光路長の光路を通り、センサ11面とセンサ12面と
は平行である。又各アライメントマークから各センサま
での距離は充分長く、これに対しスクライブラインに対
する各光束のxy面内への射影成分のｙ軸と成す角（ここ
では２゜と−２゜）は充分小さい。従ってアライメント
ヘッドの傾き等による光束7,8の出射角変化がおこると
センサ11,12面上で等しい重心移動が発生する。

この結果、アライメントヘッドの傾斜や回転及びアラ
イメントヘッドのマスク−ウエハ系に対する位置の変動
は、参照光を受光するセンサからの重心位置の検知信号
と信号光を受光するセンサからの重心位置の検知信号と
から前述のようにキャンセルすることができ、第１実施
例と同等な位置ずれ検出性能を得ている。

第６図は本発明の第４実施例の概略図である。

本実施例はウエハ傾き等の検出用参照マークをマスク
およびウエハ上に設定し、アライメントヘッド内に参照
光受光センサを設けた構成と本発明による構成とを併用
した場合を示している。

本実施例ではウエハ上に参照光用マーク４を設ける
と共にアライメントヘッド内にウエハ傾き検知用の参照
光受光センサ13を設けている。アライメント光受光セン
サ11とアライメントヘッドの姿勢検知用の参照光受光セ
ンサ12も第１〜第３の実施例と同様にアライメントヘッ
ド内に設置している。マークの配列、ヘッド内センサ配
置は基本的に第２実施例と同じでアライメント光と２種
類の参照光８−1,8−２の分離はウエハ面法線に対する
出射角の違いにより行なう。位置ずれ検出方向はマスク
のスクライブライン方向ｘ方向とし、位置合わせ完了の
際、各物理光学レンズ素子の中心軸とアライメントヘッ
ド内のセンサに受光される光束の重心は入射光束と同一
面入射面内にある。

第４実施例においてはマスク面上の参照光用のマーク
６はその一次反射回折光がアライメントヘッド内のセ
ンサ12上に集光結像するように設計され、マスク面法線
に対する参照出射角は５゜である。一方、マスク面参照
光用のマーク６の透過一次回折光はウエハ傾き等検出
用参照光となりウエハ面上の参照光用マーク４で１次
反射し、アライメントヘッド内のセンサ13上に集光結像
する。ウエハ面上の参照光用マーク４はレンズ作用の
ない直線格子でウエハ面からの出射角はマスクとウエハ
との位置ずれにかかわらず13゜である。

また位置ずれ量検知用のアライメント光は例えばマス
ク上のグレーティングレンズ５で透過一次回折しグレ
ーティングレンズ３を反射一次回折し、更にマスク面
を０次で透過する。ウエハ面法線に対するアライメント
光の出射角は９゜としアライメントヘッド内のセンサ11
で受光される。

本実施例においては信号光束７と参照光束８−１との
関係は第２実施例のアライメント光束７と参照光束８と
の関係に等しく、センサ11,12の出力を用いて前述と同
様にしてアライメントヘッドの傾斜等の補正を行なうこ
とができる。

ここで参照光束８−１と８−２も共に入射面内であ
り、且つ概略光路長の等しい光路を通るので平行なセン
サ12,13面上ではアライメントヘッドが傾斜を起こした
時、全く等しい重心移動がおこる。参照光束８−２はウ
エハ２にうねり、傾斜等があれば重心移動がおこるが、
参照光束８−２は重心移動をおこさないのでセンサ12,1
3それぞれの光束入射位置を示すR_g1,R_g2との差がウエハ
の傾きを示すことになる。

（R_g1−R_g2）とウエハの傾きとの関係を予め実験等で
求めておくことにより（R_g1−R_g2）を求めてウエハの傾
き成分を検出できる。この値を用いてウエハ２の傾きを
ウエハステージを移動させて補正したり、センサ11の出
力から求められた位置ずれ値を補正することによりウエ
ハ２の傾きの影響を排除できる。

第４実施例ではウエハ面が局所的にでもxz面内で傾斜
している場合に生じるセンサ上での光束の正規の位置に
対する移動量（＝位置ずれ検出誤差要因）を補正するこ
とができ、本発明によるアライメントヘッドの姿勢変動
による位置ずれ量検出誤差の補正と併用することにより
機械的なセッティング誤差に対する総合的な補正が可能
になり、高精度な位置ずれ量検出が可能となる。

本実施例においては信号光用グレーティングレンズの
パワー配置（焦点距離）、位置ずれ量検出倍率は第１〜
第３実施例と同じに設定しているが、本発明の実施にあ
たっては、これに限定するものではない。

第６図においては、マスク面に対しアライメント用光
束８を斜め入射し、ウエハ面からの出射光はスクライブ
ラインに直交するｙ軸方向成分の符号は変えずに（＋ｙ
軸方向）斜め出射する構成を示したが、必ずしもこのよ
うな構成に限定するものではなく、ウエハ面からの斜め
出射光は−ｙ軸方向でもよい。

尚、前述実施例においてはマスク上のアライメントマ
ークの真下にウエハ上のアライメントマークが位置した
状態を以て位置ずれ量０と判定するようなアライメント
マークの配列を行っているが、位置ずれ量の検出方向に
対して、直交方向にマスク上のアライメントマークとウ
エハ上のアライメントマークの配列をずらしても良い。
例えば第５図の第３実施例のようにマスク上のスクライ
ブライン方向にマスク、ウエハ間の位置ずれ量を検出す
る場合は、ウエハ上のアライメントマークをその短手方
向をｙ方向にずらす。ここにスクライブライン方向はｘ
方向である。このようにウエハ上のアライメントマーク
の位置を設けるとアライメントヘッドからマスク面に入
射させる光束の入射角を小さくすることができ、グレー
ティングの間隔をアライメント光の波長（λ＝0.83μ
ｍ）以上にすることができ、アライメントマークの製作
が容易になる。

又、センサも第１〜第４の実施例のように１次元的に
位置ずれ量を検出するようなものである必要はなく、２
次元の重心位置検出用のセンサ、例えば２次元CCDでも
良い。

例えば２次元センサを用いて位置ずれ量を検出する際
は、アライメント光束のセンサ上での位置ずれ検出方向
の光量分布重心位置を測定すれば良い。グレーティング
レンズが位置ずれ検出方向にのみレンズ作用を有する場
合に対し、位置ずれ検出方向と直交する方向にもレンズ
作用を有する場合では、２次元センサを用いることによ
り、任意の方向の位置ずれ情報を得ることができる。但
し、CCDタイプの２次元センサで所定の方向の位置ずれ
量を検出する際は、画像メモリ等を用いてセンサ上の２
次元光量分布を記録した後、数値演算して該方向の光量
重心位置を求める必要がある。

尚、上述実施例において第２物体面を基準面としても
良く、この場合は参照マークを第２物体面上に設け、第
１物体面からの０次透過光を第２物体面上の参照マーク
に入射させ、該参照マークからの特定次数の反射回折光
を受光すれば本発明の目的は同様に達成される。

第７図，第８図は各々本発明を半導体製造装置のマス
クとウエハとの間隔を測定する装置に適用した場合の第
５実施例の測定系と補正系の光学系の概略図である。

尚、本実施例において測定系とは第１物体と第２物体
の主に間隔を測定する系であり、補正系とは物体面に対
し照明系及び受光手段に姿勢が相対的に変動したときの
測定誤差を補正する系をいう。

第7,第８図において21a,21bは例えばH_e−N_eレーザー
や半導体レーザー等の光源LDからの光束で、このうち光
束21aは測定系、光束21bは補正系のものである。

１は第１物体で例えばマスク、２は第２物体で例えば
ウエハであり、マスク１とウエハ２は例えば第７図に示
すように間隔d₀を隔てて対向配置されている。4a,5aは
各々マスク１面上一部に設けた測定系の入射用と出射用
の物理光学素子で、これらの物理光学素子4a,5aは例え
ば回折格子やゾーンプレート等から成っており、30×30
（μｍ）、30×60（μｍ）程度の寸法を有している。

同様に4bは補正系の物理光学素子であり、例えば30×
30（μｍ）の寸法を有している。

測定系の出射用の物理光学素子5aは光束の入射位置に
より射出光束の偏向角が異なり、この場合は平行な入射
光束を1000μｍの位置に集光させる屈折力を有してい
る。

17は測定系と補正系の集光レンズであり、その焦点距
離はf_aである。例えばf_a＝30mm程度である。

11,12は各々測定系と補正系のセンサ（受光手段）で
集光レンズ17の焦点位置に配置されており、ラインセン
サーやPSD等から成り、入射光束の重心位置を検出して
いる。19aは信号処理回路であり、受光手段11,12からの
信号を用いて受光手段11,12面上に入射した光束の位置
を求め、後述するようにそれぞれマスク１とウエハ２と
の間隔d₀、光ビックアップヘッドの傾きに基づき補正量
を演算し求めている。ここで20a,20bが光ピックアップ
ヘッドであり、集光レンズ17や受光手段11,12そして必
要に応じて信号処理回路19aを有しており、マスク１や
ウエハ２とは相対的に移動可能となっている。

次に第７図に示す測定系の機能について説明する。

尚、同図においてはマスク１とウエハ２が正しく平行
に配置されているものとしている。

本実施例においては半導体レーザーLDからの光束21a
（波長λ＝830nm）をマスク１面上のグレーティングレ
ンズ4a面上の点Ａに垂直に入射させている。そして第１
の物理光学素子4aからの主光線が角度θ１で回折する所
定次数の回折光をウエハ２面上の点Ｂ（Ｃ）で反射させ
ている。このうち反射光31はウエハ２がマスク１に近い
位置P1に位置しているときの反射光、反射光32はウエハ
２が位置P1からの距離d_Gだけ変位したときの位置P2の反
射光である。

次いでウエハ２からの反射光を第１物体１面上のオフ
アクシス型フレネルゾーンプレート（以下FZP）5a面上
の点Ｄ（Ｅ）に入射させている。

尚、FZP5aは入射光束の入射位置に応じて出射回折光
の射出角を変化させる光学作用を有している。

そしてFZP5aから角度θ２で回折した所定次数の回折
光61（62）を集光レンズ17を介して受光手段11面上に導
光している。そして、このときの受光手段11面上におけ
る入射光束61（62）の位置を検出することによりマスク
１とウエハ２との間隔を演算し求めている。

本実施例ではマスク１面上に設けた第1,第２の物理光
学素子4a,5aは予め設定された既知のピッチで構成され
ており、それらに入射した光束の所定次数（例えば±１
次）の回折光の回折角度θ1,θ２は予め求められてい
る。

次に第７図を用いてマスク１とウエハ２との間隔を求
める方法について説明する。

第７図に示すように回折光61と回折光62との交点Ｆか
らマスク１までの距離を（即ち出射用物理光学素子の焦
点距離）をf_Mとすると AD＝2d₀ tanθ１、 AE＝２（d₀＋d_G）tanθ１、 ∴d_M＝DE＝AE−AD ＝2d_G tanθ１ ……（１）′ また、 d_M＝２・f_M・tanθ２ ……（２）′ である。受光手段11面上における入射光の動き量Ｓは Ｓ＝２・f_a・tanθ２ ……（３）′ 従って（１）′，（２）′，（３）′式より、 となる。

マスク１とウエハ２の単位ギャップ変化量に対する受
光手段11面上の入射光束のずれ量ΔＳ、即ち感度ΔＳは となる。

本実施例ではマスクから、マスク・ウエハ間隔変動が
あっても出射角一定の参照光束63を出射し、この光束の
センサ12上での重心位置を基準とし、これと光束61（6
2）のセンサ11上での重心位置とのｘ方向に沿った間隔
を求め、この間隔のウエハがマスク・ウエハが適正間隔
d_Rの位置、例えば点P1にある時の両光束のｘ方向の重心
位置間隔（基準間隔）からのずれをＳとして（４）′式
に代入してウエハの適正間隔位置P1からの間隔変動d_Gを
求めて間隔検出を行なっている。ここで適正間隔値d_Rの
時の光束61（62）と光束63とのｘ方向の重心間隔は例え
ばマークの設計値より求めておくことができる。

本実施例における感度ΔＳは集光レンズ17の焦点距離
f_aを30mm、d_G＝50μｍ、d_M＝30μｍ、f_M＝1000μｍとす
ると（５）′式より となり、マスク１とウエハ２との間隔１μｍ当たりの変
化に対して受光手段11面上の光束は18μｍ移動すること
になる。受光手段11として位置分解能が0.3μｍのPSDを
用いると、原理的には0.02μｍ以下の分解能でマスク１
とウエハ２の間隔を測定することが可能となる。

本実施例では測定系の受光手段11の直前に集光レンズ
17を配置しているが、必ずしも集光レンズ17を設定しな
くてもよく、その場合にはマスク１面の物理光学素子5a
から受光手段12までの距離をl_aとすると、（３）′，
（４）′，（５）′式においてf_a＝l_aとおいて、入射光
の動き量Ｓおよび感度ΔＳを求めておくことができる。

次に第８図に示す補正系の機能について説明する。

光束21bはマスク１面上に入射用の物理光学素子4bに
入射している。物理光学素子4bは平行な入射光束を入射
位置によらず入射角に応じ一定の偏向角の回折光を射出
させる光学性能を有している。

以下補正系について説明する。

半導体レーザーLDから出射した光束21bはマスク１面
上グレーティング4bに第５図に示すようにマスク２面の
法線に対し、所定の角度で斜入射し、そこで発生する透
過、反射回折光のうち、＋１次反射回折光63は不図示の
光ピックアップヘッド内の受光手段12に入射する。グレ
ーティング4bのパターンは矩形の間隔測定用マーク領域
の長手方向にＸ軸、短手方向をＹ軸とする直交座標系に
おいて、Ｘ軸と平行な直線格子である。

以上の補正光の光路21bをXZ軸面、YZ断面内で示した
のが各々第９図（Ａ），（Ｂ）である。尚、第９図
（Ａ）ではセンサ11,12も途中光路を省略して示してい
る。

第９図（Ａ）に示す如く参照光束用の受光手段12の光
束位置検出方向はＸ軸と平行であり、また測定光の受光
手段11の光束位置検出方向と一致している。

次に補正系の参照光束21bの機能について説明する。
参照光束21bは光源LD、受光手段11,12などを納めた光ピ
ックアップヘッド20の移動、マスク交換に伴なうヘッド
とマスクとの相対的角度（姿勢）変動に起因する間隔測
定誤差を補正することができる。これを説明する。光束
61（62）と63は概略等しい光路長の光路を通って平行な
センサ面11,12にそれぞれ達する。光束61（62）は実際
的な測定時のマスク・ウエハ間隔においては概略光束63
と平行であるようにされている。従って光ピックアップ
ヘッドの傾きによって光束62（62）と63に出射角度変化
が起こってもセンサ11,12面上での光束61（62）,63の重
心位置変動量は等しい。

間隔検出時にセンサ11,12上の重心位置のｘ方向に沿
った間隔を検出し、この間隔の基準間隔からのずれをＳ
として（４）′式に代入して間隔値を検出するようにす
れば光ピックアップヘッドのマスクに対する相対的な傾
きによらない間隔検出ができる。

尚、補正系用物理光学素子5aはレンズ素子として機能
してもよく、例えばセンサ面までの距離を焦点距離とす
るグレーティングレンズを用いることによりレンズの集
光能によりセンサ上での間隔検出用光束の強度分布密度
を上げS/Nを向上させることができる。

（発明の効果） 本発明によれば前述の光学的性質を有する第1,第２ア
ライメントマークを各々第1,第２物体面上に設け、各々
のマークを介した光束を利用し、例えば第１物体として
のマスクと第２物体としてのウエハの位置合わせを行う
際、光束の重心位置検出の補正手段としての第１物体
面、又は第２物体面上に参照光発生用の参照マークを設
け、該参照マークからの特定次数の反射回折光を第２検
出手段により検出し、該第２検出手段からの信号を利用
することにより、例えば次のような効果が得られる。

（イ）アライメントヘッドが傾斜するか、回転するかに
よりアライメント光のセンサ上での重心位置が変動して
も参照信号光とアライメント信号光との相対的な重心位
置検知を行うことにより、アライメントヘッドの傾斜や
回転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）アライメントヘッドの位置が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上の重
心位置が変動しても参照信号光とアライメント信号光と
の相対的な重心位置検知を行うことにより、アライメン
トヘッドの位置ずれに左右されずに正確にマスク−ウエ
ハ間の位置ずれを検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明の第１実施例の光学系の概略図、
第１図（Ｂ）はこの装置における位置合わせ方法のフロ
ーチャート、第２図（Ａ），（Ｂ）、第３図は第１図の
一部分の説明図、第4,第5,第6,第７図は本発明の第2,第
3,第4,第５実施例の光学系の概略図、第８図は第５実施
例の補正系概略図、第９図（Ａ），（Ｂ）は第５実施例
の光路説明図、第10,第11図は各々従来のゾーンプレー
トを用いた位置合わせ装置の説明図である。 図中、１は第１物体（マスク）,2は第２物体（ウエ
ハ）、5,3は各々第1,第２アライメントマーク、６参照
マーク、７はアライメント光、８は参照光、9,10はスク
ライブライン、11は第１検出系（センサ）、12は第２検
出系（センサ）である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１物体と第２物体とを対向配置して該第
   １物体と該第２物体の相対位置関係を検出する位置検出
   装置において、該第１物体と該第２物体に光束を照射す
   る光源手段と、該第１物体と該第２物体によって偏向さ
   れた光束を受光する第１光検出手段と第２光検出手段、
   該第１光検出手段は該光束のうち該第１物体と該第２物
   体との相対位置関係によって該第１光検出手段面上への
   入射位置が変化する第１光束を受光して位置ずれ検出信
   号を出力しており、該第２光検出手段は該光束のうち、
   該第１物体と該光源手段との相対的傾斜に応じて該第２
   光検出手段面上への入射位置が変化する第２光束を受光
   して参照信号を出力しており、該第１光検出手段からの
   位置ずれ検出信号と該第２光検出手段からの参照信号と
   の差分信号を利用して、該第１物体と該第２物体との相
   対位置を検出する位置検出手段とを有することを特徴と
   する位置検出装置。