JP3008653B2 - 位置検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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プロキシミティタイプの露光装
置や所謂ステッパー等において、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。

【０００２】

【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
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。

【０００３】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（「アライメントマーク」ともいう。）を所謂スク
ライブライン上に設け、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、例えば米国特許第４０３
７９６９号や特開昭５６−１５７０３３号公報ではアラ
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。

【０００４】又、米国特許第４３１１３８９号ではマス
ク面上にその回折光が所謂シリンドリカルレンズと同様
の光学作用を持つようなアライメントパターンを設け、
ウエハ面上にはその回折光を更にマスクとウエハが合致
したときに所定次数の回折光の光量が最大となるような
点列状のアライメントパターンを設け、双方のアライメ
ントパターンを介した光束を検出することによってマス
クとウエハとの相対的位置関係の検出を行っている。

【０００５】この他、本出願人は先に特願昭６３−２２
６００３号においてマスクとしての第１物体とウエハと
しての第２物体との相対的な位置ずれ検出を行う際、第
１物体及び第２物体面上に各々２組のレンズ作用を有す
るアライメントマークとしての物理光学素子を設け、該
物理光学素子にレーザを含む投光手段から光束を照射
し、該物理光学素子で逐次回折された回折光をセンサー
（検出手段）に導光している。そしてセンサー面上での
２つの光スポットの相対間隔値を求めることにより第１
物体と第２物体の相対的位置ずれ量を検出している。

【０００６】このとき投光手段は位置検出をすべく物体
面上に設けた２組の物理光学素子で逐次回折された光を
受光する検出手段と共に１つの筺体内に収納されてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】通常アライメントマー
クを設けるマスク及びウエハ面上のスクライブラインの
幅は５０μｍ〜１００μｍ程度である。このスクライブ
ライン幅は投影倍率が５倍のステッパーではレチクル面
上で２５０μｍ〜５００μｍ、Ｘ線の等倍密着露光（プ
ロキシミティ）装置で５０μｍ〜１００μｍであり、こ
の幅のエリアにアライメントマークがおさまるように設
けられる。このようにアライメントパターンはスクライ
ブライン幅以内に設定されている。

【０００８】このような小さいエリア内に設けたアライ
メントパターンにアライメントヘッド（投光手段）から
の光束（光ビーム）を効率良く照射するにはアライメン
トパターンのサイズに対応した大きさに光束径を絞る必
要がある。更に光束の照射方法もアライメントパターン
に対して正確な位置に照射する必要がある。

【０００９】一般にアライメントパターンに光束を不正
確に照射すると、それだけセンサで検出される光量（信
号光）が低下してくる。アライメントパターンのサイズ
に対して十分大きな光束径であるならばアライメントパ
ターンに略一様な光量分布で照射することができる。

【００１０】しかしながら光束を一様な光量分布で照射
しようとするとアライメントパターンのエリア以外の回
路パターンエリアに光束を照射することとなり、回路パ
ターンから不要な散乱光がノイズとなって返ってくる。
これを防止する為にはアライメントパターンのサイズに
対応した、略等しいサイズの光束で照射する必要があ
る。

【００１１】一般にこのように光束径を絞ると光束の光
量分布はマスク（レチクル）面上のアライメントパター
ン面上で一様でなくなってくる。

【００１２】更にアライメントパターンへの光束の照射
位置が大幅にずれてくるとマスクとウエハのずれがある
程度存在する場合のアライメントパターンより得られる
回折光のスポット位置（即ちマスクとウエハのずれ情
報）がアライメントパターンへの光束の照射位置がずれ
ていない場合に比べて異なってくる。即ちアライメント
パターンに照射する光束の照射位置がずれてくるとアラ
イメント検出に誤差が生じてくる。

【００１３】従って、光ビーム（投光手段）とアライメ
ントマーク（第１物体又は第２物体）の位置決め精度を
向上させ、最適な光ビーム径とすることでアライメント
の高精度化が可能となる。しかしながら光ビームのアラ
イメントマーク面上への入射位置決め精度を機械系のみ
で向上させようとすると系の複雑化及び大型化を伴ない
長期間の安定性を図るのが難しいという問題点が生じて
くる。

【００１４】本発明は第１物体又は第２物体に設けたア
ライメントマークである物理光学素子に対する投光手段
からの光ビームの入射位置決めを簡便な方法で高精度に
行なうことにより、機械精度及び組立て精度等の緩和を
図り、その後の第１物体と第２物体の相対的位置検出を
高精度に行うことができる位置検出装置の提供を目的と
する。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の位置検出装置
は、第１物体と第２物体とを対向させて相対的な位置検
出を行う位置検出装置において、該第１物体面上と該第
２物体面上に各々形成された物理光学素子のうち一方の
物理光学素子に投光手段から光を入射させたときに生ず
る回折光を他方の物理光学素子に入射させ、該他方の物
理光学素子により所定面上に生ずる回折パターンを検出
手段により検出することにより、該第１物体と該第２物
体との相対的な位置検出を行なうようにするとともに、
該第１物体面上に形成された参照マークと、該投光手段
とを相対的に移動させて該投光手段からの光束で該参照
マークを走査し、該走査に伴い該参照マークより発生し
所定面上に入射する光束を受光手段で検出し、該受光手
段からの出力信号を用いて該走査方向の光量分布形状を
少なくとも２つ得て、該２つの光量分布形状を利用して
該投光手段と該第１物体との相対的な位置検出を行うよ
うにしたことを特徴としている。

【００１６】この他本発明では、 （イ）前記２つの光量分布形状の走査方向の交点を利用
して前記投光手段と前記第１物体との相対的な位置検出
を行っていること。 （ロ）前記受光手段を前記検出手段の一部より構成して
いること。 （ハ）前記２つの光量分布形状のうち１つは前記受光手
段で得られる出力信号を走査方向に一定量シフトして演
算より得ていること。 （ニ）前記参照マークは物理光学素子又は反射面より成
っていること。 （ホ）前記光量分布形状を前記受光手段で得られる出力
信号に重み付けをして得ていること。 （ヘ）前記走査方向の２つの光量分布形状を少なくとも
２組形成し、各々の組より得られる光量分布形状の交点
の位置座標の平均値を用いていること。等を特徴として
いる。

【００１７】

【実施例】図１は本発明の位置検出装置の実施例１の要
部概略図、図２，図３は図１の一部分の拡大説明図、図
４，図５は本発明に係る位置検出の原理説明図である。
図６，図７，図８は本発明における投光手段と第１物体
との相対的位置検出を行うときの説明図である。

【００１８】本発明の特徴とする投光手段と第１物体と
の相対的な位置検出を説明する前に、まず第１物体と第
２物体との相対的な位置検出の原理について説明する。

【００１９】図中、１は光源であり、半導体レーザ、Ｈ
ｅ−Ｎｅレーザ、Ａｒレーザ等のコヒーレント光束を放
射する光源、又は発光ダイオード等の非コヒーレント光
束を放射する光源又はＸｒａｙ光源等から成っている。
２はコリメーターレンズであり、光源１からの光束を平
行光束としてレンズ系５に入射させている。レンズ系５
は入射光束を所望のビーム径にした後、ミラー６で反射
させて耐Ｘｒａｙ窓７（光源としてＸｒａｙを用いたと
き）を通過させて第１物体としてのマスク１８面上の位
置ずれ検出用のＡＡアライメントマーク（以下「ＡＡマ
ーク」という。）Ｚ１，Ｚ３（図２参照）に入射させて
いる。光源１、コリメーターレンズ２、レンズ系５は投
光手段を構成している。

【００２０】マスク１８面上にはこの他投光手段とマス
ク（第１物体）１８との相対的位置検出を行う為の後述
する参照マーク（光量検出マーク）Ｚ５，Ｚ６，Ｚ７
（図６参照）が設けられている。

【００２１】ＡＡマークＺ１，Ｚ３と参照マークＺ５，
Ｚ６，Ｚ７はマスク１８の周辺部のスクライブライン上
の４カ所に設けられている。１９は第２物体としてのウ
エハであり、マスク１８と近接（間隔１０μｍ〜１００
μｍ）配置されており、その面上にはマスク１８と位置
合わせすべきＡＡマークＺ２，Ｚ４がスクライブライン
上に設けられている。ＡＡマークＺ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ
４と参照マークＺ５，Ｚ６，Ｚ７は１次元又は２次元の
ゾーンプレート等の物理光学素子より成っている。

【００２２】１０は受光レンズであり、マスク１８面上
のＡＡマークを通過してきた所定次数の回折光１６を検
出手段としてのセンサー１１面上に集光している。１４
はアライメントヘッドであり、駆動手段（不図示）によ
って駆動可能となるように構成されている。

【００２３】図２は第１物体としてのマスク１８と第２
物体としてのウエハ１９面上に設けたＡＡマークＺ１，
Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４の説明図である。図３はマスク１８と
ウエハ１９面上の各マークを介した光束の光路を示して
いる。図４は図３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。

【００２４】図３，図４において１５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１８面上のＡＡマークＺ１，Ｚ３に角度
θで入射している。１９はウエハ等の第２物体であり、
第１物体１８と間隔ｇ隔てて対向配置されている。Ｗは
第１物体１８と第２物体１９との相対的なずれ量を示し
ている。Ｚ１，Ｚ３は各々第１物体１８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１５はＡＡ
マークＺ１，Ｚ３に入射している。Ｚ２，Ｚ４は第２物
体１９面上に設けた反射型（図４では透過型）の第２，
第４物理光学素子である。

【００２５】ＡＡマークＺ１〜Ｚ４はレンズ作用を有し
その焦点は各々Ｆ１〜Ｆ４で焦点距離ｆ１〜ｆ４であ
る。Ｌ２〜Ｌ９は各々物理光学素子からの所定次数の回
折光、１１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Ｌだけ離れた位置
に配置されている。ａ１，ａ２は各々ＡＡマークＺ１，
Ｚ３の光軸であり、このうち光軸ａ１と光軸ａ２との間
は距離Ｄだけ離れている。

【００２６】点Ｃ１〜Ｃ４はそれぞれ回折光Ｌ３，Ｌ
５，Ｌ７，Ｌ９のセンサ１１面上の光束重心位置であ
る。このうち点Ｃ１，Ｃ２は光軸ａ１から各々距離ｙ
１，ｙ２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，ｙ４離れた位置を示している。

【００２７】尚、ここで光束重心とは光束断面内におい
て、断面内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。

【００２８】３は演算手段としての信号処理回路であ
り、センサ１１からの情報により、光束Ｌ３，Ｌ５，Ｌ
７，Ｌ９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。４は制御回路であり、
信号処理回路３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１８と第２物体１９との位置ずれ量
Ｗと間隔ｇを制御している。８はステージコントローラ
であり、第２物体１９を搭載している不図示のステージ
を制御回路４からの指令に従って駆動している。

【００２９】本実施例では光源からの光束１５は第１物
体１８面上のＡＡマークＺ１，Ｚ３に各々入射してい
る。このうちＡＡマークＺ１に入射した光束１５のうち
ＡＡマークＺ１で生じた１次回折光Ｌ２はＡＡマークＺ
２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Ｌ３が発生する。回折光Ｌ３はＡＡマ
ークＺ１を０次回折光としてそのまま通過する。該回折
光Ｌ３はセンサ１１面上の光軸ａ１から距離ｙ１離れた
位置に結像する。センサ１１と第１物体１８との距離は
一定値Ｌ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。

【００３０】一方、ＡＡマーク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１５はＡＡマークＺ２
に入射する。そしてＡＡマークＺ２で１次の回折作用を
受けた１次回折光Ｌ４はＡＡマーク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Ｌ５が発生する。１次回折光Ｌ５はセンサ１１面上の
光軸ａ１から距離ｙ２離れた位置に結像する。

【００３１】ＡＡマークＺ３に入射した光束１５からは
ＡＡマークＺ１に入射した光束１５の場合と同様に回折
光Ｌ６〜Ｌ９が発生し、このうち回折光Ｌ７，Ｌ９はそ
れぞれセンサ１１面上の光軸ａ２から距離ｙ３，ｙ４離
れた位置に各々結像する。３は演算手段としての信号処
理回路であり、センサ１１から読み込んだ情報からまず
光束Ｌ３，Ｌ５，Ｌ７，Ｌ９の光束重心位置Ｃ１，Ｃ
２，Ｃ３，Ｃ４を求めた後、点Ｃ１と点Ｃ４間の間隔Ｄ
１４、点Ｃ２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との位置ずれ量Ｗと間隔ｇを
求めている。

【００３２】制御回路４は信号処理回路３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８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
ることができる。

【００３３】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、アライメントヘッド
が小型化され、又露光時のアライメントヘッドの移動が
不要の為、スループットがより向上する等の特長を有し
ている。

【００３４】次に本実施例において第１物体１８と第２
物体１９との位置ずれ量Ｗと間隔ｇの求め方について図
４を参照して説明する。

【００３５】図４において回折光Ｌ３を発生するレンズ
系では光束１５がレンズ作用の働きをするＡＡマークＺ
１，Ｚ２を通り点Ｃ１に入射する。このとき回折光Ｌ３
の光束重心Ｃ１までの距離ｙ１は第１物体１８と第２物
体１９とのずれ量Ｗと間隔ｇによって決まる量であり、
一般に ｙ１＝Ｆ１（Ｗ，ｇ） ‥‥‥（１） のように表わされる。

【００３６】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。

【００３７】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Ｙ１，Ｙ２を表わすことができる。

【００３８】 Ｙ１＝ｙ１＋ｙ３＝Ｄ１３−Ｄ ＝Ｆ１（Ｗ，ｇ）＋Ｆ３（Ｗ，ｇ）＝Ｆ５（Ｗ，ｇ） Ｙ２＝ｙ２＋ｙ４＝Ｄ２４−Ｄ ＝Ｆ２（Ｗ，ｇ）＋Ｆ４（Ｗ，ｇ）＝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、未知数を含む式が２つあ
れば未知数の解を求めることができる。即ち Ａ＝Ｇ１（Ｗ，ｇ） ‥‥‥（７） Ｂ＝Ｇ２（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Ｗ，ｇの値を求
めることができる。

【００３９】前述の（１）式を具体的にＷ，ｇで表わす
と次のようになる。

【００４０】ｙ１：Ｗ＝Ｌ＋２ｇ−ｆ１：ｆ１−ｇ これより

【００４１】

【数１】 となる。以上の関係式を基に（５），（６）式を具体的
に表わすと

【００４２】

【数２】 となる。

【００４３】（１３），（１４）式において間隔Ｄは光
軸ａ１と光軸ａ２の間隔で既知であり、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。

【００４４】図５は本実施例において回折光束Ｌ３，Ｌ
５，Ｌ７，Ｌ９の光束重心Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４がず
れ量Ｗに応じてセンサ１１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Ｌ３，Ｌ５，Ｌ７，Ｌ
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。

【００４５】そこで本実施例では例えばずれ量Ｗ＝±３
μｍの間で計測したいときは各光束が離れている範囲を
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。

【００４６】即ち、本実施例では前記第１、第２の２つ
のＡＡマーク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Ａ
Ａマーク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。

【００４７】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ＡＡマーク
（例えばＺ１）の光軸ａ１と第２物体上のＡＡマーク
（例えばＺ２）の光軸ａ２を距離Ｗｏだけずらしておく
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Ｃ１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。

【００４８】図２に示す第１〜第４ＡＡマークＺ１〜Ｚ
４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２ＡＡマー
クＺ１とＺ２の光軸が、又第３と第４ＡＡマークＺ３と
Ｚ４の光軸が各々距離Ｗｏだけずれるように設定してい
る。

【００４９】従ってこのパターンを使用した場合、第１
物体と第２物体とが距離Ｗｘだけずれている時は（９）
〜（１２）式のずれ量Ｗの値を Ｗ＝Ｗｏ＋Ｗｘ と置き換えて計算すればよい。

【００５０】尚、本実施例では第１、第２物体面上に各
々２個のＡＡマークを設ける代わりに４個のＡＡマーク
を設けて前述の回折光束Ｌ３，Ｌ５，Ｌ７，Ｌ９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。

【００５１】次に本発明の特徴とする光源１、コリメー
ターレンズ２、そしてレンズ系５とを有する投光手段
（実際にはアライメントヘッド１４）と第１物体（マス
ク）１８との相対的位置検出方法について説明する。

【００５２】図６は参照マークＺ５，Ｚ６，Ｚ７に投光
手段からの光束１５が入射し、反射偏向（反射回折）
し、受光手段１１に入射している状態を示す説明図であ
る。参照マークＺ５，Ｚ６，Ｚ７の大きさは各々Ｚ方向
にＭ、Ｙ方向にＮである。参照マークＺ５，Ｚ６，Ｚ７
は入射した光束１５の一部を受光手段１１（本実施例で
は前述した第１物体１８と第２物体１９との相対的位置
検出を行う為に用いた検出手段１１を用いている）へ導
光する機能を有する物理光学素子で、例えばゾーンプレ
ート等から成っている。

【００５３】Ｂ１はＺ方向の基準線、Ｂ２はＹ方向の基
準線である。参照マークＺ５，Ｚ６，Ｚ７は各々基準線
Ｂ１，Ｂ２に接して設けている。基準線Ｂ１と基準線Ｂ
２とが各々光束１５の横方向と縦方向の中心線と一致し
たとき投光手段（アライメントヘッド１４に相当）と第
１物体（マスク）１８との相対的位置合わせができたも
のとしている。

【００５４】本実施例では図６に示す構成において光束
１５で参照マークＺ５，Ｚ６上をＺ方向に走査する。こ
のとき参照マークＺ５，Ｚ６で反射回折した光束ＬＺ
５，ＬＺ６が複数のセンサーより成る受光手段１１のセ
ンサー１１Ｚ５，１１Ｚ６近傍に入射する。受光手段１
１で検出される光量の走査に基づく変化、即ち光量分布
形状の変化は各々図７の曲線７１，７２のようになる。

【００５５】同図において横軸は光束１５の走査方向の
位置座標を示している。光束１５の横方向の中心線が基
準線Ｂ１と一致したとき参照マークＺ５，Ｚ６からの光
束ＬＺ５，ＬＺ６の受光手段１１へ入射する入射光量が
等しくなる。

【００５６】そこで本実施例では受光手段１１からの信
号を信号処理回路３により処理し、その結果を基にアラ
イメントヘッドコントローラ９により図７の光量分布７
１，７２の交点Ｐに相当する位置に光束１５が位置する
ように、投光手段（アライメントヘッド１４）を移動し
て、これによりＺ方向の位置合わせを行っている。

【００５７】又、Ｙ方向の位置合わせは図６において光
束１５を参照マークＺ５，Ｚ７上をＹ方向に走査する。
このとき参照マークＺ５，Ｚ７で反射回折した光束ＬＺ
５，ＬＺ７が受光手段１１のセンサー１１Ｚ５，１１Ｚ
７近傍に入射する。受光手段１１で検出される光量の走
査に基づく変化、即ち光量分布形状の変化は各々図８の
曲線８１，８２のようになる。光束１５の縦方向の中心
線が基準線Ｂ２と一致したとき参照マークＺ５，Ｚ７か
らの光束ＬＺ５，ＬＺ７の受光手段１１へ入射する入射
光量が等しくなる。

【００５８】そこでＺ方向の位置合わせと同様に受光手
段１１からの信号を信号処理回路３で処理し、その結果
を基にアライメントヘッドコントローラ９により光量分
布形状８１，８２の交点Ｑに相当する位置に光束１５が
位置するように投光手段（アライメントヘッド１４）を
移動して、これによりＹ方向の位置合わせを行ってい
る。以上のようにして本実施例では投光手段と第１物体
１８との相対的位置合わせを行っている。

【００５９】本実施例において参照マークＺ５，Ｚ６，
Ｚ７の大きさをＭ＝５０μｍ、Ｎ＝１００μｍとしたと
き±０．５μｍ以内の位置検出精度が得られている。

【００６０】図９は本発明に係る参照マークと受光手段
１１との関係を示す実施例２の説明図である。本実施例
では１つの参照マークＺ５を用いている点が図６の実施
例１と異なっている。前述した図７において光量分布形
状７２は光量分布形状７１を走査方向に距離Ｍだけシフ
トしたものである。ここで距離Ｍは参照マークのＺ方向
の長さであり、予め求められている。

【００６１】即ち、光量分布形状７２は光量分布形状７
１より演算により求めることができる。このことは図８
の光量分布形状８２についても同様に光量分布形状８１
より演算により求めることができる。

【００６２】そこで本実施例では１つの参照マークＺ５
を介した光束を受光手段１１で検出し、図７の曲線７１
と図８の曲線８１に相当する光量分布形状を求め、後は
演算により他の光量分布形状７２，８２を求めている。
そして２つの光量分布形状７１，７２（８１，８２）の
交点Ｐ（Ｑ）を利用して図６で説明したのと同様にして
投光手段と第１物体１８との位置合わせを行っている。

【００６３】本実施例では参照マークを１つの物理光学
素子で構成しており、これによりスクライブラインの専
有面積が少なくてすみ、又製作が容易であるという特長
を有している。

【００６４】尚、本実施例において参照マークＺ５を物
理光学素子の代わりに単なる反射面より構成しても良
い。このとき参照マークＺ５からは回折光が発生せず参
照マークＺ５には光路方向を制御する機能がない。この
為受光手段１１は参照マークＺ５からの正反射光の光路
中に設ける必要がある。参照マークＺ５を反射面より構
成すれば製造工程が簡単となり、又高い信頼性が得られ
るという特長がある。

【００６５】次に本発明において投光手段と第１物体と
の相対的位置検出を行う実施例３について説明する。図
６に示す参照パターンを用いた実施例において光束をＺ
方向に走査する受光手段１１からは２つの参照パターン
Ｚ５，Ｚ７に対して各々図７に示すような曲線７１が２
つ得られる。このとき得られた２つの曲線７１に対して
前述の実施例２と同様に信号処理回路３で信号処理を行
えば、点Ｐに関して２つの位置座標が得られる。

【００６６】本実施例ではこのとき得られる２つの点Ｐ
の位置座標の平均値を用いてノイズの悪影響を軽減した
Ｚ方向の位置検出を行っている。又光束１５をＹ方向に
走査すると受光手段１１からは２つの参照パターンＺ
５，Ｚ６に対しても各々図８に示すような曲線８１が２
つ得られる。このとき前述と同様に信号処理を行い、得
られた２つの点Ｑの位置座標の平均値を用いてＹ方向の
位置検出を行っている。

【００６７】尚、本実施例において図６に示すＹＺ平面
内の第１象限に新たな物理光学素子より成る参照マーク
Ｚ８を参照マークＺ６，Ｚ７に接して設けて、Ｚ方向の
位置検出に関しては参照マークＺ５，Ｚ６に基づく光量
分布形状の交点Ｐと参照マークＺ７，Ｚ８からの光束に
基づく光量分布形状の交点Ｐの２つの交点Ｐの平均値を
用いるようにしても良い。

【００６８】又、同様にＹ方向の位置検出に関しては参
照マークＺ５，Ｚ７に基づく光量分布形状の交点Ｑと参
照マークＺ６，Ｚ８からの光束に基づく光量分布形状の
交点Ｑの２つの交点Ｑの平均値を用いるようにしても良
い。

【００６９】以上の各実施例において参照マークは基準
線と必ずしも接している必要はなく、基準線との位置関
係が決まっている他の線と接するように構成しても良
い。

【００７０】次に本発明において実施例４として受光手
段１１で得られた信号に重み付けをして検出感度を高め
る方法について説明する。例えば図７に示す曲線７１，
７２の代わりに曲線７１，７２に対して次式（ａ），
（ｂ）に示すような重み付けをすると図１０に示すよう
な直線ＬＡ，ＬＢが得られる。

【００７１】

【数３】 ここで Ｑ１；図７に示す曲線７１のＰｉ点の光量 Ｑ２；図７に示す曲線７２のＰｉ点の光量 である。又（ａ），（ｂ）式の係数１０００，２００は
任意に設定される値である。

【００７２】図１０は図７の点Ｐ近傍の特性を示してい
る。図１０に示すように２つの直線ＬＡ，ＬＢのＺ方向
の交点Ｐ１０が図７の交点Ｐに相当している。２つの直
線ＬＡ，ＬＢの傾きは大きくなり、本実施例ではこれに
よりＺ方向の交点Ｐ１０を高精度で検出している。Ｙ方
向の交点Ｑの検出に関しても図８の曲線８１，８２に対
して同様の処理をすればＺ方向と同様に交点Ｑを高精度
に検出することができる。

【００７３】

【発明の効果】本発明によれば第１物体面上に前述した
ような参照マークを設け、該参照マークに投光手段から
光束を走査しながら入射させ、該参照マークから生じる
光束の所定面上における光量分布形状を利用することに
より、投光手段と第１物体との位置関係を適切に設定す
ることができる為、後で行う第１物体と第２物体との相
対的な位置検出を高精度に行うことができる位置検出装
置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１の要部概略図

【図２】 図１の一部分の説明図

【図３】 図１の一部分の説明図

【図４】 本発明の位置検出装置の原理説明図

【図５】 本発明の位置検出装置の原理説明図

【図６】 本発明における投光手段と第１物体との相
対的位置検出の原理説明図

【図７】 本発明における投光手段と第１物体との相
対的位置検出の原理説明図

【図８】 本発明における投光手段と第１物体との相
対的位置検出の原理説明図

【図９】 本発明における投光手段と第１物体との相
対的位置検出の他の実施例の説明図

【図１０】 本発明における投光手段と第１物体との相
対的位置検出の他の実施例の説明図

【符号の説明】

１ 光源 ２ コリメーターレンズ ３ 信号処理回路 ４ 制御回路 ５ レンズ系 ６ ミラー ８ ステージコントローラ ９ アライメントヘッドコントローラ １１ 受光手段 １５ 光束 １８ 第１物体 １９ 第２物体 ７１，７２，８１，８２ 光量分布形状

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１物体と第２物体とを対向させて相対
   的な位置検出を行う位置検出装置において、該第１物体
   面上と該第２物体面上に各々形成された物理光学素子の
   うち一方の物理光学素子に投光手段から光を入射させた
   ときに生ずる回折光を他方の物理光学素子に入射させ、
   該他方の物理光学素子により所定面上に生ずる回折パタ
   ーンを検出手段により検出することにより、該第１物体
   と該第２物体との相対的な位置検出を行なうようにする
   とともに、該第１物体面上に形成された参照マークと、
   該投光手段とを相対的に移動させて該投光手段からの光
   束で該参照マークを走査し、該走査に伴い該参照マーク
   より発生し所定面上に入射する光束を受光手段で検出
   し、該受光手段からの出力信号を用いて該走査方向の光
   量分布形状を少なくとも２つ得て、該２つの光量分布形
   状を利用して該投光手段と該第１物体との相対的な位置
   検出を行うようにしたことを特徴とする位置検出装置。
2. 【請求項２】 前記２つの光量分布形状の走査方向の交
   点を利用して前記投光手段と前記第１物体との相対的な
   位置検出を行っていることを特徴とする請求項１の位置
   検出装置。
3. 【請求項３】 前記受光手段を前記検出手段の一部より
   構成していることを特徴とする請求項１の位置検出装
   置。
4. 【請求項４】 前記２つの光量分布形状のうち１つは前
   記受光手段で得られる出力信号を走査方向に一定量シフ
   トして演算より得ていることを特徴とする請求項１の位
   置検出装置。
5. 【請求項５】 前記参照マークは物理光学素子又は反射
   面より成っていることを特徴とする請求項１の位置検出
   装置。
6. 【請求項６】 前記光量分布形状を前記受光手段で得ら
   れる出力信号に重み付けをして得ていることを特徴とす
   る請求項１の位置検出装置。
7. 【請求項７】 前記走査方向の２つの光量分布形状を少
   なくとも２組形成し、各々の組より得られる光量分布形
   状の交点の位置座標の平均値を用いていることを特徴と
   する請求項２の位置検出装置。