JPH10242037A

JPH10242037A - 斜光軸光学系を用いた位置検出装置及び方法

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Publication number: JPH10242037A
Application number: JP9046527A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Miyatake; 勤宮武
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1997-02-28
Filing date: 1997-02-28
Publication date: 1998-09-11
Anticipated expiration: 2017-02-28
Also published as: JP3101582B2

Abstract

(57)【要約】【課題】スループットを落とすことなく、露光中も位
置検出が可能な高精度なアライメントを行うことができ
る位置検出方法及び装置を提供する。【解決手段】ウエハとマスクをある間隔を隔てて対向
させ、保持する。照明光学系が、保持されたウエハ及び
マスクに照明光を照射する。ウエハ保持台に保持された
ウエハの露光面に対して斜めの観測光軸を有する第１の
観測光学系が、ウエハ及びマスクから反射もしくは散乱
された光を第１の結像面に結像させる。第２の観測光学
系が、第１の観測光学系の光軸上に配置された部分反射
鏡により反射された光を第２の結像面に結像させる。第
１の観測光学系と第２の観測光学系は異なる倍率を有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アライメントマー
クを斜方から観測する位置検出装置及び方法に関し、特
に、近接露光のスループット向上に適した位置検出装置
及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】レンズ系と画像処理系とを組み合わせた
アライメント装置を用いてウエハとマスクの位置合わせ
を行う方法として、垂直検出法と斜方検出法が知られて
いる。垂直検出法は、アライメントマークをマスク面に
垂直な方向から観測する方法であり、斜方検出法は、斜
めから観測する方法である。

【０００３】垂直検出法で用いられる合焦方法として、
色収差二重焦点法が知られている。色収差二重焦点法
は、マスクに形成されたマスクマークとウエハに形成さ
れたウエハマーク（ウエハマークとマスクマークとを総
称してアライメントマークと呼ぶ。）とを異なる波長の
光で観測し、レンズ系の色収差を利用して同一平面に結
像させる方法である。色収差二重焦点法は、原理的にレ
ンズの光学的な分解能を高く設定できるため、絶対的な
位置検出精度を高めることができる。

【０００４】一方、アライメントマークを垂直方向から
観測するために、観測のための光学系が露光領域に入り
込む。このままで露光すると、光学系が露光光を遮るこ
とになるため、露光時には光学系を露光領域から退避さ
せる必要がある。退避させるための移動時間が必要にな
るため、スループットが低下する。また、露光時にアラ
イメントマークを観測できないため位置検出ができなく
なる。これは、露光中のアライメント精度低下の原因に
なる。

【０００５】斜方検出法は、光軸がマスク面に対して斜
めになるように光学系を配置するため、露光光を遮らな
いように配置することができる。このため、露光中に光
学系を退避させる必要がなく、露光中でもアライメント
マークを観測することができる。従って、スループット
を低下させることなく、かつ露光中の位置ずれを防止す
ることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】斜方検出法は、ウエハ
マークとマスクマークを斜方から観測して結像させるた
め、像歪により位置検出の絶対精度が低下する。また、
照明光の光軸と観測光の光軸が一致していないため、照
明光の光軸を観測光の光軸と同軸に配置することができ
ない。従って、照明光軸が理想的な光軸からずれ易くな
る。照明光軸が理想的な光軸からずれると、像が変化し
正確な位置検出を行うことが困難になる。

【０００７】本発明の目的は、スループットを落とすこ
となく、露光中も位置検出が可能な高精度なアライメン
トを行うことができる位置検出方法及び装置を提供する
ことである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、ある間隔を隔てて対向配置したウエハとマスクとに
照明光を照射する照明光学系と、前記ウエハの露光面に
対して斜めの観測光軸を有し、前記ウエハ及びマスクか
ら反射もしくは散乱された光を第１の結像面に結像させ
る第１の観測光学系と、前記第１の観測光学系の光軸上
に配置された部分反射鏡により反射された光を第２の結
像面に結像させ、前記第１の観測光学系とは異なる倍率
を有する第２の観測光学系とを有する位置検出装置が提
供される。

【０００９】反射光または散乱光を斜方から観測するた
め、露光範囲内に光学系を配置する必要がない。このた
め、露光時に観測光学系を退避させる必要がなく、露光
中も常時位置検出を行うことができる。第１及び第２の
観測光学系のうち低倍率の光学系を用いて粗い位置検出
を行い、高倍率の光学系で微細な位置検出を行うことが
できる。

【００１０】本発明の他の観点によると、入射光を散乱
させるエッジ若しくは頂点が形成されたウエハマークを
露光面上に有するウエハと、入射光を散乱させるエッジ
若しくは頂点が形成されたマスクマークを有するマスク
とを、前記露光面が前記マスクに対向するようにある間
隔を隔てて配置する工程と、前記ウエハマーク及びマス
クマークの前記エッジ若しくは頂点に照明光を照射し、
前記ウエハマークからの散乱光と前記マスクマークから
の散乱光を前記露光面に対して斜めの観測光軸を有する
第１の観測光学系で観測し、前記ウエハとマスクとの相
対位置を粗く検出する工程と、前記相対位置を粗く検出
する工程で得られた検出結果に基づいて、前記ウエハと
マスクとの少なくとも一方を移動させ、粗い位置合わせ
を行う工程と、前記ウエハマークからの散乱光と前記マ
スクマークからの散乱光を、前記第１の観測光学系と観
測光軸を共有し、かつ前記第１の観測光学系よりも高倍
率の第２の観測光学系で観測し、前記ウエハとマスクと
の相対位置を微細に検出する工程と、前記相対位置を微
細に検出する工程で得られた検出結果に基づいて、前記
ウエハとマスクとの少なくとも一方を移動させ、微細な
位置合わせを行う工程とを有する位置検出方法が提供さ
れる。

【００１１】微細な位置合わせを行う前に、低倍率の光
学系を用いて粗い位置合わせを行うことにより、ウエハ
とマスクとを始めに保持する時に要求される位置合わせ
精度が緩和される。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施例による位
置検出装置の概略断面図を示す。実施例による位置検出
装置はウエハ／マスク保持部１０、光学系２０、及び制
御装置３０を含んで構成されている。

【００１３】ウエハ／マスク保持部１０は、ウエハ保持
台１５、マスク保持台１６、駆動機構１７及び１８を含
んで構成されている。位置合わせ時には、ウエハ保持台
１５の上面にウエハ１１を保持し、マスク保持台１６の
下面にマスク１２を保持する。ウエハ１１とマスク１２
とは、ウエハ１１の露光面とマスク１２のウエハ側の面
（マスク面）との間に一定の間隙が形成されるようにほ
ぼ平行に配置される。ウエハ１１の露光面には、位置合
わせ用のウエハマークが形成され、マスク１２のマスク
面には位置合わせ用のマスクマークが形成されている。

【００１４】駆動機構１７は、ウエハ１１とマスク１２
との露光面内に関する相対位置が変化するように、ウエ
ハ保持台１５若しくはマスク保持台１６を移動させるこ
とができる。駆動機構１８は、ウエハ１１の露光面とマ
スク１２のマスク面との間隔が変化するように、ウエハ
保持台１５を移動させることができる。図の左から右に
Ｘ軸、紙面に垂直な方向に表面から裏面に向かってＹ
軸、露光面の法線方向にＺ軸をとると、駆動機構１７
は、ウエハ１１とマスク１２の、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、
Ｚ軸の回りの回転方向（θ_Z方向）に関する相対位置を
調整し、駆動機構１８は、Ｚ軸方向、Ｘ軸及びＹ軸の回
りの回転（あおり）方向（θ_X及びθ_Y方向）の相対位
置を調整する。

【００１５】光学系２０は、像検出装置２１Ａ、２１
Ｂ、レンズ２２、２８、ハーフミラー２３、２６Ａ、光
ファイバ２４、ミラー２６Ｂを含んで構成される。光学
系２０の光軸２５は、ＸＺ面に平行であり、かつ露光面
に対して斜めになるように配置されている。

【００１６】光ファイバ２４から放射された照明光はハ
ーフミラー２３で反射して光軸２５に沿った光線束とさ
れ、レンズ２２を通して露光面に斜入射される。レンズ
２２を透過した照明光は平行光線束になる。

【００１７】ウエハ１１及びマスク１２に設けられたウ
エハマーク及びマスクマークがエッジ若しくは頂点を有
する場合には、エッジ若しくは頂点で照明光が散乱され
る。散乱光のうちレンズ２２に入射する光はレンズ２２
で収束され、その一部がハーフミラー２３と２６Ａを透
過して像検出装置２１Ａの結像面２９Ａ上に結像する。
結像面２９Ａ上への結像倍率は、例えば２０倍である。
散乱光のうちハーフミラー２６Ａで反射した光は、ミラ
ー２６Ｂで反射し、リレーレンズ２８で収束されて像検
出装置２１Ｂの結像面２９Ｂ上に結像する。結像面２９
Ｂ上への結像倍率は、例えば８０〜１００倍である。こ
のように、相互に倍率の異なる２つの観測光学系が配置
されている。

【００１８】像検出装置２１Ａ及び２１Ｂは、それぞれ
結像面２９Ａ及び２９Ｂ上に結像したウエハ１１及びマ
スク１２からの散乱光による像を光電変換し画像信号を
得る。これらの画像信号は制御装置３０に入力される。

【００１９】制御装置３０は、像検出装置２１Ａ及び２
１Ｂから入力された画像信号を処理して、ウエハ１１と
マスク１２との相対位置を検出する。さらに、ウエハ１
１とマスク１２が所定の相対位置関係になるように、駆
動機構１７及び１８に対して制御信号を送出する。駆動
機構１７は、この制御信号に基づいてマスク保持台１６
をＸＹ面内で平行移動させ、Ｚ軸の回りに回転させる。
駆動機構１８は、この制御信号に基づいてウエハ保持台
１５をＺ軸方向に平行移動させ、Ｘ軸とＹ軸の回りに微
小回転させる。

【００２０】図２（Ａ）は、図１のウエハ１１及びマス
ク１２に形成された位置合わせ用のウエハマーク１３
Ａ、１３Ｂ、及びマスクマーク１４の相対位置関係を示
す平面図である。長方形パターンをＹ軸方向に３個、Ｘ
軸方向に１４個、行列状に配列して各ウエハマーク１３
Ａ及び１３Ｂが形成されている。同様の長方形パターン
をＹ軸方向に３個、Ｘ軸方向に５個、行列状に配置して
１つのマスクマーク１４が形成されている。位置合わせ
が完了した状態では、マスクマーク１４は、Ｙ軸方向に
関してウエハマーク１３Ａと１３Ｂとのほぼ中央に配置
される。

【００２１】ウエハマーク１３Ａ、１３Ｂ、及びマスク
マーク１４の各長方形パターンの長辺はＸ軸と平行にさ
れ、短辺はＹ軸と平行にされている。各長方形パターン
の長辺の長さは例えば２μｍ、短辺の長さは例えば１μ
ｍであり、各マーク内における長方形パターンのＸ軸及
びＹ軸方向の配列ピッチは４μｍである。ウエハマーク
１３Ａと１３Ｂとの中心間距離は、５６μｍである。

【００２２】図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の一点鎖線Ｂ２
−Ｂ２における断面図を示す。ウエハマーク１３Ａ及び
１３Ｂは、例えば露光面上に形成したＳｉＮ膜、ポリシ
リコン膜等をパターニングして形成される。マスクマー
ク１４は、例えばＳｉＣ等からなるメンブレン１２のマ
スク面上に形成したＴａ₄Ｂ膜をパターニングして形成
される。

【００２３】図２（Ｃ）は、図２（Ａ）の一点鎖線Ｃ２
−Ｃ２における断面図を示す。光軸２５に沿ってウエハ
マーク１３Ａ、１３Ｂ及びマスクマーク１４に入射した
照明光は、図２（Ｃ）の各長方形パターンの短辺側のエ
ッジで散乱される。エッジ以外の領域に照射された光は
正反射し、図１のレンズ２２には入射しない。従って、
像検出装置２１Ａ及び２１Ｂでエッジからの散乱光のみ
を検出することができる。ここで、正反射とは、入射光
のうちほとんどの成分が、同一の反射方向に反射するよ
うな態様の反射をいう。

【００２４】図１の光学系２０の物空間において光軸２
５に垂直な１つの平面上の点からの散乱光が、像検出装
置２１Ａ及び２１Ｂの結像面２９Ａ及び２９Ｂ上に同時
に結像する。結像面２９Ａ及び２９Ｂ上に結像している
物空間内の物点の集合した平面を「物面」と呼ぶことと
する。

【００２５】図２（Ｃ）において、ウエハマーク１３
Ａ、１３Ｂ及びマスクマーク１４の各エッジのうち、物
面２７上にあるエッジからの散乱光は結像面上に合焦す
るが、物面上にないエッジからの散乱光は合焦せず物面
から遠ざかるに従ってピントがぼける。従って、各マー
クのエッジのうち物面に最も近い位置にあるエッジから
の散乱光による像が最も鮮明になり、物面から離れた位
置にあるエッジからの散乱光による像はぼける。

【００２６】図３は、エッジからの散乱光による結像面
上の像のスケッチである。図３のｕ軸が図２（Ｃ）にお
ける物面２７とＸＺ面との交線方向に相当し、ｖ軸が図
２（Ｃ）におけるＹ軸に相当する。ウエハマーク１３Ａ
及び１３Ｂからの散乱光による像４０Ａ及び４０Ｂが、
ｖ軸方向に離れて現れ、その間にマスクマーク１４から
の散乱光による像４１が現れる。

【００２７】各長方形パターンの前方のエッジと後方の
エッジによる散乱光が観測されるため、１つの長方形パ
ターンに対して２つの点状の像が現れる。各像におい
て、図２（Ｃ）の物面２７近傍のエッジからの散乱光に
よる像がはっきりと現れ、それからｕ軸方向に離れるに
従ってぼけた像となる。また、図２（Ｃ）に示すよう
に、観測光軸２５が露光面に対して傾いているため、ウ
エハマークからの散乱光による像４０Ａ及び４０Ｂの最
もピントの合っている位置とマスクマークからの散乱光
による像４１の最もピントの合っている位置とは、ｕ軸
方向に関して一致しない。

【００２８】マスクマークからの散乱光による像４１
が、ｖ軸方向に関して像４０Ａと４０Ｂとの中央に位置
するように、図１のウエハ保持台１５とマスク保持台１
６とを移動させることにより、Ｙ軸方向、即ち物面と露
光面との交線方向に関してウエハ１１とマスク１２との
位置合わせを行うことができる。

【００２９】図１に示す位置検出装置では、ウエハマー
ク及びマスクマークを斜方から観測するため、光学系２
０を露光光４０（Ｘ線露光の場合にはＸ線遮蔽膜）の光
路内に配置する必要がない。このため、露光時に光学系
２０を露光範囲外に退避させる必要がない。また、位置
合わせ完了後にウエハを露光する場合、露光中も常時位
置検出が可能である。さらに、照明光軸と観察光軸を同
軸にしているため、軸ずれがなく常に安定した像を得る
ことができる。

【００３０】図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、像検出装置
２１により得られた画像信号を示す。横軸は図３のｖ軸
に対応し、縦軸は光強度を表す。なお、この画像信号
は、図３に示す結像面を走査して得られた画像信号のう
ち、像４０Ａ及び４０Ｂの最もピントの合っている位置
の走査線と像４１の最もピントの合っている位置の走査
線に対応する画像信号を合成したものである。

【００３１】図４（Ａ）は、ウエハマークがポリシリコ
ンで形成されている場合、図４（Ｂ）はＳｉＮで形成さ
れている場合を示す。なお、マスクマークは、共に、Ｔ
ａ₄Ｂで形成されている。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に
示すように、ほぼ中央にマスクマークに対応する３本の
ピークが現れ、その両側にウエハマークに対応する３本
のピークが現れている。

【００３２】以下、図４（Ａ）または図４（Ｂ）に示す
波形から、マスクマークとウエハマークとの相対位置を
検出する方法の一例を簡単に説明する。まず、マスクマ
ークに対応するピーク波形をｖ軸方向にずらせながら２
つのウエハマークの各々に対応するピーク波形との相関
係数を計算する。最大の相関係数を与えるずらし量が、
ウエハマークとマスクマークとの中心間距離に対応す
る。

【００３３】マスクマークに対応するピーク波形とその
両側のウエハマークの各々に対応するピーク波形との間
隔が等しくなるように、ウエハとマスクとを移動するこ
とにより、図１のＹ軸方向に関して位置合わせを行うこ
とができる。

【００３４】相関係数の計算精度を高めるためには、結
像面に配置された光電変換素子を、その入出力特性が線
型に近い領域で使用し、かつＳ／Ｎ比の高い画像信号を
得ることが好ましい。このために、マスクマークとウエ
ハマークからの散乱光のうち一方を光学フィルタ等を用
いて減衰させ、ピークの高さを揃えておくことが好まし
い。

【００３５】なお、図３に示す２次元の画像信号を、ｕ
軸方向及びｖ軸方向に平行移動し、マスクマークの像と
ウエハマークの像との相似性パターンマッチングを行う
ことにより、ウエハとマスクとの相対位置を求めてもよ
い。２次元画像のパターンマッチングを行うことによ
り、ｕ軸方向とｖ軸方向に関する像間の距離を求めるこ
とができる。

【００３６】次に、ウエハとマスクとの間隔を測定する
方法について説明する。図３において、ウエハマークか
らの散乱光による像４０Ａ、４０Ｂ内のｕ軸方向に関し
て最もピントの合っている位置ｕ₀が、図２（Ｃ）にお
ける物面２７と露光面との交線Ｐ₀に相当する。また、
図３において、マスクマークからの散乱光による像４１
のうち、ｕ軸方向に関して最もピントの合っている位置
ｕ₁が、図２（Ｃ）における物面２７とマスク面との交
線Ｐ₁に相当する。例えば、図３に示す２次元画像のパ
ターンマッチングにより位置ｕ₁とｕ₂間の距離を求め
ることができる。

【００３７】線分Ｐ₀Ｐ₁の長さをＬ（Ｐ₀Ｐ₁）で表
すと、ウエハ１１とマスク１２との間隔δは、

【００３８】

【数１】 δ＝Ｌ（Ｐ₀Ｐ₁）×ｓｉｎ（α） …（５）と表される。ここで、αは露光面の法線方向と光軸２５
とのなす角である。従って、図３におけるｕ軸上の位置
ｕ₀とｕ₁間の距離Ｌ（ｕ₀ｕ₁）を測定して線分Ｐ₀
Ｐ₁の長さを求めることにより、間隔δを知ることがで
きる。間隔δをより正確に知るためには、ｕ軸上の位置
ｕ₀とｕ₁間の距離を正確に測定することが好ましい。
このためには、レンズの焦点深度が浅いほうがよい。

【００３９】なお、観測された像同士のパターンマッチ
ングを行うのではなく、基準となる像とのパターンマッ
チングを行ってもよい。この場合、所望の相対位置関係
を満たすようにウエハとマスクとを配置した状態におけ
る基準画像信号を、予め記憶しておく。観測されたウエ
ハマークと予め記憶されているウエハマークの像同士の
相似性パターンマッチングを行うことにより、ウエハの
基準位置からのずれ量を求め、同様にマスクの基準位置
からのずれ量を求める。このずれ量から、ウエハとマス
クの相対位置を知ることができる。

【００４０】図１に示すＹ軸方向に関する位置合わせに
要求される精度は、集積回路装置の集積度向上に伴って
厳しくなっている。例えば、１６Ｇビットの記憶容量を
有するダイナミックＲＡＭの場合、１２．５ｎｍ程度の
位置合わせ精度が要求される。このため、図２（Ａ）で
説明したように、ウエハマーク１３Ａと１３ＢとのＹ軸
方向の中心間距離が例えば５６μｍとされる。

【００４１】図４に示す画像信号に基づいて位置合わせ
を行うためには、ウエハとマスクとの相対位置合わせが
ある程度の誤差範囲内に納まっていることが好ましい。
しかし、図１に示すウエハ１１をウエハ保持台１５に保
持し、マスク１２をマスク保持台１６に、この誤差範囲
内に納まる精度で保持することは困難である。このた
め、ウエハ１１とマスク１２とを保持した後、この誤差
範囲内に納まるように粗い位置合わせ（コースアライメ
ント）を行うことが好ましい。

【００４２】結像倍率の低い結像面２９Ａ上の像による
画像信号に基づいて、このコースアライメントを容易に
行うことができる。コースアライメントが完了した後、
結像倍率の高い結像面２９Ｂ上の像による画像信号に基
づいて、より高精度の位置合わせ（ファインアライメン
ト）を行うことができる。ファインアライメントを行う
前にコースアライメントを行うことにより、ウエハとマ
スクとを保持する時に要求される位置合わせ精度が緩和
される。

【００４３】また、集積度向上に伴い、ウエハ１１とマ
スク１２との間隔も一定に保つことが要求される。この
間隔は、例えば、線幅０．１μｍのＸ線露光の場合に
は、１０〜２０μｍ程度であり、±１μｍ程度の精度が
要求される。結像倍率の低い結像面２９Ａ上の像による
画像信号に基づいて、ウエハとマスクとの間隔を検出す
る。

【００４４】制御装置３０に、ファインアライメント用
の光学系で得られた画像信号の処理部とコースアライメ
ント用の光学系で得られた画像信号の処理部とが別個に
設けられている。ファインアライメント用の光学系で検
出された画像信号を用いてウエハとマスクとの間隔の調
整を行うと、制御装置３０の処理能力の関係からファイ
ンアライメントの高速性が犠牲になる。コースアライメ
ント用の光学系の画像信号を用いてウエハとマスクとの
間隔を調整することにより、ファインアライメントの高
速性の低下を防止することができる。

【００４５】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ウエハマーク及びマスクマークからの散乱光を斜方から
観測して、高精度に位置検出することができる。まず、
低倍率の光学系で大まかな位置合わせを行い、その後高
倍率の光学系で高精度の位置合わせを行うことにより、
容易に高精度の位置合わせを行うことができる。また、
低倍率の光学系を用いて、ウエハとマスク間の間隔を検
出することにより、高精度の位置合わせ時の高速性を維
持したまま、ウエハとマスク間の間隔を調整することが
できる。位置合わせを行った後にウエハを露光する場
合、露光範囲に光学系を配置する必要がないため、露光
期間中も常時位置検出を行うことができる。このため、
高精度な露光が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による位置検出装置の概略を示
す断面図である。

【図２】ウエハマークとマスクマークの平面図及び断面
図である。

【図３】ウエハマークとマスクマークからの散乱光によ
る像をスケッチした図である。

【図４】実施例を説明するための比較例による画像信号
を示すグラフである。

【符号の説明】

１０ウエハ／マスク保持部１１ウエハ１２マスク１３Ａ、１３Ｂウエハマーク１４マスクマーク１５ウエハ保持台１６マスク保持台１７、１８駆動機構２０光学系２１Ａ、２１Ｂ像検出装置２２レンズ２３、２６Ａハーフミラー２４光ファイバ２５光軸２６Ｂミラー２７物面２８リレーレンズ２９Ａ、２９Ｂ結像面３０制御装置４０Ａ、４０Ｂウエハマークからの散乱光による像４１マスクマークからの散乱光による像

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ある間隔を隔てて対向配置したウエハと
マスクとに照明光を照射する照明光学系と、前記ウエハの露光面に対して斜めの観測光軸を有し、前
記ウエハ及びマスクから反射もしくは散乱された光を第
１の結像面に結像させる第１の観測光学系と、前記第１の観測光学系の光軸上に配置された部分反射鏡
により反射された光を第２の結像面に結像させ、前記第
１の観測光学系とは異なる倍率を有する第２の観測光学
系とを有する位置検出装置。
【請求項２】さらに、前記ウエハを保持するウエハ保持台と、前記ウエハ保持台に保持されたウエハの露光面にある間
隔を隔てて対向するように前記マスクを保持するマスク
保持台と、前記ウエハ保持台とマスク保持台のうち少なくともいず
れか一方を移動させ、前記ウエハとマスクとの相対位置
を変化させる移動機構とを有する請求項１に記載の位置
検出装置。
【請求項３】さらに、前記第１及び第２の観測光学系
から、前記第１及び第２の結像面に現れた像に対応する
画像情報が入力され、入力された画像情報に基づいて前
記移動機構を駆動し、前記ウエハとマスクとの相対位置
を変化させる制御手段を有する請求項２に記載の位置検
出装置。
【請求項４】前記制御手段が、前記第１及び第２の観
測光学系のうち高倍率の光学系から得られた画像情報に
基づいて、前記観測光軸に垂直な仮想平面と前記露光面
との交線方向に関する前記ウエハとマスクとの相対位置
を検出し、低倍率の光学系から得られた画像情報に基づ
いて、前記露光面とマスクとの間隔を検出する請求項３
に記載の位置検出装置。
【請求項５】前記制御手段が、前記第１及び第２の観
測光学系のうち低倍率の光学系から得られた画像情報に
基づいて、前記観測光軸に垂直な仮想平面と前記露光面
との交線方向に関する前記ウエハとマスクとの相対位置
を粗く検出し、検出結果に基づいて前記移動機構を駆動
し、検出された方向に関して前記ウエハとマスクとの位
置合わせを行い、その後、前記第１及び第２の観測光学
系のうち高倍率の光学系から得られた画像情報に基づい
て、前記観測光軸に垂直な仮想平面と前記露光面との交
線方向に関する前記ウエハとマスクとの相対位置を微細
に検出し、検出結果に基づいて前記移動機構を駆動し、
検出された方向に関して前記ウエハとマスクとの位置合
わせを行う請求項３または４に記載の位置検出装置。
【請求項６】入射光を散乱させるエッジ若しくは頂点
が形成されたウエハマークを露光面上に有するウエハ
と、入射光を散乱させるエッジ若しくは頂点が形成され
たマスクマークを有するマスクとを、前記露光面が前記
マスクに対向するようにある間隔を隔てて配置する工程
と、前記ウエハマーク及びマスクマークの前記エッジ若しく
は頂点に照明光を照射し、前記ウエハマークからの散乱
光と前記マスクマークからの散乱光を前記露光面に対し
て斜めの観測光軸を有する第１の観測光学系で観測し、
前記ウエハとマスクとの相対位置を粗く検出する工程
と、前記相対位置を粗く検出する工程で得られた検出結果に
基づいて、前記ウエハとマスクとの少なくとも一方を移
動させ、粗い位置合わせを行う工程と、前記ウエハマークからの散乱光と前記マスクマークから
の散乱光を、前記第１の観測光学系と観測光軸を共有
し、かつ前記第１の観測光学系よりも高倍率の第２の観
測光学系で観測し、前記ウエハとマスクとの相対位置を
微細に検出する工程と、前記相対位置を微細に検出する工程で得られた検出結果
に基づいて、前記ウエハとマスクとの少なくとも一方を
移動させ、微細な位置合わせを行う工程とを有する位置
検出方法。