JPS60188953A - 位置検出装置 - Google Patents

位置検出装置

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JPS60188953A
JPS60188953A JP59042825A JP4282584A JPS60188953A JP S60188953 A JPS60188953 A JP S60188953A JP 59042825 A JP59042825 A JP 59042825A JP 4282584 A JP4282584 A JP 4282584A JP S60188953 A JPS60188953 A JP S60188953A
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JP
Japan
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light
photodetector
wafer
signal
filter
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JP59042825A
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Naoki Ayada
綾田 直樹
Takashi Matsumura
松村 尊
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Canon Inc
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Publication date
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    • G03F9/7069Alignment mark illumination, e.g. darkfield, dual focus
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03F9/7003Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
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    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
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    • G03F9/7076Mark details, e.g. phase grating mark, temporary mark

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

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】 〔技術分野〕 本発明は位置検出装置、特に半導体焼付は装置において
マスク又はレチクルの半導体集積回路パターンをウェハ
上に焼付ける前の工程としてマスクとウェハを正確に位
置合わせするために、マスクとウェハ上にそれぞれ予め
形成された位置合わせ用マーク(以下、それぞれマスク
アライメントマーク、ウェハアライメントマークという
、)の位置を高精度で検出する位置検出装置に関する。
〔従来技術〕
従来、半導体焼付は装置等において、マスクとウェハの
位置合わせを行なうために、マスクアライメントマーク
及びウェハアライメントマークをレーザ光により光走査
し、両者の位置を検出する方法が広く行なわれている。
これらの方法の1つは予め粗位置合わせされたマスク及
びウェハ上を光走査し、両者の7ライメントマークから
得られる散乱光を光検知器で時系列的に取り出し、該マ
ークの位置情報を光検出器の時間情報に変換するもので
ある。
しかしながら、この場合、ウェハ・アライメントΦマー
クから得られる散乱光はウェハーLに塗布されたフォト
レジスト層の影響をうけ、位置検比精度の低下を招くと
いう欠点があった。フォトレジスト層による位置検出精
度の低下の主な原因は、フォトレジスト層のいわゆるプ
リズム作用によるものであり、この欠点を除去する方法
は特願昭58−15138j!で提案されている。
〔発明の目的〕
本発明は上記従来例の欠点に鑑みて提案されたものであ
り、前記提案を改良し、さらに高速度争高精度の位置検
出を可能とする位置検出装置の提供を目的とする。
〔実施例〕
以下、図面に従って、本発明の詳細な説明する。第1図
(A)は、マスクパターンを縮小投影光学系を介してウ
ェハー上び焼付ける装置、いわゆるステッパーの主要構
成を示す図である。
図中、lは集積回路パターン及びアライメント・マーク
を具えたマスクであり、マスク・ステージ24に保持さ
れている。3は縮小投影レンズ、4は感光層を具えるウ
ェハーでアライメントマークを具えるものとする。5は
ウェハー・スる。マスク・ステージ24及びウニへ−響
ステージ5は、X方向、Y方向差びに回転方向(θ方向
)に移動可能なものである。
そして例えば、ウェハー・ステージ5をXY方向に送っ
てステップゆアンド拳リピート連動を行い、マスク・ス
テージ24をX@Y、θ方向に移動してマスクlを装置
に対して初期ナツトし、更にマスク・ステージ24をx
−X方向に移動すると共にウェハ一番ステージ5をθ方
向に移動してマスク1とウェハー4のアライメントを行
う、但し。
XeYΦθともマスク・ステージを動かしてアライメン
トしても良いし、逆にウェハー・ステージのみを動かし
てアライメントしても良い。
また20と20°はマスクlのアライメントマーク、2
1ト21’はウェハ−4のアライメントマークである0
図ではウェハー4の7ライメントマークを便宜と、1線
描いているが、実際には露光されるシ!ット数と同じ数
の組が配されているものとする。
なお、マスクl上のアライメントマークとウェハー上の
アライメントマークは1等倍投影系以外の系を介在させ
た時には投影もしくは逆投影しても両方の7ライメント
マークの寸法が変わらない様に、アライメントマークの
寸法を変えておくものとし、ここではマスクの7ライメ
ントマークの寸法でウェハーのアライメントマークの寸
法を除算すると縮小倍率になる様に設定する。
28は回転軸29を中心として回転する回転多面鏡(ポ
リゴン−ミラー)である、レーザ光源22から射出した
レーザ光線は、レンズ23により回転多面鏡28上の面
の−・点31へ収束する。
レンズ32,33.34は光線中継用のレンズ、35は
三角柱プリズムであって、三角柱プリズム35の頂点は
光軸−ヒに一致するからレーザー光線の一回の走査はそ
の前半と後半で左右に分けられる。38は、図面内方向
のレーザー光操作を図面に垂直方向の走査に変換するた
めのプリズムブロックで、例えば第1図(B)の様な形
状に構成する。42は光ラー、43はミラー、44はレ
ンズ、45は空間フィルタであり、47は光検出器であ
る。48〜51は全反射ミラー552はプリズム、53
はf−0対物レンズである。
また57はコンデンサーレンズ、58は同期信号検出用
の光検出器であり、半透鏡42へ入射したレーザー光の
一部はコンデンサーレンズ57で集光されて光検出器5
8へ入射する。従って光検出器5Bはレーザー光の走査
始点と終点を検出するのに役立 。
つ。
尚1図かられかる様に、信号検出系は全く対称な左右の
系から成っており、オペレータ側を紙面の手前側とする
と、ダッシュで示した系は右、ダッシュなしの系は左の
信号検出系と呼ぶことにし、同じ部材には同一番号にダ
ッシュを付けている。
中継レンズ32.33.34は回転多面鏡2Bからの振
れ原点を対物レンズ53の絞り位W55の中の瞳56に
形成する。従ってシート状又はスポット状のレーウェハ
ー上を走査する。
第2図はフィルター45(45’ )の平面図であり。
45A 、 458 、450 、450は透明部、そ
の他の斜線で示す部分は遮光部である。透光部45^、
 45B。
450、450は、それぞれ80度間隔で配置されてお
り、その配置方向は後述する様に、アライメントマーク
の段差方向と対応している。
第31に(A)は、光検知器47(47°)のqt面図
であり、光検出器47(47°)は、互に独立した受光
要素47A、 478.470.470から形成されて
いる。受光要素はチャンネルスト−2パー47Sにより
、互に電気的に分離されており、各々独立に光電流を検
出することができる。受光要素47A、 478.47
G、 47Dは同一チップ上に形成されており、透光部
を有する金属パッケージ(不図示)に封入されている。
第2図のフィルタ45と第3図(A)の光検知器の47
の相対的な位置関係は、光検知器47のチャンネル−ス
トッパー473がフィルタの透光部45A、45.B。
45G、 450に対して、45度の角度をなす様に配
置される。即ち、透光部45Aを通過した光は47Aに
、45Bは47Bに、45Gは47Cに、451+は4
7Dに入射する様になっている。
第3図(B)は本発明の他の実施例に係る光検知器46
であり、その受光部をフィルターの透光部のパターント
同一の形にしたものである。これにより受光要素48A
、 4EIB、 480.480以外の光は検知されな
いから、光検知器がフィルターの役目もすることになる
。この場合フィルタ45は不用になり、第1図において
レンズ44のあとに第3図CB)の光検知器46を配置
すればよい。
第4図(A)はウェハ−・アライメントパターンとウェ
ハー面上に縮小投影レンズを介して投影されたマスク会
アライメントマークの平面図であり、図ではウェハー面
上で右側の7ライメントマーク(左検出系)、即ちウェ
ハーアライメントマーク21およびマスク会アライメン
トマーク2oのみを示しである。マスク・アライメント
マーク2゜は、直交するバー75と78からなる。一方
フエバーーアライメントマーク21は、直行関係の平行
ハーフ1.72及び73.74から成っている。このア
ライメントマークに対してレーザ光は矢印80で示した
方向に光走査を行う、レーザ光がウェハー−フライメン
トマークを光走査すると、段差?1.72゜73、74
での回折光は段差の線に対して垂直方向、即ち矢印で示
す?IAと710.72Aと72G、 73Bと730
゜74Bと 740の方向へ進む、しかしウェハー・ア
ライメントパターンがウェハー表面から突出している(
以後ノコシOパターンという)か、あるいは窪んでいる
か(ヌキ・パターンという)によってレジスト表面の傾
きが異なるから、段差近傍で反射され、あるいはレジス
ト層で屈折された透過反射光の方向は異なる。
第4図(B)はヌキ・パターン、第4図(C)はノコシ
・パターンで7ライメントマークを作成し、゛こ場合の
ウェハー断面の模式図である。
第4図(B)で示した様に段差部71における回折光に
は71Aと?ICの互に反対方向の光があるが、?IA
の方向の反射光には、エツジでの回折光及びレジスト表
面↑の反射光のほかに段差の低い7々−ソ無礒−仁ハ1
、sフサLハイ11イJ払川1ψμ!ば射光も含まれて
いる。
この様子を第4図(D)で示す段放部71での拡大断面
図にて説す」する0図中81はウェハー基板、82はウ
ェハー基板8!上に塗布されたフォト・レジスト層であ
る。
段差部71における反射光は、エツジ部での回折光71
A−1,72G−1のほかにレジスト表面での反射光V
IA−2,710−2,720−2がある。このうちレ
ジスト表面での反射光は、極めて弱く全体の約4%前後
で°ある。
一方しシストのプリズム効果による反射光はレジスト層
に入射屈折後ウェハー表面で反射し、再びレジスト層か
ら空気層へ屈折して出射する光71A−3である。この
屈折反射光71^−3はアライメントマークの段差部近
傍の光であり、この光が光検知器に入射することにより
段差部の検知精度が低下する。特にウェハー表面がアル
ミ等の場合には反射率が高いため、屈折反射光の影響が
大きく位置合せ精度が悪くなる傾向がある。従って段差
部71における反射光を検知する場合71A方向の光を
検知せず、 71G方向の光のみを検知すればレジスト
のプリズム効果による光は検知器に入射せず、位置検出
精度は向上する。
一方第4図(8)で示す段差72においては、逆に72
G方向の光にプリズム効果による反射光が含まれている
ため、72A方向の光のみを検出すればよい。
従って第4図(B)のヌキ・パターンの場合71G、 
?2A、 73B、 74Bの光を、m4図(C)のノ
コシーパターンの場合?IA、 72G、 73D、 
74Bの光を検出すればよい。
れを第1表に示す。
第1表 C+D)データセレクタ604に入力される。
データセレクタ 604は7左右1選択のセレクタであ
り、セレクト信号発生回路103からの3ビットのセレ
クト信号SELにて制御される。データセレクタ604
の出力Yは、アナログスイッチ605の一方の入力端子
に接続されている。
一方、右検出系の信号も左検出系の信号と同様に処理さ
れる。(右検出系は図中、対応する左検出系の記号にダ
ッシュをつけて表わしである。)右検出系のデータセレ
クタ604°の出力信号Y゛はアナログスイッチ605
の他方の入力端子に接続されている。アナログスイッチ
605は同期信号検出回路100から出力される左検出
系の同期信叫(SYNGL)がアクティブの時にアナロ
グスイッチはデータセレクタ604の出力Yを、その他
の時にはデータセレクタ604°の出力Y°を選択する
アナログスイッチ・605にて左検出系と右検出系の信
号は選択された後(SiG信号)、第5図で示す電圧比
較回路104へ入力される。
再び第5図に戻り説明すると、電圧比較回路104は信
号合成拳選択回路102の出力信号SiGとスライスレ
ベル発生回路105の出力電圧SLGを比較する回路で
ある。スライスレベル発生回路105はマイクロプロセ
ッサ10Bから与えられるデジタルデータをデジタル中
アナログ変換し、オートアライメント信号(SiG)の
スライス電圧(SLC)を発生するものである。電圧比
較回路104は、アライメント信号(SiG)とスライ
ス電圧(Still:)の電圧比較を行い、アライメン
ト信号(SiG)を二値化するものである。
第8図は電圧比較回路104の動作を説明する図であり
、第8図(a)にはオートアライメントマーク71.7
5.72−−−に対応するアライメント信号はS71.
 S75.572−−−によって、またそれに対するス
ライス電圧はSLCで示しである。電圧比較回路104
はアライメント信号を2値化し、第8図(B)で示すパ
ルス信号PLSを出力する。このパルス信号PLSは第
5図に示すパルス間隔測定回路107に入力される。パ
ルス間隔測定回路107は同期信号検出回路100から
出力される左検出系の同期信号5YNCLを基点とし、
パルス信号PLSの間隔を内部に持った基準クロックで
計数する。再び第8V(B)にて説明すると、同期信号
5YNCLの立上番1力1゜らアライメントマーク信号
Sol、 S75.572−−−の立」ニリ及び0−1
:り特開T71R,T71F、 T75R,775F。
T72R,772F −m−をk]測するものである。
第5図に戻って更に説明すると、電圧比較回路104の
出力パルス信号PLSはパルスカウントa路108にも
人力される。パルスカウント回路108は、パルス信号
を計数し、その計数値をセレクト信号発生回路103へ
出力する。セレクト信号発生回路103はマイクロプロ
セッサ10Bの制御下に1、かつ前記パルスカウント回
路108の計数値に従って、次々に、信号合成・選択回
路102へ選択信号SELを出力する6左右の検出計の
光走査終了後、マイクロ・プロセッサはパルス間隔測定
回路107に格納されているデータT?IR,771F
、 T 75R。
775F 、−−一を読みとり、マーク間隔及び、マー
クのズレ量を算出する。
例えばマークS71 とS75の間隔wiはW1= (
T?5R+ 775F)/2− (T?IR+ 771
F)/2で与えられる。マーク間隔が算出されると、間
隔Wl、 W2−−一からウェハー・アライメントマー
クとマスク・アライメント・マークのズレ量は1例えば
特願昭58−140898で示されている様に、直ちに
計算できる。
次に本発明の他の実施例について説明中る。この発明の
実施例の特徴は、第5図で示すモード設定手段109に
より、4分割の受光要素から得らζる光電信号のうちど
の信号を選択するか設定できる点にある。すなわちモー
ド設定手段10Bは(1)ウェハー・アライメントマー
クの形態がニキ・パターンであるか、ノコシ・パターン
であるかの設定、および(2)4個の受光要素群のうち
の同時に何個の受光要素を選択するかの設定が行えるも
のである。モード設定手段109は、第5図に示す様に
例えばヌキ・パターン指定スイッチll0A、ノコシ・
パターン指定スイッチll0Bと受光要素1個選択指示
スイッチIIIA、受光要素2個選択支持スイッチII
IB、受光要素4個選択支持スイッチIIIC及びデコ
ード回路112から成り立っている。スイッチll0A
と!10Bは2回路1選択スイッ4により、またスイッ
チ111^、 IIIB、 IIIGは3回路1M択ス
イッチにより構成され、これらのスイッチ情報はデコー
ド回路112で符号化された後マイクロプロセッサlO
6へ伝達される。マイクロプロセッサ10Bはモード選
択手段109からのデコード信号を解読し、セレクト信
号発生回路103を制御す今モード選択手段1011に
おいて、ヌキ・パターン指示スイッチ1109A及び受
光要素1個選択指示スイッチIIIAが選択された場合
を考える。第6図を参照すればヌキ・パターンの場合、
レジスト層′のプリズム効果が少ないアライメント信号
は、マーク71に対しては5IOIG、マーク72に対
しては5tota、以下5IOIB、 5tot口、 
5tole’、 5IOIA“。
5tota’、 5iot口゛の信号である。このため
これら信号の選択順序は、第6図に示す1,2.3−m
−の番号順となる。従って第7図において光走査が始ま
ると、まずアナログスイッチ$05の一端はデーはC−
A−B−+Dの順で左検出系のウェハ・マーク信号を選
択する0次に左検出系の光走査が終rして右検出系の光
走査が開始されると、アナログスイッチ805の一端は
、データセレクタ604′と接続され、データセレクタ
604°はC′呻A°→B。
→D°の順で右検出系のウェハー・マーク信号を選択す
る。この様にして、受光要素群は1次々と選択されるこ
とになる。
またノコシ・パターンの場合にはA−C−D→B−A’
 →C°→D′呻Bの順になる。
なおレチクル・マーク信号S75. S7B、 575
°。
37B’はレジスト層の影響をうけないから、特に受光
要素群を選択する必要はなく、常に4つの受光要素群の
出力信号の加算値(A十B+C+D)及び(A’ +B
’ +C’ 十〇’)でよい。
次に本発明のもう一つの実施例である受光要素の個数を
選択する例について述べる。この選択は5例えば第5図
111A、 111B、 IIHI:で示される受光要
素選択数イッチにて行われる。
受光要素数を選択する目的は (1)比較的位置合せ精度のゆるくても構わないウェハ
ー、あるいはウェハーからの反射光量が低いウェハー(
反射光量が低いウエハ−はレジストのプリズム効果も低
い)に対しては2個又は4個の受光要素を選択し、むし
ろ信号レベルを稼ぐことにより位置検出率の増加及び位
置合せの高速化をねらう。
(2)高い位置合せ精度の要求されるウェノ\−1ある
いは表面がアルミ等の反射率の高い物質によって覆われ
ているウェハーで、レジストのプリズム効果が大きく精
度が悪いウェハーに対しては、所定の1個の受光要素を
選択して位置合せ精度の向りをねらうことにある。
従ってオペレータは、II的に合せて受光費稟敗選択ス
イッチ111^、 IIIB、 111G、のいずれか
一つを選択すればよい0以上アライメントマーク形態(
ヌキ、ノコシ)及び受光要素選択数をパラ1−タとした
時、ウェハーやアライメントマーク信号に対する選択方
法は、第6図における信号A。
B、C,D、A+C,B+D、A+B+C+D及び信号
A’ 、B’ 、C’ 、D’ 、A’ −’C’ ・
B’ +D’、A’ +B’ +C’ +D’を用いて
占き表わすと表2の様になる。なお矢印は信号選択の順
序を示す。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば次のような効果が
得られる。
(1)複数の受光部のうちレジスト層のプリズム効果等
による不要な光信号を含まない受光部のみを選択して検
出信号を得ることにより、高精度に位置検出が可能とな
る。
(2)識別マークの形態により信号検出に最適の受光部
を選択できるから、識別マークの形態に対応した高精度
の位置検出が可能となる。
(3)複数の受光部の各出方信号のうち同時に選択すべ
き個数を設定できるから、反射光の強さおよび要求精度
に応じた効率の良く、かつ高精度の位置検出が可能とな
る。
(0反射光を検知する光検知手段の受光面が空間フィル
タ形状であるため別に空間フィルタを設けることを不要
とし、コンパクトでJかっ高精もの位置検出が可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図(轟)は本発明の実施例に係る焼付装置の概略構
成図、第1図(B)は焼付装置の一橋代要素であるプリ
ズムブロックの斜視図、第2v4は本発明の実施例に係
るフィルターの平面図、第3図(A)は本発明の実施例
に係る光検知器の平面図。 第3図(B)は別の実施例に係る光検知器の平面図であ
る。 第4図(A)は縮小投影レンズを介して投影したウェハ
ーの7ライメントマークとマスク・アライメントマーク
の平面図、第4図CB’)・ (C)はそれぞれヌキパ
ターンおよびノコシバターンでウェハm−7ライメント
マークを形成したウェハー断面の模式図、第4図(0)
はウェハーの段差部でのレーザー反射光の方向を説明す
る図である。 第5ff4は本発明の実施例に係る信号処理回路のブロ
ック図、第6図はウェハー・アライメントマークとマス
ク・アライメントマークを光走査したとき本発明の実施
例に係る光検知器によって得られる各信号の波形図、第
7図は本発明の実施例に係る信号合成・選択回路の詳細
なブロック図。 第8図は本発明の実施例に係る電圧比較回路の動作説明
図である。 45轟、45B、45C,45D、48A、48B、4
8C,48D、47に。 478、47G’、 470−−一光検知器の透光部。 45、4G、 47.58−−一 光検知器100−m
−回期信号検出回路 101−m−アンプ 102−一一信号合成φ選択回路 103−−−セレクト信号発生回路 104−−一電圧比較回路 105−−−スライスレベル発生回路 10B−−−マイクロプロセッサ 107−−−バルス間隔測定回路 108−m−パルスカウント回路 1G+1−−−モード設定手段 801、802.603−−一加算器 604−−−データセレクタ 805−−−アナログスイッチ ?8ft、’ff1ff GO−188953(8)! 第1図 (B) 第 2 図 (A) / /′ 一/ 1 第 4 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 第1の識別マークが形成された第1の物体と第2の識別
    マークが形成された第2の物体からの光を検出し、第1
    の物体と第2の物体の相対的な位置を検出する装置にお
    いて、 光を発生する手段と、 前記光を一次元方向に走査する光走査手段と、前記−次
    元方向に走査された光を前記第1及び第2の物体上に結
    像させる結像手段と、前記第1及び第2の物体からの反
    射光を独立に検知する空間フィルタ形状の受光面を備え
    た光検知手段とを有することを特徴とする位置検出装置
JP59042825A 1984-03-08 1984-03-08 位置検出装置 Pending JPS60188953A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6341023A (ja) * 1986-07-31 1988-02-22 エスヴィージー・リトグラフィー・システムズ・インコーポレイテッド ウエハをレチクルヘアラインする方法および装置
JP2007043199A (ja) * 1994-08-17 2007-02-15 Asml Us Inc 走査形写真平版のためのオフ軸アライメント装置及び写真平版ツール

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