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JPH04204308A - Position detecting device - Google Patents

Position detecting device

Info

Publication number
JPH04204308A
JPH04204308A JP2339904A JP33990490A JPH04204308A JP H04204308 A JPH04204308 A JP H04204308A JP 2339904 A JP2339904 A JP 2339904A JP 33990490 A JP33990490 A JP 33990490A JP H04204308 A JPH04204308 A JP H04204308A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diffracted light
physical optical
distance
optical elements
amount
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2339904A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Sakae Horyu
法隆 榮
Kenji Saito
斎藤 謙治
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2339904A priority Critical patent/JPH04204308A/en
Publication of JPH04204308A publication Critical patent/JPH04204308A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PURPOSE:To eliminate the influence of error factors so as to enable the detection of both relative position with high accuracy by referring a preacquired general formula of a position information concerning both body to respective position information, detected, actually of two bodies. CONSTITUTION:Physical optical elements Z1 to Z4 are respectively provided on the surface of a body 1 and on the surface of a body 2, a sensor 3 detects position information of a diffracted light flux caused by an incident light flux onto these elements Z1 to Z4. The relationship between the relative displacement quantity 'w' at a relative gap 'g' between a body 1 and a body 2 and the position information detected with a sensor 3 is experimentally obtained in advance to record it in a recording means as a general formula. Next, in an actual position detection, referring to the general formula in the recording means, two values between diffracted light fluxes, being related to both the relative displacement quantity 'w' between the body 1 and the body 2 and the relative gap 'g' therebetween, among three diffracted light fluxes, are detected to calculate the displacement quantity 'v' and the gap 'g' are calculated, so that the error factors are eliminated to enable highly accurate and easy positioning can be performed.

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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to a position detection device, and for example, in an exposure apparatus for manufacturing semiconductor elements, the present invention relates to a position detection device that detects a position on a first object surface such as a mask or a reticle (hereinafter referred to as "mask"). This invention relates to a position detection device suitable for performing relative positioning (alignment) between a mask and a wafer when exposing and transferring a fine electronic circuit pattern formed on a second object surface such as a wafer. .

(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。
(Prior Art) Conventionally, in exposure apparatuses for semiconductor manufacturing, relative alignment between a mask and a wafer has been an important element for improving performance. Particularly in alignment in recent exposure apparatuses, alignment accuracy of, for example, submicron or less is required due to the high integration of semiconductor devices.

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号公報て提
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。
In many alignment devices, a so-called alignment pattern for alignment is provided on the mask and the eight faces of the sea urchin.
Alignment of both is performed using the position information obtained from them. As an alignment method at this time, for example, the amount of deviation between both alignment patterns may be detected by performing image processing, or U.S. Pat.
As proposed in No. 037969 and Japanese Unexamined Patent Publication No. 56-157033, a zone plate is used as an alignment pattern and a light beam is irradiated onto the zone plate. This is done by detecting the position.

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。
In general, alignment methods using zone plates are
Compared to a method using a simple alignment pattern, this method has the advantage of being able to perform alignment with relatively high precision without being affected by defects in the alignment pattern.

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。
FIG. 6 is a schematic diagram of a conventional alignment device using zone plates.

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
アライメントハ’;t−ン68 a、  60 a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。
In the same figure, a parallel light beam emitted from a light source 72 passes through a half mirror 74 and is condensed at a condensing point 78 by a condensing lens 76, after which it is placed on a mask alignment pattern 68a on the surface of a mask 68 and on a support base 62. The wafer alignment pattern 60a on the surface of the wafer 60 is irradiated. These alignment horns 68a and 60a are composed of reflective zone plates, each forming a focal point on a plane perpendicular to the optical axis including the focal point 78. At this time, the amount of deviation of the focal point position on the plane is detected by guiding the light onto the detection surface 82 using the condensing lens 76 and the lens 80.

そして検出器82からの出力信号に基ついて制御回路8
4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フている。
Based on the output signal from the detector 82, the control circuit 8
4 drives the drive circuit 64 to perform relative positioning of the mask 68 and the wafer 60.

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。
Figure 7 shows mask alignment pattern 6 shown in Figure 6.
8a and an explanatory diagram showing the imaging relationship between the light beams from the wafer alignment pattern 60a and the wafer alignment pattern 60a.

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、再ひマスク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れす集光点78b
を形成する。同図においてはウェハ6oにより回折され
た光束か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。
In the figure, a part of the light beam diverging from the condensing point 78 is diffracted by the mask alignment pattern 68a,
A focal point 78a indicating the mask position is formed near the focal point 78. Further, the other part of the light beam passes through the mask 68 as zero-order transmitted light and enters the wafer alignment pattern 60a on the surface of the wafer 60 without changing its wavefront. At this time, the light beam is diffracted by the wafer alignment pattern 60a, and then passes through the mask 68 again as zero-order transmitted light, condensing near the converging point 78 and focusing on the wafer position.
form. In the figure, when forming a focal point for the light beam diffracted by the wafer 6o, the mask 68 acts as a mere transparent state.

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に范じて集光点78を含む光
軸と直交する平面に沿って該ずれ量Δ0に対応した量の
ずれ量Δσ′として形成される。
The position of the focal point 78b due to the wafer alignment pattern 60a formed in this manner is determined by the displacement amount Δσ of the wafer 60 with respect to the mask 68 along a plane perpendicular to the optical axis including the focal point 78. It is formed as a deviation amount Δσ' corresponding to the amount Δ0.

従来はこのときのずれ量Δ0′を検比しマスク68とウ
ェハ60との位置合わせを行っていた。
Conventionally, the mask 68 and the wafer 60 have been aligned by comparing the amount of deviation Δ0' at this time.

(発明が解決しようとする課題) 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。
(Problems to be Solved by the Invention) The positioning apparatus shown in FIG. 6 involves an uncertain amount of the distance g between the mask and the wafer, which causes the following problems, for example.

ずれ量Δσ′がずれ量Δσと間隔gの両方の1に依存す
る量であるため、1つのずれ量Δ0′に対して幾組もの
ずれ量ΔOと間隔gの組か対応してくる。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Δa′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。
Since the deviation amount Δσ' is dependent on both the deviation amount Δσ and the interval g, one deviation amount Δ0' corresponds to several sets of the deviation amount ΔO and the interval g. For this reason, when trying to detect a matching state at the position of the focal point 78a, if the light beam is focused at the position of the focal point 78b when out of focus, the value of the deviation amount Δa' cannot be accurately determined. Even if measured, the amount of deviation Δσ cannot be accurately determined. For this reason, although it would be sufficient to perform the alignment operation once, it becomes necessary to perform the alignment operation two or three times, resulting in a decrease in throughput.

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する誤差要因を解決し、高精度にし
かも容易に位置合わせを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。
The present invention solves the error factors that occur when detecting the position of a first object such as a mask and a second object such as a wafer, and provides position detection with a simple configuration that allows for highly accurate and easy alignment. The purpose is to provide equipment.

(課題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すれ
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。
(Means for Solving the Problems) The present invention calculates the amount of relative in-plane positional deviation between a first object and a second object (hereinafter also simply referred to as "the amount of deviation"), and at the same time calculates the interval. It is characterized in that the positions of the object and the second object are determined with high precision.

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する所定次数の回折光束の位置情報
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、該第1物体と該第2物
体との相対的な間隔gにおける相対的なずれ量Wと、該
検出手段で検出される位置情報yとの関係を実験的に求
めて記録した記録手段を参照して、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。
In particular, in the present invention, physical optical elements are provided on the first object plane and the second object plane, and position information of a diffracted light beam of a predetermined order generated on a predetermined plane of the light beam incident on these physical optical elements is obtained. When detecting the relative positions of the first object and the second object by detecting them with the detection means, the relative displacement amount W in the relative distance g between the first object and the second object is determined. , with reference to the recording means that has experimentally determined and recorded the relationship with the positional information y detected by the detection means, among the at least three diffracted light beams generated on a predetermined surface by the detection means. Relative shift amount W between the first object and the second object
The present invention is characterized in that at least two values between the diffracted light beams related to both the and the relative distance g are detected, and the deviation amount W and the distance g are determined by the calculation means using the output signal from the detection means. .

例えば該第1物体と該第2物体との既知の相対的な間隔
gと既知の相対的なずれ量Wにおける検出手段で得られ
る位置情報yとを多数の間隔g、ずれ量Wとの組み合わ
せにおいて実験的に求めておき、これら3つの要素g、
w、yに関する一般式(実験式)を求め、記録手段に記
録しておく。
For example, position information y obtained by the detection means at a known relative distance g between the first object and the second object and a known relative shift amount W is combined with a large number of distances g and shift amounts W. These three elements g,
A general formula (experimental formula) regarding w and y is determined and recorded in a recording means.

そして検出手段から得られた出力信号よりずれ量Wと間
隔gを求める際に記録手段に記録しておいた一般式を用
いて求めるようにしている。
When determining the amount of deviation W and the interval g from the output signal obtained from the detection means, the general formulas recorded in the recording means are used to determine them.

(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。
(Embodiment) FIG. 1 is a schematic diagram of the main part of a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram of the main part when the optical path of each light beam in FIG. 1 is expanded.

第1.第2図においてIllは不図示の半導体レーザ又
はSLD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。
1st. In FIG. 2, Ill is a light beam from a semiconductor laser, SLD, or X-ray source (not shown), and is incident at an angle θ to physical optical elements zl and z3, which will be described later, on the surface of a first object such as a mask. . Reference numeral 2 denotes a second object such as a wafer, which is placed opposite to the first object 1 at a distance g. W is first
It shows the relative shift amount between the object 1 and the second object 2.

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11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図では透過型として示している。
zl and z3 are the transmission-type first
.. It is a third physical optical element, and the light beam 11 is a physical optical element z.
It is incident on l and z3. z2゜z4 is a reflective type (shown as a transmissive type in FIG. 2) provided on the second surface of the second object.

)の第2.第4物理光学素子て、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。
) No. 2. The fourth physical optical elements 21 to Z4 are composed of, for example, a diffraction grating or a zone plate.

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。
FIG. 3 shows an example of the pattern of the physical optical elements on the surfaces of the first object 1 and the second object 2 according to this embodiment.

物理光学素子21〜z4はレンズ作用を有しその焦点距
離は各々f1〜f4である。
The physical optical elements 21 to z4 have a lens function, and their focal lengths are f1 to f4, respectively.

IL2〜it9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から距離したけ離れた位置に
配置されている。at、C2は各々物理光学素子zl、
z3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。
IL2 to it9 are diffracted lights of a predetermined order from the physical optical elements, and 3 is a detection means such as a line sensor or an area sensor, which is disposed as far away as the distance from the first object 1. at and C2 are respectively physical optical elements zl,
z3, of which the optical axis a1 and the optical axis a2 are separated by a distance.

点C1〜C4はそれぞれ回折光j23. It5゜It
7.μ9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yl、y2jl
lれたところの点であり、点C3゜C4は光軸a2から
各々距離y3.y411fれた位置を示している。
Points C1 to C4 are respectively diffracted lights j23. It5゜It
7. This is the center of gravity of the light beam on the third surface of the μ9 sensor. Among these, points CI and C2 are at distances yl and y2jl from the optical axis a1, respectively.
Points C3 and C4 are respectively distances y3 and y3 from the optical axis a2. y411f indicates the position.

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。
For convenience, the center of gravity of the luminous flux is the point within the cross-section of the luminous flux where, when the product of the position vector from each point of the cross-sectional circle multiplied by the light intensity at that point is integrated over the entire cross-section, the integral value becomes 0 vector. It shows.

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u3.j25゜I17,19の光
束重心を求めている。
4 is a signal processing circuit as a calculation means, and based on information from the sensor 3, the luminous flux u3. The center of gravity of the luminous flux of j25°I17 and 19 is determined.

このとき本実施例では第1物体と第2物体との間隔がg
のときのすれ量Wに対する所定次数の回折光のセンサ3
面上への入射位置情報yとの関係を実験的に種々のケー
スにおいて求め一般式を作成する。そしてこのときの−
数式を例えば演算手段4の一部に設けた記録手段又は外
部に設けた言己録手段(不図示)に記録しておく。そし
て位置情報である距離y1〜y’1.Dと記録手段に記
録している。
At this time, in this embodiment, the distance between the first object and the second object is g.
Sensor 3 for diffracted light of a predetermined order for the amount of slippage W when
The relationship between the incident position information y on the surface is determined experimentally in various cases and a general formula is created. And at this time-
The formula is recorded, for example, in a recording means provided as a part of the calculating means 4 or in a statement recording means (not shown) provided outside. And distances y1 to y'1, which are positional information. D is recorded on the recording means.

一般式とを用いて第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。
The amount of positional deviation W and the distance g between the first object 1 and the second object 2 are determined using the general formula. Reference numeral 5 denotes a control circuit, which controls the amount of positional deviation W and the distance g between the first object 1 and the second object 2 in accordance with information regarding the amount of positional deviation W and the distance g from the signal processing circuit 4.

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。
Reference numeral 6 denotes a stage controller, which drives a stage (not shown) on which the second object 2□ is mounted in accordance with instructions from the control circuit 5.

本実施例では光源からの光束ρ1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J21のうち物理光学素
子z1で生じた1次回折光J22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fL3が発生する。回折光13は物理光学
素子z1をO次回折光としてそのまま通過する。該回折
光j23はセンサ3面上の光軸a1から距離yt離れた
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。
In this embodiment, the light beam ρ1 from the light source is incident on the physical optical elements zl and z3 on the first object 1 surface, respectively. Among these, the first-order diffracted light J22 generated in the physical optical element z1 of the light beam J21 that has entered the physical optical element z1 enters the physical optical element Z2. Then, a first-order diffracted light fL3 having a different diffraction direction depending on the positional deviation amount W is generated. The diffracted light 13 passes through the physical optical element z1 as it is as O-order diffracted light. The diffracted light j23 forms an image on the surface of the sensor 3 at a distance yt from the optical axis a1. Since the distance between the sensor 3 and the first object 1 is a constant value, the value of the distance y1 depends on the distance g and the positional deviation amount W.

一方、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j21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次回折光に4は物理光学素子z1に再入射する。そ
して位置ずれ量Wに応じて回折方向か異なる1次回折光
15が発生する。1次回折光、I25はセンサ3面上の
光軸a1から距My2離れた位置に結像する。
On the other hand, the light beam j21, which has passed through the physical optical element Z1 as a 0th-order diffracted light without undergoing any diffraction effect, is incident on the physical optical element Z2. Then, the first-order diffracted light that has undergone the first-order diffraction effect in the physical optical element z2 enters the physical optical element z1 again. Then, first-order diffracted light 15 whose diffraction direction differs depending on the positional shift amount W is generated. The first-order diffracted light, I25, forms an image at a distance My2 from the optical axis a1 on the surface of the sensor 3.

物理光学素子Z3に入射した光束11からは物理光学素
子z1に入射した光束、Ctと同様な回折光16〜19
が発生し、このうち回折光f7゜19はそれぞれセンサ
3面上の光軸a2から距離y3.y411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.J
25.u7゜j29の光束重心位置CI、C2,C3,
C4を求めた後、点CIと点04間の間隔D14、点C
2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fiWと間隔gを求めてい
る。
From the light beam 11 that entered the physical optical element Z3, the light flux that entered the physical optical element z1, diffracted lights 16 to 19 similar to Ct.
are generated, and among these, the diffracted lights f7°19 are each at a distance y3. The images are respectively formed at the y411 positions. 4 is a signal processing circuit as a calculation means, and from the information read from the sensor 3, the luminous flux IL3. J
25. Light flux gravity center position CI of u7゜j29, C2, C3,
After finding C4, the distance D14 between point CI and point 04, point C
2 and point C3 is calculated. The positional deviation fiW and the distance g between the first object 1 and the second object 2 are determined by using the relationship between the values of the distance D14 and the distance D23 in various equations to be described later.

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。
The control circuit 5 drives the stage controller 6 in accordance with the information regarding the positional deviation amount W and the interval g from the signal processing circuit 4 to move the second object 2 to a predetermined position.

尚本実施例において回折光は1次回折光に限らす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。
In this embodiment, the diffracted light is limited to the first-order diffracted light, but the same effect can be obtained by using second-order or higher-order diffracted light.

本実施例では光源、センサ等を一箇所に集合させて構成
することかできる為、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。
In this embodiment, the light source, sensor, etc. can be assembled in one place, so the optical probe can be miniaturized, and since the optical probe does not need to be moved during exposure, the throughput is further improved. have.

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
ずれ量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。
Next, how to determine the positional deviation amount W and the distance g between the first object 1 and the second object 2 in this embodiment will be explained with reference to FIG.

第2図において回折光13を発生するレンズ系では光束
に1がレンズ作用の働きをする物理光学素子zl、z2
を通り点C1に入射する。このとき回折光I13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
すれ量Wと間隔gによフて決まる量であり、一般に :!/1=F1 (W、g)    −・・・・・・・
・・・・(1)のように表わされる。
In the lens system that generates the diffracted light 13 in FIG.
passes through and enters point C1. At this time, the distance y1 of the diffracted light I13 to the center of gravity C1 of the light flux is determined by the amount of slippage W between the first object 1 and the second object 2 and the distance g, and is generally:! /1=F1 (W, g) −・・・・・・・・
...It is expressed as (1).

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。
Similarly for the other three lens systems, the distance y2. y3.
y4 is an amount determined by the amount of deviation W and the interval g, and y2=F2 (W, g) ・・・・・・・・・・・・
-(2)y3=F3 (W, g)...
・・・・−(3) y4=F4 (w, g) ・・
It is expressed as (4).

以上のように距11fyl〜y4を表わした場合、点C
1と点03間の間隔D13と点C2と点C4間の間隔D
24を用いると、次のようにすれ量Wと間隔gに依存す
る量Yl、Y2を表わすことができる。
When the distance 11fyl to y4 is expressed as above, the point C
Distance D13 between point 1 and point 03 and interval D between point C2 and point C4
24, quantities Yl and Y2 that depend on the amount of rubbing W and the distance g can be expressed as follows.

Yl−yl+y3−D13−D−F1+F3−F5 (
Jg)Y2−、y2+y4−D24−D−F2+F4・
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、
未知数を含む式か2つあれば未知数の解を求めることが
できる。
Yl-yl+y3-D13-D-F1+F3-F5 (
Jg) Y2-, y2+y4-D24-D-F2+F4・
F6 (W, g), that is, Y1=F5 (W, g) ・・・・・・・・・
...(5) Y2=F6 (W, g) ++...
・・・・・・・・・(6) Generally, when there are two unknowns,
If you have two equations that include unknowns, you can find the solution to the unknowns.

即ち A=01  (W、g)      ・・・・・・・・
・−(7)B=02 (W、g>      ’−・・
・・・・・・・・・(8)のような2つの関係式か用意
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できる。
That is, A=01 (W, g)...
・−(7)B=02 (W, g>'−・・
・・・・・・・・・If you can prepare two relational expressions like (8), 2 can be obtained by finding the quantities A and B by measurement etc.
It is possible to find the value of the two unknowns W9g.

前述の(1)式を具体的にw、gで例えば近軸の幾何光
学的に表わすと次のようになる。第2図より y  1   :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、(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。
When the above-mentioned formula (1) is specifically expressed using w and g, for example, in terms of paraxial geometric optics, it is as follows. From Figure 2, y 1 :W=L+2g-f 1 :
f 1-g From this. The other equations (2), (3), and (4) are similarly obtained. Based on the above relational expressions, (5), (6)
The formula can be expressed concretely as follows. In equations (13) and (14), the distance between the optical axis a1 and the optical axis a2 is known, and the values of the distance D13 and the distance D24 can be specifically determined by measurement, so (13) , The values of the deviation amount W and the interval g can be obtained from equation (14). By eliminating the deviation amount W from equations (13) and (14), a cubic equation for the interval g is obtained,
From this equation, the amount of deviation W and the interval g can be easily determined using a computer or the like.

尚、本実施例において第1〜第4物理光学素子21〜Z
4の焦点路11fl〜f4は次式を満足するように設定
されている。
In this example, the first to fourth physical optical elements 21 to Z
The four focal paths 11fl to f4 are set to satisfy the following equation.

f3+g  L+g   f4 又は、 の如く設定されている。f3+g L+g f4 Or It is set as follows.

一方、前述の(9)〜(12)式は近軸の幾何光学的に
取り扱うことができる精度の範囲内で成立する。しかし
ながら、例えば位置合わせ績度力10.01μm程度に
なると検出系の収差、レンズ加工時の製作誤差、組立調
整時の誤差、そして経年変化による半導体レーザやSL
Dの発振波長の変動や発光点の移動等の誤差要因により
必ずしも一般的には成立しない。
On the other hand, the above-mentioned equations (9) to (12) hold true within the range of accuracy that can be handled by paraxial geometric optics. However, for example, when the alignment force is about 10.01 μm, there are aberrations in the detection system, manufacturing errors during lens processing, errors during assembly and adjustment, and the semiconductor laser and SL due to aging.
This is not necessarily true in general due to error factors such as fluctuations in the oscillation wavelength of D and movement of the light emitting point.

そこで本実施例ではこれらの誤差要因に対応する為に間
隔gのときの位置ずれWとセンサー面上の光束の入射位
置に基つく距離Yとの関係を種々のケースに?いて求め
、前述の(1)〜(4)式に相当する一般式を求めて記
録手段に記録している。
Therefore, in this embodiment, in order to deal with these error factors, the relationship between the positional deviation W at the interval g and the distance Y based on the incident position of the light beam on the sensor surface is examined in various cases. General formulas corresponding to the above-mentioned formulas (1) to (4) are determined and recorded in the recording means.

そして実際の位置検出のときは記録手段に記録しておい
た一般式を利用して行っている。
When actually detecting the position, a general formula recorded in the recording means is used.

又、ある期間毎に求めた一般式を更新することにより経
年変化により発生する誤差要因に対処している。
Furthermore, by updating the general formula obtained every certain period, error factors that occur due to changes over time are dealt with.

本実施例における一般式は例えば前述の間隔g、位置ず
れ量W、距離yを6つの係数A、B。
The general formula in this embodiment includes, for example, the above-mentioned interval g, positional deviation amount W, and distance y using six coefficients A and B.

E、F、I、Jを用いて ’!−(Ag+B)W2+ (Eg+F)W+ (Ig
+J)    −−(15)なる式で表わす。そして各
光束について少なくとも6個のデータをとり、係数A、
B、E、F。
Use E, F, I, J'! −(Ag+B)W2+ (Eg+F)W+ (Ig
+J) -- It is expressed by the formula (15). Then, take at least 6 pieces of data for each luminous flux, coefficient A,
B, E, F.

1、Jを決定する。1. Determine J.

このときデータを採るに際しては、予めマスクとウニへ
のずれ量W、間隔gを正確に測定した工具を用意する。
When collecting data at this time, a tool is prepared in advance that has accurately measured the amount of deviation W and the distance g between the mask and the sea urchin.

又距離yの値としてはセンサの任意の点からの距離とし
て求めてもよい。
Further, the value of distance y may be determined as a distance from an arbitrary point on the sensor.

これはy1+y2等の和又は差を求めることにより各光
束間の正確な距離か求まるからである。
This is because by finding the sum or difference of y1+y2, etc., the accurate distance between each light beam can be found.

そして間隔gと位置ずれ量Wを次の如くして求めている
Then, the distance g and the positional deviation amount W are determined as follows.

まず前述の(5) 、 (li)式に相当する式が次の
ように求まったとする。
First, let us assume that the equations corresponding to the above-mentioned equations (5) and (li) are found as follows.

yl= (八+g+8+)W2+(E+g+F+)W+
(1+g+、I+)   ”’(16)y2・(A2g
+82)W2+(E2g+F2)W+(hgす、) ・
・・(17)(15) 、(+7)式をgについて書き
直すとyD (A+W2+E+W弓+ )g” (B+
W”FtW”J +)    ”’  (18)y2・
(^2i12÷E2W+h)g”(B2W2+F2訃J
2)  ・・・(19)となる。(+8) 、 (19
)式からもとまる位置ずれ量Wについての2次方程式か
らWの値を求め、これより間隔gの値を求めている。
yl= (8+g+8+)W2+(E+g+F+)W+
(1+g+, I+) ”'(16)y2・(A2g
+82)W2+(E2g+F2)W+(hgsu,) ・
... (17) (15) If we rewrite equation (+7) in terms of g, we get yD (A+W2+E+Wbow+)g” (B+
W"FtW"J +) "' (18)y2・
(^2i12÷E2W+h)g”(B2W2+F2訃J
2) ...(19). (+8) , (19
) The value of W is determined from the quadratic equation for the amount of positional deviation W, which is determined from the equation, and the value of the interval g is determined from this.

第4図は本実施例において回折光束J23゜+5.ff
17.+9の光束重心C1,C2,C3゜C4かずれ量
Wに応じてセンサ3面上でとのように変化するかを示し
た説明図である。回折光束J23. +15.+7.+
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。
FIG. 4 shows the diffracted light beam J23°+5. ff
17. FIG. 9 is an explanatory diagram showing how the center of gravity of the +9 light beam C1, C2, C3° C4 changes on the surface of the sensor 3 according to the amount of deviation W; Diffraction beam J23. +15. +7. +
9 etc. have a certain width on the sensor surface, so if there are parts that overlap each other, it becomes difficult to accurately determine the points C1 to C4.

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(例えば第4図
の点WO−3から点W o + 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。
Therefore, in this embodiment, when it is desired to measure within the deviation amount W = ±3 μm, for example, the characteristics of the range where each luminous flux is far apart (for example, between point WO-3 and point W o + 3 in Fig. 4) are simulated in advance. etc., and use this.

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。
That is, in this embodiment, the first. The first . The barycenter position of the second two diffracted light beams and the third. A third . The positions of the centers of gravity of the fourth two diffracted light beams are detected in a state where they are separated from each other by at least the width of the diffracted light beams.

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か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HWOたけずらしておくことにより、
第1物体と第2物体どの位置ずれ量Wか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
くことができる。
In this embodiment, when the positional deviation amount W between the first object and the second object is 0, the physical optical element (for example, zl
) and the physical optical element (for example, z2) on the second object.
) by shifting the optical axis a2 by a distance HWO,
When the amount of positional deviation W between the first object and the second object is 0, point C
1 and point C2, and point C3 and point C4 can be kept apart.

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z2の光軸が、又第3と第4物理光学素子z3とZ4
の光軸か各々距MWOたけずれるように設定している。
The pattern arrangement of the first to fourth physical optical elements 21 to Z4 shown in FIG. Element Z1
The optical axes of and z2 are also connected to the third and fourth physical optical elements z3 and Z4.
The optical axes of each are set to be shifted by a distance MWO.

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Ill W xたけずれている時は(9)〜(
12)式のずれ量Wの値を W = W o + W x と置き換えて計算すればよい。
Therefore, when this pattern is used, when the first object and the second object are deviated by a distance Ill W x, (9) ~ (
12) Calculation may be performed by replacing the value of the deviation amount W in the equation with W = W o + W x .

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一方の物体面上に4個の物理
光学素子を設けて前述の回折光束fi3,15.ff1
7.n9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。
Note that in this embodiment, the first. Instead of providing two physical optical elements on each of the second object planes, four physical optical elements are provided on one object plane, and the above-mentioned diffracted light beams fi3, 15. ff1
7. A similar effect can be obtained by obtaining four diffracted lights corresponding to n9.

たたし本実施例のように2個の物理光学素子を設ける方
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が2
倍となる長所がある。次に本発明における他の実施例を
順に説明する。
However, the method of providing two physical optical elements as in this example requires less area than the method of providing four physical optical elements, and when comparing the same area, the amount of diffracted light is 2.
There are twofold advantages. Next, other embodiments of the present invention will be described in order.

(イ)第2実施例 第1実施例は距離y1とy3、距111y2とy4の組
合せからずれjlWと間隔gを求めたが距離y1とy4
、距11y2とy3又は距11ylとy2、距離y3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。
(B) Second Example In the first example, the deviation jlW and the interval g were determined from the combination of the distances y1 and y3 and the distances 111y2 and y4, but the distances y1 and y4
, distances 11y2 and y3, distances 11yl and y2, and distances y3 and y4.

距離y1とy4、距離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。
When distances y1 and y4 and distances y2 and y3 are combined, point C1
Assuming that the distance between C4 and C4 is D14, and the distance between C2 and C3 is D23, an equation corresponding to equation (7) and (8) can be expressed as follows.

・・・・・・・・(21) 同様に距11ylとy2、距111y3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・・・・・・・・(23
) となる。これらの式より、いずれもずれ量Wと間隔gを
求めることができる。
・・・・・・・・・(21) Similarly, when the distances 11yl and y2 and the distances 111y3 and y4 are combined, the distance between points C1 and C2 is D12, and the distance between points C3 and C4 is D34. Then......(23
) becomes. From these equations, the amount of deviation W and the distance g can be determined.

尚、前述の実験データより求めた(20)〜(23)式
に相当する一般式からも同様に位置ずれ量Wと間隔gを
求めることかできる。
Incidentally, the amount of positional deviation W and the distance g can be similarly determined from general equations corresponding to equations (20) to (23) obtained from the above-mentioned experimental data.

(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
ことができる。
(b) Third embodiment 1. In the second embodiment, the light beam gravity center position CI of the four light beams,
Using C2, C3, and C4, formulas corresponding to formulas (7) and (8) were derived to obtain the shift amount W and the interval g, but three of the four luminous flux centers CI, C2, C3, and C4 Similarly, formulas corresponding to formulas (7) and (8) can be derived by using

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か適用可能である
That is, as above, the interval Dij (the interval between point i and point j)
When expressed using , the following combinations are applicable.

これらの各組合わせのうち (I)、(IV)、(V)
Among these combinations (I), (IV), (V)
.

(■)の場合は (U)、 (III)、 (Vl)、
 (1/I) ヤ第1.2実施例に比してセンサの幅か
D12又はD 34 タは短かくてよいという特長を有
する。
In the case of (■), (U), (III), (Vl),
(1/I) Compared to the 1.2 embodiment, this embodiment has the advantage that the sensor width D12 or D34 may be shorter.

本実施例においても第1実施例と同様に実験データを基
に(1)〜(+/I[I)式に相当する一般式を求め、
この−数式を利用して位置ずれ看Wと間隔gを求めてい
る。
In this example, as in the first example, general formulas corresponding to formulas (1) to (+/I[I) are determined based on experimental data,
Using this formula, the positional deviation W and the distance g are determined.

(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z1.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つのノ<ターンより構成し、前述と同様の効
果を得ている。
(c) Fourth embodiment Two physical optical elements z1 provided on the first object plane. z3 and two physical optical elements z2 provided on the second object plane. z4
Instead of providing independent turns, each turn is constructed from one overlapping turn as shown in FIG. 5, and the same effect as described above is obtained.

本実施例において光軸a1と82との間隔に相当するD
の値は零となり、第1〜第3実施例においてD=0とす
ればすへて本実施例において適用可能である。
In this embodiment, D corresponds to the distance between optical axes a1 and 82.
The value of is zero, and if D=0 in the first to third embodiments, this embodiment can be applied.

本実施例におけるパターンの特長は第2物体か位置合わ
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。
A feature of the pattern in this embodiment is that when the second object is tilted in the alignment direction, it is less affected than the pattern in FIG. 3.

即ち第3図のパターンを用いた場合、第2物体か傾くと
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する。これに対して本実施例
では受ける影響が同じなので検出誤差が発生しても第3
図の場合に比へて極めて少ないという特長かある。
That is, when using the pattern shown in FIG. 3, when the second object tilts, the first object tilts. The lens system of the second physical optical elements zl, z2 and the third.
Fourth physical optical element z3. Since the lens system of z4 is affected differently, a detection error occurs. In contrast, in this embodiment, the effects are the same, so even if a detection error occurs, the third
It has the advantage that it is extremely rare compared to the case shown in the figure.

(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。
(d) Fifth Embodiment In this embodiment, a plurality of combinations of two values between the diffracted light beams regarding both the deviation amount W and the interval g are detected, and the plurality of combinations are detected. The deviation amount W and the interval g obtained from the above are evaluated by an evaluation means to improve the detection accuracy. As an evaluation means at this time, for example, averaging a plurality of values of the deviation amount W and the interval g obtained from a plurality of combinations may be considered.

(示)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
プリアライメントか行われる。ところが第4図から明ら
かのようにずれ量W=O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たけでは第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。
(Showing) Sixth Embodiment When actually implementing the first to fourth embodiments, pre-alignment is performed in advance. However, as is clear from Fig. 4, on the right and left sides of the deviation amount W=O, the positions of the luminous flux gravity centers C1 to C4 are reversed depending on the direction of deviation, but the states of the luminous flux at positions C1 to C4 are reversed. At first glance, it is not clear to which side the second object is shifted relative to the first object.

この為本実施例では第1.第2の2つの回折光束u3.
fi’5(7)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ff17.ff19の重心
位置C3と04の間隔D34か異なるように各要素を設
定している。
For this reason, in this embodiment, the first. Second two diffracted light beams u3.
fi'5 (7) Distance D12 between center of gravity positions C1 and C2 and the third. Fourth two diffracted light beams ff17. Each element is set so that the center of gravity position C3 of ff19 is different from the distance D34 between 04 and ff19.

これにより光束重心位置C1〜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。
This becomes clear by measuring the positions of the luminous flux gravity center positions C1 to C4 on the sensor 3 surface, and then calculating the differences between the positions C1 and C2 and between the positions C3 and C4.

又、ずれ量W=Oの近辺では光束が重なってしまうか、
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。
Also, in the vicinity of the deviation amount W = O, the luminous fluxes overlap,
If the combinations of positions C1 and C2 and positions C3 and C4 are far apart, the state can be determined by determining the half-width of the luminous flux, for example.

又、本実施例において4つの光束がセンサ面上で重なっ
てしまう場合には一度第1物体と第2物体とのずれ量を
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
In addition, in this embodiment, if the four light beams overlap on the sensor surface, it is only necessary to change the amount of deviation between the first object and the second object to make the discrimination possible, and then perform the discrimination.

(発明の効果) 本発明によれば前述の如く第1物体と第2物体とが予め
既知の間隔gと位置ずれ量Wとで対向配置しているとき
の検出手段からの位置情報Yを種々なケースについて予
め求め、これより一般式を求め、記録手段に記録してお
く。そして実際の双方の位置検出のときに、該検出手段
からの位置情報と該記録手段に記録しておいた一般式と
を利用することにより、検出系の収差や製作誤差モして
軽年変化による半導体レーザの発振波長の変化等の誤差
要因の影響を排除し、双方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圧装置を達成することができ
る。
(Effects of the Invention) According to the present invention, as described above, when the first object and the second object are arranged facing each other with a previously known distance g and positional deviation amount W, the position information Y from the detection means can be variously used. A general formula is obtained from this and recorded in a recording means. Then, when actually detecting the positions of both sides, by using the position information from the detection means and the general formula recorded in the recording means, it is possible to detect slight changes due to aberrations of the detection system and manufacturing errors. It is possible to eliminate the effects of error factors such as changes in the oscillation wavelength of the semiconductor laser due to the oscillation wavelength of the semiconductor laser, and to achieve a position pressure detection device that can detect the relative positions of both with high accuracy.

又、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
ることができる。
Further, according to the present invention, by determining the amount of positional deviation W between the first object and the second object and the distance g between the first object and the second object, there is no misidentification of the matching state, and highly accurate positioning is possible. It is possible to achieve a position detection device that can be matched and has a high throughput.

例えば本発明の位置検出装置における位置情報CI、C
3とずれ量Wとの関係のみから位置合わせする場合、前
述の諸定数が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o、oo
sμmの誤差か生ずる。従って0.01μmの精度て位
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。
For example, position information CI, C in the position detection device of the present invention
3 and the deviation amount W, the above-mentioned constants are g = 30 μm, fl = 150 μm, L = 1
When 8627μm, yl=1544.75μm, the interval g
If there is an error of 0.06 μm, the amount of deviation W will be o, oo
An error of s μm occurs. Therefore, when trying to align with an accuracy of 0.01 μm, the error in the interval g is 0.06 μm.
It is necessary to keep it below about m. Therefore, in some way 0
.. The interval g must be set in advance with an accuracy of 0.6 μm or less.

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の設定か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。
On the other hand, according to the present invention, if the interval g is set with a certain degree of accuracy during pre-alignment, the amount of deviation W can be accurately determined regardless of the value of the interval g.

例えば重心位置が位置C1とC2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光分離れた
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。
For example, in the method of determining the center of gravity of the two diffracted light beams by measuring the overlapping diffracted light beams whose centers of gravity are at positions C1 and C2, if the light intensity changes due to fluctuations in diffraction efficiency, the center of gravity will shift and cause errors. In the present invention, since the diffracted light beam is measured in a state where it is optically separated, the occurrence of such detection errors can be prevented.

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。
Furthermore, in the present invention, the physical optical element is commonly used for detecting both the positional deviation amount W and the distance g, thereby reducing the luminous flux and the number of physical optical elements, simplifying the detection system and downsizing the entire device. We are trying to make this happen.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

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C1,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、!1〜f19は光束、21〜z4は物理光学素子、
al、C2は物理光学素子の光軸、Wは位置ずれ量、g
は間隔である。 特許出願人  キャノン株式会社 一一口 第1図 第2図 1ノ t<               a第3図 第5図 第6図 第7図
FIG. 1 is a schematic diagram of the main part of the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic diagram of the main part when the optical path of each light beam in FIG. 1 is schematically developed, and FIGS. 3 and 5 are The first object 1 and the second object in Fig. 1
An explanatory diagram of the physical optical element provided on the surface of the object 2, Fig. 4. An explanatory diagram showing the positional relationship between the amount of deviation W and the light flux gravity center positions C1, C2, C3, and C4 on the sensor surface, Figs. 6 and 7 The figure is a schematic diagram of a conventional alignment device. In the figure, 1 is a first object, 2 is a second object, 3 is a sensor, 4 is a signal processing circuit, 5 is a control circuit, 6 is a stage controller, !1 ~f19 is a luminous flux, 21~z4 are physical optical elements,
al, C2 is the optical axis of the physical optical element, W is the amount of positional deviation, g
is the interval. Patent Applicant: Canon Co., Ltd. Figure 1 Figure 2 Figure 1 No. t<a Figure 3 Figure 5 Figure 6 Figure 7

Claims (1)

【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の位置情報を検出手段
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、該第1物体と該第2物体との相対
的な間隔gにおける相対的なずれ量Wと、該検出手段で
検出される位置情報yとの関係を実験的に求めて記録し
た記録手段を参照して、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。
[Scope of Claims] (1) A physical optical element is provided on each of the first object plane and the second object plane, and the diffracted light beam of a predetermined order generated on a predetermined plane of the light beam incident on these physical optical elements is When detecting the relative positions of the first object and the second object by detecting position information with a detection means, a relative shift in the relative distance g between the first object and the second object is detected. With reference to a recording means that has experimentally determined and recorded the relationship between the amount W and the positional information y detected by the detection means, each of at least three diffracted light beams generated on a predetermined surface by the detection means The value between the diffracted light beams, which is related to both the relative shift amount W and the relative distance g between the first object and the second object, is at least 2.
1. A position detection device characterized in that a deviation amount W and an interval g are determined by a calculation means using an output signal from the detection means. (2) On the first object plane, there are first and third two
physical optical elements, second and fourth physical optical elements are disposed on the second object plane.
Two physical optical elements are provided, respectively, and the diffracted light beam generated on the predetermined surface is transmitted to one physical optical element on the first object surface and one physical optical element on the second object surface, respectively. 2. The position detection device according to claim 1, wherein the light beam is a diffracted light beam. (3) The two physical optical elements on the first object plane and the two physical optical elements on the second object plane each overlap each other to form one pattern. The position detection device described. (4) The first and second two planes generated on a predetermined surface via the first and second two physical optical elements.
The position of one diffracted light beam and the position of the third and fourth two diffracted light beams generated on a predetermined surface via the third and fourth two physical optical elements are detected at a distance of at least the width of the diffracted light beam, respectively. 3. The position detection device according to claim 2, wherein: (5) The detection means detects each of a plurality of combinations of two values between the diffracted light beams regarding both the deviation amount W and the interval g, and detects the deviation obtained from the plurality of combinations. 5. The position detection device according to claim 1, wherein the amount W and the distance g are evaluated by evaluation means. (6) The position detection device according to claim 5, wherein the evaluation means averages a plurality of values of the deviation amount W and the interval g obtained from a plurality of combinations. (7) Each element is set so that the positional distance D12 of the first and second two diffracted light beams on the predetermined surface and the positional distance D34 of the third and fourth two diffracted light beams on the predetermined surface are different. 5. The position detection device according to claim 4, wherein:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007300076A (en) * 2006-03-27 2007-11-15 Asml Netherlands Bv Alignment tool for lithographic apparatus

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