(57)【要約】【課題】マスクとウエハ等の２つの部材の粗い位置合わせ及び高精度の位置合わせを容易に行うことが可能な位置検出装置を提供する。【解決手段】第１のステージが、第１の面に第１のアライメントマークが形成された第１の部材を保持し、第２のステージが、第２の面に第２のアライメントマークが形成された第２の部材保持する。第１のステージに保持された第１の部材の第１の面に対して斜めの光軸を有する観測光学系に、第１のアライメントマーク及び第２のアライメントマークからの散乱光が入射し、第１のアライメントマーク及び第２のアライメントマークが像面に結像する。像面が第１の領域と第２の領域とに区分されており、第１の領域に第１の撮像素子が配置され、第２の領域に第２の撮像素子が配置されている。第１の領域と第２の領域との境界線が、光軸に垂直な仮想平面と第１の面との交線の像と平行である。【選択図】  図１
2004342642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面に第１のアライメントマークが形成された第１の部材を保持する第１のステージと、
第２の面を有し、第２のアライメントマークが形成され、照明光の一部を透過させる第２の部材を、該第２の面が前記第１の面とある間隙を隔てて配置されるように該第２の部材を保持する第２のステージと、
前記第１のアライメントマーク及び第２のアライメントマークに前記照明光を照射する照明光学系と、
前記第１のステージに保持された第１の部材の第１の面に対して斜めの光軸を有し、前記第１のステージに保持されている第１の部材の第１のアライメントマーク及び前記第２のステージに保持されている第２の部材の第２のアライメントマークからの散乱光が入射し、該第１のアライメントマーク及び第２のアライメントマークが結像する像面を有する観測光学系であって、該像面が第１の領域と第２の領域とに区分されており、該第１の領域に、受光量に基づいて電気的な画像信号を生成する第１の撮像素子が配置され、該第２の領域に、受光量に基づいて電気的な画像信号を生成する第２の撮像素子が配置され、該第１の領域と第２の領域との境界線が、前記光軸に垂直な仮想平面と前記第１の面との交線の像と平行である前記観測光学系と
を有する位置検出装置。
【請求項２】
さらに、
前記第１の撮像素子で生成された画像信号を増幅する第１の増幅器と、
前記第２の撮像素子で生成された画像信号を増幅し、増幅率を前記第１の増幅器の増幅率とは独立に制御できる第２の増幅器と
を有する請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記第１の撮像素子及び前記第２の撮像素子が、前記第１の領域と第２の領域との境界線に平行な１次元方向に配列した複数の画素を含む請求項１または２に記載の位置検出装置。
【請求項４】
前記第１の撮像素子及び前記第２の撮像素子が、２次元面内に配置された複数の画素を含む請求項１または２に記載の位置検出装置。
【請求項５】
第１の面に第１のアライメントマークが形成された第１の部材を保持する第１のステージと、
第２の面を有し、第２のアライメントマークが形成され、照明光の一部を透過させる第２の部材を、該第２の面が前記第１の面とある間隙を隔てて配置されるように該第２の部材を保持する第２のステージと、
前記第１のアライメントマーク及び第２のアライメントマークに前記照明光を照射する照明光学系と、
前記第１のステージに保持された第１の部材の第１の面に対して斜めの光軸を有し、前記第１のステージに保持されている第１の部材の第１のアライメントマーク及び前記第２のステージに保持されている第２の部材の第２のアライメントマークからの散乱光が入射し、該第１のアライメントマーク及び第２のアライメントマークが結像する像面を有する観測光学系であって、該像面が第１の領域と第２の領域とに区分されており、該第１の領域に、受光量に基づいて電気的な画像信号を生成する第１の撮像素子が配置され、該第２の領域に、受光量に基づいて電気的な画像信号を生成する第２の撮像素子が配置され、前記第１の面と第２の面との間の前記光軸と直交する仮想平面と該第１の面との交線が、前記第１の領域内に結像し、前記仮想平面と前記第２の面との交線が、前記第２の領域内に結像するように、前記第１の領域と第２の領域とに区分されている前記観測光学系と
を有する位置検出装置。
【請求項６】
さらに、
前記第１の撮像素子で生成された画像信号を増幅する第１の増幅器と、
前記第２の撮像素子で生成された画像信号を増幅し、増幅率を前記第１の増幅器の増幅率とは独立に制御できる第２の増幅器と
を有する請求項５に記載の位置検出装置。
【請求項７】
前記第１の撮像素子及び前記第２の撮像素子が、前記仮想平面と前記第１の面との交線の像に平行な１次元方向に配列した複数の画素を含む請求項５または６に記載の位置検出装置。
【請求項８】
前記第１の撮像素子及び前記第２の撮像素子が、２次元面内に配置された複数の画素を含む請求項５または６に記載の位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位置検出装置に関し、特にアライメントマークのエッジまたは頂点からの散乱光を斜方から検出する位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４〜図８を参照して、特許文献１に開示された従来の位置検出装置について説明する。
【０００３】
図４に、従来の位置検出装置の概略図を示す。この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。
【０００４】
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、及び駆動機構１７から構成されている。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（プロキシミティギャップ）が形成されるように平行に配置される。ウエハ１１の露光面には、位置合わせ用のウエハマーク１３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１４が形成されている。
【０００５】
マスクマーク１３及びウエハマーク１４は、入射光を散乱させるエッジ若しくは頂点を有する。これらのマークに光が入射すると、エッジ若しくは頂点に当たった入射光は散乱し、その他の領域に当たった入射光は正反射する。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。
【０００６】
駆動機構１７は、ウエハ保持台１５及びマスク保持台１６を相対的に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、ウエハ１１とマスク１２は相対的に、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、Ｚ軸の回りの回転方向（θｚ方向）、Ｘ軸及びＹ軸の回りの回転（あおり）方向（θｘ及びθｙ方向）に移動可能である。
【０００７】
光学系２０は、像検出装置２１、レンズ２２、ハーフミラー２３、光源２４、及び光学フィルタ２６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。なお、図４では１枚のレンズのみを表しているが、複数のレンズで構成してもよく、必要に応じて適宜リレーレンズを配置してもよい。
【０００８】
光源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。光源２４はレンズ２２の像側の焦点に配置されており、光源２４から放射された照明光はレンズ２２でコリメートされて平行光線束になる。なお、光源２４は、照明光の強度を調整することができる。
【０００９】
マスク１２は照明光の一部を透過させる。マスク１２を透過した照明光がウエハ１１に形成されたウエハマーク１３に入射する。
【００１０】
ウエハマーク１３及びマスクマーク１４のエッジ若しくは頂点で散乱された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、光学フィルタ２６を通って像検出装置２１の像面２１ａ上に結像する。このように、光学系２０による照明はテレセン照明とされ、照明光軸と観測光軸は同一光軸とされている。
【００１１】
像検出装置２１は、像面２１ａ上に結像したウエハマーク１３及びマスクマーク１４からの散乱光による像を光電変換し電気的な画像信号を得る。画像信号は制御装置３０に入力される。
【００１２】
制御装置３０は、像検出装置２１から入力された画像信号を処理して、ウエハマーク１３とマスクマーク１４の相対位置を検出する。さらに、ウエハマーク１３とマスクマーク１４が所定の相対位置関係になるように、駆動機構１７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を移動させる。
【００１３】
図５（Ａ）は、ウエハマーク１３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１３Ａ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。
【００１４】
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２μｍ、短辺の長さは１μｍ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。
【００１５】
図５（Ｂ）は、図５（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。ウエハ１５の表面上には感光性レジスト膜が形成されている。マスク１２がＸ線露光用のものである場合、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。
【００１６】
図５（Ｃ）は、図５（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４のレンズ２２には入射しない。従って、像検出装置２１でエッジからの散乱光のみを検出することができる。
【００１７】
図４の光学系２０の物空間において光軸２５に垂直な１つの平面上にある点からの散乱光が、像検出装置２１の像面２１ａ上に同時に結像する。像面２１ａ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。
【００１８】
図５（Ｃ）において、ウエハマーク１３Ａ、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。
【００１９】
図６は、エッジからの散乱光による像面上の像をスケッチした図である。図６のｕ軸が図５（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５（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。
【００２０】
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５（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、それから遠くなるに従ってぼけた像となる。また、図５（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。
【００２１】
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、ウエハマークからの散乱光による像４０Ａと４０Ｂとの中央に位置するように図４のウエハ保持台１５とマスク保持台１６とを移動させることにより、Ｙ軸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。
【００２２】
図４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２０を露光範囲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。
【００２３】
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、図４の光学フィルタ２６を取り外したときに、像検出装置２１により得られた画像信号を示す。横軸は図６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６においてｖ軸方向に走査しながら、一走査毎にｕ軸方向に一定距離移動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と像４１の最もピントの合っている位置の走査によって得られた画像信号を合成したものである。
【００２４】
図７（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７（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、Ｔａ４Ｂで形成されている。
【００２５】
図７（Ａ）及び図７（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。
【００２６】
以下、図７（Ａ）または図７（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。
【００２７】
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４のＹ軸方向に関して位置合わせを行うことができる。
【００２８】
相関係数の計算精度を高めるためには、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。このためには、マスクマークとウエハマークに対応するピークの高さを揃えておくことが好ましい。しかし、ウエハマークからの散乱光とマスクマークからの散乱光とは、図５（Ｃ）のメンブレン１２の厚さ、ウエハマークとマスクマークとの材質の相違等により、通常異なる強度を有する。このため、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すように、マスクマークに対応するピークの高さとウエハマークに対応するピークの高さとは異なる。
【００２９】
特許文献１に開示された方法を用いることにより、マスクマークに対応するピークの高さとウエハマークに対応するピークの高さとの差を減少させることができる。図８を参照して、特許文献１に開示された位置検出方法及び装置について説明する。
【００３０】
図８（Ａ）は、図４の位置検出装置の像面２１ａ近傍の断面図を示す。光軸２５に垂直な像面２１ａの直前に光学フィルタ２６が配置されている。像面２１ａのうち領域２１ｂにウエハマーク１３からの散乱光による像が形成され、領域２１ｃにマスクマーク１４からの散乱光による像が形成される。なお、光学系によっては、結像位置が逆になる場合もある。
【００３１】
光学フィルタ２６の透過率は、領域２１ｂと２１ｃに対応する各々の領域２６ｂと２６ｃにおいて相互に異なる。図８（Ｂ）は、光学フィルタ２６の正面図を示す。円形のガラス板の上半分及び下半分に、それぞれ相互に透過率の異なる領域２６ｂ及び２６ｃが画定されている。レンズ２２を透過したウエハマーク及びマスクマークからの散乱光の強度が異なる場合でも、光学フィルタ２６の２つの領域の透過率を適切に選択しておくことにより、像面２１ａ上に結像する２つの散乱光の強度を近づけることができる。
【００３２】
像面２１ａに入射するウエハマーク及びマスクマークからの散乱光の強度が近づくと、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示す画像信号のマスクマーク及びウエハマークに対応するピークの高さがより近づく。このため、より高精度に位置検出を行うことが可能になる。
【００３３】
【特許文献１】
特開平１０−２４２０３６号公報
【００３４】
【発明が解決しようとする課題】
ウエハとマスクとの位置合わせを行う場合、まず、両者の粗い位置合わせが行われ、その後、高精度の位置合わせが行われる。粗い位置合わせを行う工程では、マスクマークの像が像検出装置２１の視野の所定の位置（例えば、図８（Ａ）の領域２１ｃのほぼ中央）に現れるように、像検出装置２１とマスクとの相対位置を調整する。
【００３５】
その後、ウエハマークの像が像検出装置２１の視野の所定の位置に現れるようにウエハを移動させる。この粗い位置合わせの工程によって、図６に示したように、ｖ軸方向に関して、２つのウエハマークの像４０Ａ及び４０Ｂの間にマスクマークの像４１が配置された状態になる。
【００３６】
ところが、粗い位置合わせを行う前に、マスクマークの像が図８（Ａ）の領域２１ｂ内に現れている場合がある。粗い位置合わせの工程で、領域２１ｂ内の像を領域２１ｃ内の所定の場所まで移動させる。領域２１ｂ内の像の明るさは、領域２１ｃ内の像の明るさと異なる。このため、粗い位置合わせの前後におけるマスクマークの像の同一性を確認することが困難である。
【００３７】
また、マスクマークの像が、領域２１ｂと領域２１ｃとの境界線を跨いでいる場合には、その像の位置を検出することが困難である。同様に、粗い位置合わせを行う前に、ウエハマークの像が領域２１ｂと領域２１ｃとの境界線を跨いでいる場合に、ウエハマークの像の位置を検出することが困難である。
【００３８】
さらに、ウエハマークの像はマスクマークの像に比べて暗い。ウエハマークの像が領域２１ｃ内に現れている場合には、像が非常に暗くなり、位置検出が困難になる。
【００３９】
本発明の目的は、マスクとウエハ等の２つの部材の粗い位置合わせ及び高精度の位置合わせを容易に行うことが可能な位置検出装置を提供することである。
【００４０】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、第１の面に第１のアライメントマークが形成された第１の部材を保持する第１のステージと、第２の面を有し、第２のアライメントマークが形成され、照明光の一部を透過させる第２の部材を、該第２の面が前記第１の面とある間隙を隔てて配置されるように該第２の部材を保持する第２のステージと、前記第１のアライメントマーク及び第２のアライメントマークに前記照明光を照射する照明光学系と、前記第１のステージに保持された第１の部材の第１の面に対して斜めの光軸を有し、前記第１のステージに保持されている第１の部材の第１のアライメントマーク及び前記第２のステージに保持されている第２の部材の第２のアライメントマークからの散乱光が入射し、該第１のアライメントマーク及び第２のアライメントマークが結像する像面を有する観測光学系であって、該像面が第１の領域と第２の領域とに区分されており、該第１の領域に、受光量に基づいて電気的な画像信号を生成する第１の撮像素子が配置され、該第２の領域に、受光量に基づいて電気的な画像信号を生成する第２の撮像素子が配置され、該第１の領域と第２の領域との境界線が、前記光軸に垂直な仮想平面と前記第１の面との交線の像と平行である前記観測光学系とを有する位置検出装置が提供される。
【００４１】
本発明の他の観点によると、第１の面に第１のアライメントマークが形成された第１の部材を保持する第１のステージと、第２の面を有し、第２のアライメントマークが形成され、照明光の一部を透過させる第２の部材を、該第２の面が前記第１の面とある間隙を隔てて配置されるように該第２の部材を保持する第２のステージと、前記第１のアライメントマーク及び第２のアライメントマークに前記照明光を照射する照明光学系と、前記第１のステージに保持された第１の部材の第１の面に対して斜めの光軸を有し、前記第１のステージに保持されている第１の部材の第１のアライメントマーク及び前記第２のステージに保持されている第２の部材の第２のアライメントマークからの散乱光が入射し、該第１のアライメントマーク及び第２のアライメントマークが結像する像面を有する観測光学系であって、該像面が第１の領域と第２の領域とに区分されており、該第１の領域に、受光量に基づいて電気的な画像信号を生成する第１の撮像素子が配置され、該第２の領域に、受光量に基づいて電気的な画像信号を生成する第２の撮像素子が配置され、前記第１の面と第２の面との間の前記光軸と直交する仮想平面と該第１の面との交線が、前記第１の領域内に結像し、前記仮想平面と前記第２の面との交線が、前記第２の領域内に結像するように、前記第１の領域と第２の領域とに区分されている前記観測光学系とを有する位置検出装置が提供される。
【００４２】
第１の増幅器の増幅率と第２の増幅器の増幅率とを独立に制御することにより、第１の領域に形成される像と第２の領域に形成される像との明るさに大きな差がある場合でも、電気的な画像信号のピークの高さを近づけることができる。これにより、位置検出精度を高めることができる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の実施例による位置検出装置の概略図を示す。実施例による位置検出装置の基本構成は、図４に示した従来の位置検出装置の基本構成と同様である。図１の位置検出装置の各構成部分には、図４に示した従来の位置検出装置の対応する構成部分に付された参照符号と同一の参照符号が付されている。ここでは、従来の位置検出装置の構成と同様の構成については説明を省略し、相違点に着目して説明する。
【００４４】
従来の位置検出装置では、像面２１ａの前に光学フィルタ２６が配置されていたが、実施例による位置検出装置では光学フィルタ２６が配置されていない。
【００４５】
像面２１ａが、第１の領域２１ａａと第２の領域２１ａｂとに区分されている。第１の領域２１ａａに第１の撮像素子５０Ａが配置され、第２の領域２１ａｂに第２の撮像素子５０Ｂが配置されている。第１及び第２の撮像素子５０Ａ及び５０Ｂは、その像面に形成された像の明るさ（受光量）に基づいて、電気的な画像信号を生成する。
【００４６】
第１の撮像素子５０Ａで生成された画像信号が、第１の増幅器５１Ａに入力され、第２の撮像素子５０Ｂで生成された画像信号が、第２の増幅器５１Ｂに入力される。第１の増幅器５１Ａ及び第２の増幅器５１Ｂは、入力された画像信号を増幅する。増幅された画像信号は、制御装置３０に入力される。第１の増幅器５１Ａの増幅率と、第２の増幅器５１Ｂの増幅率とは、相互に独立に制御することができる。
【００４７】
図２（Ａ）に、像検出装置２１の像面２１ａの正面図を示す。図２（Ａ）のｕ軸が図１における物面２７とＸＺ面との交線方向に相当し、ｖ軸が図１におけるＹ軸に相当する。
【００４８】
像面２１ａが、第１の領域２１ａａと第２の領域２１ａｂとに区分されている。第１の領域２１ａａと第２の領域２１ａｂとの境界線は、ｖ軸に平行である。すなわち、この境界線は、図１に示した光軸２５に垂直な仮想平面（例えば図５（Ｃ）の物面２７）とマスク１２のマスク面との交線の像と平行である。マスク２１のマスク面とウエハ１１の表面との間の光軸２５と交差する仮想平面（例えば図５（Ｃ）の物面２７）とウエハ１１の表面の交線が、第１の領域２１ａａ内に結像し、物面２７とマスク１２のマスク面との交線が、第２の領域２１ａｂ内に結像する。
【００４９】
第１の領域２１ａａ内に第１の撮像素子５０Ａが配置され、第２の領域２１ａｂ内に第２の撮像素子５０Ｂが配置されている。第１の撮像素子５０Ａ及び第２の撮像素子５０Ｂの各々は、ｕ軸方向とｖ軸方向とに行列状に配置された複数の画素を有する。
【００５０】
像面２１ａ上に、図６に示したウエハマークの像４０Ａ、４０Ｂ及びマスクマークの像４１が形成される。ウエハとマスクとの粗い位置合わせが完了した状態では、ウエハマークの像４０Ａ及び４０Ｂが、第１の撮像素子５０Ａの受光面内に位置し、マスクマークの像４１が、第２の撮像素子５０Ｂの受光面内に位置する。このため、第１の撮像素子５０Ａにより、ウエハマークの像の画像信号が得られ、第２の撮像素子５０Ｂにより、マスクマークの像の画像信号が得られる。
【００５１】
第１の撮像素子５０Ａで生成された画像信号は、第１の増幅器５１Ａで増幅されて制御装置３０に入力される。第２の撮像素子５０Ｂで生成された画像信号は、第２の増幅器５１Ｂで増幅されて制御装置３０に入力される。マスクマークの像とウエハマークの像との明るさが異なる場合に、第１の増幅器５０Ａの増幅率と第２の増幅器５０Ｂの増幅率とを調節することにより、制御装置３０に入力される２つの画像信号のピークの高さを揃えることができる。
【００５２】
この画像信号から、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示した合成波形が得られる。ただし、画像信号のピークの高さが揃えられているため、合成波形のウエハマーク及びマスクマークに対応するピークの高さもほぼ等しくなる。このため、精度良く位置検出を行うことができる。
【００５３】
また、第１の撮像素子５０Ａと第２の撮像素子５０Ｂとの間隔を精確に調節しておくことにより、マスクマークの像のピントの最もあっている点と、ウエハマークの像のピントの最も合っている点との、ｕ軸方向に関する距離を測定することができる。この距離は、図５（Ｃ）の物面２７とマスク１２のマスク面との交線と、物面２７とウエハ１１の表面の交線との間隔に相当する。この間隔と、光軸２５の傾斜角とから、ウエハ１１とマスク１２との間隔を求めることができる。
【００５４】
第１の撮像素子５０Ａと第２の撮像素子５０Ｂとの相対位置の変動は、第１の撮像素子５０Ａで検出された像と、第２の撮像素子５０Ｂで検出された像との相対位置の検出誤差の原因になる。このため、両者を固定する部材は、熱膨張係数の小さな材料で形成することが好ましい。熱膨張係数の小さな材料として、コーニングインターナショナル株式会社のパイレックス（登録商標）等が挙げられる。
【００５５】
図２（Ｂ）に、他の実施例による像検出装置２１の像面２１ａの正面図を示す。図２（Ｂ）に示した実施例においては、第１の撮像素子５０Ａ及び第２の撮像素子５０Ｂの各々が、ｖ軸に平行な１次元方向に配列した複数の画素を有する。ウエハとマスクとの粗い位置合わせが完了した状態では、ｕ軸方向に関して、ウエハマーク４０Ａ及び４０Ｂの最もピントの合っている点が、第１の撮像素子５０Ａ内に位置し、マスクマーク４１の最もピントの合っている点が、第２の撮像素子５０Ｂ内に位置する。このため、第１の撮像素子５０Ａにより、ウエハマークの像の１次元の画像信号が得られ、第２の撮像素子５０Ｂにより、マスクマークの像の１次元の画像信号が得られる。
【００５６】
図２（Ｂ）に示した実施例においては、ｕ軸方向に関する像の間隔を検出することはできないが、ｖ軸方向に関して、より高速に位置検出を行うことができる。
【００５７】
上記第１の撮像素子５０Ａ及び第２の撮像素子５０Ｂとして、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）、ＭＯＳ型撮像デバイス、電荷注入デバイス（ＣＩＤ）等を用いることができる。
【００５８】
上記実施例では、Ｘ線露光に用いられるメンブレンタイプのマスクを用いた場合を例にとって位置検出装置の説明を行ったが、ステンシルタイプのマスクを用いる場合にも、上記実施例による位置検出装置を適用することができる。
【００５９】
図３に、ステンシルタイプのマスク１２の断面図を示す。シリコン等からなる支持基板１２Ｓの表面上にシリコン（Ｓｉ）等からなるメンブレン１２Ｍが形成されている。支持基板１２Ｓの一部は除去され、メンブレン１２Ｍのみが残されている。メンブレン１２Ｍに開口を設けることによりマスクマーク１４が形成される。このステンシルタイプのマスクは、例えば、低加速電子ビーム等倍近接露光に用いることができる。
【００６０】
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。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、１つの像面に配置された２つの撮像素子を用いて像を検出する。２つの撮像素子で生成された画像信号の増幅率に差を設けることにより、像の明るさが異なる場合でも、画像信号のピークの高さを揃えることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例による位置検出装置の概略図である。
【図２】実施例による位置検出装置の像検出装置の像面の正面図である。
【図３】ステンシルタイプのマスクの断面図である。
【図４】従来の位置検出装置の概略図である。
【図５】（Ａ）はウエハマークとマスクマークの平面図であり、（Ｂ）は一点鎖線Ｂ２−Ｂ２における断面図であり、（Ｃ）は一点鎖線Ｃ２−Ｃ２における断面図である。
【図６】マスクマークとウエハマークとの像を示す図である。
【図７】マスクマークとウエハマークとの像の画像信号を示すグラフである。
【図８】（Ａ）は受光面及び光学フィルタの断面図であり、（Ｂ）は光学フィルタの正面図である。
【符号の説明】
１０  ウエハ／マスク保持部
１１  ウエハ
１２  マスク
１３  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  駆動機構
２０  光学系
２１  像検出装置
２１ａ  像面
２２  レンズ
２３  ハーフミラー
２４  光源
２５  光軸
２６  光学フィルタ
３０  制御装置
４０Ａ、４０Ｂ  ウエハマークの像
４１  マスクマークの像
５０Ａ、５０Ｂ  撮像素子
５１Ａ、５１Ｂ  増幅器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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