JPH0145216B2 - - Google Patents

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JPH0145216B2
JPH0145216B2 JP59116508A JP11650884A JPH0145216B2 JP H0145216 B2 JPH0145216 B2 JP H0145216B2 JP 59116508 A JP59116508 A JP 59116508A JP 11650884 A JP11650884 A JP 11650884A JP H0145216 B2 JPH0145216 B2 JP H0145216B2
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JP
Japan
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reflected light
plate
photodetector
light
polarizing
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JP59116508A
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Akyoshi Suzuki
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Canon Inc
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は複数の物体の相対的位置合わせ装置、
特には半導体露光装置におけるマスク(若しくは
レチクル)とウエハーの位置合わせ装置に関す
る。
[Detailed Description of the Invention] [Technical Field] The present invention relates to a device for relative positioning of a plurality of objects;
In particular, the present invention relates to a device for aligning a mask (or reticle) and a wafer in a semiconductor exposure apparatus.

〔従来技術〕[Prior art]

近年、ICの微細化が進み、マスク(又はレチ
クル)とウエハーの位置合わせ精度は0.1μmオー
ダーの値が必要とされる迄になつてきている。特
にステツパーと呼ばれる装置ではその必要性が高
い。例をステツパーにとると、位置合わせの方式
としてオフアクシス方式とTTL方式があり、前
者は高スループツト性、後者は高精度という事で
特徴づけられる。
In recent years, the miniaturization of ICs has progressed, and the alignment accuracy between the mask (or reticle) and wafer has come to a point where a value on the order of 0.1 μm is required. This is especially necessary for a device called a stepper. Taking a stepper as an example, there are two types of positioning methods: off-axis method and TTL method, and the former is characterized by high throughput and the latter by high precision.

本発明は例えばこのTTL方式に適用できるも
のである。TTL方式としては、例えば本出願人
による特開昭56−24504号公報に記載された装置
が知られている。TTL方式で高精度を得るため
に問題となるのは、マスクの信号とウエハーの信
号を如何にして分離し、独立して検知するかとい
う事である。特にマスク信号はマスクの信号がウ
エハーからの反射光の影響を受けると、精度を悪
化させる要因となる。
The present invention can be applied to, for example, this TTL method. As a TTL system, for example, a device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-24504 by the present applicant is known. The problem in achieving high accuracy with the TTL method is how to separate the mask signal and wafer signal and detect them independently. In particular, when the mask signal is affected by reflected light from the wafer, it becomes a factor that deteriorates the accuracy.

そこで従来はこの問題を解決するために、偏光
手段を投影光学系内に配設したものがある。偏光
手段としては、投影光学系がレンズ系である場合
には入/4板を用い、ミラー系である場合には
入/4板に相当する位相差を与える反射膜(位相
膜)を用いている。
Conventionally, in order to solve this problem, a polarizing means is disposed within the projection optical system. As the polarizing means, if the projection optical system is a lens system, a 4/4 plate is used, and if it is a mirror system, a reflective film (phase film) that provides a phase difference equivalent to that of a 4/4 plate is used. There is.

ここで、上記従来例を第1図に基いて具体的に
説明することにより、当該従来例の問題点を明ら
かにする。
Here, by specifically explaining the above conventional example based on FIG. 1, the problems of the conventional example will be clarified.

第1図には、従来の位置合わせ装置を構成する
アライメントスコープ及び投影光学系を示してあ
る。周辺部の各光学系についての原理、作用等に
ついては上記公報に詳細に説明されているので、
ここでは省略する。
FIG. 1 shows an alignment scope and a projection optical system that constitute a conventional alignment device. The principles and functions of each peripheral optical system are explained in detail in the above publication.
It is omitted here.

レーザー1からでた光Lは回転するポリゴンミ
ラー2で反射され、一連の光学系を経てマスク
(又はレクチル)3及びウエハー4上を走査する。
マスク3及びウエハー4上で反射された各々の光
は、偏光ビームスプリツター5、空間周波数フイ
ルター6,6′等を介して光電検出素子7,7′に
導かれる。空間周波数フイルター6,6′は、マ
スク3及びウエハー4からの正反射光をとめ、散
乱光のみを光電検出素子7,7′に入射させるた
めのものである。ここで、マスク3及びウエハー
4から光電検出素子7,7′に至るまでの光学系
に於いては、前述したように、マスク3からの直
接の散乱光と、一旦ウエハー4での反射を介して
アライメントスコープ系に戻つてくる間接的な散
乱光とが干渉を起こしてしまい、精度の高い光検
出ができないという問題がある。
The light L emitted from the laser 1 is reflected by a rotating polygon mirror 2, passes through a series of optical systems, and scans over a mask (or reticle) 3 and a wafer 4.
The respective lights reflected on the mask 3 and wafer 4 are guided to photoelectric detection elements 7, 7' via a polarizing beam splitter 5, spatial frequency filters 6, 6', etc. The spatial frequency filters 6, 6' are for blocking regularly reflected light from the mask 3 and wafer 4 and allowing only scattered light to enter the photoelectric detection elements 7, 7'. Here, in the optical system from the mask 3 and wafer 4 to the photoelectric detection elements 7 and 7', as described above, the direct scattered light from the mask 3 and the light that is once reflected by the wafer 4 are separated. There is a problem in that the indirect scattered light that returns to the alignment scope system causes interference, making it impossible to perform highly accurate light detection.

そこでこの干渉を防止するために、投影レンズ
8の内部に入/4板9を配置したものである。こ
の入/4板9は、例えば光学的な異方性を持つた
結晶板により作製される。入/4板9にマスク3
側から入射する光が直線偏光である場合には、該
入射光の偏光方向と、ウエハー4での反射を経て
入/4板9を往復して戻つてきた出射光の偏光方
向とを直交させることができる。光電検出素子
7,7′はそれぞれある特定の方向の偏光方向の
光のみを検知するので、これによつて片一方の偏
光方向の光を除去し、上記のような干渉を防止し
ようとするものである。ここで入/4板9はマス
ク3とウエハー4の間であれば投影レンズ8の内
部以外の任意の位置に設置しても良い。
Therefore, in order to prevent this interference, a quarter plate 9 is placed inside the projection lens 8. This quarter plate 9 is made of, for example, a crystal plate having optical anisotropy. Enter/4 board 9 mask 3
When the light incident from the side is linearly polarized light, the polarization direction of the incident light is made orthogonal to the polarization direction of the output light that has been reflected on the wafer 4 and returned after traveling back and forth through the input/fourth plate 9. be able to. Since each of the photoelectric detection elements 7 and 7' detects only light polarized in a certain specific direction, this removes the light polarized in one direction to prevent the above-mentioned interference. It is. Here, the input/quarter plate 9 may be installed at any position other than inside the projection lens 8 as long as it is between the mask 3 and the wafer 4.

ところが、以下(i)及び(ii)のような問題があり、
所望の偏光状態を得ることができないため、完全
に干渉を防止することができない。
However, there are problems such as (i) and (ii) below.
Since a desired polarization state cannot be obtained, interference cannot be completely prevented.

(i) 入/4板の板厚は、極めて高い精度が要求さ
れるにも拘らず、その精密加工が困難である。
そのため、その板厚の誤差により直線偏光で入
射した光が楕円偏光となつて出射され、干渉が
生じてしまう。
(i) Although extremely high precision is required for the thickness of the 4-way board, precision machining is difficult.
Therefore, due to the error in the plate thickness, light that is incident as linearly polarized light is emitted as elliptically polarized light, resulting in interference.

(ii) 入/4板が投影レンズ8内に配設された時
に、偏光方向に対して角度上の誤差を生じ易
い。入/4板は敏感な角度特性を持つため、上
記のような誤差が微妙に影響し、反射して戻つ
て来る光の偏光方向が入射した光の偏光方向と
直交しなくなつてしまう。従つて、干渉が生じ
る原因となる。
(ii) When the input/quarter plate is disposed within the projection lens 8, an angular error is likely to occur with respect to the polarization direction. Since the input/quarter plate has sensitive angular characteristics, the above-mentioned error will have a subtle effect, and the polarization direction of the reflected light will no longer be perpendicular to the polarization direction of the incident light. Therefore, this causes interference.

上記(i)及び(ii)の問題は、投影光学系がミラー系
である場合に、該ミラー系内に入/4板に相当す
る位相膜を配設した場合についても言えることで
ある。
The problems (i) and (ii) above also apply when the projection optical system is a mirror system and a phase film corresponding to an input/quarter plate is disposed within the mirror system.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は上記問題点を解消し、位置合わ
せすべき各物体からの散乱光が干渉し合うことに
よる、位置検出への悪影響を防止して、位置合わ
せ精度を向上させることを可能にした位置合わせ
装置を提供することにある。
The purpose of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to prevent the interference of scattered light from objects to be aligned with each other, which would adversely affect position detection, thereby making it possible to improve alignment accuracy. An object of the present invention is to provide an alignment device.

上記目的を達成するために、本発明に係る位置
合わせ装置は、第1物体と第2物体の間に1/4波
長板もしくは1/4波長板に相当する位相膜からな
る偏光手段を配置し、前記第1物体側から前記第
1物体と第2物体を照明し、前記偏光手段の作用
により前記第1物体からの反射光と前記第1物体
を介して得られる前記第2物体からの反射光の偏
光方向を互いに直交させ、前記第1物体からの反
射光と前記第2物体からの反射光の偏光方向の違
いにもとづいて前記第1物体からの反射光と前記
第2物体から反射光を互いに分離して前記第1物
体からの反射光を第1光検出器で検出し前記第2
物体からの反射光を第2光検出器で検出し、各光
検出器からの信号にもとづいて前記第1物体と前
記第2物体の位置合せを行なう位置合わせ装置に
おいて、前記第2物体からの反射光を直線偏光光
に変換するために前記第1光検出器と前記第1物
体の間に設けた回転可能な波長板と、該波長板を
通過した前記第2物体からの反射光が前記第1光
検出器に入射するのを阻止するために該波長板と
前記第1光検出器の間に設けた阻止手段とを有
し、該阻止手段を介して前記第1物体からの反射
光を前記第1光検出器で検出することを特徴とす
るものである。
In order to achieve the above object, the alignment device according to the present invention disposes a polarizing means consisting of a quarter-wave plate or a phase film corresponding to a quarter-wave plate between the first object and the second object. , illuminating the first object and the second object from the first object side, and reflecting light from the first object and reflection from the second object obtained via the first object by the action of the polarizing means. The polarization directions of the lights are made orthogonal to each other, and the reflected light from the first object and the reflected light from the second object are determined based on the difference in the polarization directions of the reflected light from the first object and the reflected light from the second object. are separated from each other, the reflected light from the first object is detected by a first photodetector, and the reflected light from the second object is detected by a first photodetector.
In a positioning device that detects reflected light from an object with a second photodetector and aligns the first object and the second object based on signals from each photodetector, a rotatable wavelength plate provided between the first photodetector and the first object to convert reflected light into linearly polarized light; and a rotatable wavelength plate provided between the first photodetector and the first object; a blocking means provided between the wavelength plate and the first photodetector to prevent the reflected light from the first object from entering the first photodetector; is detected by the first photodetector.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例について、図面を参照し
ながら説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第2図は本発明の一実施例を示す概略構成図で
ある。第1図で示した従来例と同様に、レーザー
1からでた光Lは回転するポリゴンミラー2で反
射され、一連の光学系を経てマスク又はレチクル
(第1物体)3及びウエハー(第2物体)4上を
走査する。マスク3及びウエハー4上で反射され
た各々の光は、偏光ビームスプリツター5、空間
周波数フイルター6等を介して光電検出素子7,
7′(第1光検出器及び第2光検出器)に導かれ
る。本実施例では光電検出素子7の方をマスクか
らの直接の散乱光のみをとる様に構成されている
ものとする。ここで本実施例の特徴として、偏光
ビームスプリツター5の前段に入/2板10及び
入/4板11を配置してある。そして、後述する
ように、λ/4板11(波長板)によりウエハー
4からの反射光を直線偏光光に変換し、λ/2板
10と偏光ビームスプリツター5(阻止手段)に
よりウエハー4からの反射光が、光電検出素子7
に入射するのを阻止している。入/2板10及び
入/4板11は、光路Pを中心として回転自在と
なつており、所望の角度に位置決めできる。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of the present invention. Similar to the conventional example shown in FIG. ) 4. Each of the lights reflected on the mask 3 and the wafer 4 passes through a polarizing beam splitter 5, a spatial frequency filter 6, etc., and then passes through a photoelectric detection element 7,
7' (first photodetector and second photodetector). In this embodiment, it is assumed that the photoelectric detection element 7 is configured to capture only the direct scattered light from the mask. Here, as a feature of this embodiment, an input/2 plate 10 and an input/4 plate 11 are arranged in front of the polarizing beam splitter 5. Then, as will be described later, the reflected light from the wafer 4 is converted into linearly polarized light by the λ/4 plate 11 (wave plate), and the light reflected from the wafer 4 is converted into linearly polarized light by the λ/2 plate 10 and the polarizing beam splitter 5 (blocking means). The reflected light is detected by the photoelectric detection element 7
It prevents it from entering. The input/2 plate 10 and the input/4 plate 11 are rotatable around the optical path P, and can be positioned at a desired angle.

入/2板10はその特性により、該入/2板1
0への入射光の偏光方向に対して、該入/2板1
0からの出射光の偏光方向を変化させることがで
きる。この作用を利用し、入/2板10を適宜回
転させて偏光方向を変化させることにより、所望
の偏光方向に設定することができる。ただしこの
作用は、投影レンズ8中の入/4板9の不完全性
を補う為の補正効果であり、マスク3から直接反
射された光に対する効果はコサイン的にしかきか
ない。従つて直接反射光には無視できる程度の影
響しか与えない。マスク信号に対してウエハー信
号を混入させない為には、ウエハーの信号を完全
な所定の方向の直線偏光にする事が必要であり、
入/2板10を適宜回転させて、ウエハーからの
反射光の偏光方向を所望の方向にセツトさせるこ
とが可能となる。
Due to the characteristics of the input/2 board 10, the input/2 board 1
0, the input/2 plate 1
It is possible to change the polarization direction of light emitted from zero. By utilizing this effect and changing the polarization direction by appropriately rotating the input/2 plate 10, a desired polarization direction can be set. However, this effect is a correction effect to compensate for the imperfection of the input/fourth plate 9 in the projection lens 8, and the effect on the light directly reflected from the mask 3 is only cosine-like. Therefore, it has a negligible effect on directly reflected light. In order to prevent the wafer signal from mixing with the mask signal, it is necessary to make the wafer signal completely linearly polarized in a predetermined direction.
By appropriately rotating the input/second plate 10, it is possible to set the polarization direction of the reflected light from the wafer in a desired direction.

入/4板11はその特性により、該入/4板1
1を透過する前後における偏光状態を変化させる
作用を持つ。すなわち、入/4板11を適宜回転
させることにより、楕円偏光から直線偏光に変化
させることができる。ただしこの場合において
も、入/4板11の効果は入/4板9の不完全性
を補正する程度の量であり、マスク3からの直接
反射光に与える影響は少ない。従つて、入/4板
9の不完全性の為楕円偏光となつてしまつた光
は、入/4板11により直線偏光に戻すことが可
能となる。この様にしてウエハーからの反射光は
楕円偏光は入/4板11偏光方向は入/2板10
の働きにより、所望の方向の直線偏光となる。
Due to its characteristics, the input/4 board 11
It has the effect of changing the polarization state before and after passing through the light. That is, by appropriately rotating the input/quarter plate 11, it is possible to change the light from elliptically polarized light to linearly polarized light. However, even in this case, the effect of the input/quarter plate 11 is just enough to correct the imperfections of the input/quarter plate 9, and the effect on the direct reflected light from the mask 3 is small. Therefore, the light that has become elliptically polarized due to the imperfection of the input/quarter plate 9 can be returned to linearly polarized light by the input/quarter plate 11. In this way, the reflected light from the wafer has elliptically polarized light entering /4 plate 11, polarization direction entering/2 plate 10
As a result, the light becomes linearly polarized in the desired direction.

この結果、マスクからの直接反射信号にはウエ
ハーからの光が完全にカツトされ、前述したよう
な干渉を防止し得るものである。
As a result, the light from the wafer is completely removed from the direct reflection signal from the mask, and the above-mentioned interference can be prevented.

次に本発明の他の実施例を第3図に示す。ここ
では、第2図に示した偏光ビームスプリツター5
の代わりに、ハーフミラー20及び回転可能な偏
光板21(阻止手段)を用いたものである。第2
図では偏光ビームスプリツター5により偏光方向
が空間的に定められていたが、第3図においては
偏光板21が回転可能である。そのため本実施例
では、第2図で示したような入/2板10を更に
配置する必要がない。すなわち、偏光板21を自
由に調整することにより、カツトできる偏光方向
を自由に変化させられるので、ウエハーからの反
射光は所望の方向の直線偏光である必要はなく、
単に直接偏光の状態でありさえすれば良い。入/
4板11は、第2図に示したものと等しい。従つ
て、入/4板11及び偏光板21を適宜に調整す
ることにより、上記実施例と同様に、前述したよ
うな干渉を防止し得るものである。
Next, another embodiment of the present invention is shown in FIG. Here, the polarizing beam splitter 5 shown in FIG.
Instead, a half mirror 20 and a rotatable polarizing plate 21 (blocking means) are used. Second
In the figure, the polarization direction is spatially determined by the polarizing beam splitter 5, but in FIG. 3, the polarizing plate 21 is rotatable. Therefore, in this embodiment, there is no need to further arrange the input/2 board 10 as shown in FIG. That is, by freely adjusting the polarizing plate 21, the polarization direction that can be cut can be freely changed, so the reflected light from the wafer does not have to be linearly polarized light in a desired direction.
It is only necessary that the light be in a directly polarized state. Enter/
The four plates 11 are identical to those shown in FIG. Therefore, by appropriately adjusting the input/quarter plate 11 and the polarizing plate 21, it is possible to prevent the above-mentioned interference as in the above embodiment.

なお、上述した実施例では投影光学系として投
影レンズを用いた場合について説明したが、投影
光学系としてミラー系を用い、この中に入/4板
に相当する位相膜を配置した場合についても、同
様な構成とすることができる。
In the above-mentioned embodiments, the case where a projection lens is used as the projection optical system has been explained, but the case where a mirror system is used as the projection optical system and a phase film corresponding to an in/quarter plate is disposed therein will also be described. A similar configuration can be used.

また本発明はマスクとウエハーの位置合わせ以
外にも適用できる。
Furthermore, the present invention can be applied to things other than alignment between a mask and a wafer.

〔発明の効果〕 以上説明したように本発明は、投影光学系内に
配設された入/4板相当の偏光手段の不完全性に
より生じるウエハー等の第2物体からの反射光の
偏光状態の変化を補正し、マスク等の第1物体か
らの反射光を検出する検出器に入射するのを阻止
することにより、位置合わせすべき各々の物体、
たとえばマスクとウエハーからの各々の散乱光を
完全に分離し、独立して検知することができる。
従つて、上記の検知の時間的安定性ならびに位置
合わせ精度の向上を実現することができるとい
う、非常に優れた効果を奏するものである。
[Effects of the Invention] As explained above, the present invention improves the polarization state of reflected light from a second object such as a wafer, which is caused by the imperfection of the polarizing means equivalent to the input/fourth plate disposed in the projection optical system. of each object to be aligned by correcting changes in and preventing reflected light from a first object such as a mask from entering a detector,
For example, each scattered light from a mask and a wafer can be completely separated and detected independently.
Therefore, the above-mentioned temporal stability of detection and alignment accuracy can be improved, which is a very excellent effect.

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

第1図は従来のマスク及びウエハーの位置合わ
せ装置を示す概略構成図、第2図は本発明の一実
施例を示す概略構成図、第3図は本発明の他の実
施例を示す概略構成図である。 3……マスク(又はレチクル)、4……ウエハ
ー、5……偏光ビームスプリツター、6……空間
周波数フイルター、7……光電検出素子、8……
投影レンズ、9……入/4板、10……入/2
板、11……入/4板、20……ハーフミラー、
21……偏光板。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a conventional mask and wafer alignment device, FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing one embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing another embodiment of the present invention. It is a diagram. 3... Mask (or reticle), 4... Wafer, 5... Polarizing beam splitter, 6... Spatial frequency filter, 7... Photoelectric detection element, 8...
Projection lens, 9...in/4 plates, 10...in/2
Board, 11...in/4 boards, 20...half mirror,
21...Polarizing plate.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 第1物体と第2物体の間に1/4波長板もしく
は該1/4波長板に相当する位相膜からなる偏光手
段を配置し、前記第1物体側から前記第1物体と
第2物体を照明し、前記偏光手段の作用により前
記第1物体からの反射光と前記第1物体を介して
得られる前記第2物体からの反射光の偏光方向を
互いに直交させ、前記第1物体からの反射光と前
記第2物体からの反射光の偏光方向の違いにもと
づいて前記第1物体からの反射光と前記第2物体
からの反射光を互いに分離して前記第1物体から
の反射光を第1光検出器で検出し前記第2物体か
らの反射光を第2光検出器で検出し、各光検出器
からの信号にもとづいて前記第1物体と前記第2
物体の位置合せを行なう位置合わせ装置におい
て、前記第2物体からの反射光を直線偏光光に変
換するために前記第1光検出器と前記第1物体の
間に設けた回転可能な波長板と、該波長板を通過
した前記第2物体からの反射光が前記第1光検出
器に入射するのを阻止するために該波長板と前記
第1光検出器の間に設けた阻止手段とを有し、該
阻止手段を介して前記第1物体からの反射光を前
記第1光検出器で検出することを特徴とする位置
合せ装置。 2 前記波長板が1/4波長板であることを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載の位置合せ装置。 3 前記阻止手段が回転可能な1/2波長板と偏光
ビームスプリツターとを有することを特徴とする
特許請求の範囲第2項記載の位置合せ装置。 4 前記阻止手段が回転可能な偏光板からなるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の位置
合せ装置。
[Claims] 1. Polarizing means consisting of a quarter-wave plate or a phase film corresponding to the quarter-wave plate is disposed between the first object and the second object, and the polarizing means is arranged between the first object and the second object, and illuminating one object and a second object, and causing the polarization directions of the reflected light from the first object and the reflected light from the second object obtained via the first object to be orthogonal to each other by the action of the polarizing means, The reflected light from the first object and the reflected light from the second object are separated from each other based on the difference in the polarization direction of the reflected light from the first object and the reflected light from the second object. The reflected light from the object is detected by a first photodetector, the reflected light from the second object is detected by a second photodetector, and the first object and the second object are detected based on the signals from each photodetector.
In an alignment device for aligning objects, a rotatable wavelength plate provided between the first photodetector and the first object to convert reflected light from the second object into linearly polarized light; , blocking means provided between the wavelength plate and the first photodetector to prevent reflected light from the second object that has passed through the wavelength plate from entering the first photodetector. An alignment device comprising: a first photodetector that detects reflected light from the first object via the blocking means. 2. The alignment device according to claim 1, wherein the wavelength plate is a quarter wavelength plate. 3. The alignment device according to claim 2, wherein the blocking means includes a rotatable half-wave plate and a polarizing beam splitter. 4. The alignment device according to claim 2, wherein the blocking means comprises a rotatable polarizing plate.
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