JPH07239212A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 段差等の検出能力に優れたエッジ検出装置を
提供する。 【構成】 光源手段からの照明光を互いに偏光方向が直
交する二つの偏光検査光を形成させると共に、これらを
近接させて分離する偏光分離手段と、これらを対象物上
に照射する検査光照射手段と、これらを同一光路上に合
成する光路合成手段と、合成された偏光検査光を偏光干
渉させる偏光干渉手段と、この検知光を光電検出する光
電検出手段と、平面部からの検知光の相互間に予め定め
られた任意の位相差を与えた状態の検知光として光電検
出手段に導く位相差調整手段とを備え、凹凸マークのエ
ッジ位置での干渉状態の変化を検出する事により凹凸マ
ークの位置を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、微小対象物の表面に形
成された微小段差部からなるマーク、例えば半導体基板
上に形成されたアライメントマーク等の位置を計測する
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ＩＣをはじめとする半導体デバ
イスは、必要な回路パターンを持ったマスクからフォト
レジストを塗布したウェハ上に前記パターンの露光を行
い、現像及びエッチング等の処理を経ることにより製造
されている。このような半導体デバイスの回路パターン
は複雑な設計であるものが多く、従来より、同じウェハ
上に別々のマスクの回路パターンを順番に露光転写する
ことにより重ね合わせ回路等の複雑な積層構造の回路を
得ている。

【０００３】同一ウェハ上に種々のマスクによる露光処
理を複数回行う場合、毎回の露光処理の後にウェハの現
像及びエッチング等の他の処理を行う必要があるので、
毎回の露光処理を行う度にウェハを露光装置に新たに位
置決めをし、また、マスクもこの位置決めされたウェハ
に対して毎回アライメントされることになる。従来より
回路パターンの位置合わせ精度を検査するために、マス
クの特定の位置に重ね合わせ位置測定用の微小なマーク
（以後アライメントマークと記す）が設けられている。

【０００４】アライメントマークは、基板上に形成され
る回路パターン部分と同様の素材、例えば、金属膜や酸
化膜等で形成された微小な凹凸マークからなるものが一
般的であり、この微小な凹凸マークを光学的な手段で位
置測定するには、基板表面上の凹凸マークの周縁に形成
された段差（以後、エッジ部分と記す）の位置を検出す
る手段が知られている。

【０００５】一般に、凹凸マークのエッジ部分を非接触
で検出するために、落射照明光学系を用いた反射光学顕
微鏡が用いられる。これは、照射光を反射させると共に
対象物により反射された反射光の一部を透過するハーフ
ミラーを内部に備えた落射照明系等の反射光学系を利用
するものであり、この反射光により凹凸マーク等の対象
物の像を観察するものである。

【０００６】このような光学顕微鏡によって、凹凸マー
クを観察（測定）した場合、エッジ部分の両側の物質、
つまり、マークを形成する物質と基板（ウェハ）等のマ
ークの下地となる物質とが全く異なるものによって形成
されていれば、エッジ部分を境界としてその両側それぞ
れの部分において光の反射率が異なるため、それぞれの
部分からの戻り光の光量が異なり、エッジ部分は明領域
と暗領域との境界線として明確に観測される。

【０００７】しかし、エッジ部分の両側（基台部と凹凸
マーク部）が同じ物質の場合や反射率に差がない物質に
よって形成されている場合には、上述した明領域と暗領
域とが明確に観測できないため、境界がはっきりせず、
凹凸マークの位置検出精度を低下させる。

【０００８】そこで、従来は、凹凸マークのエッジ部分
で照明光が散乱されることを利用して、エッジ部分を明
背景中の暗線として観測することで凹凸マークの位置検
出を行なうものとしている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このようにエッジ部分
での散乱を利用してエッジ（の位置）を判別し、これに
よりマークの位置検出を行う場合、従来の反射光学顕微
鏡では、例えばマークのエッジ自体が微小段差であった
り、マークや基材が反射率の低い物質により構成された
りすると、光が散乱される率が低くなる。このため、観
測されるマーク像（エッジ部分の暗線と他の明背景と）
のコントラストが低くなり、高い観測精度での測定がで
きない問題がある。

【００１０】従来は、この問題の解決のために、例えば
観測光学系及び照明光学系のＮＡを小さくすることによ
って、マークのエッジ部分によって散乱された光の結像
割合を減少させたり、或いはエッジ部分を合焦位置から
はずして観測することにより、マーク像のコントラスト
を高めようとする工夫が行われていた。

【００１１】しかし、観測像のコントラストを上げるた
めに、観測光学系及び照明光学系のＮＡを制限すると、
像観察における分解能が低下し、対物レンズが本来持っ
ている性能を十分に発揮させることができなくなる。ま
た、エッジ部分を合焦位置から外すと、本来観測したい
マーク自体が焦点位置から外れてしまうため、やはり高
い精度で観測することができないという問題があった。

【００１２】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、微小な凹凸マークの位置検出特性が優れた位
置検出装置を提供することを主目的とするものである。
本発明は、特に、従来の様に観測光学系及び照明光学系
のＮＡを制限したり、対象物を合焦位置からずらすこと
なく、高精度に対象物を観測することができる位置検出
装置を提供することを目的とする。

【００１３】また、本発明は、低反射率の対象物であっ
てもエッジ部分のコントラストが高い凹凸マークの検出
が可能な位置検出装置を提供する事を目的とする。さら
に、本発明は、できるだけ少ない相対移動走査でマーク
が探索できる位置検出装置を提供することをも目的とす
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成すべく、
請求項１に係る発明は、微小対象物上に形成された凹凸
マークの位置検出装置であって、光源手段からの照明光
を偏光分離させて互いに偏光方向が直交する二つの偏光
検査光を形成させると共に、これらを近接させて分離す
る偏光分離手段と、前記二つの偏光検査光を対象物上に
それぞれ照射する検査光照射手段と、前記対象物から反
射された前記二つの偏光検査光を同一光路上に合成する
光路合成手段と、前記合成された偏光検査光を偏光干渉
させる偏光干渉手段と、前記偏光干渉された検知光を光
電検出する光電検出手段と、前記対象物上の平面部から
の検知光を、前記二つの偏光検査光の相互間に予め定め
られた任意の位相差を与えた状態の検知光として光電検
出手段に導く位相差調整手段とを備え、前記光電検出手
段による検出結果に基づいて微小対象物上に形成された
凹凸マークのエッジ位置での干渉状態の変化を検出する
事により凹凸マークの位置を検出することを特徴とする
位置検出装置を提供する。

【００１５】請求項２に係る発明は、請求項１に記載の
位置検出装置において、前記位相差調整手段は、対象物
上の平面からの前記二つの偏光検査光の相互間にπラジ
アンの位相差を与えた状態の検知光を光電検出手段に導
くことを特徴とする。

【００１６】また、請求項３に係る発明では、請求項２
に記載の位置検出装置において、前記偏光分離手段と前
記光路合成手段とが、前記対象物上に設けられた複屈折
素子からなることを特徴とするものである。

【００１７】更に、請求項４に係る発明は、請求項３に
記載の位置検出装置において、前記複屈折素子による分
離方向が、前記対象物上に設けられた凹凸マークのエッ
ジ方向に対して４５度の傾きを持つように配置されてい
ることを特徴とするものである。

【００１８】請求項５に係る発明では、請求項３又は４
に記載の位置検出装置において、前記位相差調整手段
が、照明光の光路中に設けられた偏光子と、検知光の光
路中に設けられた検光子とを有し、これらの偏光子と検
光子の透過軸方位が互いに９０度ずれた状態で配置され
ると共に、前記複屈折素子の分割方位に対して４５度傾
けられた状態で配置されていることを特徴とする。

【００１９】また、請求項６に係る発明では、請求項
３、４又は５に記載の位置検出装置であって、前記二つ
の偏光検査光の照射位置を前記対象物上で相対的に走査
する走査手段をさらに備えている。

【００２０】

【作用】本発明は上記のように構成されているため、以
下の作用を奏する。まず、本発明は微分干渉法による像
形成原理を位置検出装置に応用したものであり、この像
形成原理を図２を用いて説明する。図２は、凸部２０ａ
が存在する対象物２０の表面に平面波２１が入射した場
合の反射波２２の波面状態を示すものである。

【００２１】この図において、凸部２０ａ、段差部２０
ｂ並びに対象物２０の表面に平面波２１が入射すると、
これらから得られる反射波２２は、平面波２１の波面が
対象物２０表面の段差に応じて位相差が生じた波形とな
る。これは、凸部２０ａの表面と、対象物２０の凸部２
０ａ以外の表面との段差により、反射光の往復距離（光
路長）が異なり、同じ平面波２１の反射光を検出する際
に時間差が生ずるためである。

【００２２】本発明における微分干渉法を応用した観察
では、図３に示すように、対象物へ照射する平面波を微
小間隔を空けて二つに分割して照射し、得られた反射波
の横ずれを利用してこれらを干渉させることで、反射光
に生じている位相差を可視化している。このような平面
波を二つに分割して横ずれを生じさせるには、光の偏光
作用を利用した方法が採られている。

【００２３】即ち、本発明による観察では、光源手段か
らの光束を対象物に導く際に、照明光束を直線偏光に変
換した後、二つの直交する偏光面を持つ直線偏光成分に
分割して、これらを対象物上の異なる位置に微小間隔を
空けて照射する。対象物に照射された二つの直線偏光
は、対象物表面において反射されるが、この時、対象物
表面の凹凸部分の段差に応じて変形された波形となり、
検出系に到達するまでの光路長の相違から位相差を生じ
ることになる。

【００２４】この二つの反射光を同一光路上に合成した
後、互いに偏光干渉させると、凸部（上部）及び平坦部
に対応する部分では、相互の光路長が相違しないため、
光路差０の（光路差がない二つの光、又は位相差がない
二つの光からの）干渉像が得られる。

【００２５】しかし、段差部に対応する部分では、光路
長が互いに相違するため、相互の光路長の相違（に基づ
く位相差）に応じた干渉像が得られる。即ち、対象物表
面の凹凸部の段差部分からの反射光のみに光路差（位相
差）が０以外の干渉が生じることから、偏光干渉された
光の干渉状態を検出することにより、対象物表面の凹凸
部（の段差部分）を観察することができる。

【００２６】本願請求項１に記載した発明では、上記の
微分干渉法を応用した位置検出を構築するために、光源
手段からの照明光を偏光分離させて互いに偏光方向が直
交する二つの偏光検査光を形成させると共に、これらを
近接させて分離する偏光分離手段と、前記二つの偏光検
査光を対象物上にそれぞれ照射する検査光照射手段と、
前記対象物から反射された前記二つの偏光検査光を同一
光路上に合成する光路合成手段と、前記合成された偏光
検査光を偏光干渉させる偏光干渉手段と、前記偏光干渉
された検知光を光電検出する光電検出手段と、前記対象
物上の平面部からの検知光が、前記二つの偏光検査光の
相互間に予め定められた任意の位相差を与えた状態の検
知光として光電検出手段に導く位相差調整手段と、前記
光電検出手段による検出結果に基づいて干渉状態を観察
する観察手段とを備えている。

【００２７】本発明に用いる偏光分離手段は、互いに直
交する二つの偏光成分に分割し、これらを近接されて分
離した状態で対象物に照射すると共に、そこまでの光路
長がほぼ等しい状態で照射できるものであれば良い。こ
れにより、前述した微分干渉法を応用するための、互い
に微小間隔をあけて横ずれさせた状態の二つの平面波が
得られるものとなる。

【００２８】なお、偏光分離手段としては、後述するよ
うにこれらの作用が同時に行われる複屈折素子等が応用
できるが、本発明の偏光分離手段はこれに限定されるも
のではない。例えば、互いに異なる偏光面をもつ偏光成
分に分割する偏光分割手段と分割された夫々の光束を近
接させて対象物上に導く照射手段等を組み合わせたもの
等が応用手段として考えられる。

【００２９】また、複屈折素子としては、例えば、ニコ
ルプリズム、グラン・トムソンプリズム、ウォラストン
プリズム、ロションプリズム、ノマルスキプリズム等の
偏光プリズムや偏光板などを用いることにより、低コス
トで簡単な構成とすることができる。

【００３０】ここで、特定の直線偏光成分を取り出す偏
光子としては、ニコルプリズム、グラン・トムソンプリ
ズム、偏光板などが使用できる。この際、プリズムを使
用した場合の方が消光比が高い利点がある。特に、グラ
ン・トムソンプリズムは、偏光方向を選択するためにプ
リズムを回転させる場合に、光線が横ずれをしないため
好ましい。

【００３１】一方、偏光分離手段や偏光結合手段に用い
る素子には、ウォラストンプリズム、ロションプリズ
ム、ノマルスキプリズム等が使用できる。これらの複屈
折素子のうち、光線の分離角度の大きさや分離方向を考
慮して適したプリズムを使用するのがよい。

【００３２】ここで、一般に、二つの偏光検査光の対象
物上での距離（シア量）は、偏光分割手段による分離距
離（又は分離角）と、検査光照射手段の主に対物レンズ
の焦点距離とにより決定されるので、これらを調整する
ことにより任意のシア量を持った二つの偏光検査光とす
ることができる。

【００３３】この偏光分離手段により微小間隔を空けて
分離された二つの偏光検査光は、検査光照射手段により
対象物上に照射される。対象物表面において反射された
夫々の偏光検査光は、対象物表面のマーク等で形成され
る凹凸部分の段差に応じて波面が変形され、それぞれ位
相差を持った偏光検査光となる。この二つの偏光検査光
は、光路合成手段により同一光路上に合成される。そし
て、偏光干渉手段により偏光干渉される。

【００３４】偏光干渉された検知光は、光電検出手段に
より光電検出され、この光電検出手段による検出結果に
基づいて、検知光の干渉状態を観察する。ここで、干渉
状態に変化が生ずるのは、主に凹凸マークのエッジ部で
あることから、対象物表面の凹凸部分のエッジの像が検
出され、それに基づいて凹凸マークの位置が計測され
る。

【００３５】さらに、本発明では位相差調整手段が設け
られているので、検知光の二つの偏光成分間の位相差を
変更する事が可能である。このため、凹凸部分のエッジ
部での干渉状態の観察の際に、予めコントラストの高い
干渉像が得られる様に位相差を調整する事で、これらの
干渉状態が明確に認識できる様に検出状態が変更でき
る。

【００３６】なお、本発明における平面部は、偏光検査
光の検知光に（原則として）位相差が生じない部分を示
すものであり、主に、対象物表面上の凹凸マーク以外の
平坦部分を平面部とするが、凹凸マーク上面部の平坦部
分であって検知光に基本的には位相差が生じない部分も
平面部分に該当する。言い換えると、対象物表面上の凹
凸マークの周縁等に形成された段差（すなわち、エッジ
部分）の位置以外の平坦な部分を示すものである。

【００３７】次に、本願請求項２に記載した発明では、
前記位相差調整手段により、対象物上の平面位置からの
前記二つの偏光検査光の相互間にπラジアンの位相差を
与えた状態（光路長差がλ／２（＋ｎλ）となる状態）
の検知光を光電検出手段に導くように構成されている。

【００３８】即ち、対象物上の段差により生ずる二つの
偏光検査光間の位相差は、二つに分割された偏光検査光
の横ずれ量に対応する二点間の距離（シア量）を一定と
したとき、二つに分割された偏光検査光の光路差に基づ
く位相差（リタデーション量）と対象物表面の凹凸の変
化に応じた量の和となる。

【００３９】干渉による光強度は、位相差をδとした時
｛１＋ｃｏｓδ｝に比例するので、二つに分割された偏
光検査光のリタデーション量Δをπラジアンとなるよう
に調整すると、対象物表面の凹凸変化のない部分（例え
ば、対象物の凹凸マーク以外の部分）では、｛１＋ｃｏ
ｓδ｝は、｛１＋ｃｏｓΔ｝＝｛１＋ｃｏｓπ｝＝０と
なる。従って、検出される光強度は零となる。

【００４０】これに対し、対象物表面の凹凸変化のある
部分（例えば対象物の凹凸マークの段差部分）では、位
相差δはリタデーション量πラジアンと対象物表面の凹
凸変化の凹凸量の変化に応じた量との和となるので、
｛１＋ｃｏｓδ｝は０以外の値、即ち、対象物表面の凹
凸変化の凹凸量の変化により生ずる光路差に応じた値と
なる。このため、対象物表面の凹凸変化のある部分の光
強度は、この値｛１＋ｃｏｓδ｝に比例した強度とな
る。

【００４１】本発明は、リタデーション量Δをπラジア
ンとする事で、対象物表面の凹凸変化のない部分（例え
ば、凹凸マークのエッジ以外の部分）を暗黒とし、対象
物表面の凹凸変化のある部分（例えば、凹凸マークのエ
ッジ部分）を明るくしているので、凹凸マークのエッジ
部分である段差部分は、暗背景中に明線として観測する
ことができる。

【００４２】これを具体的に図３を示して説明する。図
３において、二つの偏光検査光のうち一方の偏光検査光
を第１偏光検査光３１１Ａ、他方の偏光検査光を第２偏
光検査光３１１Ｂとしている。

【００４３】第１偏光検査光３１１Ａと第２偏光検査光
３１１Ｂとは、任意のシア量３２４が設けられており、
更に、リタデーション量がπラジアンとなるように調整
されている。このため、対象物上の平面部分のみからな
る領域３２５と領域３２６においては、干渉による光強
度は、第１偏光検査光３１１Ａと第２偏光検査光３１１
Ｂで打ち消し合うため零である。

【００４４】しかし、対象物上の段差部に当たる領域３
２７においては、対象物表面の凹凸変化の凹凸量の変化
により生ずる光路差に応じて、干渉光の光強度が零には
ならずにある程度の強度となる。即ち、エッジ部分（段
差部）である領域３２７のみが光強度を持つ領域となる
ので、凹凸マークのエッジ部分（領域３２７）が、暗背
景中の明線として検出されることになる。

【００４５】前述した様に、本発明では、前記位相差調
整手段が前記平面位置（対象物上の凹凸のない部分、平
面部）からの前記二つの偏光検査光の相互間にπラジア
ンの位相差を与えた状態の検知光を光電検出手段に導く
ようにしている。

【００４６】このため、光電検出手段では、平面部から
の干渉状態が互いに打ち消し合う状態（強度が零の状
態）として検出され、凹凸マークのエッジ部分、即ち段
差部分からの干渉状態は、相互に生じた干渉状態（段差
の変化に応じた強度がある状態）の検出信号が得られる
事となる。

【００４７】逆に、この様な位相差調整手段をもたない
と、平面部からの偏光検査光の位相差は零になる（ある
いは位相差又は光路差を零に調整する）が、この場合に
は平面部分からの干渉状態が互いに強め合う最高強度の
明視野となり、段差部分からの干渉状態はこれより弱い
強度のやや暗い部分となる。

【００４８】ここで、最高強度の明視野状態（平面部の
像）からやや暗い部分（エッジ段差部の像）を検出する
場合には、像（特にエッジ段差部の像）のコントラスト
が低くなる。このため、特に検出光の強度を電気的信号
に変換して検出する光電検出手段では、この強度変化の
状態（対象物の像）の検出レスポンスが低下する。

【００４９】逆に、本発明の様に強度検出できない暗視
野状態から、干渉により検出強度が生ずる部分（凹凸マ
ークのエッジ部の像）を検出する場合には、像のコント
ラストが高くなるので、像検出のレスポンスが高くな
る。このため、凹凸マークのエッジ部の検出特性が向上
し、凹凸マークの位置検出が高精度で行なえるものとな
っている。

【００５０】次に、本願請求項３に記載した発明では、
前記偏光分離手段と偏光合成手段とが、対象物上に設け
られた複屈折素子から構成されている。複屈折素子は、
入射光を互いに異なる偏光成分に分離する作用が知られ
ている。さらに、この透過光路長を予め定めておく事
で、出射時の相互の分離距離や位相差（光路差）を任意
に調整することが出来るものとなる。また、この分離さ
れて射出された光束を逆の経路で入射させると、もとの
光束と同一の経路に射出されるので、前記分離された偏
光光を夫々逆向きに入射させる事で同一の光路上に合成
できる。

【００５１】本発明では、複屈折素子のこの様な性質を
利用し、対象物上に複屈折素子を配置すると共に、ここ
から分離されて射出された夫々の偏光光束を対象物に導
くことで、反射された夫々の偏光光束が再度同じ経路を
逆向きに進行する様に構成している。

【００５２】この様な偏光検査光の照射光路並びに反射
光の光路は、検査光照射手段により形成されることが好
ましく、対象物と前記複屈折素子並びに検査光照射手段
を構成する光学部材等を上記の様に構成する事で、前記
偏光分離手段と偏光合成手段とが、対象物上に設けられ
た複屈折素子により同一部材で構成されている。

【００５３】このような構成とする事で、位置検出装置
全体の配置構成が容易となるので、装置のコンパクト化
が図れる。また、配置構成が単純化され、設計上の自由
度が増える。さらに、装置の調整や組立が簡易になる利
点もある。

【００５４】なお、本発明に応用できる複屈折素子とし
ては、分離した偏光成分間の位相差や光路差が生じない
様にするためには、複屈折プリズムが好ましい。その他
の複屈折素子としては、ウォラストンプリズム、ニコル
プリズム、グラン・トムソンプリズム、ロションプリズ
ム等の偏光プリズムや、偏光板などの複屈折素子を応用
する事が可能である。

【００５５】特に、ウォラストンプリズム等を用いた場
合には、プリズム内の透過光路長を調整する事で、素子
から射出される各偏光成分間に任意の位相差を与えるこ
とが可能となる。このため、複屈折素子を位相差調整手
段を兼ねた構成とする事が可能となる。

【００５６】ここで、前述した様に、検出される干渉光
の強度は、干渉状態を生じる凹凸マークのエッジ部にお
ける段差部の変化の割合（傾き）に依存する。この段差
部の傾きは、偏光分離手段による分離方向（合成される
二つの検査光の照射位置のずれ方向）で変化する。

【００５７】即ち、同一の凹凸マークを観察した場合、
エッジ部に対してこれを垂直に横切る方向に分離方向が
位置する場合に、傾きの変化の割合が最も大きくなり、
干渉強度が最も強いものとなり、エッジに対して斜めに
横切れば傾きの変化の割合が少なくなる。

【００５８】このため、検出強度を優先する場合には、
偏光分離手段の分離方向が、凹凸マークのエッジ部方向
に対して直交するように、夫々の位置関係を定める事が
好ましい。逆に、エッジ部に対してこれと平行な方向に
分離方向が位置する場合には、干渉状態は平面と同様な
検出状態となり、この様に位置するエッジ部は検出でき
ない場合がある。

【００５９】例えば、一般的な半導体素子等の形成時の
露光転写等のためのアライメントマークは、矩形の凹凸
マークで構成されている事が多いが、この様な場合のマ
ークのエッジ部は互いに直交するため、一方のエッジ部
に直交する方向に前記分離方向を定めると、他方のエッ
ジ部が検出しにくい場合が生ずる。

【００６０】本願請求項４に記載した発明では、偏光分
離手段としての複屈折素子の分離方向が前記対象物上の
エッジ部分に対して４５度の傾きを持つように配置され
ているため、特に矩形の凹凸マークの縦方向及び横方向
のエッジ部を、同時にかつ確実に検出することが出来
る。これは、少なくとも互いに直交するエッジ部をもつ
アライメントマークであれば、マークの周囲の互いに直
交するエッジ部が全て同時に検出できるので、正確な位
置検出が短時間で行なえるものとなっている。

【００６１】次に、本願請求項５に記載した発明では、
前記位相差調整手段が、照明光の光路中に設けられた偏
光子と、検知光の光路中に設けられた検光子とを有し、
これらの透過軸方位が互いに９０度ずれた状態で光路上
に配置されると共に、前記複屈折素子の分割方向に対し
て夫々が４５度傾けられた状態で配置されている。

【００６２】即ち、本発明では、偏光子を設ける事で照
明光を特定の偏光面をもつ直線偏光にする。この直線偏
光を前記複屈折素子に入射させると、偏光面が複屈折素
子の分割方向に対して４５度傾けられている事から、こ
の分割方向とそれに垂直な方向に夫々の偏光面をもつ二
つの直線偏光に分離される。

【００６３】そして、対象物で反射して再び光路合成手
段により合成された後、検光子に入射するが、この検光
子の透過軸方位に対して二つの偏光検査光の偏光面は、
夫々４５度づつ傾いている。このため、対象物上の平面
部で反射された（位相差がない）二つの互いに直交する
偏光検査光が検光子に入射すると、検光子の透過軸方向
の成分のみが通過するので、二つの偏光検査光の透過軸
方向の成分が透過して偏光干渉される。

【００６４】ここで、前記検光子の透過軸方向が前記偏
光子と同じ透過軸方向である場合には、原則として平面
部から反射された互いに位相差のない二つの偏光検査光
からの透過成分は夫々同一位相となるが、本発明の様に
検光子の透過軸方向が直交する方向である場合、これら
の透過成分は互いにπラジアンの位相差をもつ成分同士
の偏光干渉光となる。

【００６５】即ち、平面部からの偏光干渉光は、互いに
逆位相となる偏光成分同士の干渉光として互いに打ち消
し合うものとなるので、検出手段では検出強度が零とな
る。逆に、段差部からの偏光干渉光は、段差の割合に応
じた位相差が生じているため、検光子の透過軸方位にも
位相差に応じた干渉状態の偏光干渉光が透過する事とな
り、偏光干渉光の強度に応じた検出強度が得られる事と
なる。

【００６６】先に述べたように、検出される偏光干渉光
の光強度は、位相差をδとした時、｛１＋ｃｏｓδ｝に
比例するため、位相差が生じない平面部では、位相差δ
＝πであるので、｛１＋ｃｏｓδ｝は０となる。従っ
て、ここから検出される光強度は零となり、検出画像で
は暗視野状態となる。

【００６７】また、凹凸部分の変化（段差部の変化割
合）に応じた位相差δが生ずるエッジ部分では、位相差
δは、πラジアンと対象物表面の凹凸変化の割合に応じ
た量との和となるため、｛１＋ｃｏｓδ｝は凹凸部分の
変化に応じた０以外の値を取ることとなる。このため、
凹凸部分の変化に応じて生じた偏光検査光間の位相差δ
に基づく光強度が検出されることになる。

【００６８】本発明の位相差調整手段は、上記の様に、
照明光から直線偏光のみを取り出す偏光選択手段（例え
ば、偏光子）と、互いに直交する偏光成分から偏光干渉
成分を取り出す偏光干渉手段（例えば、検光子）とを兼
ねて構成されている。このため、位置検出手段の構成が
簡素化される。また、部材点数の減少により制作コスト
を抑えることが出来る。

【００６９】本発明の位相差調整手段は上記の様に構成
されているが、平面部位置からの二つの偏光検査光の相
互間にπラジアンの位相差が与えられた状態の検知光が
検出手段に導かれる構成のものであれば、この方式に限
定されるものではない。

【００７０】一例を示すと、偏光選択手段として設けた
偏光子と、偏光干渉手段として設けた検光子との透過軸
方位を光路上で一致させて配置し、それらの間に配置し
た波長板を用いて二つの偏光検査光の相互間にπラジア
ンの位相差を与える方式としても良い。これは、１／２
波長板を照射光あるいは反射光のいずれか一方の光路上
に配置するか、あるいは双方が通過する同一の光路上に
１／４波長板を用いてリタデーション量を調整すること
等が考えられる。

【００７１】また、位相差調整手段として偏光ビームス
プリッタを応用する方式も可能である。この場合、光源
から発せられた光束が偏光ビームスプリッタにより特定
の偏光成分をもつ直線偏光が得られることを利用する。
例えば、反射偏光成分を例に取ると、偏光分割面に対す
る入射光の入射面に直交する方向の直線偏光のみを反射
させるので、一方向の偏光面を持つ直線偏光のみが複屈
折プリズムに入射することになり、この場合には、偏光
選択手段を兼ねる事とすることが出来る。

【００７２】一方、対象物上で反射されて複屈折プリズ
ムにより光路合成された偏光検査光を再び偏光ビームス
プリッタに入射させると、平面部で反射された検査光の
うち、照射光と同一の（位相差のない）偏光成分のみが
反射されてくる。

【００７３】この場合、偏光ビームスプリッターが偏光
干渉手段を兼ねることとなり、透過方向に偏光干渉され
る光束（照射光と偏光面が９０度ずれた偏光面をもつ光
と同様）は、偏光干渉光において位相差がπラジアンの
状態となり、検出強度が零となる。更に、凹凸部の段差
部からの偏光成分間では、位相差が生じているため、透
過方向の偏光干渉成分が検出される。

【００７４】即ち、偏光ビームスプリッタにより偏光検
査光の間にπラジアンの位相差が生じた状態の偏光干渉
光は、位相差を生じさせない平面部では検出手段により
強度検出できない干渉光となるので、透過された偏光検
査光のうちの位相差が生じた部分のみからの検知光とし
て光電検出手段に導かれ、この検出結果に基づいて暗視
野状態で段差部分の干渉状態が観察され、凹凸マークの
位置検出が行なわれることとなる。

【００７５】また、偏光干渉による光強度は、位相差を
δとした時、｛１＋ｃｏｓδ｝に比例するため、リタデ
ーション量Δ＝πラジアンに設定すると、対象物表面の
エッジ部分の光強度は、段差の凹凸量（変化の割合）が
等しければ同じ強度となる。従って、対称な形状のエッ
ジで構成されたマークの中心は、対称な光強度分布の中
心を求めることでエッジ形状に関係なく正確に決めるこ
とができる。

【００７６】次に、請求項６に記載した発明に係る位置
検出装置では、前記二つの偏光検査光の照射位置を前記
対象物上で相対的に走査する走査手段を備えているの
で、対象物に対して全面を走査することで、対象物上の
異なる位置に設けられた複数の凹凸マークの位置検出を
容易に行うことができる。

【００７７】

【実施例】以下、実施例を通じて本発明をさらに詳しく
説明する。図１に本発明の第１実施例に係る位置検出装
置の該略構成を示す。７８ この実施例では、光源手段
として白色光源からなる光源１を使用している。光源手
段は、特に限定するものではなく、本実施例並びに以下
の実施例においてもレーザ光源などの別のものを用いて
もよいものである。

【００７８】光源１から発せられる照明光１１は、コン
デンサレンズ４を介して偏光板５に入射する。偏光板５
は、本実施例における偏光選択手段を構成しており、そ
の透過軸方位は、図中の紙面方向に対して４５度傾けら
れて配置されている。

【００７９】この偏光板５は、特定方向の直線偏光を取
り出せる構造のものであれば、特に限定されるものでは
なく、偏光板以外に、ニコルプリズム、グラントムソン
プリズムなどの偏光プリズムを適用してもよいものであ
る。また、光源自身が偏光特性を持つレーザなどを用い
た場合には、偏光板を省略することができる。

【００８０】偏光板５により直線偏光に偏光された照明
光１１は、光路分割合成手段を構成するビームスプリッ
タ８により光路を折り曲げられて対象物方向に向かう。
本実施例における光路分割合成手段は、非偏光ビームス
プリッタで構成されており、対象物からの反射光は、こ
の照明光と逆の経路でビームスプリッタ８に入射した
後、ここを透過した成分が検出手段に向かう。

【００８１】ビームスプリッタ８で反射された照明光８
は、複屈折素子であるウォラストンプリズム９に入射す
る。ここで、ウォラストンプリズム９の偏光分離方向
は、紙面方向（図面における横方向）であり、照明光の
光軸上で偏光板５の透過軸方向と４５度傾いた状態で配
設されている。

【００８２】これにより、ウォラストンプリズム９に入
射した光１１は、偏光面が互いに直交する二つの偏光検
査光１１Ａ、１１Ｂに分離する。この二つの偏光検査光
の１１Ａ、１１Ｂの偏光面は、夫々図における紙面と平
行又は直交する方向と一致している。二つの偏光検査光
１１Ａ、１１Ｂは、ウォラストンプリズム９から所定の
分離角をもって射出された後、検査光照射手段を構成す
る対物レンズ１０により、対象物となる標本３上に照射
される。

【００８３】この時、標本３上での二つの偏光検査光１
１Ａ、１１Ｂのシア量（横ずれ量）は、ウォラストンプ
リズム９から射出される際の分離角をα、対物レンズ１
０の焦点距離をｆとした時、シア量（横ずれ量）≒ｆ・
ｔａｎαにより定まる。標本３に照射された二つの偏光
検査光１１Ａ、１１Ｂは、それぞれ標本３表面において
反射された後、再び対物レンズ１０を介してウォラスト
ンプリズム９に入射して、同一光路上に合成される。

【００８４】この時、それぞれの偏光検査光１１Ａ、１
１Ｂにおける標本３表面の凹凸部分の段差部からの反射
光では、段差の割合（傾き）に応じた位相差が生じてい
るが、それ以外の平面部からの反射光では位相差が生じ
ていない。ウォラストンプリズム９により同一光路上に
合成された検出光は、偏光検査光１１Ａ、１１Ｂの双方
の偏光成分を維持したまま、ビームスプリッタ８を介し
て（透過分が）偏光板７に入射する。

【００８５】この偏光板７は、偏光干渉手段を構成する
検光子からなるものであり、その透過軸方位は紙面に対
して４５度傾けられて配置されているが、光軸上で先の
偏光板５の透過軸方位とは互いに９０度傾けられて（直
交する状態で）配置されている。即ち、偏光板５及び偏
光板７は共に紙面に対して４５度傾けられているが、そ
れらは互いに逆方向である。

【００８６】偏光板７に入射した検出光は、紙面に平行
な方向と直交する方向との偏光面を有する偏光検査光１
１Ａ、１１Ｂであるので、偏光板７の透過軸方向のみの
偏光成分が透過し、この透過した偏光成分同士が干渉す
る。一方、標本３表面の凹凸マークの段差部からの反射
光は、偏光検査光１１Ａ、１１Ｂの間に段差の割合に応
じた位相差が生じている。

【００８７】このため、偏光板７の中性軸方位方向の偏
光成分は、πラジアンの位相差に更に段差に応じた位相
差が加えられた偏光成分同士として干渉する。このた
め、この位相差に応じた強度の偏光干渉光を生ずる。こ
の偏光干渉光は、結像レンズ６により検出手段を構成す
る光電検出器１２上に標本３上の照射位置の像として結
像される。

【００８８】この際に、標本３上の平面部（凹凸マーク
の段差部以外の部分）の像は、偏光干渉強度が零である
ことから検出信号が生じないため、暗黒状態（暗視）と
なって検出される。これに対し、凹凸マークの段差部か
らの反射光は、所定の強度をもつ明線として結像され、
それに応じた検出信号が生ずる。

【００８９】そして、これらの偏光干渉光の光強度分布
に応じた電気信号に変換されて信号処理装置１２に検出
信号が送られ、この電気信号からアライメントマークを
構成する凹凸マークのエッジの位置情報が算出され、更
に位置表示手段１３により標本上の凹凸マークの位置が
表示される。ここでは、位置表示手段としてモニタ１３
に位置情報が出力され、同時にモニタ１３において映像
化されたマークの位置が観測されている。

【００９０】この信号処理装置１２によるアライメント
マークの位置を計算する方法として、例えば、検出した
信号の強度ピークを求め、ピークに対応する位置をエッ
ジ位置とする方法が挙げられる。この方法は、大きな強
度ムラには影響されにくいという利点があるが、突発的
雑音などによりピーク位置を誤ることがあるという欠点
がある。

【００９１】また別の方法として、強度ピーク近傍にお
いて、二次関数などの適当な関数によりフィッティング
を行い、フィッティングされた関数のピーク中心をエッ
ジとする方法も挙げられる。この方法は、細かな雑音が
存在する場合でも雑音が抑圧され、精度よくピーク位置
を求めることができるという利点を有するが、関数の選
び方や大きな強度ムラによりピーク位置が影響される場
合がある。

【００９２】更に、別の方法として、特定の閾値を定め
て強度ピークの左右において強度値が閾値を越える位置
を求め、求められた位置のうち一方の位置又は双方の中
心をエッジの位置とする方法が挙げられる。この方法で
は、ピーク近傍の信号強度分布が緩やかに変化している
ためピーク位置を特定しにくい場合に有用である。

【００９３】本発明に係る実施例では、第一実施例に限
らず以下の実施例においても、これらの方法にいずれか
に限定されるものではなく、例えば使用するアライメン
トマークや基板の材質、大きさ等により、ぞれぞれ方法
の方法の利点と欠点とを考慮した上で好ましい方法を採
用すればよい。

【００９４】この様に、本実施例では、位相差調整手段
として、偏光板５と偏光板７とを上記の様に配置して用
いているが、これらは夫々偏光選択手段、偏光干渉手段
を兼ねるものである。そして、これらの配置位置関係
（光軸上の透過軸の方向）を調整する事で、平面から検
出される偏光干渉光の位相差を変化させる事が可能であ
る。

【００９５】即ち、偏光板５及び偏光板７からの透過軸
方向を光軸上で回転させる等の手段により偏光方向を調
整することが可能となるので、コストがかからず経済的
であるという効果がある。更に、部材が少ないので光学
設計を行うのも簡単に済ませることができるという効果
もある。

【００９６】次に、本発明の第２実施例に係る位置検出
装置を図４を用いて説明する。この実施例では、光源手
段として白色光源からなる光源４０１を使用している。
光源手段は、特に限定するものではなく、本実施例のよ
うに白色光源としてもよいし、レーザー光源などの別の
ものを用いてもよい。

【００９７】光源４０１から発せられる照明光４１１
は、コンデンサレンズ４０４を介して偏光板４０５に入
射する。偏光板４０５は、本実施例における偏光選択手
段を構成しており、その透過軸方位は、図中の紙面方向
に対して４５度傾けられて配置されている。

【００９８】この偏光板４０５は、特定方向の直線偏光
を取り出せる構造のものであれば、特に限定されるもの
ではなく、偏光板以外に、ニコルプリズム、グラントム
ソンプリズムなどの偏光プリズムを適用してもよいもの
である。また、光源自身が偏光特性を持つレーザなどを
用いた場合には、偏光板を省略することができる。

【００９９】偏光板４０５により直線偏光にされた照明
光４１１は、位相差調整手段を構成する１／２波長板４
１５に入射する。この１／２波長板４１５は、偏光板４
０５からの直線偏光の偏光面方向を９０度回転させるよ
うに配置されており、ここを透過する事で直線偏光（照
明光４１１）は、その偏光面の方向が９０度回転した直
線偏光となって射出される。

【０１００】１／２波長板４１５より射出された照明光
４１１は、光路分割合成手段を構成するビームスプリッ
タ４０８により光路を折り曲げられて対象物４０３に向
かう。本実施例における光路分割合成手段は、非偏光ビ
ームスプリッタで構成されており、対象物からの反射光
は、この照明光と逆の経路でビームスプリッタ４０８に
入射した後、ここを透過した成分が検出手段に向かう。

【０１０１】ビームスプリッタ４０８で反射された照明
光４１１は、複屈折素子であるウォラストンプリズム４
０９に入射する。ここで、ウォラストンプリズム４０９
の偏光分離方向は、紙面方向であり、照明光の光軸上で
１／２波長板４１５に回転された照明光４１１の偏光方
向に対してと４５度傾いた状態で配設されている。

【０１０２】これにより、ウォラストンプリズム４０９
に入射した光４１１は、偏光面が互いに直交する二つの
偏光検査光４１１Ａ、４１１Ｂに分離される。この二つ
の偏光検査光の４１１Ａ、４１１Ｂの偏光面は、夫々紙
面と平行又は直交する方向と一致している。

【０１０３】二つの偏光検査光４１１Ａ、４１１Ｂは、
ウォラストンプリズム４０９から所定の分離角をもって
射出した後、検査光照射手段を構成する対物レンズ４１
０により、対象物となる標本４０３上に照射される。こ
の時、標本４０３上での二つの偏光検査光４１１Ａ、４
１１Ｂのシア量（横ずれ量）は、ウォラストンプリズム
４０９から射出される際の分離角αと対物レンズ４１０
の焦点距離をｆとした時、シア量（横ずれ量）≒ｆ・ｔ
ａｎαとにより定まる。

【０１０４】標本４０３に照射された二つの偏光検査光
４１１Ａ、４１１Ｂは、それぞれ標本４０３表面におい
て反射された後、再び対物レンズ４１０を介してウォラ
ストンプリズム４０９に入射して、同一光路上に合成さ
れる。

【０１０５】この時、それぞれの偏光検査光４１１Ａ、
４１１Ｂのうち、標本４０３表面の凹凸部分の段差部か
らの反射光は、段差の割合（傾き）に応じた位相差が生
じた検出光となるが、それ以外の平面部からの反射光に
は位相差が生じない。

【０１０６】ウォラストンプリズム４０９により同一光
路上に合成された検出光は、偏光検査光４１１Ａ、４１
１Ｂの双方の偏光成分を維持したまま、ビームスプリッ
タ４０８を透過して偏光板４０７に入射する。

【０１０７】この偏光板４０７は、偏光干渉手段を構成
する検光子からなるものであり、その透過軸方位は紙面
に対して４５度傾けられて配置されているが、光軸上で
先の偏光板４０５の透過軸方位と平行に配置されてい
る。即ち、偏光板４０５及び偏光板４０７は共に紙面に
対して４５度傾けられており、更に、それらは互いに平
行である。

【０１０８】偏光板４０７に入射した検出光は、紙面に
平行な方向と直交する方向の偏光成分からなる偏光検査
光４１１Ａ、４１１Ｂであるので、偏光板４０７の透過
軸方向のみの偏光成分が透過し、この透過した偏光成分
同士が干渉する。

【０１０９】標本４０３表面の凹凸マークの段差部から
の反射光には、偏光検査光４１１Ａ、４１１Ｂの間に段
差の割合に応じた位相差が生じている。このため、偏光
板４０７の透過軸方位方向にの偏光成分は、πラジアン
の位相差に更に段差に応じた位相差が加えられた偏光成
分同士として干渉する。このため、透過成分が互いに干
渉すると、この位相差に応じた強度の偏光干渉光を生ず
る。

【０１１０】この偏光干渉光は、結像レンズ４０６によ
り検出手段を構成する光電検出器４１２上に標本４０３
上の照射位置の像として結像される。この際に、標本４
０３上の平面部の像は、偏光干渉強度が零であることか
ら検出信号が生じないため暗黒状態（暗視野状態）とな
って検出されるが、段差部からの反射光は所定の強度を
もつ明線として結像され、それに応じた検出信号が生ず
る。

【０１１１】そして、これらの偏光干渉光の光強度分布
に応じた電気信号に変換されて信号処理装置４１２に検
出信号が送られ、この電気信号からアライメントマーク
を構成する凹凸マークのエッジの位置情報が算出され、
更に位置表示手段４１３により標本上のマーク（エッ
ジ）の位置が表示される。ここでは、位置表示手段とし
てモニタ４１３に位置情報が出力され、同時にモニタ４
１３において映像化されてマークの位置が観測されてい
る。

【０１１２】信号処理装置４１２によるアライメントマ
ークの位置を算出する方法は、前述した第１実施例同様
に、例えば検出した信号の強度ピークを求め、ピークに
対応する位置をエッジ位置とする方法等のいづれかによ
り、エッジ位置及びそれに基づくアライメントマーク
（凹凸マーク）位置を算出するようにしている。勿論、
本第２実施例においても、これらの方法に限定されるも
のではなく、ぞれぞれの方法の利点と欠点とを考慮した
上で好ましい方法を採用すればよい。

【０１１３】このように本発明の第２実施例では、偏光
選択手段を構成する偏光板４０５と光路分割合成手段を
構成するビームスプリッタ４０８との間に１／２波長板
を設けることによって、簡単に位相差を調整する別の構
成を提案している。この構成は、偏光板４０５と偏光板
４０７の偏光方向を平行とすることにより、各部材のは
位置構成を簡易化し、装置の設計や組立が容易になる利
点がある。

【０１１４】次に、本発明の第３実施例に係る位置検出
装置を図５を用いて説明する。この実施例では、光源手
段として白色光源からなる光源５０１を使用している。
光源手段は、特に限定するものではなく、本実施例のよ
うに白色光源としてもよいし、レーザー光源などの別の
ものを用いてもよいものである。

【０１１５】光源５０１から発せられる照明光５１１
は、コンデンサレンズ５０４を介して偏光板５０５に入
射する。偏光板５０５は、本実施例における偏光選択手
段を構成しており、その透過軸方位は、図中の紙面方向
に対して４５度傾けられて配置されている。

【０１１６】この偏光板５０５は、特定方向の直線偏光
を取り出せる構造のものであれば、特に限定されるもの
ではなく、偏光板以外に、ニコルプリズム、グラントム
ソンプリズムなどの偏光プリズムを適用してもよいもの
である。また、光源自身が偏光特性を持つレーザなどを
用いた場合には、偏光板を省略することができる。

【０１１７】偏光板５０５により直線偏光に偏光された
照明光５１１は、光路分割合成手段を構成するビームス
プリッタ５０８により光路を折り曲げられて対象物５０
３に向かう。本実施例における光路分割合成手段は、非
偏光ビームスプリッタで構成されており、対象物からの
反射光は、この照明光と逆の経路でビームスプリッタ５
０８に入射した後、ここを透過した成分が検出手段に向
かう。

【０１１８】ビームスプリッタ５０８で反射された照明
光５１１は、複屈折素子であるウォラストンプリズム５
０９に入射する。ここで、ウォラストンプリズム５０９
の偏光分離方向は、紙面方向であり、照明光の光軸上で
偏光板５０５の透過軸方向と４５度傾いた状態で配設さ
れている。

【０１１９】これにより、ウォラストンプリズム５０９
に入射した光５１１は、偏光面が互いに直交する二つの
偏光検査光５１１Ａ、５１１Ｂに分離する。この二つの
偏光検査光の５１１Ａ、５１１Ｂの偏光面は、夫々紙面
と平行又は直交する方向と一致している。

【０１２０】二つの偏光検査光５１１Ａ、５１１Ｂは、
ウォラストンプリズム５０９から所定の分離角をもって
射出された後、検査光照射手段を構成する対物レンズ５
１０により、対象物となる標本５０３上に照射される。
この時、標本５０３上での二つの偏光検査光５１１Ａ、
５１１Ｂのシア量（横ずれ量）は、ウォラストンプリズ
ム５０９から射出される際の分離角αと対物レンズ５１
０の焦点距離をｆとした時、シア量（横ずれ量）≒ｆ・
ｔａｎαとにより定まる。

【０１２１】標本５０３に照射された二つの偏光検査光
５１１Ａ、５１１Ｂは、それぞれ標本５０３表面におい
て反射された後、再び対物レンズ５１０を介してウォラ
ストンプリズム５０９に入射して、同一光路上に合成さ
れる。この時、それぞれの偏光検査光５１１Ａ、５１１
Ｂのうち、標本５０３表面の凹凸部分の段差部からの反
射光は、段差の割合（傾き）に応じた位相差が生じた検
出光となるが、それ以外の平面部からの反射光には位相
差が生じない。

【０１２２】ウォラストンプリズム５０９により同一光
路上に合成された検出光は、偏光検査光５１１Ａ、５１
１Ｂの双方の偏光成分を維持したまま、ビームスプリッ
タ５０８を介して位相差調整手段を構成する１／２波長
板５１６に入射する。１／２波長板５１６は、検出光の
二つの偏光方向のいずれかに遅相軸（又は進相軸）方向
を一致させて配置されており、偏光検査光５１１Ａ、５
１１Ｂの一方の偏光成分の位相を１８０度遅らせて、相
互の位相差をπラジアンとして射出される。

【０１２３】１／２波長板５１６より射出された検出光
は、偏光干渉手段を構成する検光子からなる偏光板５０
７に入射する。この偏光板５０７の透過軸方位は、紙面
に対して４５度傾けられて配置されているが、光軸上で
先の偏光板５０５の透過軸方位と平行に配置されてい
る。即ち、偏光板５０５及び偏光板５０７は共に紙面に
対して４５度傾けられており、更に、それらは互いに平
行である。

【０１２４】偏光板５０７に入射した検出光は、前述し
た１／２波長板５１６より互いに位相差がπラジアンの
状態の偏光検査光５１１Ａ、５１１Ｂに変調されている
が、これらの偏光検査光は偏光板５０７の透過軸方向と
それと直交する方向の偏光面を持つので、偏光板５０７
の透過軸方向のみの偏光成分が透過し、この透過した偏
光成分同士が干渉する。

【０１２５】一方、標本５０３表面の凹凸マークの段差
部からの反射光は、偏光検査光５１１Ａ、５１１Ｂの間
に段差の割合に応じた位相差が生じている。このため、
偏光板５０７の透過軸方位方向の偏光成分は、πラジア
ンの位相差に更に段差に応じた位相差が加えられた偏光
成分同士として干渉する。このため、この位相差に応じ
た強度の偏光干渉光を生ずる。

【０１２６】この偏光干渉光は、結像レンズ５０６によ
り、検出手段を構成する光電検出器５０２上に標本５０
３上の照射位置の像として結像される。この際に、標本
５０３上の平面部の像は、偏光干渉強度が零であること
から暗黒状態（暗視）となって検出され、段差部からの
反射光は所定の強度をもつ明線として結像されることと
なる。

【０１２７】そして、光電検出器５０２によりこれらの
偏光干渉光の光強度分布に応じた電気信号に変換されて
信号処理装置５１２に送られ、この検出電気信号からア
ライメントマークを構成する凹凸マークのエッジの位置
情報が算出され、更に位置表示手段５１３により標本上
のマーク（エッジ）の位置が表示される。ここでは、位
置表示手段としてモニタ５１３に位置情報が出力され、
同時にモニタ５１３において映像化されてマークの位置
が観測されている。

【０１２８】信号処理装置５１２によるアライメントマ
ークの位置を算出する方法は、前述した第１及び第２実
施例同様に、例えば検出した信号の強度ピークを求め、
ピークに対応する位置をエッジ位置とする方法等のいづ
れかにより、エッジ位置及びそれに基づくアライメント
マーク（凹凸マーク）位置を算出するようにしている。
勿論、本第３実施例では、これらの方法に限定するもの
ではなく、ぞれぞれの方法の利点と欠点とを考慮した上
で好ましい方法を採用すればよい。

【０１２９】このように本発明の第３実施例では、光路
分割合成手段を構成するビームスプリッタ５０８と偏光
干渉手段を構成する偏光板５０７との間に１／２波長板
５１６を設けることによって、簡単に位相差を調整する
別の構成を提案している。

【０１３０】次に、本発明の第４実施例に係る位置検出
装置を図６を用いて説明する。この実施例では、光源手
段として白色光源からなる光源６０１を使用している。
光源手段は、特に限定するものではなく、本実施例のよ
うに白色光源としてもよいし、レーザー光源などの別の
ものを用いてもよいものである。

【０１３１】光源６０１から発せられる照明光６１１
は、コンデンサレンズ６０４を介して偏光板６０５に入
射する。偏光板６０５は、本実施例における偏光選択手
段を構成しており、その透過軸方位は、図中の紙面方向
に対して４５度傾けられて配置されている。

【０１３２】この偏光板６０５は、特定方向の直線偏光
を取り出せる構造のものであれば、特に限定されるもの
ではなく、偏光板以外に、ニコルプリズム、グラントム
ソンプリズムなどの偏光プリズムを適用してもよいもの
である。また、光源自身が偏光特性を持つレーザなどを
用いた場合には、偏光板を省略することができる。

【０１３３】偏光板６０５により直線偏光に偏光された
照明光６１１は、光路分割合成手段を構成するビームス
プリッタ６０８により光路を折り曲げられて対象物６０
３に向かう。本実施例における光路分割合成手段は、こ
の非偏光ビームスプリッタで構成されており、対象物か
らの反射光は、照明光と逆の経路でビームスプリッタ６
０８に入射した後、ここを透過して検出手段方向に向か
う。

【０１３４】ビームスプリッタ６０８で反射された照明
光６１１は、位相差調整手段を構成する１／４波長板６
１７に入射する。１／４波長板６１７は、遅相軸（又は
進相軸）が入射光に対して４５度の傾きを持ち、紙面に
対して直交及び平行の偏光間の位相を９０度ずらす働き
をする。入射光の相互の偏光間の位相差は、π／２ラジ
アンとなり照明光（直線偏光）は円偏光となって射出さ
れる。

【０１３５】１／４波長板６１７より射出された照明光
６１１は、複屈折素子であるウォラストンプリズム６０
９に入射する。ここで、ウォラストンプリズム６０９の
偏光分離方向は紙面方向であり、照明光の光軸上で偏光
板６０５の透過軸方向と直交する状態で配設されてい
る。

【０１３６】これにより、ウォラストンプリズム６０９
に入射した光６１１は、偏光面が互いに直交する二つの
偏光検査光６１１Ａ、６１１Ｂに分離される。この二つ
の偏光検査光の６１１Ａ、６１１Ｂの偏光面は、夫々紙
面と平行又は直交する方向と一致している。

【０１３７】二つの偏光検査光６１１Ａ、６１１Ｂは、
ウォラストンプリズム６０９から所定の分離角をもって
射出した後、検査光照射手段を構成する対物レンズ６１
０により、対象物となる標本６０３上に照射される。こ
の時、標本６０３上での二つの偏光検査光６１１Ａ、６
１１Ｂのシア量（横ずれ量）は、ウォラストンプリズム
６０９から射出される際の分離角α、対物レンズ６１０
の焦点距離をｆとした時、シア量（横ずれ量）≒ｆ・ｔ
ａｎαとにより定まる。

【０１３８】標本６０３に照射された二つの偏光検査光
６１１Ａ、６１１Ｂは、それぞれ標本６０３表面におい
て反射された後、再び対物レンズ６１０を介してウォラ
ストンプリズム６０９に入射して、同一光路上に合成さ
れる。この時、それぞれの偏光検査光６１１Ａ、６１１
Ｂにおける標本６０３表面の凹凸部分の段差部からの反
射光には、段差の割合（傾き）に応じた位相差が生じて
いるが、それ以外の平面部からの反射光には位相差が生
じていない。

【０１３９】ウォラストンプリズム６０９により同一光
路上に合成された検出光は、偏光検査光６１１Ａ、６１
１Ｂの双方の偏光成分を維持したまま、再び１／４波長
板６１７に入射する。前述したように、この１／４波長
板６１７は、紙面に対して直交及び平行の偏光すなわ
ち、偏光検査光間の位相を９０度ずらす働きをする。

【０１４０】即ち、１／４波長板６１７は、照明光６１
１と、偏光検査光６１１Ａ、６１１Ｂの双方の偏光成分
を維持した検出光とが通過する光路上に設けられている
ため、検出光は光路中で９０度づつ二回位相をずらされ
て結果的にπラジアンの位相差がついて射出される。

【０１４１】１／４波長板６１７より射出された検出光
は、ビームスプリッタ６０８を透過して、偏光干渉手段
を構成する検光子からなる偏光板６０７に入射する。偏
光板６０７の透過軸方位は、紙面に対して４５度傾けら
れて配置されているが、光軸上で先の偏光板６０５の透
過軸方位と平行である。

【０１４２】即ち、本実施例では偏光板６０５及び偏光
板６０７は、共に紙面に対して４５度傾けられて配置さ
れており、更に、それらは互いに光路上で平行である。
ただし、相互の透過軸方位が平行であれば、これらを共
に紙面と平行な方向に向けて配置しても良い。

【０１４３】偏光板６０７に入射した検出光は、前述し
た１／４波長板６１７より紙面に平行な方向と直交する
方向の偏光面を有する偏光検査光６１１Ａ、６１１Ｂに
変調されているので、偏光板６０７の透過軸方向のみの
偏光成分が透過し、この透過した偏光成分同士が干渉す
る。

【０１４４】標本６０３表面の凹凸マークの段差部から
の反射光は、偏光検査光６１１Ａ、６１１Ｂの間に段差
の割合に応じた位相差が生じている。このため、偏光板
６０７の透過軸方位方向の偏光成分は、πラジアンの位
相差に更に段差に応じた位相差が加えられた偏光成分同
士として干渉する。このため、この位相差に応じた強度
の偏光干渉光を生ずる。

【０１４５】これらの偏光干渉光は、結像レンズ６０６
により検出手段を構成する光電検出器６０２上に標本６
０３上の照射位置の像として結像される。この際に、標
本６０３上の平面部の像は、偏光干渉強度が零であるこ
とから検出信号が生じないため、暗黒状態（暗視）とな
って検出されるが、段差部からの反射光は所定の強度を
もつ明線として結像され、それに応じた検出信号が生ず
る。

【０１４６】そして、これらの偏光干渉光の光強度分布
に応じた電気信号に変換されて信号処理装置６１２に送
られ、この検出電気信号からアライメントマークを構成
する凹凸マークのエッジの位置情報が算出され、更に位
置表示手段６１３により標本上のマーク（エッジ）の位
置が表示される。ここでは、位置表示手段としてモニタ
６１３に位置情報が出力され、同時にモニタ６１３にお
いて映像化されてマークの位置が観測されている。

【０１４７】信号処理装置６１２によるアライメントマ
ークの位置を算出する方法は、前述した第１、第２及び
第３実施例同様に、例えば検出した信号の強度ピークを
求め、ピークに対応する位置をエッジ位置とする方法等
のいづれかにより、エッジ位置及びそれに基づくアライ
メントマーク（凹凸マーク）位置を算出するようにして
いる。勿論、本第４実施例では、これらの方法に限定す
るものではなく、ぞれぞれの方法の利点と欠点とを考慮
した上で好ましい方法を採用すればよい。

【０１４８】このように本発明の第４実施例では、偏光
選択手段を構成する偏光板６０５と、偏光干渉手段を構
成する偏光板６０７との他に、照明光と検知光との共通
の光路上に１／４波長板６１７を設けることによって、
平面からの検出干渉光の位相差がπラジアンとなるよう
に調整している。

【０１４９】また、偏光板６０５及び偏光板６０７の前
後に、位相差を調整する波長板が存在しないため、偏光
選択手段を構成する偏光板６０５の設定位置と、偏光干
渉手段を構成する偏光板６０７の設定位置が自由に決定
できるという利点も備えている。

【０１５０】次に、本発明の第５実施例に係る位置検出
装置を図７を用いて説明する。この実施例では、光源手
段として白色光源からなる光源７０１を使用している。
光源手段は、特に限定するものではなく、本実施例のよ
うに白色光源としてもよいし、レーザ光源などの別のも
のを用いてもよいものである。

【０１５１】光源７０１から発せられる照明光７１１
は、コンデンサレンズ７０４を介して偏光ビームスプリ
ッタ７１４に入射する。偏光ビームスプリッタ７１４
は、その偏光分離面に対して入射光の入射面と直交する
方向の偏光成分のみを反射する性質を備えているもので
あれば良い。そして、特定の偏光成分を持つ直線偏光成
分を取り出すことから、本実施例では偏光ビームスプリ
ッタ７１４を偏光選択手段として用いているが、後述す
る様に位相差調整手段としても用いている。

【０１５２】光源７０１から発せられる照明光７１１
は、偏光ビームスプリッタ７１４により光路を折り曲げ
られると共に、偏光ビームスプリッタ７１４の偏光分割
面により特定方向（図中の紙面に直交する方向）の直線
偏光のみが反射され、ウォラストンプリズム７０９に入
射する。

【０１５３】ここで、ウォラストンプリズム７０９の偏
光分離方向は、紙面方向に対して４５度傾けて配置され
ており、照明光１１の光軸上で入射する直線偏光の偏光
面と４５度傾いた状態で配設されている。これにより、
ウォラストンプリズム７０９に入射した光７１１は、偏
光面が互いに直交する二つの偏光検査光７１１Ａ、７１
１Ｂに分離される。この二つの偏光検査光の７１１Ａ、
７１１Ｂの偏光面は、夫々紙面に対して４５度傾けられ
ている。

【０１５４】二つの偏光検査光７１１Ａ、７１１Ｂは、
ウォラストンプリズム７０９から所定の分離角をもって
射出した後、検査光照射手段を構成する対物レンズ７１
０により、対象物となる標本７０３上に照射される。こ
の時、標本７０３上での二つの偏光検査光７１１Ａ、７
１１Ｂのシア量（横ずれ量）は、ウォラストンプリズム
７０９から射出される際の分離角をα、対物レンズ７１
０の焦点距離をｆとした時、シア量（横ずれ量）≒ｆ・
ｔａｎαとにより定まる。

【０１５５】標本７０３に照射された二つの偏光検査光
７１１Ａ、７１１Ｂは、それぞれ標本７０３表面におい
て反射された後、再び対物レンズ７１０を介してウォラ
ストンプリズム７０９に入射して、同一光路上に合成さ
れる。

【０１５６】この時、それぞれの偏光検査光７１１Ａ、
７１１Ｂにおける標本７０３表面の凹凸部分の段差部か
らの反射光には、段差の割合（傾き）に応じた位相差が
生じているが、それ以外の平面部からの反射光には位相
差が生じていない。従って、ウォラストンプリズム７０
９により同一光路上に合成された検出光は、偏光検査光
７１１Ａ、７１１Ｂの双方の偏光成分を維持したまま、
偏光ビームスプリッタ７１４に入射する。

【０１５７】この際に、偏光ビームスプリッタ７１４の
偏光分割面に対する入射光の入射面に対し、偏光検査光
７１１Ａ、７１１Ｂの双方の偏光面は互いに４５度づつ
逆向きに傾いた状態である。このため、偏光ビームスプ
リッタ７１４に入射し、偏光分離面で透過する偏光成分
は、偏光検査光７１１Ａ、７１１Ｂの双方の直線偏光を
前記入射面方向とそれと直交する方向とに偏光分離され
た成分の内の後者である。

【０１５８】ここで、平面部からの反射光は、位相差が
生じていないため、偏光検査光７１１Ａ、７１１Ｂの透
過偏光成分同士は、互いに位相差がπラジアン（１８０
度）の状態で透過する事となり、これらが偏光干渉する
と互いに打ち消し合うので、透過偏光干渉光の強度は零
となる。逆に、反射偏光成分同士は互いに位相差がない
ので強め合う事となる。

【０１５９】また、凹凸部の段差部からの偏光成分間で
は、互いの位相差がπラジアンの状態から段差部の割合
に応じた位相差（ずれ）が生じているため、それに応じ
た強度の偏光干渉成分が検出される。

【０１６０】この様に、透過成分同士が干渉した状態を
本実施例では検出しているので、偏光ビームスプリッタ
７１４が偏光干渉手段を兼ねるものとなる。さらに、平
面からの偏光検査光に対して、互いにπラジアンの位相
差が生じている状態を選択している事から、位相差調整
手段をも兼ねる構成となっている。

【０１６１】次に、本発明の第５実施例に係る位置検出
装置を図７を用いて説明する。この実施例では、光源手
段として白色光源からなる光源７０１を使用している。
光源７０１から発せられる照明光７１１は、コンデンサ
レンズ７０４を介して偏光ビームスプリッタ７１４に入
射する。

【０１６２】偏光ビームスプリッタ７１４は、その偏光
分離面に対して入射光の入射面と直交する方向の偏光成
分のみを反射する性質を備えているものであれば良い。
そして、特定の偏光成分を持つ直線偏光成分を取り出す
ことから、本実施例では偏光ビームスプリッタ７１４を
偏光選択手段として用いているが、後述する様に位相差
調整手段としても用いている。

【０１６３】光源７０１から発せられる照明光７１１
は、偏光ビームスプリッタ７１４により光路を折り曲げ
られると共に、偏光ビームスプリッタ７１４の偏光分割
面により特定方向（図中の紙面に直交する方向）の直線
偏光のみが反射され、ウォラストンプリズム７０９に入
射する。

【０１６４】ここで、ウォラストンプリズム７０９の偏
光分離方向は、紙面方向に対して４５度傾けて配置され
ており、照明光１１の光軸上で入射する直線偏光の偏光
面と４５度傾いた状態で配設されている。これにより、
ウォラストンプリズム７０９に入射した光７１１は、偏
光面が互いに直交する二つの偏光検査光７１１Ａ、７１
１Ｂに分離される。この二つの偏光検査光の７１１Ａ、
７１１Ｂの偏光面は、夫々紙面に対して４５度傾けられ
ている。

【０１６５】二つの偏光検査光７１１Ａ、７１１Ｂは、
ウォラストンプリズム７０９から所定の分離角をもって
射出した後、検査光照射手段を構成する対物レンズ７１
０により、対象物となる標本７０３上に照射される。こ
の時、標本７０３上での二つの偏光検査光７１１Ａ、７
１１Ｂのシア量（横ずれ量）は、ウォラストンプリズム
７０９から射出される際の分離角をα、対物レンズ７１
０の焦点距離をｆとした時、シア量（横ずれ量）≒ｆ・
ｔａｎαとにより定まる。

【０１６６】標本７０３に照射された二つの偏光検査光
７１１Ａ、７１１Ｂは、それぞれ標本７０３表面におい
て反射された後、再び対物レンズ７１０を介してウォラ
ストンプリズム７０９に入射して、同一光路上に合成さ
れる。この時、それぞれの偏光検査光７１１Ａ、７１１
Ｂにおける標本７０３表面の凹凸部分の段差部からの反
射光には、段差の割合（傾き）に応じた位相差が生じて
いるが、それ以外の平面部からの反射光には位相差が生
じていない。

【０１６７】従って、ウォラストンプリズム７０９によ
り同一光路上に合成された検出光は、偏光検査光７１１
Ａ、７１１Ｂの双方の偏光成分を維持したまま、偏光ビ
ームスプリッタ７１４に入射する。この際に、偏光ビー
ムスプリッタ７１４の偏光分割面に対する入射光の入射
面に対し、偏光検査光７１１Ａ、７１１Ｂの双方の偏光
面は互いに４５度づつ逆向きに傾いた状態である。

【０１６８】このため、偏光ビームスプリッタ７１４に
入射し、偏光分離面で透過する偏光成分は、偏光検査光
７１１Ａ、７１１Ｂの双方の直線偏光を前記入射面方向
とそれと直交する方向とに偏光分離された成分の内の後
者である。ここで、平面部からの反射光は、位相差が生
じていないため、偏光検査光７１１Ａ、７１１Ｂの透過
偏光成分同士は、互いに位相差がπラジアン（１８０
度）の状態で透過する事となり、これらが偏光干渉する
と互いに打ち消し合うので、透過偏光干渉光の強度は零
となる。

【０１６９】逆に、反射偏光成分同士は互いに位相差が
ないので強め合う事となる。また、凹凸部の段差部から
の偏光成分間では、互いの位相差がπラジアンの状態か
ら段差部の割合に応じた位相差（ずれ）が生じているた
め、それに応じた強度の偏光干渉成分が検出される。

【０１７０】この様に、透過成分同士が干渉した状態を
本実施例では検出しているので、偏光ビームスプリッタ
７１４が偏光干渉手段を兼ねるものとなる。さらに、平
面からの偏光検査光に対して、互いにπラジアンの位相
差が生じている状態を選択している事から、位相差調整
手段をも兼ねる構成となっている。

【０１７１】そして、平面からの反射光は偏光ビームス
プリッタ７１４により、πラジアンの位相差が生じた状
態の偏光干渉光となり、検出手段により検出できない
（強度が零の）干渉光となる。また、凹凸マークの段差
部からの反射光は、段差の割合に応じた位相差が生じた
偏光干渉光となる。

【０１７２】これらの偏光干渉光は、検知光として結像
レンズ７０６により、検出手段を構成する光電検出器７
０２上に標本７０３上の照射位置の像として結像され
る。この際に、標本７０３上の平面部の像は、偏光干渉
強度が零であることから検出信号が生じないため、暗黒
状態（暗視）となって検出されるが、段差部からの反射
光は所定の強度をもつ明線として結像され、それに応じ
た検出信号が生ずる。

【０１７３】そして、これらの偏光干渉光の光強度分布
に応じた電気信号に変換されて信号処理装置７１２に送
られ、この検出電気信号からアライメントマークを構成
する凹凸マークのエッジの位置情報が算出され、更に位
置表示手段７１３により標本上のエッジの位置が表示さ
れる。ここでは、位置表示手段としてモニタ７１３に位
置情報が出力され、同時にモニタ７１３において映像化
されてマークの位置が観測されている。

【０１７４】信号処理装置６１２によるアライメントマ
ークの位置を算出する方法は、前述した第１から第４実
施例同様に、例えば検出した信号の強度ピークを求め、
ピークに対応する位置をエッジ位置とする方法等のいづ
れかにより、エッジ位置及びそれに基づくアライメント
マーク（凹凸マーク）位置を算出するようにしている。
勿論、本第５実施例では、これらの方法に限定するもの
ではなく、ぞれぞれの方法の利点と欠点とを考慮した上
で好ましい方法を採用すればよい。

【０１７５】このように、位相差調整手段として偏光ビ
ームスプリッタを用いると、この偏光ビームスプリッタ
が、位相差調整手段だけでなく、偏光選択手段及び偏光
干渉手段を兼ねるので、前述した第１から第４実施例に
比べて少ない部材で組み立てることができ、製造上の手
間が省けるという効果を達成する。また、光学系の構成
が簡単であるので、設計が簡単になる。また、装置の小
型化を図ることができるという効果を達成する。

【０１７６】本発明の位置検出装置は、前述した第１実
施例から第５実施例に限定されるものでなく、得られた
偏光検査光が偏光干渉される際に、πラジアンの位相差
を持って偏光干渉した状態で検出できるように位相差調
整手段を備えた構成であれば、どのような構成としても
良い。

【０１７７】また、上記の各実施例は、凹凸マーク（ア
ライメントマーク）のエッジに方向に対して、ウォラス
トンプリズム７０９の偏光分離方向が４５度の傾きをも
つ様に配置構成されている。このため、矩形の凹凸マー
クの直交するエッジ部が同時に検出できる利点がある。

【０１７８】さらに、上記の各実施例は、偏光検査光の
照射位置を対象物上で相対的に移動させる走査手段（図
示せず）を備えており、対象物上の異なる位置に設けら
れたアライメントマークや、アライメントマーク自体の
異なる位置を観察することができるものとなっている。

【０１７９】この走査方向は、基本的には任意に構成さ
れているが、例えば偏光検査光の照射領域が凹凸マーク
の全体に及ばない場合には、矩形の凹凸マークのエッジ
部に対して４５度の傾きをもつ方向に相対移動させるこ
とで、互いに直交するエッジ部が一度の走査により検出
できるものとなる。

【０１８０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る位置
検出装置によれば、観測光学系及び照明光学系のＮＡを
制限したり、対象物を合焦位置からずらす必要がないの
で、分解能を下げることなく、コントラストを上げるこ
とが可能である。

【０１８１】又、得られる干渉画像は対象物表面に段差
部分のみが明るくなり、平坦な部分は暗黒となるので、
肉眼で対象物を観測する場合においても高精度に対象物
を観測することができる。

【０１８２】特に、凹凸マークのエッジ自体（段差）が
微小であったり、凹凸マークや基台部が反射率の小さい
物質により構成されているか、夫々が反射率の差が小さ
な物質により形成されている場合等であっても、正確に
エッジ像が検出できる利点がある。

【０１８３】また、この様な場合で合っても検出された
像のコントラストは高く維持されたままであり、照明光
強度を上げれば、エッジ像の光強度が上がるのでさらに
コントラストの高い像が得られる。このため、検出精度
が優れた位置検出装置が構築できるものとなる。

【０１８４】また、得られる観測像は、暗背景中の明線
となるため、検出される総光量が従来よりもずっと少な
く、常に検出器の能力を最大限に活かした条件で観測す
ることができる利点もある。

【０１８５】本発明の位置検出装置は、光学系の構成が
簡単であるので設計や、装置の制作並びに調整等が簡単
になる利点もある。特に、単体の光学的素子に複数の機
能を持たせる事で、装置の小型化を図ることができると
いう効果を達成する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る位置検出装置の該略
構成図である。

【図２】段差を持つ対象物に平面波が入射した時の波面
状態を示す説明図である。

【図３】段差と位相差の関係を模式的に示した説明図で
ある。

【図４】本発明の第２実施例に係る位置検出装置の該略
構成図である。

【図５】本発明の第３実施例に係る位置検出装置の該略
構成図である。

【図６】本発明の第４実施例に係る位置検出装置の該略
構成図である。

【図７】本発明の第５実施例に係る位置検出装置の該略
構成図である。

【符号の説明】

１、４０１、５０１、６０１、７０１ 光源 ２、４０２、５０２、６０２、７０２ 検出器 ３、４０３、５０３、６０３、７０３ 標本 ４、４０４、５０４、６０４、７０４ コンデン
サレンズ ５、４０５、５０５、６０５ 第１偏光
板 ６、４０６、５０６、６０６、７０６ 結像レン
ズ ７、４０７、５０７、６０７ 第２偏光
板 ８、４０８、５０８、６０８ ビームス
プリッタ ９、４０９、５０９、６０９、７０９ ウォラス
トンプリズム １０、４１０、５１０、６１０、７１０ 対物レ
ンズ １１、４１１、５１１、６１１、７１１ 光束 １１Ａ、４１１Ａ、５１１Ａ、６１１Ａ、７１１Ａ
偏光検査光 １１Ｂ、４１１Ｂ、５１１Ｂ、６１１Ｂ、７１１Ｂ
偏光検査光 １１Ｃ、４１１Ｃ、５１１Ｃ、６１１Ｃ、７１１Ｃ
偏光干渉光 １２、４１２、５１２、６１２、７１２ 光電検
出器 １３、４１３、５１３、６１３、７１３ モニタ ７１４ 偏光ビームスプリ
ッタ ４１５、５１６ １／２波長板 ６１７ １／４波長板 ２０ 対象物 ２０ａ 段差 ２１ 平面波 ２２ 反射波 ３１１Ａ 第１偏光検査光 ３１１Ｂ 第２偏光検査光 ３２２ リタデーション
量 ３２３ 光路差量 ３２４ シア量 ３２５、３２６ 光強度零領域 ３２７ 光強度がある領
域

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 微小対象物上に形成された凹凸マークの
   位置検出装置であって、 光源手段からの照明光を偏光分離させて互いに偏光方向
   が直交する二つの偏光検査光を形成させると共に、これ
   らを近接させて分離する偏光分離手段と、 前記二つの偏光検査光を対象物上にそれぞれ照射する検
   査光照射手段と、 前記対象物から反射された前記二つの偏光検査光を同一
   光路上に合成する光路合成手段と、 前記合成された偏光検査光を偏光干渉させる偏光干渉手
   段と、 前記偏光干渉された検知光を光電検出する光電検出手段
   と、 前記対象物上の平面部からの検知光を、前記二つの偏光
   検査光の相互間に予め定められた任意の位相差を与えた
   状態の検知光として光電検出手段に導く位相差調整手段
   と、を備え、 前記光電検出手段による検出結果に基づいて、微小対象
   物上に形成された凹凸マークのエッジ位置での干渉状態
   の変化を検出する事により凹凸マークの位置を検出する
   ことを特徴とする位置検出装置。
2. 【請求項２】 前記位相差調整手段は、対象物上の平面
   からの前記二つの偏光検査光の相互間にπラジアンの位
   相差を与えた状態の検知光を光電検出手段に導くもので
   あることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 【請求項３】 前記偏光分離手段と前記光路合成手段と
   が、前記対象物上に設けられた複屈折素子からなること
   を特徴とする請求項２に記載した位置検出装置。
4. 【請求項４】 前記複屈折素子による分離方向が、前記
   対象物上に設けられた凹凸マークのエッジ方向に対して
   ４５度の傾きを持つように配置されていることを特徴と
   する請求項３に記載した位置検出装置。
5. 【請求項５】 前記位相差調整手段が、 照明光の光路中に設けられた偏光子と、検知光の光路中
   に設けられた検光子とを有し、 これらの偏光子と検光子の透過軸方位が、互いに９０度
   ずれた状態で配置されと共に、前記複屈折素子の分割方
   位に対して４５度傾けられた状態で配置されていること
   を特徴とする請求項３又は４に記載した位置検出装置。
6. 【請求項６】 前記二つの偏光検査光の照射位置を前記
   対象物上で相対的に走査する走査手段を更に備えている
   請求項３、４又は５に記載した位置検出装置。