JP3033552B2

JP3033552B2 - 位置検出装置、アライメント方法、及び露光装置

Info

Publication number: JP3033552B2
Application number: JP593998A
Authority: JP
Inventors: 健爾西
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-01-14
Filing date: 1998-01-14
Publication date: 2000-04-17
Anticipated expiration: 2018-01-14
Also published as: JPH10185513A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェハや液
晶ディスプレー用のプレート等に形成されたアライメン
トマークを光電検出してアライメントする方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ウェハやプレート等の位置合わせ
（アライメント）においては、それら基板上の所定位置
に形成されたアライメントマークを、顕微鏡対物レンズ
を介して光電検出する方式が一般的であった。光電検出
方式にも大別して２種類があり、レーザビーム等のスポ
ットでマークを相対走査し、マークで生じる散乱光や回
折光をフォトマルチプライヤやフォトダイオード等で受
光する光ビーム走査方式と、一様照明されたマークの拡
大像をテレビカメラ（ビジコン管やＣＣＤ）で撮像し
て、その画像信号を利用する方式とがある。いずれの場
合にも、得られる光電信号は、波形処理され、マークの
中心位置が求められる。

【０００３】光ビーム走査方式と撮像方式とは、その個
々の走査系において全く異なる構成を取るが、ここでは
両者とも電気光学的走査装置（以下、Ｅｌｅｃｔｒｉｃ
ａｌ−ＯｐｔｉｃａｌＳｃａｎｎｅｒ＝Ｅ．Ｏ．Ｓと
する）であるとして考える。この様なＥ．Ｏ．Ｓのう
ち、レーザビームのスポットに対してウェハステージを
一次元移動させて、マーク位置を検出する方式として
は、ＵＳＰ．４，６５５，５９８、ＵＳＰ．４，６７
７，３０１、ＵＳＰ．４，７０２，６０６等に開示され
た技術が知られている。

【０００４】又、ウェハステージを設計値で位置決めし
た後、一次元走査ビームの走査範囲内でマーク位置を検
出する方式としては、ＵＳＰ．４，３９０，２７０、Ｕ
ＳＰ．４，５６６，７９５等に開示された技術が知られ
ている。又、撮像方式のＥ．Ｏ．Ｓとしては、ＵＳＰ．
４，４０２，５９６、ＵＳＰ．４，６７９，９４２、Ｕ
ＳＰ．４，８６０，３７４等に開示された技術が知られ
ている。

【０００５】これらの従来技術では、主に以下の２つの
理由で走査ビーム、又はマーク照明光として単色光を使
っている。（１）投影型露光装置（ステッパー）において、投影光
学系を介してウェハマークを検出する形式では、投影光
学系の大きい色収差を避けるために単一波長の照明光、
又はレーザビームを使う。（２）高輝度、高分解能の検出を行うべく微小スポット
に集光するために単色のレーザビームを使う。このよう
に単色照明光（又はビーム）を使うと、比較的Ｓ／Ｎ比
が大きくとれるが、露光装置で扱うウェハでは、通常ウ
ェハ全面に０．５μｍ〜２μｍ程度の厚みでフォトレジ
スト層が形成されている。このため、単色性による干渉
現象が生じ、これによりマーク位置検出時に誤検出が生
じたり、不鮮明な画像となったりしていた。

【０００６】そこで近年、レジストによる干渉現象を低
減させるために、照明光の多波長化、あるいは広帯域化
が提案されるようになった。例えば撮像方式のＥ．Ｏ．
Ｓで、照明光をハロゲンランプ等から作り、その波長帯
域幅を３００ｎｍ程度（レジストへの感光域を除く）に
すると、レジストの表面とウェハの表面とで反射した光
同志の干渉性がほとんどなくなり、鮮明な画像検出が可
能になる。従って、撮像方式では照明光を白色化（広帯
域化）するとともに、結像光学系を色消ししておくだけ
で、レジストに影響されない極めて高精度なアライメン
トセンサーが得られることになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の通り、照明光の
多色化、又は白色化で干渉縞の発生が押さえられ、鮮明
な画像検出が出来るようになると、いままで埋もれてい
た微小な誤差要因がクローズアップされるようになっ
た。すなわち、アライメントマークの段差構造がより鮮
明に捕らえられることから、マークエッジのプロフィー
ルのわずかな差異が検出精度やアライメント精度を左右
するようになった。

【０００８】従来、画像信号の処理アルゴリズムには様
々なものが考えられていたが、いずれの方式でも、マー
クエッジのプロフィールのわずかな変化を考慮したもの
はなく、総合的なアライメント精度の向上には自ずと限
界があった。本発明はこのような問題点に鑑みて成さ
れ、アライメント精度の向上を目指すことを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、ウェハ等の基
板上のアライメントマークから生じる光情報をテレビカ
メラやスキャニング・レーザ等の電気光学走査装置によ
って、光電検出し、アライメントマークの相対走査方向
に関して強度変化する時系列的な光電信号（画像信号）
を処理することによってアライメントマークの位置を決
定する方法に関するものである。

【００１０】そして本発明では、マーク幅を規定する一
対のマークエッジ部の夫々の位置で極値となる光電信号
波形を得る工程と、光電信号波形中の２つの極値波形の
内側に存在する一対のスロープ波形部分に基づいてマー
クの位置を決定する第１決定工程と、２つの極値波形の
外側に存在する一対のスロープ波形部分に基づいてマー
クの位置を決定する第２決定工程と、２つの極値波形の
内側と外側の両方に存在するスロープ波形部分に基づい
てマークの位置を決定する第３決定工程と、第１決定工
程、第２決定工程、第３決定工程のうちいずれか１の工
程を、基板の目標とするアライメント精度に応じて選択
する工程とを設けるようにした。

【００１１】本発明では、基本的に図２に従って信号の
波形処理を行う。図２（Ａ）はウェハＷ上に形成された
凸状のマークＭＫの断面構造を示し、表面にはレジスト
層ＰＲが一様に塗布されている。図２（Ｂ）は、マーク
ＭＫの両端のエッジＥ１，Ｅ２を横切る様な走査線に沿
ってマークＭＫの像をテレビカメラで撮像したときのビ
デオ信号ＶＳの波形を示す。このビデオ信号ＶＳは、マ
ークＭＫの両端のエッジＥ１，Ｅ２の位置で極小値とな
るようなボトム波形部分ＢＷ１，ＢＷ２になる。ボトム
波形部分ＢＷ１とＢＷ２の間の波形レベルはマークＭＫ
自体の反射率によって変化し、ボトム波形部分ＢＷ１の
左側の波形レベルと、ボトム波形部分ＢＷ２の右側の波
形レベルとは、ウェハ下地の反射率によって変化する。

【００１２】図２（Ｃ）は２つのボトム波形部分ＢＷ
１，ＢＷ２を拡大して示したもので、ボトム波形部分Ｂ
Ｗ１は、走査が進行するにつれて、ボトムレベルＢＴ１
まで落ち込むダウンスロープ部ＤＳＬ１と、ボトムレベ
ルＢＴ１から立ち上がるアップスロープ部ＵＳＬ１とを
有する。同様にボトム波形部分ＢＷ２もボトムレベルＢ
Ｔ２まで落ち込むダウンスロープ部ＤＬＳ２と、ボトム
レベルＢＴ２から立ち上がるアップスロープ部ＵＳＬ２
とを有する。本発明では、マークＭＫの両エッジＥ１，
Ｅ２の夫々に対応したボトム波形部分ＢＷ１，ＢＷ２の
スロープ部ＤＳＬ１，ＵＳＬ１，ＤＳＬ２，ＵＳＬ２を
選択的に使用することでマークＭＫの走査方向に関する
中心位置を決定するようにした。

【００１３】これら各スロープ部において、内側に存在
するスロープ部とはアップスロープ部ＵＳＬ１とダウン
スロープ部ＤＳＬ２であり、外側に存在するスロープ部
とはダウンスロープ部ＤＳＬ１とアップスロープ部ＵＳ
Ｌ２である。実際の処理においては、一方のボトム波形
部分ＢＷ１で、ダウンスロープ部ＤＳＬ１の肩の部分の
ピーク値とボトムレベルＢＴ１との間を所定の比で（例
えば５０％）で分割するスライスレベルＳ１とスロープ
部ＤＳＬ１とが一致する走査位置Ｐ１、及びアップスロ
ープ部ＵＳＬ１の肩の部分のピーク値とボトムレベルＢ
Ｔ１との間の所定の比で分割するスライスレベルＳ２と
スロープ部ＵＳＬ１とが一致する走査位置Ｐ２を求め
る。

【００１４】同様に他方のボトム波形部分ＢＷ２に対し
ても、ダウンスロープ部ＤＳＬ２をスライスレベルＳ３
で比較して求めた位置Ｐ３と、アップスロープ部ＵＳＬ
２をスライスレベルＳ４で比較して求めた位置Ｐ４とを
決定する。従って、マークＭＫの中心位置Ｐｍの算出
は、基本的に以下の３つの式のいずれか１つに従って行
われる。

【００１５】Ｐｍ＝（Ｐ２＋Ｐ３）／２ …（１）Ｐｍ＝（Ｐ１＋Ｐ４）／２ …（２）Ｐｍ＝（Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４）／４ …（３）式（１）は内スロープ決定法、式（２）は外スロープ決
定法、そして式（３）は両スロープ決定法の基本式であ
る。

【００１６】そして本発明においては、例えば実際のウ
ェハをアライメントしたときの精度が最もよくなる決定
法を選んで、ウェハのアライメントを実行する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例による方法
を実施するのに好適な投影露光装置の構成を図１を参照
にして説明する。図１において、レチクルＲ上のパター
ン領域ＰＡの像は投影レンズＰＬを介してウェハＷ上に
結像投影される。ウェハＷはＸ，Ｙ方向にステップアン
ドリピート法で移動するステージＳＴ上に載置され、ス
テージＳＴの座標位置は干渉計ＩＦＸ，ＩＦＹで計測さ
れる。レチクルＲは、パターン領域ＰＡの両脇に設けら
れたレチクルアライメントマークＲＭ１，ＲＭ２をレチ
クルアライメント顕微鏡ＲＡＳ１，ＲＡＳ２に対して位
置決めすることで、装置（投影レンズＰＬの光軸）に対
してアライメントされる。又パターン領域ＰＡの周囲の
ストリートライン相当領域内には、ダイ・バイ・ダイア
ライメント用のマーク（窓）が形成されており、各マー
ク（窓）は、ウェハＷ上の１つのショット領域に付随し
たダイ・バイ・ダイ用のウェハマークとともに、ＴＴＲ
（スルーザレチクル）方式のアライメント顕微鏡ＤＡＳ
１，ＤＡＳ２，ＤＡＳ３，ＤＡＳ４によって検出され
る。

【００１８】さて、本実施例による方法は、ここではウ
ェハＷ上のマークのみをオフ・アクシス方式で検出する
ウェハアライメントセンサーに対して適用される。この
ウェハアライメントセンサーは、投影レンズＰＬの下部
直近に配置されたミラー１０、対物レンズ１２、ビーム
スプリッタ１４、結像レンズ１６、共役指標板１８、撮
像レンズ２０、及びＣＣＤ２次元撮像素子２２によって
構成される。さらにウェハＷ上のマーク領域を照明する
ために、ハロゲンランプ、光輝度多色ＬＥＤ等からの広
帯域波長の光を導くオプチカルファイバー２４、コンデ
ンサーレンズ２６、照明視野絞り２８、レンズ系３９，
及び先のビームスプリッタ１４とで構成された照明光学
系が設けられる。

【００１９】以上の構成において、ウェハＷは対物レン
ズ１２と結像レンズ１２と結像レンズ１６との合成系に
関して指標板１８と光学的に共役に配置され、指標板１
８とＣＣＤ２２の受光面とは撮像用レンズ２０に関して
共役に配置される。従ってＣＣＤ２２は、ウェハＷ上の
マークの拡大像と指標板１８上の固定（参照）マークの
拡大像とを同時に撮像する。また照明光学系のファイバ
ー２４の射出端面は２次光源像として、対物レンズ１２
とレンズ系３０との間の瞳面（開口絞り位置）にリレー
され、ウェハＷに対してケーラ照明を行う。更に視野絞
り２８は対物レンズ１２とレンズ系３０との合成系によ
ってウェハＷと共役になっており、視野絞り２８のアパ
ーチャ像がウェハＷと共役になっており、視野絞り２８
のアパーチャ像がウェハＷ上に投影されることになる。
本実施例では、少なくとも対物レンズ１２、結像レンズ
１６、撮像用レンズ２０の夫々に対して色消しがなされ
ており、色収差による結像特性の劣化を押さえている。

【００２０】又、本実施例の装置では、ステージＳＴ上
に基準マークＦＭが設けられ、ウェハアライメントセン
サー内の指標板１８上の指標マークのウェハＷへの投影
点と、レチクルＲ上のレチクルアライメントマークＲＭ
１，ＲＭ２あるいはダイ・バイ・ダイ用のマークの投影
点との間の距離（ベースライン）を計測するのに使われ
る。

【００２１】次に図３を参照して、図１中のＣＣＤ２２
からのビデオ信号の処理回路について説明する。ＣＣＤ
２２は２次元撮像素子であり、水平走査方向と垂直走査
方向とに画素（ピクセル）が配列されるが、本実施例の
ＣＣＤ２２では、ウェハＷ上のマークのエッジを横切る
方向を水平走査方向に一致させるものとする。さて、Ｃ
ＣＤ２２からは水平同期信号と垂直同期信号とが混合し
たコンポジットビデオ信号が得られる。このビデオ信号
は、周波数フィルターやＡＧＣ等の前処理回路４０を介
してアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）４２に送られ
る。一方、ＣＣＤ２２からのビデオ信号は、同期信号分
離回路やクロック発生回路等を含む制御回路４４に送ら
れる。この制御回路４４はＣＣＤ２２の水平同期信号に
基づいて、１画素の電気走査（読み出し走査）あたり１
つのクロックパルスとなるようなクロック信号ＳＣＬを
出力する。このクロック信号ＳＣＬは、ＣＣＤ２２の電
気的走査が１フレーム中でのサンプリング範囲（水平走
査線の垂直方向の本数）になったか否かを検出する比較
部４６と、ＡＤＣ４２の出力データを記憶するためのメ
モリ（ＲＡＭ）４３に対してアドレス値を出力するアド
レスカウンタ４８とに送られる。従って、ＲＡＭ４３内
には、ＣＣＤ２２の所定の水平走査線から指定された本
数分だけのデジタル波形データが記憶される。ＲＡＭ４
３内の波形データは、プロセッサー５０によって管理さ
れるアドレスバスＡ−ＢＵＳとデータバスＤ−ＢＵＳと
によってプロセッサー５０に読み込まれ、所定の波形処
理演算が行われる。プロセッサー５０のアドレスバスＡ
−ＢＵＳとデータバスＤ−ＢＵＳには、ステージＳＴを
制御するためのステージコントローラ５２がつながれ、
このコントローラ５２は干渉計ＩＦＸ，ＩＦＹの座標計
測値を入力してステージＳＴの駆動モータ５４を制御す
る。

【００２２】次に、本実施例に好適なマーク形状や配置
を図４、図５、図６を参照にして説明する。図４はウェ
ハＷ上のショット配列を示し、レチクルＲのパターン領
域ＰＡの投影像はショット領域ＳＡの夫々とアライメン
トされる。そして露光時には、各ショット領域ＳＡの中
心ＣＣがレチクルＲのパターン領域ＰＡの中心と一致す
る中心ＣＣで直交する中心線はウェハステージＳＴの干
渉計で規定される直交座標系のＸ軸、Ｙ軸と平行にな
る。

【００２３】さて、各ショット領域ＳＡにはダイ・バイ
・ダイ用のウェハマークＭＤ１，ＭＤ２，ＭＤ３，ＭＤ
４が形成されている。本実施例では、このマークＭＤ１
〜ＭＤ４をオフ・アクシス方式のウェハアライメントセ
ンサー（１０〜３０）で検出するものとする。各マーク
ＭＤｎは、図６（Ａ）に示すように、４本のバーマーク
ＢＰＭ１，ＢＰＭ２，ＢＰＭ３，ＢＰＭ４が同一間隔で
平行に並んだマルチマークとする。また、図６（Ｂ）に
示すようにバーマークＢＰＭｎはウェハ下地に対して凸
状に形成されているものとする。このマークＭＤｎの中
心Ｃｌは、バーマークＢＰＭ２とＢＰＭ３との間に存在
する。

【００２４】また、図５は共役指標板１８上の指標マー
クＴＬ，ＴＲの配置を示し、指標マークＴＬ，ＴＲの夫
々は透明ガラス板の上にクロム層で形成された２本の細
線からなる。アライメントの際は、２つの指標マークＴ
Ｌ，ＴＲの間にマークＭＤｎを挟み込むようにステージ
ＳＴを位置決めする。こうして得られるビデオ信号波形
の一例を図７に示す。

【００２５】図７（Ａ）は指標マークＴＬ，ＴＲにウェ
ハマークＭＤｎを挟み込んだ様子を示し、ウェハマーク
ＭＤｎの中心Ｃｌと指標マークＴＬ，ＴＲの中心Ｃｔと
がわずかにずれている。このずれ量を精密に算出するの
が、図３に示したプロセッサー５０である。図７（Ｂ）
に示すように、ＣＣＤ２２の水平走査線ＳＬに沿って得
られるビデオ信号波形は、広帯域照明光を使ってレジス
ト層での干渉現象を低減させているため、各マークのエ
ッジ位置でのみボトム（極小値）になる。図７（Ｂ）
で、指標マークＴＬ，ＴＲはそれぞれ微細な２本のバー
マークであるため、そのバーマーク１本について１つの
ボトム波形ＢＬ１，ＢＬ２，ＢＲ１，ＢＲ２になる。ま
たウェハマークＭＤｎの４本のバーマークＢＰＭ１〜Ｂ
ＰＭ４の各エッジ位置で、計８つのボトム波形ＷＬ１，
ＷＲ１，ＷＬ２，ＷＲ２，ＷＬ３，ＷＲ３，ＷＬ４，Ｗ
Ｒ４が得られる。

【００２６】ところが、指標マークＴＬ，ＴＲの位置で
現れるボトム波形と、ウェハマークＭＤｎの各エッジ位
置で現れるボトム波形とでは、光学的な現象が全く異な
っている。即ち指標マークＴＬ，ＴＲは、ウェハ表面で
反射した照明光によって透過照明されるために、ＣＣＤ
２２上では暗部として撮像される。これに対してウェハ
マークの各エッジは、照明光が対物レンズ１２等の開口
数（Ｎ．Ａ.)よりも大きな角度で散乱されて、ＣＣＤ２
２への結像光路内に戻ってこないために暗部（暗線）と
して撮像されるのである。

【００２７】尚、図７（Ｂ）の信号波形は、図７（Ａ）
に示すように、Ｎ本の走査線ＳＬに沿って得られた信号
波形を垂直方向の画素列で加算平均したものである。こ
の加算平均はプロセッサー５０がＲＡＭ４３からＮ本分
の波形データを読み出して実行する。次に本実施例のア
ライメント方法を説明するが、その前提として、いくつ
かのパラメータが予めプロセッサー５０内に設定されて
いるものとする。そのパラメータの代表的なものは以下
の通りである。 (1)指標マークＴＬとＴＲの中心アドレス値ＡＣＣ (2)指標マークＴＬとＴＲのウェハ上での間隔Ｌｔ（μ
ｍ） (3)指標マークＴＬ，ＴＲの夫々の本数Ｋｔ (4)ウェハマークＭＤｎの本数Ｋｍ (5)指標マークＴＬ，ＴＲの中心アドレス値ＡＣＣから
のポイント（番地）の数ＨＬ，ＨＲ (6)指標マークＴＬ，ＴＲの各処理幅のポイント（番
地）数Ｐｔ (7)ウェハマークＭＤｎの中心アドレス値ＡＣＣからの
処理幅のポイント（番地）数Ｐｍこれらのパラメータのうち、ポイント数ＨＬ，ＨＲ，Ｐ
ｔ，Ｐｍの意味については図７（Ａ）中に図示してあ
る。

【００２８】また本実施例では、ウェハＷのグローバル
アライメントが完了した後に、ウェハアライメントセン
サーを用いてよりファインな位置検出を行うことを前提
としいる。従ってグローバルアライメント後にウェハＷ
上のショット配列の設計値のみに基づいてステージＳＴ
を位置決めして指標マークＴＬ，ＴＲとウェハマークＭ
Ｄｎとを検出すると、グローバルアライメント時の残留
誤差（±１μｍ以下）分、ショット配列の僅かな不規則
性、又はウェハＷの伸縮分等を含んだアライメント誤差
ΔＸが存在する。このアライメント誤差ΔＸは図７中に
示した中心位置ＣｌとＣｔの差である。

【００２９】さて、プロセッサー５０はＣＣＤ２２で撮
像された走査線Ｎ本分の波形データがＲＡＭ４３に取り
込まれると、図８に示した手順で波形処理を実行する。
そこで以下、図８の各ステップに沿って説明する。〔ステップ１００〕ここでは、ＲＡＭ４３に取り込まれ
たＮ本分の原波形データから任意の本数を選んで垂直方
向に画素毎の加算平均を行い、１本の平均波形データを
作る。作られた平均波形データはＲＡＭ４３内に一時的
に記憶される。

【００３０】尚、加算平均すべき走査線は垂直方向に連
続している必要はなく、１本おき、又は２本おきでもよ
い。〔ステップ１０２〕次にプロセッサー５０は、平均波形
データをスムージングする。このスムージングは平均波
形データを数値フィルターに通すことによって行われ
る。

【００３１】図９（Ａ）は、ＲＡＭ４３内の平均波形デ
ータの一例を示したもので、横軸はＲＡＭ４３のアドレ
スポイント、縦軸はレベルを表す。この波形に対して図
９（Ｂ）のような数値フィルターＦＮａをかける。これ
によって平均波形データ中に存在する高周波成分が除去
されたスムージング波形データＲ（ｎ）が得られる。こ
の波形データＲ（ｎ）もＲＡＭ４３内に一時的に記憶さ
れる。

【００３２】〔ステップ１０４〕次にプロセッサー５０
は平均波形データを微分する。この微分は図９（Ｃ）に
示したように傾きが一定の数値フィルターＦＮｂに平均
波形データを通すことによって行われる。これによって
図９（Ａ）のようなボトム波形は図９（Ｄ）のような微
分波形データＰ（ｎ）になる。この微分波形データ上で
ボトム点となるアドレスポイントＰＸＤは、平均波形デ
ータ（又はスムージング波形データ）上のダウンスロー
プ部ＤＷＳの中点位置と一致し、微分波形データ上でピ
ーク点となるアドレスポイントＰＸＵは、平均波形デー
タ上でのアップスロープ部ＵＰＳの中点位置と一致して
いる。

【００３３】従って、微分処理を行うことによって、ス
ムージング波形データ上での全てのスロープ位置が特定
できることになる。尚、図９（Ｄ）においてアドレスポ
イントＰＸＤとＰＸＵの間で微分波形が零クロスする点
は、図９（Ａ）の波形中でのボトム点に一致している。〔ステップ１０６〕次にプロセッサー５０は、この微分
波形データＰ（ｎ）中の全てのピーク点とボトム点、及
びそれらの位置を抽出する。この場合、図９（Ｄ）に示
すように、本来のボトム、ピーク以外の小さなボトム、
ピークＤｕｐ，Ｄｕｂも抽出され得る。

【００３４】〔ステップ１０８〕そこでプロセッサー５
０は、これら小さなボトム、ピークＤｕｐ，Ｄｕｂは小
さい順に切り捨てて、指標マークの本数Ｋｔとウェハマ
ークの本数Ｋｍとに対応した数のボトム点とピーク点を
選ぶ。先の図７に示したように、左右の指標マークＴ
Ｌ，ＴＲに対応した波形処理幅Ｐｔ内では、スムージン
グ波形データＲ（ｎ）上で２つのボトム波形が得られる
ことが分かっている（指標マーク本数Ｋｔ＝２）。従っ
て、処理幅Ｐｔ内では、微分波形データＰ（ｎ）上で２
つのピーク点と２つのボトム点とが得られることにな
る。

【００３５】一方、ウェハマークＭＤｎに対応した処理
幅２Ｐｍ内ではスムージング波形データＲ（ｎ）上で８
つ（２Ｋｍ）のボトム波形が得られることが分かってい
る。従って、処理幅２Ｐｍ内では微分波形データＰ
（ｎ）上で８つのピーク点と８つのボトム点とが得られ
ることになる。以上の処理によって、スムージング波形
データ上の各マークに対応したダウンスロープ部とアッ
プスロープ部とが特定されたことになる。

【００３６】図１０はその様子を表し、図１０（Ａ）は
スムージング波形データを表し、図１０（Ｂ）は微分波
形データを表す。ここで図１０の横軸は、スムージング
波形データのアドレスポイントを表し、微分波形データ
上のピーク点、ボトム点に対応して、スムージング波形
データ中の各スロープの中心位置が求められる。左側の
指標マークＴＬに対応したスムージング波形（ＢＬ１，
ＢＬ２）上の各スロープ中心位置は、ダウンスロープＲ
Ｄ（１）、ＲＤ（２）の２つと、アップスロープＲＵ
（１）、ＲＵ（２）の２つである。また右側の指標マー
クＴＲに対応したスムージング波形（ＢＲ１，ＢＲ２）
上の各スロープ中心位置は、ダウンスロープＲＤ
（３）、ＲＤ（４）の２つと、アップスロープＲＵ
（３）、ＲＵ（４）の２つである。

【００３７】同様に、４本のバーマークＢＰＭ１〜ＢＰ
Ｍ２の各エッジで生じたスムージング波形上の各スロー
プの中心位置は、ダウンスロープＷＤ（１）〜ＷＤ
（８）とアップスロープＷＵ（１）〜ＷＵ（８）であ
る。ところで、ダウンスロープやアップスロープを特定
する手法として、実際にはスムージング波形と微分波形
の各コントラスト値（レベル）を用いてコントラストリ
ミットを定め、そのリミット値に基づいてスムージング
波形中の各スロープ位置を特定するのがよい。

【００３８】図１１（Ａ）は図１０（Ａ）中のボトム波
形ＷＬ１のみを拡大して示し、図１１（Ｂ）は図１１
（Ａ）の微分波形のみを拡大して示したものである。ま
ず、微分波形データ中のボトム位置ＷＤ（１）に対応し
た微分レベル（コントラスト値）ＣＷＤ（１）の絶対値
を求め、位置ＷＤ（１）に対応するスムージング波形中
のレベルＣＤＳ（１）を求める。このレベルＣＤＳ
（１）は位置ＣＷＤ（１）で決まるダウンスロープ中の
レベルよりも少し小さな値として取り込まれる。

【００３９】次にプロセッサーは、次式によってコント
ラスト値ＣＶＷ（１）を算出する。ＣＶＷｄ（１）＝Ａ・ＣＤＳ（１）＋Ｂ・ＣＷＤ（１）同様に、微分波形データ中のピーク位置ＷＵ（１）に対
応した微分レベルＣＷＵ（１）の絶対値を求め、さらに
位置ＷＵ（１）に対するスムージング波形中のレベルＣ
ＵＳ（１）を求める。

【００４０】そして次式によってコントラスト値ＣＶＷ
ｕ（１）を求める。ＣＶＷｕ（１）＝Ａ・ＣＵＳ（１）＋Ｂ・ＣＷＵ（１）ここでＡ，Ｂは定数であるが、ノイズを区別する場合に
はＡ＝１，Ｂ＝０．５程度に設定する。以上の動作を、
ウェハマークの信号処理範囲内で行うとともに、指標マ
ークの信号波形に対しても全く同様に行う。

【００４１】指標マークについては、図１０（Ａ）中の
ボトム波形ＢＬ１を例にとると、その微分波形中のボト
ム位置はＲＤ（１）、ピーク位置はＲＵ（１）である。
そこで、位置ＲＤ（１）での微分波形中のレベル（ボト
ム）をＣＦＤ（１）、位置ＲＵ（１）での微分波形中の
レベル（ピーク）をＣＦＵ（１）、そしてスムージング
波形中のボトム波形ＢＬ１でのダウンスロープの中心付
近のレベルをＣＤＲ（１）、アップスロープの中心付近
のレベルをＣＵＲ（１）とすると、指標マークのコント
ラスト値ＣＶＲｄ（１）、ＣＶＲｕ（１）はそれぞれ以
下のようにして求められる。

【００４２】ＣＶＲｄ（１）＝Ａ・ＣＤＲ（１）＋Ｂ・ＣＦＤ（１）ＣＶＲｕ（１）＝Ａ・ＣＵＲ（１）＋Ｂ・ＣＦＵ（１）そしてプロセッサーは指標マークに対するウェハマーク
のコントラスト比ＧＧを次式によって求める。ＧＧ＝ＣＶＷｄ（１）／ＣＶＲｄ（１）×１００（％）又は、ＧＧ＝ＣＶＷｕ（１）／ＣＶＲｕ（１）×１００（％）そしてこのコントラスト比ＧＧが所定の比以下になって
いる場合は、ウェハマークのエッジに対応したボトム波
形ではないと判断していく。

【００４３】〔ステップ１１０〕次に、プロセッサー５
０はスムージング波形中の各スロープ部を所定のスライ
スレベルと比較してその交点を求める。このステップ１
１０は、場合によっては省略してもよい。それは、図１
０のようにして求まったスムージング波形上の各スロー
プの中心位置をそのまま以後の処理に使えることもある
からである。さて、このステップ１１０では先の図２
（Ｃ）で説明したように、各スロープ毎に最適なスライ
スレベルを決める。このスライスレベルの決定にあたっ
ては、先に図１０で求め指標マークのアップスロープ位
置ＲＵ（１）〜ＲＵ（４）、ダウンスロープ位置ＲＤ
（１）〜ＲＤ（４）、ウェハマークのアップスロープ位
置ＷＵ（１）〜ＷＵ（４）、ダウンスロープ位置ＷＤ
（１）〜ＷＤ（８）の夫々を使う。そこで、具体的な一
例を図１２によって説明する。先ず図１２（Ａ）のよう
にスムージング波形上の１つのボトム波形ＷＬ１のダウ
ンスロープ位置ＷＤ（１）から一定のポイント数（アド
レス）分だけ波形データを前後にサーチする。そして、
ダウンスロープ下部の最小値ＢＴと、ダウンスロープの
肩の部分の最大値ＳＰｄとを求め、図１２（Ｂ）に示す
ように最小値ＢＴと最大値ＳＰｄとの間を所定の比率で
分割するところにスライスレベルＳ１を決定する。

【００４４】ここでその比率をα（％）とすると、スラ
イスレベルＳ１は次式で演算される。Ｓ１＝（ＳＰｄ−ＢＴ）×（α／１００）＋ＢＴ次にこのスライスレベルＳ１と一致するダウンスロープ
部のレベルの位置を求める。この際、スライスレベルＳ
１と一致するレベルがサンプリング点の間に存在する場
合は、直線補間等の手法で、交点位置ＳＷＤ（１）を求
める。この位置ＳＷＤ（１）は、例えばアドレスポイン
トの間を１／１０で補間した実数で表すものとする。

【００４５】以上と同様にして、スムージング波形上の
ボトム波形ＷＬ１のアップスロープについても、位置Ｗ
Ｕ（１）から前後にサーチ（ここでは最小値ＢＴ）が分
かっているので、サーチは一方向のみでもよい）を行
い、次式によってスライスレベルＳ２を決定する。Ｓ２＝（ＳＰｕ−ＢＴ）×（α／１００）＋ＢＴそして、このスライスレベルＳ２と一致するアップスロ
ープ部の位置ＳＷＵ（１）を実数で算出する。

【００４６】以下、同様にしてスムージング波形中の各
ボトム波形について最適なスライスレベルを決めて、そ
の交点位置ＳＲＵ（１）〜ＳＲＵ（４）、ＳＲＤ（１）
〜ＳＲＤ（４）、ＳＷＵ（１）〜ＳＷＵ（８）、ＳＷＤ
（１）〜ＳＷＤ（８）を求める。〔ステップ１１２〕次にプロセッサー５０は、ウェハア
ライメントセンサーの光学系の倍率誤差等をキャンセル
するために、ＣＣＤ２２の１画素（スムージング波形デ
ータのサンプリング間隔）がウェハ面上で何μｍに相当
するのかを算出して、その換算値ＵＮＴ（μｍ／ポイン
ト）を実数で求めておく。ここでは、安定性の良い指標
マークＴＬ，ＴＲの設計上の間隔Ｌｔ（μｍ）を用いる
ものとする。間隔Ｌｔはウェハ面上の値として登録され
ているので、次式によって換算値ＵＮＴを演算する。

【００４７】尚、指標マークＴＬ，ＴＲはともにＫｔ本
（本実施例ではＫｔ＝２）とする。

【００４８】

【数１】

【００４９】〔ステップ１１４〕次に、プロセッサー５
０は指標マークＴＬとＴＲの間の中心位置Ｃｔ（μｍ）
を次式に基づいて実数で求める。

【００５０】

【数２】

【００５１】〔ステップ１１６〕ここでは予め指定され
た処理モードに従ってウェハマークの中心位置Ｃｌの演
算アルゴリズムを選択する。このステップ１１６から次
にどのステップ（１１８，１２０，１２２のいずれか）
に進むかはオペレータによって指定されたり、或いはオ
ートセットアップシステムによって自動的に切り換えら
れる。

【００５２】〔ステップ１１８〕ここでは内スロープ検
出法によってウェハマークの中心位置Ｃｌ（μｍ）を実
数で算出する。ここで先の図１０を参照すると、ウェハ
マークの波形上の内スロープ位置は、ＳＷＵ（１）、Ｓ
ＷＤ（２）、ＳＷＵ（３）、ＳＷＤ（４）、ＳＷＵ
（５）、ＳＷＤ（６）、ＳＷＵ（７）、ＳＷＤ（８）で
ある。

【００５３】従って、ここではウェハマークの本数をＫ
ｍ（本実施例ではＫｍ＝４）として、次式に基づいて中
心位置Ｃｌを算出する。

【００５４】

【数３】

【００５５】〔ステップ１２０〕ここでは外スロープ検
出法によってウェハマークの中心位置Ｃｌ（μｍ）を実
数で算出する。ここで先の図１０を参照すると、ウェハ
マークの波形上の外スロープ位置は、ＳＷＤ（１）、Ｓ
ＷＵ（２）、ＳＷＤ（３）、ＳＷＵ（４）、ＳＷＤ
（５）、ＳＷＵ（６）、ＳＷＤ（７）、ＳＷＵ（８）で
ある。

【００５６】従ってここでは次式に基づいて中心位置Ｃ
ｌを算出する。

【００５７】

【数４】

【００５８】〔ステップ１２２〕ここでは両スロープ検
出法によってウェハマークの中心位置Ｃｌ（μｍ）を実
数で算出する。先の図１０から明らかなように、ウェハ
マークの波形上のダウンスロープ、アップスロープの全
ての加算平均位置が中心Ｃｌになるので、次式に基づい
て演算される。

【００５９】

【数５】

【００６０】〔ステップ１２４〕次にプロセッサー５０
は、指標マークの中心位置Ｃｔとウェハマークの中心位
置Ｃｌとの差を算出してアライメント誤差ΔＡ（μｍ）
を決定する。このアライメント誤差ΔＡは、ＲＡＭ４３
にビデオ信号波形を取り込んだ時のウェハステージＳＴ
の残留アライメント誤差であり、以後のステージＳＴの
位置決めにあたっては、グローバルアライメントによっ
て決定されたステージ位置決め座標の設計値をΔＡだけ
オフセットさせればよい。

【００６１】以上、本実施例の基本的なアライメント手
順について説明したが、次に本実施例のステップ１１６
でどの処理モードを選択するかの決め方についての一例
を説明する。通常、半導体ウェハ上にデバイスを形成す
る工程には、素子間の配線等の為にアルミニウム層を一
様に蒸着する工程があり、ウェハ上の凹凸のアライメン
トマークはアルミ層で被覆された状態でアライメントセ
ンサーで検出される。すなわちアルミ層そのものででき
たマークを検出することになる。

【００６２】従ってマーク上にアルミ層がきれいに蒸着
されずに非対称になった場合、マークの両端のエッジ部
に対応したビデオ信号波形（ボトム波形）も非対称にな
る。図１３（Ａ）はアルミ層Ａｌで被覆されたアライメ
ントマークＷＭの断面構造を示し、ＣＣＤ２２で撮像さ
れ、テレビモニター上に映し出されたマーク像は図１３
（Ｂ）に示すように、左右のエッジ部に生じる暗線の幅
が互いに異なっている。

【００６３】これは、図１３（Ａ）に示すように、マー
クＷＭの左右のエッジ部でアルミ層Ａｌが非対称に蒸着
しているからである。可視域の照明光を用いてこのマー
クＷＭを観察すると、通常はアルミ層Ａｌの表面しか見
えない。そのため、ＣＣＤ２２から出力されるビデオ信
号波形は図１３（Ｃ）のようになり、左右のエッジ部に
対応したボトム波形は互いに異なったものになる。

【００６４】このような波形に対して本実施例の信号波
形処理アルゴリズムを適用して、外スロープ位置ＳＷＤ
（１）、ＳＷＵ（２）と内スロープ位置ＳＷＵ（１）、
ＳＷＤ（２）を求め、図８のステップ１２２で両スロー
プ検出法を選ぶと、図１３のマークＷＭの中心位置Ｃｌ
は次式で得られる。Ｃｌ＝｛ＳＷＤ（１）＋ＳＷＵ
（２）＋ＳＷＵ（１）＋ＳＷＤ（２）｝／４ところが、
このような非対称性の強いマークを両スロープ検出法で
検出してアライメントしても、その精度が必ずしも十分
に得られないことが実験により確かめられた。この原因
は、１つにはアライメント（重ね合わせ）精度を調べる
バーニアに問題がある。

【００６５】バーニアによる重ね合わせ精度の検査に
は、予めウェハ上に形成されたバーニア主尺に対してレ
チクル上のバーニア副尺を、アライメントセンサーを使
って位置決めして、重ね焼きするものであり、その重ね
焼きによって作られたバーニアのずれ量を読むことで、
アライメント精度が判定できる。従来、この検査はステ
ッパーを用いて重ね焼きされたウェハを現像した後、レ
ジストで形成されたバーニア副尺と下地のバーニア主尺
とを別の光学顕微鏡等で観察してバーニアのずれ量を目
視で読み取っている。

【００６６】図１４（Ａ）、（Ｂ）と図１５（Ａ）、
（Ｂ）はアルミ層におけるバーニアの一例を示し、図１
４（Ａ）、（Ｂ）はバーニア主尺ＷＢＭの上のレジスト
層ＰＲにバーニア副尺ＷＢＳをぬきで形成する場合であ
り、図１５（Ａ）、（Ｂ）はバーニア主尺ＷＢＭの両脇
のレジスト層ＰＲに２本のバーニア副尺ＷＢＳをぬきで
形成する場合である。

【００６７】ここではバーニア主尺ＷＢＭが非対称にな
っているものとする。目視でこれらバーニアを計測する
場合、レジストによる副尺ＷＢＳのエッジ部と、それに
隣接した主尺のエッジ部の距離ａ，ｂを読み取り、その
距離が目測で等しくなっている位置をアライメント精度
としている。具体的には、図１６に示すように主尺ＷＢ
Ｍを計測方向に一定ピッチで作っておき、これに重ね焼
きされる副尺ＷＢＳは主尺ＷＢＭのピッチに対して、例
えば０．０２μｍだけ大きなピッチにしておく。理想的
にアライメントされていれば、バーニアに付随して表示
された数値の０のところで主尺ＷＢＭと副尺ＷＢＳとが
中心同志で重なる。図１６の場合、主尺ＷＢＭと副尺Ｗ
ＢＳとが中心同志で重なっているのは、数値−０２の位
置であるので、アライメント精度としては−０．０２μ
ｍが得られていることになる。尚、図１６は図１４に示
した方式のバーニアパターンであるが、図１５に示した
方式でも同様である。

【００６８】さて、図１４のバーニア形式の場合、距離
ａ，ｂを規定する主尺ＷＢＭ上のエッジ位置は、図１３
（Ｃ）の波形上に対応させると内スロープ位置ＳＷＵ
（１）、ＳＷＤ（２）になる。一方、図１５のバーニア
形式の場合は、距離ａ，ｂを規定する主尺ＷＢＭ上のエ
ッジ位置は図１３（Ｃ）の波形上に対応させると外スロ
ープ位置ＳＷＤ（１）、ＳＷＵ（２）になる。

【００６９】即ち、アライメント精度をチェックしたと
きのバーニアの形式によって、実際のアライメント時に
は内スロープ検出法を使うか外スロープ検出法を使うか
を選択しなければならないことになる。従って、図１４
（図１６）のバーニア形状でアライメントチェックする
場合は内スロープ検出法（図８のステップ１１８）を選
択し、図１５のバーニア形式では外スロープ検出法（図
８のステップ１２０）を選択すればよい。

【００７０】このようにすると、目視でバーニア計測し
たアライメント精度と、ウェハアライメントセンサーで
検出されたアライメント誤差との対応付けが正確にな
る。ところで、プロセスによってはアルミ層Ａｌの下の
マークＷＭに対してアライメントを行うこともある。こ
の場合、マークＷＭの上のアルミ層Ａｌがどの程度非対
称に形成されているかが特定し難い。そこで、マーク断
面構造を調べることによって、その非対称性を確認した
ら、非対称性の程度に応じて内スロープ検出法に重み付
けするか、外スロープ検出法に重み付けするかを自動的
に選ぶようにする。例えば図１３（Ｃ）のようなシング
ルマークの波形に対しては次式によってマーク中心位置
Ｃｌを決定する。

【００７１】

【数６】

【００７２】この式は両スロープ検出法の演算式を変更
して重み付けの定数Ａ、Ｂを入れたものであり、定数
Ａ，Ｂは次の条件を同時に満たしていればよい。０＜Ａ＜２、０＜Ｂ＜２、Ａ＋Ｂ＝２ここで、重み付け定数Ａ，Ｂをともに１にしたときが両
スロープ検出法である。

【００７３】尚、マーク断面構造を調べる方法として
は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）測長器、超音波顕微鏡
を使う方法、赤外域のレーザスポットや照明光等のアル
ミ層Ａｌを透過し得る光を使って光学的に計測する方法
等が考えられる。ところで、アルミ層Ａｌを蒸着したと
きの非対称は、ウェハ中心から当方的に広がっていく傾
向があり、ウェハ上の周辺に位置するショット（チッ
プ）のマークをウェハアライメントセンサーを介して目
視観察すると、その位置での非対称性が例えば図１７の
ように認識できる。

【００７４】図１７は、ウェハ中心をほぼ原点としたシ
ョット配列座標ＸＹ上の周囲４カ所のショットの位置を
示したもので、各ショットには、Ｘ方向アライメント用
とＹ方向アライメント用の各マークが設けられている。
座標系ＸＹ上でＹ軸方向に離れて位置する２つのショッ
トについては、Ｙ方向アライメント用のマークＭＤｙを
観察し、Ｘ軸方向に離れた２つのショットについては、
Ｙ方向のアライメント用のマークＭＤｘを観察する。

【００７５】この際、各マークをＣＣＤ２２で撮像した
信号波形を処理して、マークエッジ部でのボトム波形の
幅、すなわち図１３（Ｃ）で示した位置ＳＷＤ（１）と
ＳＷＵ（１）との差、及び位置ＳＷＤ（２）とＳＷＵ
（２）との差を求める。これによって、その差の大きい
方のエッジに非対称性が強く生じていることがわかる。
この非対称性の量ΔＵは次式によって定量的に求めるこ
とができる。

【００７６】

【数７】

【００７７】このことから、ウェハの周辺のいくつかの
ショットのマークを検出して、その位置での非対称量Δ
Ｕを求めると、アルミ層蒸着時における非対称性をウェ
ハ全面でおおむね特定することができる。そこで図１に
示したように、レチクルＲ上のダイ・バイ・ダイマーク
とウェハＷ上の１ショット分のマークとをＴＴＲアライ
メント系ＤＡＳ１〜ＤＡＳ４で検出するシステムを備え
たステッパーにおいては、ＴＴＲアライメント系でアラ
イメントされるウェハマークの位置を、マークの非対称
性に応じて補正することが可能となる。

【００７８】ここで、ＴＴＲアライメント系の１つの例
として特開昭６３−２８３１２９号公報に開示された干
渉アライメント方式を考えてみる。図１８は、特開昭６
３−２８３１２９号公報に開示された系とは若干異なる
が、原理的には同じ干渉アライメント方式を説明する概
略図である。レチクルＲ上には、ダイ・バイ・ダイマー
クとして透明窓内の２カ所に回折格子Ｇｒ１、Ｇｒ２が
格子ピッチ方向に離れて設けられ、露光光と異なる波長
の２本のレーザビームＬｆ１、Ｌｆ２の夫々が、格子Ｇ
ｒ１、Ｇｒ２を斜めに照射する。ビームＬｆ１、Ｌｆ２
の主光線はレチクルＲの上方空間で交差しており、その
交点とレチクルＲとの光軸方向の間隔は、ビームＬｆ
１、Ｌｆ２の波長における投影レンズの軸上色収差量に
対応している。レチクルＲ上の格子Ｇｒ１、Ｇｒ２の横
の透明部を透過したビームＬｆ１、Ｌｆ２は投影レンズ
を介してウェハＷ上で交差する。その交差領域には、ウ
ェハＷ上の回折格子Ｇｗと平行に一次元の干渉縞が作ら
れる。ウェハＷの格子Ｇｗからは±１次回折光が干渉し
た干渉光ＢＴＬが垂直に発生し、この干渉光ＢＴＬは投
影レンズを逆進して、レチクルＲの透明窓内の中央を通
って光電変換される。ここで、２本のビームＬｆ１、Ｌ
ｆ２にわずかな周波数差Δｆを与えると、ウェハＷの格
子Ｇｗ上に形成される干渉縞はその周波数差Δｆに応じ
た速度で流れ、干渉光ＢＴＬの光電検出信号（計測信
号）は周波数Δｆで正弦波状に変化する交流信号とな
る。

【００７９】一方、レチクルＲの格子Ｇｒ１、Ｇｒ２か
らは送光ビームＬｆ１、Ｌｆ２と逆向きに±１次回折光
ＤＬ１、ＤＬ２を発生させるようにし、これら±１次回
折光ＤＬ１、ＤＬ２を干渉させた干渉光を光電検出し
て、参照信号を作る。この参照信号も周波数Δｆで正弦
波状に変化する交流信号となり、参照信号と計測信号と
の位相差Δφ（±１８０°以内）が、レチクルＲの格子
Ｇｒ１、Ｇｒ２とウェハＷの格子Ｇｗとのピッチ方向の
ずれ量になる。このように２本のビームＬｆ１、Ｌｆ２
に周波数差Δｆを与える方式は特にヘテロダイン干渉ア
ライメント方式と呼ばれ、格子Ｇｗのピッチを４μｍ程
度（２μｍ幅のライン・アンド・スペース）にすると、
最大位相差±１８０°が±１μｍに対応することから、
位相差計測分解能として±２°が得られるものとして、
約±０．０１μｍの位置ずれ検出能力が得られる。

【００８０】さて、このような高精度、高分解能のＴＴ
Ｒアライメントセンサーを用いた場合、ウェハＷ上の格
子マークＧｗの各格子要素に非対称性が生じていると、
当然のことながらマーク位置検出結果に誤差（オフセッ
ト）が含まれてしまう。そこで、次に、この種のＴＴＲ
アライメント系で問題となるマークの非対称性を、広帯
域照明光を用いたウェハアライメントセンサーによって
推定してオフセット補正する方法を説明する。

【００８１】図１９（Ａ）はウェハＷ上の格子マークＧ
ｗの断面形状を示し、各格子要素の右側のエッジがだれ
ている。このため、図１８に示したＴＴＲアライメント
方式を使い、干渉縞ＩＦを流してヘテロダイン検出で格
子マークＧｗを検出し、レチクルＲの格子Ｇｒ１，Ｇｒ
２とのアライメントを行っても、個々の格子要素の非対
称性の量を平均化したようなオフセットが残留する。

【００８２】そこで、先の実施例と同様にして、ＣＣＤ
２２で格子マークＧｗを撮像する。このとき、ＣＣＤの
水平走査方向を格子マークＧｗのピッチ方向と平行にす
る。これによって、ＣＣＤ２２からのビデオ信号波形は
図１９（Ｂ）に示すように、各格子要素の両側のエッジ
部で非対称なボトム波形となる。そして、図１３で説明
したように、各ボトム波形からダウンスロープ位置ＳＷ
Ｄ（ｎ）とアップスロープ位置ＳＷＵ（ｎ）とを求め、
さらに各格子要素毎に非対称性量ΔＵ（ｎ）を算出して
平均化すると、格子マークＧｗ全体としての非対称性量
がわかる。従って、ダイ・バイ・ダイアライメント時に
は、この算出量に基づいて、ＴＴＲアライメント系での
マーク位置検出結果にオフセットをのせてアライメント
を行うと、単一波長の照明ビームを用いたＴＴＲアライ
メント系であっても、マーク非対称性による誤差を低減
させることができる。

【００８３】次に、信号処理のアルゴリズム上、アライ
メントマークのエッジ部から明確なボトム波形がでない
場合について、図２０を参照にして説明する。図２０
（Ａ）はウェハ上のマルチマークＭＤ（凸部）の反射率
が周囲の反射率と比べて極端に異なる場合を示し、この
ときの信号波形はマークと下地とのコントラスト差に応
じた波形形状になる。

【００８４】図２０（Ｂ）はマルチマークＭＤのライン
・アンド・スペースのデューティを５０％以外の値にし
た場合で、隣接する凸状のバーマークのライン幅が狭い
と、左右のエッジでのボトム波形が分離せずに単一のボ
トム波形になってしまう。また、図２０（Ｃ）はマルチ
マークＭＤの各バーマークを正方形のドットで構成して
格子にした場合を示し、この場合もエッジ部では明確な
ボトム波形が得られず、短形波状になる。

【００８５】これら図２０の場合は何れも内スロープ検
出法が利用できず、外スロープ検出法のみを利用するこ
とになる。先の実施例で説明した通り、アルゴリズム上
の動作として、ウェハマーク本数Ｋｍが予め設定されて
いて、信号波形上で一定のコントラストを持ったボトム
波形が２Ｋｍ個だけ得られるものとしているから、マー
クエッジ部で明確なボトム波形が発生しない場合は、ア
ルゴリズム（演算）上でエラーを起こし易くなる。

【００８６】そこで、図８に示したフローチャート上
に、コントラスト判定ルーチンを付加して、図２０のよ
うな信号波形になったときには自動的に図８中のステッ
プ１２０を選択するようにする。図２１は、そのコント
ラスト判定ルーチンの一例を示すフローチャートであっ
て、図８中のステップ１１６の代わりに実行される。

【００８７】以下、図２１の各ステップを説明する。〔ステップ２００〕ここではプロセッサーの内部カウン
タ（ソフトウェアカウンタ）ＦＮに零をセットする。こ
のカウンタＦＮは図２０のような波形と図１０のような
正常な波形とを区別するためのものである。

【００８８】〔ステップ２０２〕ここでは、例えば図２
２のような波形が得られたものとして説明する。先ず、
図２２の波形で、ダウンスロープ位置ＳＷＤ（ｎ）、又
はＷＤ（ｎ）が求まっているので、そこから左右に一定
距離の位置でのコントラスト値（レベル）ＣＶｌとＣＶ
ｒを求める。この一定距離はエッジでの正常なボトム波
形の幅と同程度、若しくはそれよりも少し長めにしてお
く。

【００８９】〔ステップ２０４〕次にプロセッサーはコ
ントラスト値ＣＶｌとＣＶｒとの差を計算し、その差値
が一定の値ＧＣ以上であるか否かを判断する。図２２中
の最初のボトム波形はマークエッジ部のみに対応した正
常なものであるため、コントラスト値ＣＶｌとＣＶｒの
差値はそれ程大きくならず、ステップ２０６に進む。

【００９０】〔ステップ２０６〕ここではカウンタＦＮ
の内容をインクリメント（＋１）する。〔ステップ２０８〕プロセッサーは全てのダウンスロー
プ位置ＳＷＤ（ｎ）についてチェックしたかどうかを判
断し、チェックが終わっていなければ、次のダウンスロ
ープに対して同様の処理をすべくステップ２０２へ飛
ぶ。

【００９１】〔ステップ２１０〕ここでプロセッサーは
カウンタＦＮの内容が零のままだったか否かを判断す
る。カウンタＦＮは、図２２中のダウンスロープ位置Ｓ
ＷＤ（２）のような状態、即ち位置ＳＷＤ（２）の前後
のコントラスト値ＣＶｌ、ＣＶｒの差が値ＧＣよりも大
きくなるときには、インクリメントされない。このため
カウンタＦＮが零であることは、信号波形が図２０の場
合を意味し、プロセッサーは自動的（強制的）に外スロ
ープ検出のためのステップ１２０を実行する。

【００９２】〔ステップ２１２〕また、カウンタＦＮが
零でないときは、そのカウント値とウェハマーク本数Ｋ
ｍとを比較し、一致していないときは、その信号波形が
図２２の場合であると判断して内スロープ検出のための
ステップ１１８を実行する。さらに、カウンタＦＮの値
がマーク本数Ｋｍと等しいときには、全てのマークエッ
ジ部に対応して正常にボトム波形が発生したものと判断
し、予めユーザ（オペレータ）から指定された処理モー
ド（３つのスロープ検出方法のうち何れか１つ）を実行
する。

【００９３】以上により、図２０のような信号波形が得
られる場合にも、アルゴリズム上でエラーなく処理する
ことができる。しかしながら図２０のマークのときは、
外スロープ検出法でのみ処理されるので、先の図１４、
図１５で説明したように、バーニア形状に基づいて非対
称性を考慮すると内スロープ検出法が最適であることが
分かったとしても、それに対応することができないこと
になる。例えば、図２０（Ｃ）又は（Ｂ）に示したよう
に、１本の凸状バーマークの幅が狭いマルチマークの場
合、バーニア形状による非対称性の影響の違いは顕著に
現れる。

【００９４】従ってこのような場合には、凸状バーマー
クを凹状バーマークに変えることによって、バーニア形
状に基づいて決定される最適なスロープ検出法を利用す
ることができる。尚、先の図２０（Ｂ）に示すようなラ
イン・アンド・スペースのマルチマークの場合、１本の
バーマークに対して１つのボトム波形しか生じないの
で、ライン・アンド・スペースのデューティ比を変えて
いって、１本のバーマークの両側のエッジで分離したボ
トム波形が得られるようにしてもよい。この手法は、図
１９で示した干渉アライメント方式用のウェハ格子マー
クＧｗに対して実施すると効果的である。干渉アライメ
ント方式では、格子マークＧｗのピッチを小さくすると
それだけ高分解能になる。ところが、ＣＣＤ２２を用い
たウェハアライメントセンサーでは格子マークＧｗのピ
ッチが小さくなると、ビデオ信号の波形が図２０（Ａ）
のようになって、さらにコントラストが悪くなってく
る。そこで、格子マークＧｗのピッチは変えずにデュー
ティ比を変えることで、ビデオ信号の波形を極力図１９
（Ｂ）、又は図２０（Ｂ）のようにすることができる。
本実施例の装置では、ウェハマークの観察用の照明光が
広帯域であることから、レジスト層による干渉現象が皆
無となる。従って、解像力（倍率）を上げるために、Ｃ
ＣＤ２２までの光学系（対物レンズ１２）の開口数
（Ｎ．Ａ.)を大きくすることも可能であるが、そうする
と実用的な焦点深度が得られなくなる。そこで、対物レ
ンズ１２を投影レンズＰＬの開口数の半分程度、例えば
Ｎ．Ａ．＝０．２〜０．３程度にする。さらにウェハ面
から共役指標板１８までの光学系（１２，１６）と指標
板１８からＣＣＤ２２までの光学系（２０）とによって
決まるトータルの結像倍率を３０〜５０倍程度にする。
このようにすると、実用的なマルチマークのライン・ア
ンド・スペースを４μｍ（ピッチ８μｍ）にした時、マ
ークエッジ部に対応したビデオ信号波形上のボトム波形
に山割れが生じない。山割れとは、図２３（Ａ）に示す
ような凸状バーマークの断面を考えたとき、ボトムエッ
ジ（外エッジ）ＢＥ１，ＢＥ２とトップエッジ（内エッ
ジ）ＴＥ１，ＴＥ２の夫々が図２３（Ｂ）のようにボト
ム波形ＢＷＢ１，ＢＷＢ２，ＢＷＴ１，ＢＷＴ２となっ
て分離してしまう現象である。これは、ボトムエッジＢ
Ｅ１（ＢＥ２）とトップエッジＴＥ１（ＴＥ２）との間
のエッジテーパ部に、照明光ＩＬが垂直方向から照射さ
れたとしても、対物レンズ１２の開口数が大きくて倍率
が高いと、そのテーパ部からの散乱光ＤＦＬがＣＣＤ２
２まで戻ってくるからである。

【００９５】従って、図２３（Ｂ）のビデオ信号をテレ
ビモニターに供給して画面上で観察すると、バーマーク
のエッジ部が２本の細い黒線になって見える。このよう
に山割れを起こした信号波形を処理すると、分離したボ
トム波形ＢＷＢ１とＢＷＴ１とを２つのエッジと誤認識
することもある。本実施例の装置では、このような山割
れが生じないように、プロセス上のウェハマークの形状
変化を経験的に考慮して、対物レンズ１２の開口数を
０．２〜０．３、ＣＣＤ２２までの倍率を３０〜５０と
比較的小さく定めている。さらに、ＣＣＤ２２のセルサ
イズ（セルピッチ）はウェハ面換算で０．２μｍ〜０．
３μｍ程度である。

【００９６】次に、本発明の第２の実施例による装置構
成を図２４、図２５を参照して説明する。本実施例で
は、共役指標板１８、ＣＣＤ２２の構成、及びウェハマ
ークのアライメントの仕方が先の実施例と異なる。図２
４は、ウェハＷ上のＸ方向マークとＹ方向マークとを共
通の光学系を介して検出する場合の系を示し、図１と異
なる点は、指標板１８上にＸ方向用とＹ方向用の２組の
指標マーク群が形成され、結像レンズ系２０の後にビー
ムスプリッタ２１を設けて結像光束を２つに分岐し、そ
の分割された結像光束の夫々を受光する２つのＣＣＤ２
２Ｘ，２２Ｙを設けることである。ただし、２つのＣＣ
Ｄ２２Ｘ，２２Ｙは矢印で示したように水平走査方向が
互いに９０°になるように設定されている。

【００９７】さらに共役指標板１８は、図２５に示すよ
うにＸ方向用には、指標マーク群ＴＬＡ，ＴＲＡ，ＴＬ
Ｂ，ＴＲＢを含む領域ＶＰＢｘと、その上方の透明領域
ＶＰＡｘと、目視用マークＶＣＭｘとを有し、Ｙ方向用
には同様に指標マーク群ＴＬＡ，ＴＲＡ，ＴＬＢ，ＴＲ
Ｂと目視用マークＶＣＭｙとを有する。ＣＣＤ２２Ｘ
は、領域ＶＰＡｘとＶＰＢｘ、及びマークＶＣＭｘをカ
バーするとともに、Ｙ方向用の指標マークＴＲＡ，ＴＬ
Ａが写り込まないような撮像範囲を有する。ＣＣＤ２２
Ｙについても同様である。本実施例では、共役指標板１
８、結像レンズ系２０までの系がＸ，Ｙ用に共用されて
いるために、ウェハ面を観察するミラー１０、対物レン
ズ１２も１カ所に配置するだけでよい。

【００９８】尚、Ｘ方向用とＹ方向用のアライメント光
学系を対物レンズから別個に配置する場合は、当然のこ
とながら共役指標板１８もＸ方向用とＹ方向用とで別体
になる。さて、図２５に示した共役指標マーク群のうち
内側の指標マークＴＬＡとＴＲＡは、一例として４μｍ
幅のバーマークを４μｍのスペースで７本配置したマル
チマークを挟み込めるように作られている。このため、
マルチマークでないシングルマークを検出する場合等
は、各指標マークＴＲＡ，ＴＬＡの下にくるウェハ面は
マークやパターンの禁止領域にならざるを得ない。すな
わち、ウェハマークの形成領域をストリートライン上で
広く定めておかねばならず、デバイス製造上に制約を与
えることになる。

【００９９】そこで本実施例では、Ｘ方向用のシングル
マークの検出時には、図２５の右側の指標マークＴＲＡ
とＴＲＢの間にシングルマークを挟み込むようにして、
指標マークＴＲＡとＴＲＢを含むビデオ信号波形部分の
みを処理する。また、幅の広いマークに対しては指標マ
ークＴＬＢとＴＲＢを用いてもよい。具体的には図２６
に示すように、シングルマークＷＤに対しては指標マー
クＴＲＡ，ＴＲＢで挟み込み、ｎ本の走査線のビデオ信
号を加算平均した波形から、予めパラメータとして与え
られている指標マーク処理範囲Ｒ−Ｌ，Ｒ−Ｒの波形部
分と、その間のウェハマーク処理範囲Ｗ−Ａの波形部分
とを選び、先の第１の実施例と同様に信号波形すればよ
い。また、全体として幅が広くなるマルチマークについ
ては、図２７に示すように外側の指標マークＴＬＢ，Ｔ
ＲＢを用いるように指標マーク処理範囲Ｒ−Ｌ，Ｒ−Ｒ
を設定し、内側の指標マークＴＬＡ，ＴＲＡに重なって
いるウェハマークの波形部分は除外されるようにウェハ
マーク処理範囲Ｗ−Ａを設定する。これら処理範囲の設
定は使用するマーク形状寸法等を事前に登録することに
よって自動的に行われる。

【０１００】また、登録したマーク形状によっては、使
用すべき指標マークと重なることもあるので、ウェハグ
ローバルアライメント後に特定されたウェハマーク位置
を故意にＸ，Ｙ方向（計測方向）にシフトさせて、指標
マークと重ならないようにすることもできる。次に第３
の実施例について説明するが、ここでは図１に示したオ
フ・アクシス方式のウェハアライメントセンサーを、ウ
ェハのグローバルアライメントに利用する場合について
説明する。

【０１０１】一般に、この種のステッパーでは、ウェハ
のオリエンテーションフラットを検出して機械的にウェ
ハを位置決めして（プリアライメント）してステージＳ
Ｔ上に載置するが、その状態では２０μｍ〜１００μｍ
程度のプリアライメント誤差が存在する。グローバルア
ライメントは、そのプリアライメント誤差を見込んでウ
ェハ上のグローバルアライメント用のマークをサーチ
し、ウェハ上の実際のショット配列と設計上のショット
配列とを±１μｍ程度の誤差範囲内に対応付ける作業で
ある。従って、ＣＣＤカメラを用いてグローバルアライ
メントする場合、設計値でステージＳＴを位置決めして
も、プリアライメント誤差が大きいとＣＣＤカメラの撮
像範囲内にグローバルマークが存在しないことも起こり
得る。

【０１０２】そこで、ＣＣＤカメラでウェハ面を撮像し
て、ウェハＷをグローバルアライメントする場合には、
ウェハ面をＣＣＤで観察してはウェハを一定量ずらして
いくグローバル・サーチが必要となる。そのために、図
２５に示した指標板１８の透明領域ＶＰＡｘ（又はＶＰ
Ａｙ）を用いる。この領域ＶＰＡｘはＣＣＤ２２Ｘの撮
像面上の予め定められた位置に存在するから、領域ＶＰ
Ａｘを走査する走査線の位置や本数も予めわかってい
る。またウェハ上のグローバルマークＷＧＭが図２８の
ようにストリートラインＳＡＬ内に形成されているもの
とする。

【０１０３】このグローバルマークＷＧＭはストリート
ラインＳＡＬの伸びるＹ方向に沿って平行に並べられた
３本の格子状マークから成り、ストリートラインＳＡＬ
の左側のチップ領域ＣＰＡから１本目の格子状マークま
での距離はａ、右側のチップ領域ＣＰＡから３本目の格
子状マークまでの距離はｄである。さらに３本の格子状
マークの間隔はそれぞれｂ，ｃである。

【０１０４】ここで、設計値に従ってウェハステージＳ
Ｔを最初に位置決めしたとき、指標板１８の透明領域Ｖ
ＰＡｘが図２８のように主に左側のチップ領域ＣＰＡに
かかり、グローバルマークＷＧＭの１本目と２本目まで
を取り込んでいるものとする。このとき、領域ＶＰＡｘ
内の走査線の複数本に対応したビデオ信号を加算平均す
ると、図２９（Ａ）のような波形データがメモリ上に記
憶される。

【０１０５】次に、この最初に取り込んだ波形データを
解析して、グローバルマークＷＧＡかどうかを認識す
る。認識のアルゴリズムとしては、例えば特開昭６０−
１１４９１４号公報に開示された手法が応用できる。す
なわち、図２８中に示したマークＷＧＭの設計上の配置
関係（間隔ａ，ｂ，ｃ，ｄ）に最も近い状態の波形位置
を捜し出す。

【０１０６】通常は、図２９（Ａ）の最初に取り込んだ
波形データ中にマークＷＧＭの３本が同時に入ってくる
が、プリアライメント誤差が極端に大きくなってくる
と、図２８のように領域ＶＰＡｘがマークＷＧＭの３本
目までをカバーしなくなる。そこで、プロセッサーは、
ウェハステージＳＴをＸ方向に一定量だけシフトさせた
後、ＣＣＤカメラからのビデオ信号波形をメモリ上に取
り込む。このとき、領域ＶＰＡｘは図２８中の右側に最
初の部分と一部重複するようにシフトする。右側にシフ
トした領域ＶＰＡｘから得られるビデオ信号の加算平均
した波形は図２９（Ｂ）のようになる。この図２９で領
域ＶＰＡｘのＸ方向の重複範囲はＤＢＡであり、この長
さはステージＳＴの干渉計ＩＦＸによって正確に設定さ
れ得るが、範囲ＤＢＡはマークＷＧＡのＸ方向の幅（約
ｂ＋ｃ）よりも少し大きくなるように定めるとよい。

【０１０７】次に、プロセッサーは、１回目に取り込ん
だビデオ信号波形の重複範囲ＤＢＡのコントラスト値Ｃ
Ｖａと、２回目に取り込んだビデオ信号波形の重複範囲
ＤＢＡのコントラスト値ＣＶｂとを比較する。一般にＣ
ＣＤカメラでは、画面内の平均輝度が変化するとＡＧＣ
（オードゲインコントロール）が働き、そのため重複範
囲ＤＢＡでは２つの波形部分のコントラスト値ＣＶａ，
ＣＶｂが変化することもある。

【０１０８】そこで、２つのコントラスト値ＣＶａとＣ
Ｖｂが大きく異なるときは、それらがほぼ等しくなるよ
うに、１回目と２回目のビデオ信号波形のうちいずれか
一方のゲインを演算により補償した後、２つのビデオ信
号波形を重複範囲ＤＢＡでは平均化して継ぎ合わせる。
この動作はメモリ上のデータをプロセッサーが演算する
ことで行われる。

【０１０９】このように領域ＶＰＡｘを相対的にＸ方向
にシフトさせてビデオ信号波形の継ぎ合わせを行ってい
けば、ＣＣＤカメラの１画面よりもはるかに広い領域か
らの連続したビデオ信号波形データがメモリ上に記憶さ
れる。このため、ストリートラインＳＡＬ内のグローバ
ルマークＷＧＭをデザインルール（間隔ａ，ｂ，ｃ，
ｄ）に基づいて捜し出すことができる。

【０１１０】以上、グローバルマークＷＧＭのサーチ
は、３本のマークが認識されればそれで終了し、引き続
いてグローバルファインアライメントに移行する。この
グローバルフエインにはいくつかの変形例があり、大別
すると本実施例で用いたＣＣＤカメラによるウェハアラ
イメントセンサーをそのまま利用する方式と、ファイン
アライメント用に別設されたアライメントセンサーを利
用する方式とがある。

【０１１１】ＣＣＤカメラによるウェハアライメントセ
ンサーを利用する場合は、ウェハステージＳＴを移動さ
せて、指標板１８中の領域ＶＰＢｘ（図２５）内にグロ
ーバルマークＷＧＭを配置してビデオ信号波形を取り込
む。そして、指標マークＴＬＡとＴＲＡとの挟み込み、
或いはマークＷＧＭの２本目（シングルマーク）を指標
マークＴＲＡとＴＲＢに挟み込むことによって精密にア
ライメントを行う。

【０１１２】また、別設したファイングローバルセンサ
ーを使う場合は、マークＷＧＭの２本目のみをただちに
検出し、そのセンサーの検出中心と２本目のマーク中心
とが一致するステージＳＴの座標値を計測すればよい。
次に第４の実施例について説明する。ここでは図１に示
したオフ・アクシス方式のウェハアライメントセンサー
をＥ．Ｇ．Ａ（エンハンスト・グローバル・アライメン
ト）に利用する場合について説明する。

【０１１３】Ｅ．Ｇ．Ａについては、詳しくは特開昭６
１−４４４２９号公報、又は特開昭６２−８４５１６号
公報に開示されているので、ここでは詳細な演算方法に
ついての説明は省略する。図３０はウェハ上のショット
配列のうち、Ｅ．Ｇ．Ａ方式ではサンプルアライメント
されるショットＳ１〜Ｓ８のみを示したものである。従
来、Ｅ．Ｇ．Ａ方式は前提としてウェハのＸ，Ｙ，θ方
向のグローバルアライメントが完了した後にショットＳ
１〜Ｓ８のサンプルアライメントが完了した後にショッ
トＳ１〜Ｓ８のサンプルアライメントを実行していた。

【０１１４】本実施例では、θ方向のグローバルアライ
メント機能をＥ．Ｇ．Ａのシーケンス中に取り込むよう
にして、スループットの向上を計るようにした。通常の
Ｅ．Ｇ．Ａでは、ショットＳ１〜Ｓ８の順に次々に、各
ショットのＸ方向マークとＹ方向マークとを検出して、
各ショットの中心座標値を計測しているが、本実施例で
は、最初の２ショットについては、ウェハ上でほぼ点対
称の関係にあるもの同志をサンプルアライメントする。
具体的には、図３０中でＸ方向に並んだショットＳ３と
Ｓ７の２つ、あるいはＹ方向に並んだショットＳ１とＳ
５の２つである。

【０１１５】そして、２つのショットについてサンプル
アライメントが完了した時点で、ウェハ（ショット配
列）全体のＸＹ座標系に対する回転量Δθを算出する。
そしてこの回転量ΔθがＥ．Ｇ．Ａ方式での総合アライ
メント精度を低下させる程に大きいときは、ウェハステ
ージＳＴ上のウェハホルダーをΔθだけ逆方向に微小回
転させる。その後、再び２つのショットをサンプルアラ
イメントして、回転量Δθが十分小さくなったことを確
認したら、残りのショットをサンプルアライメントして
Ｅ．Ｇ．Ａの演算に入る。

【０１１６】以上のサンプルアライメントには、図１等
に示したウェハアライメントセンサーが使われ、広帯域
照明光のもとでマルチマークを撮像するため、レジスト
層による干渉現象がなく、安定したマーク位置計測が可
能となる。マーク位置計測にあたっては、指標マークＴ
Ｌ，ＴＲの中心Ｃｔとウェハマークの中心Ｃｌとのずれ
量Δｘ，Δｙを求めるとともに、そのときのステージＳ
Ｔの停止座標値を干渉計ＩＦＸ，ＩＦＹから読み取って
記憶すればよい。

【０１１７】以上、本発明の各実施例では、ウェハ上の
レジスト層の影響を考えて、広帯域照明光を用いたマー
ク像検出のアライメントセンサーを利用することに主眼
をおいて説明してきた。ところが近年、ウェハのマーク
部分のレジスト層のみを予め剥離しておく手法が提案さ
れている。この場合は、マーク照明光が広帯域である必
要性はなく、レーザ光のような単一波長の照明光を用い
たアライメントセンサーでもよいことになる。本発明
は、そのような単一波長の照明光を使ったアライメント
センサーから得られたビデオ信号や光電信号の波形を解
析する場合にも全く同様に適用できる。その際、マーク
部分のレジスト層が除去されているなら、信号波形は各
実施例で示したように、マークエッジでボトム（又はピ
ーク）となるようなシンプルな波形となり、マークの非
対称性の影響についても同様に対応することができる。

【０１１８】

【発明の効果】本発明によれば、マーク信号波形中のボ
トム部分のアップスロープ位置とダウンスロープ位置と
を使い分けるようにしたため、マーク中心位置の計測精
度を実際のデバイス製造時の重ね合わせ精度に近似させ
ることができる。さらに、マーク波形中のボトム波形の
非対称性をチェックすることができるので、ウェハプロ
セスによってマークの変形を受け易い層（アルミ層等）
の重ね合わせ精度をより向上させることができる。

【０１１９】また、本発明は近年開発が進められている
ＳＯＲＸ線露光装置用のアライメント方式としても同様
に利用できるが、Ｘ線露光ではマスクとウェハとが所定
のギャップで近接するため、マスクのマークとウェハの
マークとを同時に検出できるように２焦点化素子を加え
た対物レンズ系等を用意するとよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による方法を実施するのに好
適なステッパーの構成を示す斜視図。

【図２】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の原理を説
明するためのマーク断面と信号波形を示す図。

【図３】ＣＣＤカメラの信号処理系の構成を示すブロ
ック図。

【図４】ウェハ上のショット配列とマーク配置を示す
平面図。

【図５】指標板上のマーク配置を示す平面図。

【図６】（Ａ）、（Ｂ）はウェハマークの形状と断面
構造とを示す図。

【図７】（Ａ）、（Ｂ）は指標マークとウェハマーク
とのアライメント時の配置とＣＣＤカメラからのビデオ
信号の波形とを示す図。

【図８】本発明の実施例による方法に従ったアライメ
ント処理の手順を示すフローチャート図。

【図９】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は図８の処
理の過程で演算される信号波形データの様子を示す波形
図。

【図１０】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は図８の
処理の過程で演算される信号波形データの様子を示す波
形図。

【図１１】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は図８の
処理の過程で演算される信号波形データの様子を示す波
形図。

【図１２】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は図８の
処理の過程で演算される信号波形データの様子を示す波
形図。

【図１３】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は非対称なマーク
の構造とその信号波形とを示す図。

【図１４】バーニア形状の違いを説明する図。

【図１５】バーニア形状の違いを説明する図。

【図１６】バーニアの読み方を説明する図。

【図１７】周辺のショットで非対称になるマークの様
子を示すウェハ平面図。

【図１８】ＴＴＲアライメントセンサーの一例を説明
する図。

【図１９】（Ａ）、（Ｂ）は干渉アライメント方式に
使用される格子マークの断面構造とその信号波形とを示
す図。

【図２０】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれウェハ
マーク形状の変形を示す図。

【図２１】ウェハマーク本数とエッジボトム波形の数
とを自動的に照合して最適なモードを選択する手順を示
すフローチャート図。

【図２２】図２１の工程における信号波形処理の一例
を示す波形図。

【図２３】（Ａ）、（Ｂ）はエッジボトム波の山割れ
現象を説明するマーク構造と信号波形とを示す図。

【図２４】図１に示したウェハアライメントセンサー
の他の実施例による構成を示す斜視図。

【図２５】図２４の系に好適な共役指標板上のマーク
配置を示す平面図。

【図２６】図２５中の指標マークの使い方と信号処理
の方法とを示す図。

【図２７】図２５中の指標マークの使い方と信号処理
の方法とを示す図。

【図２８】ウェハ上のグローバルアライメントマーク
配置とサーチアライメント時の撮像範囲との関係を示す
平面図。

【図２９】（Ａ）、（Ｂ）は図２８に示したウェハを
撮像したときのビデオ信号波形の一例を示す図。

【図３０】Ｅ．Ｇ．Ａ方式でサンプルアライメントさ
れるショット配置例を示す平面図。

【符号の説明】

Ｒ・・・レチクル、Ｗ・・・ウェハ、ＰＬ・・・投影レ
ンズ、ＭＫ，ＭＤ１，ＭＤ２，ＭＤ３，ＭＤ４，ＭＤ
ｎ，ＷＭ，ＧＷ，ＷＧＭ・・・ウェハマーク、ＴＬ，Ｔ
Ｒ・・・指標マーク、ＳＴ・・・ウェハステージ、１２
・・・対物レンズ、１８・・・共役指標板、２２・・・
ＣＣＤ、２４・・・広帯域照明光用のファイバー、４２
・・・アナログ−デジタル変換器、４３・・・メモリ
（ＲＡＭ）

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上のマークの像を所定面上に形成する
アライメント光学系と、前記マークの像を受光する撮像
素子とを備えた位置検出装置において、前記アライメント光学系内に配置され、ファインアライ
メント用の第１領域とサーチアライメント用の第２領域
とを有するとともに、前記第１領域内に指標マークが形
成された指標板と、前記アライメント光学系の結像視野内で前記第１及び第
２領域にそれぞれ対応する第１及び第２位置の一方に前
記マークを位置付けるように前記基板を移動させるステ
ージと、前記ファインアライメント時に前記第１領域を前記撮像
素子で検出して得られる画像信号を処理する第１モード
と、前記サーチアライメント時に前記第２領域を前記撮
像素子で検出して得られる画像信号を処理する第２モー
ドとを有するプロセッサとを備えたことを特徴とする位
置検出装置。
【請求項２】前記撮像素子はその受光面上に水平走査方
向を有し、前記指標板の前記第１及び第２領域は前記水
平走査方向と直交した方向に配列されることを特徴とす
る請求項１記載の位置検出装置。
【請求項３】前記アライメント光学系は、中間結像面を
形成する対物光学系と、前記中間結像面と前記所定面と
をほぼ共役に配置する再結像光学系とを含み、前記撮像
素子の受光面は前記所定面に配置されることを特徴とす
る請求項１又は２に記載の位置検出装置。
【請求項４】前記指標板は前記中間結像面に配置される
透明板を含み、前記指標マークは前記透明板に形成され
ることを特徴とする請求項３記載の検出装置。
【請求項５】前記撮像素子はその受光面上に水平走査方
向を有し、前記指標マークは、前記水平走査方向に対応
した方向に分離した一対の第１マークと、前記一対の第
１マークの外側にそれぞれ配置される第２マークとを含
むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載
の位置検出装置。
【請求項６】前記水平走査方向に関する前記一対の第１
マークの間隔は、前記水平走査方向に関する前記第１マ
ークとそれに対応する前記第２マークとの間隔よりも大
きいことを特徴とする請求項５記載の位置検出装置。
【請求項７】基板上に形成されたアライメントマークを
アライメント光学系で検出し、その検出結果に応じて前
記基板をアライメントする方法において、前記基板のファインアライメントでは、前記アライメン
ト光学系によってその最終結像面の第１領域内に形成さ
れる前記アライメントマークの像と指標マークの像とを
撮像素子で検出し、前記撮像素子から出力される第１画
像信号に基づいて前記アライメントマークと前記指標マ
ークとの位置偏差を決定し、前記基板のサーチアライメントでは、前記アライメント
光学系によって前記最終結像面の第２領域内に形成され
る前記アライメントマークの像を、前記指標マークの像
に邪魔されることなく前記撮像素子で検出し、前記撮像
素子から出力される第２画像信号に基づいて前記アライ
メントマークの位置を決定することを特徴とするアライ
メント方法。
【請求項８】前記アライメント光学系は、前記アライメ
ントマークの中間像を形成する第１光学系と、前記中間
像を前記最終結像面に再結像する第２光学系とを含み、
前記最終結像面に受光面が配置されるＣＣＤカメラで前
記再結像されたアライメントマークの像を検出すること
を特徴する請求項７記載のアライメント方法。
【請求項９】前記指標マークは、前記アライメントマー
クの中間像が形成される面に配置されるとともに、前記
指標マークの像が前記最終結像面の第１領域の端部に形
成されるように配列されることを特徴とする請求項８記
載のアライメント方法。
【請求項１０】前記ＣＣＤカメラはその受光面上に水平
走査方向を有し、前記最終結像面の第１領域と第２領域
は前記水平走査方向と直交した方向に連続して配置され
ることを特徴とする請求項８又は９に記載のアライメン
ト方法。
【請求項１１】前記サーチアライメント時に前記アライ
メントマークの像が前記最終結像面の第２領域内に位置
付けられるように前記基板を位置決めすることを特徴と
する請求項７〜１０のいずれか一項に記載のアライメン
ト方法。
【請求項１２】前記ファインアライメントは、前記サー
チアライメントによって決定された前記アライメントマ
ークの位置に基づいて、前記サーチアライメントの実施
後に実行されることを特徴とする請求項７〜１１のいず
れか一項に記載のアライメント方法。
【請求項１３】基板上に形成されたアライメントマーク
をアライメント光学系で検出し、その検出結果に応じて
前記基板をアライメントする方法において、前記基板のサーチアライメント時とファインアライメン
ト時とで、前記アライメント光学系によってその結像面
に形成される前記アライメントマークの像の位置を異な
らせるとともに、前記ファインアライメント時に前記ア
ライメントマークの像が形成される前記結像面の所定領
域に指標マークの像を形成することを特徴とするアライ
メント方法。
【請求項１４】前記ファインアライメントでは、前記所
定領域を撮像素子で検出して得られる画像信号を処理す
る第１モードを利用し、前記サーチアライメントでは、
前記所定領域と異なる前記アライメントマークの像を含
む領域を前記撮像素子で検出して得られる画像信号を処
理する第２モードを利用することを特徴とする請求項１
３記載のアライメント方法。
【請求項１５】基板上のマークの像を撮像素子で検出す
るアライメント系を備え、前記基板上にマスクのパター
ンを転写する露光装置において、前記アライメント系は、前記基板のファインアライメン
トに使用される指標マークが形成された第１領域と、前
記基板のサーチアライメントに使用される第２領域とを
有する指標板を有し、前記ファインアライメント時に前記第１領域を通して前
記アライメントマークの像を前記撮像素子で検出して得
られる画像信号を処理し、前記サーチアライメント時に
前記第２領域を通して前記アライメントマークの像を前
記撮像素子で検出して得られる画像信号を処理するコン
トローラを備えたことを特徴とする露光装置。