JP3109107B2

JP3109107B2 - 位置検出装置、露光装置および露光方法

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Publication number: JP3109107B2
Application number: JP03034513A
Authority: JP
Inventors: 健爾西; 伸貴馬込
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1991-02-28
Filing date: 1991-02-28
Publication date: 2000-11-13
Anticipated expiration: 2015-11-13
Also published as: JPH04273246A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、位置検出装置に関し、
特に半導体ウェハや液晶ディスプレイ用プレート等の基
板をアライメントする際、基板上に形成されたアライメ
ントマークを光電検出する位置検出装置に関するもので
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】これらのマーク位置を検出する方式として
は、特開昭６１−１２８１０６号公報、特開昭５７−１
４２６１２号公報等に開示された技術が知られている。
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。
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。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。

【０００４】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ため干渉
縞が生じ、マーク位置検出時に誤検出の原因になってい
た。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。

【０００５】例えば撮像方式の走査装置において照明光
源にハロゲンランプ等を用いて、その照明高の波長帯域
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位置検出装
置が得られることになる。

【０００６】このような装置を備えた投影露光装置の一
例を図１５を参照して説明する。図１５に示すように投
影露光装置は、ホルダー１１に固定されているレチクル
Ｒ上のパターン領域ＰＡを投影レンズ１０を介してウェ
ハＷ（又はガラスプレート）上に投影露光するものであ
る。露光の際には、パターン領域ＰＡの中心とウェハＷ
上のショット領域の中心を重ね合わせ（アライメント）
する必要がある。

【０００７】このためウェハＷはステージ５上に載置さ
れ、ステージ５を２次元的に移動させることによってレ
チクルＲとウェハＷの重ね合わせを行う。このステージ
５の移動はウェハＷ上に設けられたウェハマークＭＸｎ
の基準座標系上での位置を検出し、その位置情報に基づ
いて行われる。ウェハマークＭＸｎは図１６（Ａ）に示
すようにそれぞれ複数本の線状パターンを並べたマルチ
パターンとなっている。これらのマルチパターンはウェ
ハＷ上のショット領域Ｓｎのまわりに設けられたスクラ
イブラインＳＣＬ上に設けられている。

【０００８】このウェハマークＭＸｎを検出するのが位
置検出装置の光学系であり、図１５ではオフアクシス方
式のアライメント系として簡単に示してある。図１５に
おいて、ハロゲンランプ１からの照明光はファイバー２
を透過後、レンズ系３、ハーフミラー４、レンズ７を経
てプリズム９で反射されてウェハＷをほぼ垂直に照射す
る。ウェハＷからの反射光は同じ経路を戻ってプリズム
９、レンズ７を介してハーフミラー４で反射され、レン
ズ８によって指標板１３上に結像される。この指標板１
３には指標マーク３０ａ、３０ｂが形成されている。こ
の指標マーク３０ａ、３０ｂは図１６（Ａ）に示すよう
にＹ方向に伸びた直線状パターンがＸ方向に所定の間隔
で並設された２本のパターンで構成されている。

【０００９】この指標板１３はレンズ７とレンズ系８に
よってウェハＷとほぼ共役に配置される。従って、ウェ
ハＷ上のウェハマークＭＸｎの像は指標板１３上に結像
され、リレー系１４、１５、ミラー１６を介してこのウ
ェハマークＭＸｎの像と指標マーク３０ａ、３０ｂの像
とが、ＣＣＤカメラ等の撮像素子１７に結像する。そし
て撮像素子１７からの画像信号に基づいて、指標板１３
上の指標マーク３０ａ、３０ｂとウェハマークＭＸｎと
の位置関係（位置ずれ）を主制御系１００が検出する。
指標マークを用いるのは撮像素子１７による画像のスキ
ャン開始位置がドリフトする為である。

【００１０】ここでは図示していないが、レンズ系３内
のウェハＷとほぼ共役な位置に照明視野絞りが設けられ
ている。この視野絞りはウェハＷ上での照明領域を規定
する。撮像素子１７で観察されるこの照明領域に相当す
る部分の様子を図１６（Ａ）に示す。ウェハＷ上の照明
領域は、ウェハマークＭＸｎに対応する領域ＳＡ２とウ
ェハマークＭＸｎ近傍での指標板１３上の指標マーク３
０ａ、３０ｂに実質的に対応する領域ＳＡ１、ＳＡ３と
で構成されている。この領域ＳＡ１、ＳＡ３にまで広げ
てこの照明領域を規定しているのは、この領域ＳＡ１、
ＳＡ３のウェハからの戻り光を利用して指標板１３上の
マーク３０ａ、３０ｂを透過照明しているからである。

【００１１】従って、指標マーク３０ａ、３０ｂを照明
する光に他のマークや回路パターンからのノイズ成分が
混入しないように、領域ＳＡ１、ＳＡ３は回路パターン
もマークも形成されていない領域となっており、通常は
鏡面状に加工されている。以下領域ＳＡ１、ＳＡ３のよ
うな回路パターンもマークも形成されていない領域を禁
止帯と呼ぶことにする。

【００１２】このときのウェハアライメントマークＭＸ
ｎ、指標マーク３０ａ、３０ｂに対応する撮像素子１７
からのビデオ信号を図１６（Ｂ）に示す。ここで、縦軸
はビデオ信号の強度を表し、横軸はステージ５の走査位
置を表している。図１６（Ｂ）に示すように、撮像素子
１７からのビデオ信号は、指標マーク３０ａ、３０ｂ位
置やウェハマークＭＸｎのエッジに対応する位置（画素
位置）でボトムとなる信号波形となる。また、Ｙ方向に
もウェハアライメントマーク，指標マークが設けられて
いるものとし、撮像素子１８はＹ方向のマークを検出す
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如き従来の技術においては、指標板１３上の指標マーク
３０ａ、３０ｂの照明光にウェハ表面からの戻り光を用
いている。このため、フレア等によりウェハＷ上の表面
が荒れていると、指標マーク３０ａ、３０ｂからの検出
光にウェハ表面の荒れによるノイズ成分を含むこととな
る。従って図１７に示すように、指標マーク３０ａ、３
０ｂに対応する撮像素子１７からのビデオ信号成分にノ
イズ成分が混入する。このときウェハマークＭＸｎはマ
ルチパターンにより構成されているので、マークＭＸｎ
に対応する信号は平均化処理により検出精度の劣化を抑
えることができる。

【００１４】一方、指標マーク３０ａ、３０ｂに対応す
る禁止帯（ＳＡ１、ＳＡ３）はできるだけ小さくしたい
という制約がある。このため指標マークはあまり多くの
パターンから構成することができず、その結果、平均化
効果が小さくなり指標マーク３０ａ、３０ｂに対応する
信号波形部分はウェハ表面の光学特性の影響をうけて、
ノイズ成分に埋もれてしまうことがある。この結果、指
標マーク３０ａ、３０ｂの検出精度が劣化し、ウェハマ
ークＭＸｎの位置検出精度が劣化するという問題点があ
った。また、ウェハマークＭＸｎ近傍を禁止帯にしなけ
ればならないので、ウェハ上のマーク領域ＳＡ（ウェハ
マークＭＸｎ＋禁止帯）が必然的に大きくなるという不
都合があった。

【００１５】本発明は、このような従来の問題点を鑑み
てなされたもので、ウェハ表面が荒れている場合にも良
好な位置検出精度を達成することと、ウェハ上のマーク
領域を小さくすることを目的とする。

【００１６】

【課題を解決する為の手段】かかる問題点を解決するた
め本発明においては、位置検出すべき基板（Ｗ）上に形
成されたマーク（ＭＸｎ）を対物光学系（９）を介して
撮像素子（１７、１８）で検出し、撮像素子（１７、１
８）からの画像信号に基づいてマーク位置を検出する装
置に、対物光学系（９）に関して基板（Ｗ）とほぼ共役
な位置に配置され、光透過部材の一部に所定形状の遮光
性の指標パターン（２２ａ〜２２ｄ）を設けた指標板
（１３）と；指標板（１３）と撮像素子（１７、１８）
とを光学的に共役な関係で結ぶ結像系（１５）と；指標
板（１３）の光透過領域を、指標パターン（２２〜２２
ｄ）を含む第１領域と、他の第２領域とに分けたとき、
第１領域のみの像が結像系（１５）を介して撮像素子
（１７、１８）に結像されるように、指標板（１３）を
選択的に透過照明する第１照明手段（２０、２０ａ、２
０ｂ、２ａ）と；少なくとも指標板（１３）上の第２領
域に対応した基板（Ｗ）上の局所領域を、対物光学系
（９）を介して照明する第２照明手段（１、２、２５）
とを設け、撮像素子（１７、１８）は、基板（Ｗ）上の
局所領域内にマーク（ＭＸｎ）が位置したとき、対物光
学系（９）、指標板（１３）の第２領域、及び結像系
（１５）を介して撮像素子（１７、１８）に形成された
前記マーク（ＭＸｎ）の像と、指標パターン（２２ａ〜
２２ｄ）の像とに対応した画像信号から位置検出するこ
ととした。

【００１７】また、前述の構成とは別に指標パターン
（１３）全体を透過照明することとして、指標パターン
（２２ａ〜２２ｄ）を含む領域のみの像が前記結像系
（１５）を介して前記撮像素子（１７、１８）に結像す
るように前記指標板（１３）を透過した後の光束を制限
する光束制限部材を設けて位置検出することとした。

【００１８】

【作用】本発明によれば、ウェハ表面からの反射光に
影響されることなく、指標マークを含む一定領域を透過
照明するので、ウェハ表面が荒れている場合でも指標マ
ークの検出精度が劣化しない。また指標マークに対応す
るウェハ位置を禁止帯とする必要がなくなるので、マー
ク領域を小さくすることが可能となる。また、ウェハ表
面が荒れている場合はウェハマークの検出精度も劣化す
るので今まで指標マークによる禁止帯の部分もマーク領
域として使えばマルチマークの平均化効果が増大し、精
度の向上につながる。

【００１９】

【実施例】次に、本発明の実施例による位置検出装
置を備えた、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Ｐ
Ａの像は、投影レンズ１０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５上に載置され、ステージ
５の座標位置はレーザ干渉計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ＲＡ１，ＲＡ２に対して位置決め
することで、装置（投影レンズ１０の光軸ＡＸ）に対し
てアライメントされる。

【００２０】さて、本実施例による装置は、ここではウ
ェハＷ上のウェハマークＭＸｎ、ＭＹｎ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１０の下部直近に配置されたプリズム状のミラー
９、対物レンズ７、リレーレンズ１９，２１、パターン
板２０（本発明でいう透過照明手段）、ハーフミラー４
（本発明でいう分割部材）、結像レンズ８、共役指標板
１３、撮像用レンズ１４，１５、ハーフミラー１６、及
びＣＣＤ２次元撮像素子１７，１８によって構成され
る。

【００２１】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等の光源１
からの広帯域波長の光（ただしウェハＷの感光域はカッ
ト）を導く光ファイバー２、コンデンサーレンズ３、照
明視野絞りＧＡ、全反射ミラーＧＢ、レンズ系ＧＣ、及
び先のハーフミラー４とで構成された照明光学系が設け
られる。

【００２２】以上の構成において、パターン板２０、指
標板１３、及びＣＣＤ１７、１８の撮像面の夫々はウェ
ハＷと略共役に配置される。指標板１３上には図２
（Ａ）に示すような指標マーク２２ａ、２２ｂ、２２
ｃ、２２ｄが形成されており、パターン板２０には図２
（Ｂ）に示すように指標マーク２２ａ〜２２ｄに対応す
る位置にクロム面２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄが形
成されている。この指標マーク、クロム面については後
述する。そしてＣＣＤ１７，１８は、ウェハＷ上のウェ
ハマークＭＸｎとＭＹｎの像と指標板１３上の指標マー
ク２２ａ〜２２ｄの像、及びクロム面２３ａ〜２３ｄの
像とを同時に撮像する。

【００２３】また照明光学系の光ファイバー２の射出端
面は２次光源像として、対物レンズ７とレンズ系ＧＣと
の間の瞳面（開口絞り位置）にリレーされ、ウェハＷに
対してケーラー照明を行う。更に視野絞りＧＡは対物レ
ンズ７とレンズ系ＧＣ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ＧＡのアパーチャ像がウェハ
Ｗ上に投影されることになる。尚本実施例では、少なく
とも対物レンズ７、結像レンズ８、撮像用レンズ１４，
１５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。

【００２４】さて、ウェハＷからの戻り光は、同じ光路
を戻ってハーフミラー４で反射された後、結像レンズ８
によって指標板１３上に投影され、指標板１３を透過し
た後に撮像用レンズ１４、１５を経てハーフミラー１６
によってＸ軸アライメント用のＣＣＤ１７とＹ軸アライ
メント用のＣＣＤ１８上に再投影される。従って、ウェ
ハマークＭＸｎ、ＭＹｎのマーク像はＣＣＤ１７，１８
上に投影される。ただし、ＣＣＤ１７と１８とは水平走
査線方向が互いに９０°になるように設定されているも
のとする。

【００２５】前述のマーク検出の為の光学系は深度を深
くする為と、信号波形の処理が楽になる様にＣＣＤ１７
までの光学系の開口数（Ｎ．Ａ.)を小さくしてある。ま
た、ウェハの荒れ部分の影響を小さくするために、つま
り、グレイン等によるウェハ表面荒れ部分からのノイズ
信号成分を小さくし、マークエッジ部分からの信号を良
好に検出するために、照明系のσ値を大きくしている。
σ値は０．８〜１程度が望ましく、マーク段差やマーク
形状、或いはウェハ表面の荒れ具合に応じて可変として
もよい。一例として低段差マークを検出する場合につい
て説明する。この場合、σ値が大きすぎるとマークその
ものも良好に検出できなくなってしまう。このため、例
えばσ値を０．８程度に調整して、ウェハ表面荒れ部分
からのノイズ成分を小さくするとともに低段差マークに
対しても良好にマークを検出できるようにすればよい。
尚、σ値の可変幅は０．８〜１に限定されるものではな
く、マークやウェハ荒れの状態により定められる。

【００２６】また、本実施例の装置では、ステージ５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１３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。主制御系１００は装置全体を統括
的に制御して、ステージ５の制御はステージコントロー
ラ５２を介して行われる。

【００２７】次に図３を参照して、ＣＣＤ１７、１８か
らのビデオ信号の処理回路について説明する。ＣＣＤ１
７、１８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ＣＣＤ１７、１８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。

【００２８】さて、ＣＣＤ１７、１８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Ａ
ＧＣ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、ＣＣＤ１７、１
８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ＣＣＤ１７、１８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ＣＬを出力する。この
クロック信号ＳＣＬは、ＣＣＤ１７、１８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、ＣＣＤ１７、１８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。ＲＡ
Ｍ４３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−ＢＵ
Ｓ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。以上により主制御系１００が構
成される。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５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。

【００２９】図１に示したマーク位置検出手段としての
主制御系１００は、図２に示した部材４０〜５０を含み
符号ＷＳＣはコントローラ５２への制御信号を表し、こ
れは図２のＡ−ＢＵＳ、Ｄ−ＢＵＳに対応している。ま
た、図１中の符号ＲＳＣは、不図示のレチクルステージ
をコントロールするためのバスラインを表している。さ
て、図４はウェハＷ上の１つのショット領域Ｓｎと、ウ
ェハ上のアライメントマークＭＸｎ、ＭＹｎとの関係を
示す図で、１つのショット領域Ｓｎの４辺はスクライブ
ラインＳＣＬで囲まれ、スクライブラインＳＣＬの直交
する２辺の夫々の中心部分にマークＭＸｎ、ＭＹｎが形
成されている。ＳＣはショット領域Ｓｎの中心点で露光
時には投影レンズＰＬの光軸ＡＸが通る。そしてマーク
ＭＸｎ、ＭＹｎの夫々は、中心ＳＣを原点にＸ方向、Ｙ
方向の夫々に伸びた線ＣＸ、ＣＹ上に位置する。

【００３０】マークＭＸｎはＸ方向の位置検出に使わ
れ、このマークＭＸｎはＹ方向に伸びた５本の線状パタ
ーンＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５がＸ方向にほぼ一定
のピッチＰ（デューティ１：１）で配列された格子状の
マルチパターンである。マークＭＹｎについても同様で
Ｘ方向に伸びた線状パターンがＹ方向にほぼ一定のピッ
チＰで配列された格子状のマルチパターンである。

【００３１】さて、図２（Ａ）は共役指標板１３上の指
標マーク（２２ａ、２２ｂ）、（２２ｃ、２２ｄ）の配
置を示し、指標マーク２２ａ〜２２ｄの夫々は透明ガラ
ス位置の上にクロム層で形成された３本の細線からな
る。指標マーク２２ａと２２ｂはＸ方向に並設され、２
２ｃと２２ｄはＹ方向に並設されている。Ｘ方向のアラ
イメントの際は、２つの指標マーク２２ａ、２２ｂの間
にマークＭＸｎを挟み込んだ後、位置検出が行われ、同
様にＹ方向のアライメントの際は、２つの指標マーク２
２ｃ、２２ｄの間にマークＭＹｎを挟み込んだ後に位置
検出が行われる。

【００３２】次に指標板１３の照明について説明する。
前述のウェハＷを照明するのと同様にして、図２（Ｂ）
に示すようなパターン板２０上にハロゲンランプ等の光
源１からの照明光を照射する。パターン板２０はガラス
等の光透過性部材の平板であって、クロム面２３ａ〜２
３ｄを有している。クロム面２３ａ〜２３ｄはガラス面
上にクロム等を蒸着して作ったものであり、指標板１３
上の指標マーク２２ａ〜２２ｄに対応した位置（共役関
係となる位置）に形成されている。このため、光源１か
らの照明光はクロム面２３ａ〜２３ｄで反射され、ウェ
ハＷからの戻り光と同様にハーフミラー４、結像レンズ
８を介して指標板１３上に到達する。クロム面２３ａ〜
２３ｄは、指標マーク２２ａ〜２２ｄを含む一定領域に
均一な照度分布を形成するとともに、一定領域に対応す
るクロム面２３ａ〜２３ｄ以外のウェハＷからの戻り光
を妨げない構成になっている。従って、指標板１３上の
指標マーク２２ａ〜２２ｄはウェハＷからの戻り光と無
関係にクロム面２３ａ〜２３ｄからの反射光で透過照明
されることになる。

【００３３】指標マーク２２ａ〜２２ｄを透過した反射
光（ここでは指標マーク２２ａ〜２２ｄに対する照明光
になる）はレンズ１４、１５を経てハーフミラー１６に
よってＸ軸アライメント用のＣＣＤ１７とＹ軸アライメ
ント用のＣＣＤ１８上に再投影される。従って、指標マ
ーク２２ａ〜２２ｄのマーク像はＣＣＤ１７，１８上に
投影される。尚、クロム面２３ａ〜２３ｄは照明光を反
射するものであればよく、クロムで形成されているもの
に限らない。

【００３４】こうして得られるビデオ信号波形の一例を
示す。図５（Ａ）は指標マーク２２ａ、２２ｂにウェハ
マークＭＸｎを挟み込んだ様子を示し、ウェハマークＭ
Ｘｎの中心Ｘｍと指標マーク２２ａ、２２ｂの中心Ｘｃ
とがわずかにずれている。図５（Ｂ）はそのときの画像
信号の波形を示す。ここで、縦軸はビデオ信号強度を表
し、横軸はステージの走査位置を表す。このずれ量ΔＸ
を算出するのが主制御系１００である。この際、図５
（Ａ）に示すように検出すべきマークＭＸｎを指標板１
３の指標マーク２２ａ、２２ｂの間に位置決めし、その
ときのウェハステージ５の精密な位置ＸＡの情報を主制
御系１００内のＲＡＭ４３に記憶しておく。

【００３５】さて、ＣＣＤ１７はマークＭＸｎの５本の
線状パターンＰ１〜Ｐ５と指標マーク２２ａ、２２ｂと
の像を走査線ＳＬに沿って電気的に走査する。図５
（Ｂ）に示すように、ＣＣＤ１７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、パター
ンＰ１〜Ｐ５の各エッジ位置でのみボトム（極小値）に
なる。

【００３６】図５（Ｂ）で、指標マーク２２ａ，２２ｂ
はそれぞれ微細な３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つのボトム波形になる。またウ
ェハマークＭＸｎ（マルチパターンＰ１〜Ｐ５）の各エ
ッジ位置で、計１０個のボトム波形が得られる。プロセ
ッサ５０はこのような原信号波形をＲＡＭ４３内に一時
的に取り込む。このときプロセッサ５０は、例えば１本
の走査線だけではＳ／Ｎ比の点で不利なので、前述の如
くビデオサンプリング領域ＶＳＡｘに入る複数の水平走
査線によって得られる画像信号のレベルを水平方向の各
画素毎に加算平均し、平均波形データを作る。プロセッ
サ５０はこの平均波形データにスムージング処理を施
す。このスムージングは平均波形データを数値フィルタ
ーを通すことによって行われる。次にプロセッサ５０は
この平均波形データを適当なスライスレベルで画素単位
に２値化し、２値化波形の走査方向（Ｘ方向）の中心か
ら、指標マーク２２ａ、２２ｂの中心位置Ｘｃ、及びマ
ークＭＸｎ（パターンＰ１〜Ｐ５）のＸ方向の中心位置
Ｘｍを計算する。ここで、スライスレベルは各エッジに
対応する信号部分ごとに求められ、波形処理上の各サン
プリングポイントは、ＣＣＤカメラの水平画素番地に対
応しているとともに、ＲＡＭ４３のアドレスとも一義的
に対応している。

【００３７】この際、指標板１３の指標マーク２２ａ〜
２２ｄはウェハＷからの戻り光とは無関係に照明される
ので、指標マーク２２ａ、２２ｂに対する信号波形は常
に安定して良好なもの（コントラストが一定）となる。
このため高精度に指標マーク位置を検出することが可能
となる。ウェハマークＭＸｎからの信号については、ウ
ェハＷ表面荒れによるノイズ成分の影響を平均化処理に
より低減させている。

【００３８】そしてプロセッサ５０は位置Ｘｃと位置Ｘ
ｍとの差ΔＸ＝Ｘｃ−Ｘｍを算出し、前述のウェハステ
ージが位置決めされたときの位置ＸＡと差ΔＸとを加え
た値をマーク位置情報（アライメント情報）として算出
する。ステージコントローラ５４はこのマーク位置情報
に基づいてモータ５４を制御し、ステージ５を所定位置
に移動させる（アライメントする）。

【００３９】マークＭＹｎについても同様にして、指標
マーク２２ｃ、２２ｄの間にマークＭＹｎを挟み込み、
プロセッサ５０は指標マーク２２ｃ、２２ｄの中心Ｙｃ
とマークＭＹｎの中心Ｙｍとの差ΔＹ、及びマーク位置
情報を算出し、ステージ５の移動を制御する。ここで
上記は指標板１３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、夫々からの結像光束を２つのＣＣ
Ｄ１７、１８で受光するものであったが、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
置し、指標板１３，パターン板２０もＸ方向用とＹ方向
用とで別体としてもよい。

【００４０】また、高コントラストを得ようとしてマー
クのＬ／Ｓ（ライン・アンド・スペース）幅を細くして
いくと、マークが解像の限界を越えてしまいコントラス
トが低下してくる。またＬ／Ｓ幅が大きいと、マークが
大きくなり平均化効果も小さくなる。そこで、図６
（Ａ）に示すようにピッチは変えずにＬ／Ｓのデューテ
ィ比を変えていったパターンをマークＭＸｎ、ＭＹｎと
して用いてもよい。デューティ１：１のパターンでは立
ち上がりと立ち下がりのエッジが暗部として検出される
ので、１つのマークから２つの信号が図５（Ａ）のよう
にででくる。

【００４１】デューティ１：１のままＬ／Ｓを狭くして
マークのライン部とスペース部を解像限界以下にする
と、両エッジ部からの信号波形上のボトムがくっついて
しまう。そこでピッチは変えずにＬ／Ｓのデューティ比
を変えると、図６（Ｂ）のような１本のバーマークに対
して１つのボトム波形の得られる信号となり、コントラ
ストの高いマーク信号が得られる。尚、図６（Ａ）のパ
ターンはデューティを１：３にした場合を示し、図６
（Ｂ）の縦軸はビデオ信号強度を表し、横軸はステージ
の走査位置を表す。

【００４２】また、図６では通常のＸ，Ｙが独立したマ
ークを用いているが、図７（Ａ）に示すような枡目状の
Ｘ，Ｙ共用マークＭＸＤを用い、Ｘ，ＹマークがＣＣＤ
１７の撮像領域ＶＳＡｘとＣＣＤ１８の撮像領域ＶＳＡ
ｙとで同時に計測できるようにしてスループットの向上
を図ることも可能である。このように図６に示すような
デューティの異なるパターンでＸ，Ｙ共用マークＭＸＤ
をつくると、図５に示すようなデューティ１：１の幅の
広いマルチパターンでＸ，Ｙ共用マークを作る場合に比
べてスペース的に有利である。このときの信号波形を図
７（Ｂ）、（Ｃ）に示す。ここで、図７（Ｂ）、（Ｃ）
の縦軸はビデオ信号強度を表し、横軸はステージの走査
位置を表す。

【００４３】次に、前述のごとく図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。Ｅ．Ｇ．Ａ．は最小二乗
近似による統計的演算処理を使ったアライメント手法で
あり、詳しくは特開昭６１−４４４２９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。

【００４４】この場合図７のようなＸ，Ｙ共用マークＭ
ＸＤを利用して、図８のようにチップパターンの左右又
は上下にこのマークを入れて特開昭６２−８４５１６号
公報に開示されているような方法でＥ．Ｇ．Ａ．のため
のマーク検出をＸ，Ｙ方向の夫々に実行すると左右又は
上下のＹ軸アライメント結果のオフセットはウェハ、又
はチップのローテーションであり、左右または上下のＸ
軸アライメントのオフセットはウェハ、又はチップの倍
率誤差となる。これによってチップローテーション、チ
ップ倍率を補正しながら精度の高いアライメントを行う
ことができる構成になっている。さらにチップ周辺２ヵ
所に設けられたウェハアライメントマークを用いてＥ．
Ｇ．Ａ．を行えばアライメント測定精度に対する平均化
効果が従来の２倍となり、アライメント精度の向上が可
能となる。尚、ここでは図８のＮｏ．１〜８までのショ
ット領域を使ってＥ．Ｇ．Ａ．を行うものとする。

【００４５】このＥ．Ｇ．Ａ．のためのマークを検出す
る際、プロセスの影響によるウェハマークの変形等によ
りショット領域によってはマークをうまく検出できない
場合がある。この場合には、他のショット領域のマーク
で代替処理すればよい。その一例とし、スループットを
重視する場合について説明する。Ｎｏ．１〜８までのシ
ョット領域を番号順に計測するものとした場合、例え
ば、Ｎｏ．４のショット領域でマークが良好に検出でき
なかったとする。この場合には、Ｎｏ．４からＮｏ．５
のショット領域へ向かうベクトル上のショット領域のう
ちＮｏ．４のショット領域に隣接したＮｏ．４ａのショ
ット領域のマークを計測するようにすればよい（図中
）。

【００４６】また、Ｎｏ．４のショット領域でもマーク
が良好に検出できなかった場合は、Ｎｏ．４からＮｏ．
５のショット領域へ向かうベクトルと直交する方向のベ
クトル上のショット領域のうちＮｏ．４ａに隣接するシ
ョット領域Ｎｏ．４ｂのマークを計測するようにすれば
よい（図中）。これは次に計測すべきショット領域Ｎ
ｏ．５を挟んで、ショット領域Ｎｏ．４に対して反対側
にあるショット領域を選択しないようにすることを意味
している。

【００４７】このような条件によって代替のショット領
域を選択すれば最もスループットを高く維持したまま、
良好なマーク検出が可能となる。以上はスループットを
重視する場合について述べたが、この代替ショットの選
択は重視する条件に応じて定められる。また、一般にＣ
ＣＤカメラではウェハ表面に対してパターン板２０のク
ロム面２３ａ〜２３ｄが明るすぎる場合は、ウェハマー
クからの検出光に対して指標マークからの検出光の強度
が大きく異なりＣＣＤユニット内のＡＧＣ（オートゲイ
ンコントロール）回路が働く。このため指標マークから
の検出光のコントラストが十分に得られず指標マークを
検出することができなくなってしまう。

【００４８】このような場合は、本実施例にかかるパタ
ーン板２０からの照明光によって照明される指標マーク
２２ａ〜２２ｄの他に指標マークＭを併設するとよい。
この指標マークＭは従来のようにウェハＷからの反射光
によって照明される指標マークであり、この指標マーク
Ｍをクロム面２３ａ〜２３ｄ近傍に相当する一定領域以
外の照明領域内に配置する。そしてウェハＷの反射率と
パターン板２０の反射率の差に応じて、指標マーク２２
ａ〜２２ｄを使うか、併設した指標マークＭを使うかを
選択するようにすればよい。この選択は、例えばＡＧＣ
回路が働き指標マーク２２ａ〜２２ｄが検出できなかっ
た場合は、指標マークＭからの検出光を使うようにプロ
セッサ５０が選択するようにすればよい。

【００４９】さらに、図１に示したオフ・アクシス方式
のアライメントセンサーを、ウェハＷ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。この種のス
テッパーでは一般に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ＳＴ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。

【００５０】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。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、例
えば図７（Ａ）に示すＣＣＤ１７、１８の撮像面上の透
明領域ＶＰＡｘ、ＶＰＡｙを用いる。この領域ＶＰＡ
ｘ、ＶＰＡｙはＣＣＤ１７、１８の撮像面上の予め定め
られた位置に存在するから、領域ＶＰＡｘ、ＶＰＡｙを
走査する走査線の位置や本数も予めわかっている。

【００５１】またウェハ上のグローバルマークがストリ
ートラインＳＣＬ内に形成されているものとする。この
グローバルマークはストリートラインＳＣＬの伸びる方
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
る。ここで設計値に従ってウェハステージ５を最初に位
置決めしたとき、パターン板２０の透明領域ＶＰＡがグ
ローバルマークを取り込んでいるものとする。このと
き、プロセッサ５０は領域ＶＰＡｘ、ＶＰＡｙ内の走査
線の複数本に対応したビデオ信号を加算平均し、波形デ
ータをＲＡＭ４３内に記憶する。

【００５２】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６０−１１４９１
４号公報に開示された手法が応用できる。すなわち、グ
ローバルマークの設計上の配置関係に最も近い状態の波
形位置を捜し出す。このグローバルアライメントを行う
際に、グローバルアライメントのための透明領域を大き
くとりたい場合がある。このような場合は、例えばパタ
ーン板２０のクロム面（２３ｃ、２３ｄ）、指標マーク
（２２ｃ、２２ｄ）の中心を図９のように撮像領域内の
中心を通るＹ方向の線分上からずらして配置すればよ
い。このようにすると透明領域が大きくとれるのでグロ
ーバルサーチ時のスループットが向上する。また、図１
０に示すようにクロム面（２３ｃ、２３ｄ）と指標マー
ク（２２ｃ、２２ｄ）の一部を透明領域部分まで広げて
グローバルアライメント時に使用するようにしてもよ
い。また、同時にパターン板２０のクロム面（２３ａ、
２３ｂ）、指標マーク（２２ａ、２２ｂ）の中心を撮像
領域内の中心を通るＸ方向の線分上からずらして配置し
てもよい。

【００５３】また、特開昭６３−２８３１２９号公報に
示すようなレチクル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干渉式アライメン
ト方式を使ったＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）アライ
メント系で検出するシステムを備えたステッパーにおい
て、図１に示すように広帯域の照明光を使ったオフアク
シスアライメント系を設けて、ＴＴＲアライメント系で
アライメントされる格子マークと広帯域の照明光を使っ
たアライメント系で検出されるマークとを図６、図７に
示すようなデューティ比の異なるマルチマークで共用す
ることも可能である。

【００５４】マークを共用する干渉式アライメント方式
を使ったアライメント系はレチクルＲを介さないもので
あってもよい。ここで、干渉式アライメント方式で図
６、図７に示すようなデューティ比の異なるマークを検
出する場合には±１次回折光と０、２次回折光の検出も
可能な構成なっているものとする。また以上では、反射
型のパターン板２０をハーフミラー４とウェハＷとの間
に設ける系としているが、これに限るものではない。こ
のパターン板２０の変形例を図１に示すアライメントセ
ンサーの一部を表した図１１、図１２を使って説明す
る。図１１は反射型のパターン板２０をンサーの一部を
図１で示すハーフミラー４の下側に配置した例を示した
ものであり、図１２はパターン板２０を透過型（発光
型）として図１でハーフミラー４の下側に配置した例を
示したものである。

【００５５】まず、図１１に示す反射型のパターン板に
ついて説明する。ここでは説明を簡単にするために、指
標板１３上の指標マーク２２ａ、２２ｂ、と反射型のパ
ターン板２０ａ上のクロム面２３ａ、２３ｂについて説
明することとする。光源１からの照明光がハーフミラー
４で分離され、そのうちの光束ＬはウェハＷへ向かう光
束とは違った方向Ａに進む。この光束Ｌはレンズ系２６
を介してパターン板２０ａに到達する。パターン板２０
ａはウェハＷとほぼ共役な面ＷＰ１に配置されており、
図２に示すパターン板２０と同様にクロム面２３ａ、２
３ｂが形成されている。また、パターン板２０ａのクロ
ム面以外は反射防止膜が形成されており、クロム面２２
ａ、２２ｂに入射する光のみ反射される構成となってい
る。このクロム面２３ａ、２３ｂは指標板１３上の指標
マーク２２ａ、２２ｂと対応するようにパターン板２０
ａ上に配置されているものとする。

【００５６】また、レンズ系２６とパターン板２０ａと
の間には、回転偏光板２８が配置されている。この回転
偏光板２８は少なくとも２枚一組で構成され、指標マー
ク２２ａ、２２ｂを照明する照明光量を適切に調整可能
となっている。光束Ｌはパターン板２０ａのクロム面２
２ａ、２２ｂで反射され、光束Ｌ１と光束Ｌ２となる。
光束Ｌ１は指標マーク２２ａ近傍のみを照明する光であ
り、光束Ｌ２は指標マーク２２ｂ近傍のみを照明する光
である。従って指標板１３を透過した光束Ｌ１、Ｌ２を
ＣＣＤ１７が撮像することにより、ウェハＷからの戻り
光に影響されることなく、指標マーク２２ａ、２２ｂに
対応する画像信号を得ることができる。尚、パターン板
２０ａのクロム面２２ａ、２２ｂ以外の反射防止膜が形
成されている部分を透過部としてもよい。

【００５７】またハーフミラー４を透過した照明光はウ
ェハＷで反射された後、再びハーフミラー４に戻ってく
る。この際、ハーフミラー４とウェハＷとの間でウェハ
Ｗと略共役な面ＷＰ２には絞り２５が設けられている。
絞り２５は指標マーク２２ａ、２２ｂ近傍を含む一定領
域（クロム面２３ａ、２３ｂ）に相当する部分以外が透
明部となっており、この絞り２５を通過したウェハＷか
らの戻り光Ｌ３はハーフミラー４、結像レンズ８、指標
板１３を介してＣＣＤ１７に投影され、ウェハＷ上のマ
ークＭＸｎが拡大撮像可能となる。

【００５８】尚、パターン板２０ａと指標板１３を一体
型とした反射型の指標板１３をウェハＷと略共役な位置
ＷＰ１に配置するようにしてもよい。この場合、クロム
面２３ａ、２３ｂに形成された指標マーク２２ａ、２２
ｂを反射照明することとなる。次にパターン板２０を透
過型（発光型）とした例について説明する。図１２は、
図１１に示す反射型のパターン板２０ａを透過型のパタ
ーン板２０ｂとした例を示している。ここでも説明を簡
単にする為、指標マーク２２ａ、２２ｂについて説明す
るものとする。パターン板２０ｂは、ウェハＷとほぼ共
役な面ＷＰ１に配置されている。パターン板２０ｂは、
指標マーク２２ａ、２２ｂに相当する一定領域が透明部
２３ａ１、２３ｂ１となるように構成されており、それ
以外の部分は遮光部となっており、さらにハーフミラー
４側は反射防止処理がされている。

【００５９】ここで、光ファイバー２から分割された光
ファイバー２ａはレンズ系２７を介してパターン板２０
ｂを挟んでハーフミラー４と反対側から照明するように
配置されている。光ファイバー２ａから射出された光束
Ｌ４はパターン板２０ｂに入射する。パターン板２０ｂ
の透明部２３ａ１、２３ｂ１を透過した光束Ｌ１、Ｌ２
は指標板１３の指標マーク２２ａ、２２ｂ近傍の一定領
域を透過する。この光束Ｌ１、Ｌ２をＣＣＤ１７が撮像
することにより、ウェハＷからの戻り光に影響されるこ
となく指標マーク２２ａ、２２ｂに対応した画像信号を
得ることができる。この場合も、回転偏光板２８により
照明光量を適切に調整可能となっている。また、図１１
に示したパターン板２０ａを使用する場合と同様に、絞
り２５を通過したウェハＷからの戻り光Ｌ３はハーフミ
ラー４、結像レンズ８、指標板１３を介してＣＣＤ１７
に投影され、ウェハマークＭＸｎが撮像可能となる。

【００６０】尚、光ファイバー２ａのように照明光を分
割せずに、パターン板２０ｂを透明部２３ｂ１、２３ａ
１が一様な照度分布を持つ自己発光型のパターン板とし
てもよい。さらに、指標板１３とパターン板２０ｂとを
一体型として、指標マーク２２ａ、２２ｂ近傍の一定領
域のみ透過部とし、一定領域以外の部分を遮光部とした
指標板１３としてもよい。

【００６１】以上では光源１からの照明光がハーフミラ
ー４を透過してウェハＷに到達し、ウェハＷからの戻り
光がハーフミラー４で分離する構成をとるものとしてい
た。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、
光源１からの照明光がハーフミラー４で分離され（落射
照明）ウェハＷからの戻り光がハーフミラーを透過する
ような構成としてもよい。この場合でもパターン板２
０、２０ａ、２０ｂを適用可能である。

【００６２】また、透過型（発光型）のパターン板２０
の別の系を図１３に示す。ここでも説明を簡単にする
為、指標マーク２２ａ、２２ｂについて説明するものと
する。また、図１３ではパターン板２０ｂと指標板１３
が一体となっている指標板１３ａがウェハＷとほぼ共役
な面に配置されている。指標板１３ａは、指標マーク２
２ａ、２２ｂを含む一定の指標マーク領域２２ａ１、２
２ｂ１が透過照明される構成となっており、それ以外の
部分は遮光部となっている。この指標板１３ａは例え
ば、指標板１３とパターン板２０ｂと貼り合わせたもの
で構成される。ここで、光ファイバー２から分割された
光ファイバー２ａは、回転偏光板２８、レンズ系２７を
介して指標板１３ａを透過照明するように配置されてい
る。光ファイバー２ａから射出された光束Ｌ４は指標板
１３ａに入射する。指標板１３ａの指標マーク領域２３
ａ１、２３ｂ１を透過照明した光束Ｌ１、Ｌ２をＣＣＤ
１７が撮像することにより、ウェハＷからの戻り光に影
響されることなく指標マーク２２ａ、２２ｂに対応した
画像信号を得ることができる。この場合も、回転偏光板
２８により照明光量を適切に調整可能となっている。ま
た、図１１、図１２に示した場合と同様に、絞り２５を
通過したウェハＷからの戻り光Ｌ３はブリズム９、対物
レンズ７、ハーフミラー４、４ａ、結像レンズ８、撮像
用レンズ１４、１５を介してＣＣＤ１７に投影され、ウ
ェハマークＭＸｎが撮像可能となる。また、図１１、図
１２に示すように指標板１３ａを指標板１３とパターン
板２０ｂとの分離型としてもよい。このとき、光ファイ
バー２ａのように照明光を分割せずに、パターン板２０
ｂを透明部２３ｂ１、２３ａ１が一様な照度分布を持つ
自己発光型のパターン板として指標板１３を透過照明す
るようにしてもよい。図１３のような構成とすることに
より、パターン板や指標板に反射防止処理をする必要が
なくなるという利点がある。

【００６３】さらに、図１４に示すようにウェハＷ面と
共役な位置にパターン板２０ｂと絞り２５を配置し、そ
れぞれの分割器４、４ａの手前（照明側）で照明領域を
制限し、指標板１３とウェハＷを別々に照明することも
可能である。また、以上の実施例で説明した広帯域の照
明光を使ったオフアクシスアライメント系に干渉アライ
メント方式を組み込み、図６、図７に示すような線状マ
ークをアライメント時に共用することもできる。広帯域
照明光を使ったオフアクシスアライメント系に干渉アラ
イメント方式を組み込む系の一例としては、例えば特開
平２−５４１０３号公報に開示されているようなものが
ある。

【００６４】以上の実施例で図１に示すような広帯域照
明光を使ったアライメント系は投影レンズ１０を介さな
いでマークを検出する系であったが、投影レンズ１０を
介してマークを検出する系にも以上の実施例を適用でき
る。例えば、図１で対物レンズ７を収差補正用のレンズ
としてプリズム９からの光束が投影レンズ１０を介して
ウェハＷ上を照明するような系とすればよい。

【００６５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ウェハ表
面が荒れている場合でも、指標マークの検出精度を劣化
させることなく、良好なアライメントが可能となる。ま
た指標マーク位置に相当するウェハ上に広い禁止帯を設
ける必要がないので、マーク領域を小さくすることがで
きる。また、ウェハ上の指標マーク相当位置までウェハ
アライメントマークを広げたり、指標マークの本数を増
やすこともでき平均化効果を高めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による位置検出装置を備え
た、投影露光装置の構成を示す図、

【図２】本発明の一実施例によるパターン板上のクロ
ム面と指標マークとの関係を示す図、

【図３】本発明の一実施例によるＣＣＤからの画像信
号の処理を表すブロック図、

【図４】ウェハ上のショット領域の配置とアライメン
トマークの配置を示す図、

【図５】（Ａ）ＣＣＤによるマーク検出の様子を示す
図、（Ｂ）ＣＣＤから得られる信号波形を示す図、

【図６】（Ａ）ＣＣＤによるマーク検出の様子を示す
図、（Ｂ）ＣＣＤから得られる信号波形を示す図、

【図７】（Ａ）ＣＣＤによるマーク検出の様子を示す
図、（Ｂ）、（Ｃ）ＣＣＤから得られる信号波形を示す
図、

【図８】サンプルアライメントされるウェハ上のショ
ット領域の配置とショット領域周辺に配置されるアライ
メントマークを示す図、

【図９】クロム面、指標マークの配置の変形例を示す
図、

【図１０】クロム面、指標マークの配置の変形例を示す
図、

【図１１】パターン板の変形例を示す図、

【図１２】パターン板の変形例を示す図、

【図１３】パターン板の変形例を示す図、

【図１４】パターン板の変形例を示す図、

【図１５】従来の位置検出系を備えた投影露光装置の概
略を示す図、

【図１６】（Ａ）従来の位置検出系による撮像素子によ
るマーク検出の様子を示す図、（Ｂ）従来の位置検出系
による撮像素子から得られる信号波形を示す図、

【図１７】ウェハ表面が荒れていた場合の従来の位置
検出系によるＣＣＤから得られる信号波形を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…光源、４、４ａ…ハーフミラー７、８、９、１９、２１…レンズ系、１３、１３ａ…指
標板１７、１８…ＣＣＤ、２０、２０ａ、２０ｂ…
パターン板２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、３０ａ、３０ｂ…指
標マーク２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ…クロム面Ｒ…レチクル、Ｗ…ウェハＰＡパターン領域、ＭＸｎ，ＭＹｎ…ウェハ
アライメントマーク

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】位置検出すべき基板上に形成されたマー
クを対物光学系を介して撮像素子で検出し、該撮像素子
からの画像信号に基づいて前記マーク位置を検出する装
置において、前記対物光学系に関して前記基板とほぼ共役な位置に配
置され、光透過部材の一部に所定形状の遮光性の指標パ
ターンを設けた指標板と；該指標板と前記撮像素子とを光学的に共役な関係で結ぶ
結像系と；前記指標板の光透過領域を、前記指標パターンを含む第
１領域と、他の第２領域とに分けたとき、該第１領域の
みの像が前記結像系を介して前記撮像素子に結像される
ように、前記指標板を選択的に透過照明する第１照明手
段と；少なくとも前記指標板上の第２領域に対応した前記基板
上の局所領域を、前記対物光学系を介して広帯域波長の
光で照明する第２照明手段とを設け、前記撮像素子は、前記基板上の局所領域内に前記マーク
が位置したとき、前記対物光学系、前記指標板の第２領
域、及び前記結像系を介して前記撮像素子に形成された
前記マークの像と、前記指標パターンの像とに対応した
画像信号を出力することを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】前記第１照明手段は、第２照明手段
（１、２、３、ＧＡ、ＧＣ）からの照明光を選択的に反
射する反射板（２０）であって、前記第２照明手段は前記第１領域と前記第２領域の両方
に対応する前記基板上の領域を照明し得る光源（１）と
光学素子（ＧＡ、ＧＣ）を有し、前記指標板（１３）と前記対物光学系（７）との間で、
該反射板（２０）と前記指標板（１３）とをほぼ共役な
関係に結ぶリレーレンズ系（１９、２１）と；前記指標
板（１３）と前記反射板（２０）との間に設けられ、該
光源（１）からの照明光束と前記指標板を透過する光束
とを分離する分割部材（４）を備え、前記反射板（２
０）上の領域のうち、前記第１領域（２２ａ、２２ｂ、
２２ｃ、２２ｄ）に相当する領域を光反射領域（２３
ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ）とし、前記第２領域に相
当する領域を光透過領域としたことを特徴とする請求項
１記載の装置。
【請求項３】位置検出すべき基板上に形成されたマー
クを対物光学系を介して撮像素子で検出し、該撮像素子
からの画像信号に基づいて前記マーク位置を検出する装
置において、前記対物光学系に関して前記基板とほぼ共役な位置に配
置され、光透過部材の一部に所定形状の遮光性の指標パ
ターンを設けた指標板と；該指標板と前記撮像素子とを光学的に共役な関係で結ぶ
結像系と；前記指標板上の透過領域を前記指標パターンを含む第１
領域と、他の第２領域とに分けたとき、該第１、第２領
域の両方を透過照明する第１照明手段と；前記第１領域のみの像が前記結像系を介して前記撮像素
子に結像するように、前記指標板を透過した後の光束を
制限する光束制限部材と；前記対物光学系を介して、少なくとも前記指標板上の第
２領域に対応した前記基板上の局所領域を照明する第２
照明手段と；前記制限部材を介して前記指標板の第１領域を透過した
光束と前記局所領域から前記対物光学系を通って戻って
くる戻り光とを同軸に合成する合成系とを設け、前記基板上の局所領域内に前記マークが位置したとき、
前記撮像手段は、前記対物光学系、及び前記結像系を介
して前記撮像素子に形成された前記マークの像に対応し
た画像信号と、前記指標パターンの像とに対応した画像
信号を出力することを特徴とする位置検出装置。
【請求項４】マスクのパターンを基板上に転写する露
光装置において、前記マスクのパターンの像を前記基板上に投影するため
の投影光学系と；前記基板を位置合わせするための指標としての指標パタ
ーンが形成された指標板と、前記指標板の指標パターンが形成された領域を照明する
指標照明手段と、前記基板上のマークが形成された領域を照明するための
マーク照明手段と、前記投影光学系を介さずに前記基板上のマークの像を光
電的に検出するとともに、前記指標パターンの像を光電
的に検出する撮像手段とを備え、前記撮像手段の出力に基づいて前記基板の位置合わせを
行うことを特徴とする露光装置。
【請求項５】前記指標照明手段は、前記指標板の指標
パターンが形成された領域を、前記基板からの戻り光と
は無関係に照明することを特徴とする請求項４に記載の
露光装置。
【請求項６】前記指標板の指標パターンが形成された
領域に前記基板からの戻り光が照射されるのを防止する
ための光学部材をさらに備えることを特徴とする請求項
４に記載の露光装置。
【請求項７】前記光学部材は、前記基板からの戻り光
を制限する絞り部材を含むことを特徴とする請求項６に
記載の装置。
【請求項８】前記光学部材は、前記基板上のマークが
形成された領域を照明するための光を制限する絞り部材
を含むことを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項９】前記マーク照明手段は、前記基板上に形
成された薄膜による干渉現象の影響を低減するために前
記基板上のマークが形成された領域を広帯域波長の光で
照明することを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項１０】前記指標照明手段は、前記マーク照明
手段からの光を前記指標板の指標パターンが形成された
領域へ選択的に反射する反射板を含むことを特徴とする
請求項４に記載の装置。
【請求項１１】前記指標照明手段は、前記指標板を照
明するために射出された光が、前記指標板の指標パター
ンが形成された領域以外の領域に照射されるのを制限す
る遮光部材を含むことを特徴とする請求項４に記載の装
置。
【請求項１２】前記指標照明手段は、前記指標板の指
標パターンが形成された領域に照射される照明光の光量
を調整する光量調整手段をさらに備えたことを特徴とす
る請求項４に記載の装置。
【請求項１３】マスクのパターンを投影光学系を介し
て基板上に転写する露光装置において、前記基板を位置合わせするための指標としての指標パタ
ーンが形成された指標板と、前記基板上のマークが形成された領域を照明するための
マーク照明手段と、前記指標板の指標パターンが形成された領域を照明する
指標照明手段と、前記指標板の指標パターンが形成された領域に前記基板
からの戻り光が照射されるのを防止するための光学部材
と、前記基板上のマークの像と前記指標パターンの像とを光
電的に検出する撮像手段とを備え、前記撮像手段の出力に基づいて前記基板の位置合わせを
行うことを特徴とする露光装置。
【請求項１４】前記光学部材は、前記基板からの戻り
光を制限する絞り部材を含むことを特徴とする請求項１
３に記載の装置。
【請求項１５】前記光学部材は、前記基板上のマーク
が形成された領域を照明するための光を制限する絞り部
材を含むことを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】前記マーク照明手段は、前記基板上に
形成された薄膜による干渉現象の影響を低減するため
に、前記基板上のマークが形成された領域を広帯域波長
の照明光で照明することを特徴とする請求項１３に記載
の装置。
【請求項１７】前記指標照明手段は、前記指標板の指
標パターンが形成された領域に照射される照明光の光量
を調整する光量調整手段をさらに備えたことを特徴とす
る請求項１３に記載の装置。
【請求項１８】前記指標照明手段は、前記指標板を照
明するために射出された照明光が、前記指標板の指標パ
ターンが形成された領域以外の領域に照射されるのを制
限する遮光部材を含むことを特徴とする請求項１３に記
載の装置。
【請求項１９】マスクのパターンを基板上に転写する
露光装置において、前記マスクのパターンの像を前記基板上に投影するため
の投影光学系と；前記基板上のマークが形成された領域を、広帯域波長の
光で照明するためのマーク照明手段と、前記基板を位置合わせするための指標としての指標パタ
ーンが形成され、前記マーク照明手段によって照明され
た前記基板からの戻り光の光路外に配置された指標板
と、前記指標板の指標パターンが形成された領域を照明する
ための指標照明手段と、前記基板上のマークの像と前記指標パターンの像とを光
電的に検出する撮像手段とを備え、前記撮像手段の出力に基づいて前記基板の位置合わせを
行うことを特徴とする露光装置。
【請求項２０】前記指標板の指標パターンが形成され
た領域からの光と前記基板からの戻り光とを合成する合
成光学系をさらに備え、前記撮像手段は、前記合成光学
系を介して前記基板上のマークの像と前記指標パターン
の像とを光電的に検出することを特徴とする請求項１９
に記載の装置。
【請求項２１】前記指標パターンの像が形成される領
域に前記基板からの戻り光が照射されるのを防止するた
めの光学部材をさらに備えたことを特徴とする請求項１
９に記載の装置。
【請求項２２】前記光学部材は、前記基板からの戻り
光を制限する絞り部材を含むことを特徴とする請求項２
１に記載の装置。
【請求項２３】前記光学部材は、前記基板上のマーク
が形成された領域に照射される光を制限する絞り部材を
含むことを特徴とする請求項２１に記載の装置。
【請求項２４】前記撮像手段は、前記投影光学系を介
さずに、前記基板上のマークの像を光電的に検出するこ
とを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２５】前記指標照明手段は、前記指標板を照
明するために射出された照明光が、前記指標板の指標パ
ターンが形成された領域以外の領域に照射されるのを制
限する遮光部材を含むことを特徴とする請求項１９に記
載の装置。
【請求項２６】前記指標照明手段は、前記指標板の指
標パターンが形成された領域に照射される光の光量を調
整する光量調整手段をさらに備えたことを特徴とする請
求項１９に記載の装置。
【請求項２７】マスクのパターンを投影光学系を介し
て基板上に転写する露光方法において、前記基板上の位置合わせ用マークが形成された局所領域
を広帯域波長の光で照明して、その局所領域の像を形成
し；前記広帯域波長の光で照明された前記基板からの戻り光
の光路外に配置された指標板の指標パターンが形成され
た所定領域を前記基板の照明とは独立に照明して、その
所定領域のみの像を形成し；前記投影光学系を介さずに、前記広帯域波長の光で照明
された前記基板上のマークを撮像し；前記基板の照明とは独立に照明された前記指標パターン
を撮像し；該撮像結果に基づいて前記基板の位置合わせを行うこと
を特徴とする露光方法。
【請求項２８】前記指標板の指標パターンが形成され
た所定領域からの光と前記基板上の局所領域からの戻り
光とを合成して、前記基板上のマークと前記指標パター
ンとを同時に撮像することを特徴とする請求項２７に記
載の方法。
【請求項２９】前記指標パターンの像が形成される領
域に、前記基板からの戻り光が照射されないようにした
ことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】前記指標パターンの像が形成される領
域に、前記基板からの戻り光が照射されないように、前
記基板へ照射される広帯域波長の光を制限することを特
徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】前記指標パターンの像が形成される領
域に、前記基板からの戻り光が照射されないように、前
記基板からの戻り光を制限することを特徴とする請求項
２９に記載の方法。
【請求項３２】前記指標板の指標パターンが形成され
た領域へ照射される光は光量調整が可能としたことを特
徴とする請求項２７に記載の方法。