JP3505820B2 - 位置検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、位置検出方法に係り、
さらに詳しくは、半導体ウエハや液晶ディスプレー用の
プレート等の基板のアライメントの際に、当該基板上に
形成されたアライメントマークから生じる光情報を電気
光学的走査装置によって光電検出し、この光電信号を処
理することによって当該アライメントマークの相対走査
方向の位置を検出する位置検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体ウエハや液晶ディスプ
レー用のプレート等の基板の位置合わせ（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
出することが、一般的になされている。

【０００３】かかる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光でアライメントマー
クを相対走査し、当該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。いずれの方式の場合
にも、得られた光電信号に所定の波形処理を施し、所定
の演算手法によりアライメントマークの中心位置が求め
られるようになっている。

【０００４】ところで、このようなアライメントマーク
の位置検出に際しては、従来は、比較的Ｓ／Ｎ比が大き
くとれるという理由等から、走査ビーム又はマーク照明
光として単色光が用いられていたが、露光装置で扱うウ
エハでは、通常ウエハ全面に０．５μｍ〜２μｍ程度の
厚みでフォトレジスト層（以下、適宜「レジスト層」と
略述する）が形成されており、このため、単色照明光
（又はビーム）を使った場合、当該レジスト層によるい
わゆる薄膜干渉現象が生じ、これが、マーク位置検出の
誤検出の要因となったり、マークの画像を不鮮明にした
りする要因となっていた。

【０００５】かかる問題点を改善すべく、最近では、レ
ジスト層による薄膜干渉現象を低減させる手法として照
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。例えば撮像方式の電気光学的走査装置（Electr
ical-Optical Scanner）において、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
ジスト層への感光域を除く）にすると、レジスト層の表
面とウエハの表面とで反射した光同士の干渉性が殆どな
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が得られることに
なった。

【０００６】上述の如く、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。即ち、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。

【０００７】このようなマークエッジのプロフィールの
変化を考慮し、総合的なアライメント精度を向上させる
ことを目的とした発明として、本願と同一出願人に係る
特開平４−６５６０３号公報に記載された「基板のアラ
イメント方法」がある。ここで、図１７を参照しつつ、
この公報に記載された発明について説明する。図１７
（Ａ）には、表面にレジスト層ＰＲが一様に塗布され、
ウエハＷ上に形成された凸状のマークＭＫの断面構造が
示されている。このマークＭＫの両端のエッジＥＧ１，
ＥＧ２を横切る様な走査線に沿って当該マークＭＫの像
をテレビカメラで撮像すると、同図（Ｂ）に示されるよ
うな、ビデオ信号ＶＳが得られる。このビデオ信号ＶＳ
は、マークＭＫの両端のエッジＥＧ１，ＥＧ２の位置で
極小値となるようなボトム波形部分ＢＷ１，ＢＷ２を有
する。これらのボトム波形部分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、ウエハ下地の反射
率によって変化する。

【０００８】ボトム波形部分ＢＷ１は、同図（Ｃ）に拡
大して示されるように、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、同図（Ｃ）に拡大して示されるように、ボトムレベ
ルＢＴ２まで落ち込むダウンスロープ部ＤＳＬ２と、ボ
トムレベルＢＴ２から立ち上がるアップスロープ部ＵＳ
Ｌ２とを有する。そして、この発明では、マークＭＫの
両エッジＥＧ１，ＥＧ２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，Ｄ
ＳＬ２，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てい
た。

【０００９】これを更に詳述すると、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（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ＢＴ
１との間を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。
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ＵＳＬ２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。

【００１０】そして、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。 Ｐｍ＝（Ｐ２＋Ｐ３）／２ （１） Ｐｍ＝（Ｐ１＋Ｐ４）／２ （２） Ｐｍ＝（Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４）／４ （３） そして、この発明では、例えば実際のウエハをアライメ
ントしたときの精度が最もよくなる決定法を選んで、ウ
エハのアライメントを実行するようになっていた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ウエハ上に形成された
アライメントマークの位置を検出する場合、当該アライ
メントマークを走査して得られるビデオ信号の波形、こ
の微分波形、又は両者を用いてアライメントマーク（通
常、所定間隔で配置された複数本のバーマークから成
る）を構成する各マークのエッジ位置を決定することが
なされる。この際、例えば、ビデオ信号波形及びこの微
分波形を用いる場合、微分波形中の全てのピーク点及び
ボトム点の中からマークの本数に対応した数のボトム点
及びピーク点を選ぶ必要があるが、上記公報記載の発明
を含め、従来技術では、このボトム点及びピーク点の選
択に際し、微分波形データ中のボトム位置に対応した絶
対値と、当該ボトム位置に対応するビデオ信号波形中の
レベルとを求め、これらを用いて所定の演算式によりコ
ントラスト値を算出し、このようなコントラスト値の算
出を指標マーク部分及びアライメントマーク部分で行な
い、両者のコントラスト値の比であるコントラスト比が
所定の比以下になるか否かを判断することにより、所定
数のボトム点及びピーク点を選択し、マークエッジ位置
を決定していた。

【００１２】しかしながら、かかる手法では、マークの
走査により得られるビデオ信号の波形が明確なシングル
波形（１本のマークから１つのボトム波形のみが明確に
得られる場合の波形）や図１７（Ｃ）に示されるような
明確なダブル波形の場合には、当然に微分波形上には明
確なピーク点やボトム点が出現するので、問題はない
が、プロセス工程によりマーク自体の反射率が所期のも
のから大きく変化し、このため、シングル波形とダブル
波形の中間の波形になることがあり、かかる場合に、シ
ングル波形とダブル波形を正確に判断することが困難で
あるという不都合があった。

【００１３】ところで、上記公報には、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
シングル波形、ダブル波形のいずれでもない波形が得ら
れた場合の対策であって、シングル波形とダブル波形と
の判別にも応用できそうな手法が開示されている。ここ
で、これについて簡単に説明する。ここでは、例えば図
１８のような波形が得られ、ダウンスロープ位置ＳＷＤ
（ｎ）が求まっているものとして説明する。

【００１４】まず、図１８の波形中のＳＷＤ（ｎ）から
左右に一定距離の位置でのコントラスト値（レベル）Ｃ
Ｖ_l 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。そして、このコントラスト値ＣＶ_l とＣ
Ｖ_r との差を計算し、その差値が一定の値以上であるか
否かを判断することにより、当該波形がダブル波形（エ
ッジ部のみに対応した正常な波形）かシングル波形（こ
の場合は、異常な波形）かを見分けようとするものであ
る。図１８の場合には、一番目（同図における左側）の
ボトム波形はダブル波形の一部（正常な波形）、二番目
のボトム波形はシングル波形（異常な波形）と判断され
ることになる。

【００１５】しかしながら、この手法をシングル波形と
ダブル波形の判別にそのまま使用した場合には、ダウン
スロープ位置から一定距離の位置でのコントラスト値Ｃ
Ｖ_lとＣＶ_r との差に基づいて波形を判別することとな
ることから、プロセス工程によってマークが太くなった
り、細くなったりした場合に、シングル波形とダブル波
形の判断を間違え、オペレータが指定した波形検出モー
ド（シングル波形モード又はダブル波形モード）及びマ
ーク本数に対応する数のピーク点（ボトム点）が検出で
きず、アライメントエラーが生じたり、マークエッジで
ない点の波形をマークエッジの波形として検出し、アラ
イメント精度の低下を招いたりするという不都合が生じ
るおそれがあった。

【００１６】本発明は、かかる従来技術の有する不都合
に鑑みてなされたもので、その目的は、プロセス工程に
おけるアライメントマークの太さ、反射率等の変化によ
り明確なシングル波形やダブル波形が得られない場合
に、アライメントエラーの発生率を低下させ、しかもア
ライメント精度の向上を図り得る位置検出方法を提供す
ることにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
基板上に幾何学的又は光学的な差異を伴って形成された
アライメントマークから生じる光情報を電気光学的走査
装置によって光電検出し、前記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を
処理することによって当該アライメントマークの相対走
査方向の位置を検出する位置検出方法であって、前記ア
ライメントマークの相対走査により得られる前記光電信
号を前記電気光学的走査装置から得る第１の工程と、前
記第１の工程で得られた光電信号を微分した微分信号の
波形データ中の全てのピーク点及びボトム点を求める第
２の工程と、前記第２の工程で求めたピーク点及びボト
ム点のレベル値を予め定めた少なくとも２段階の閾値と
それぞれ比較する第３の工程と、前記第３の工程の比較
の結果得られるピーク点，ボトム点のレベル値と前記各
閾値との大小関係を利用して所定の基準に従って検出す
べき波形がシングル波形かダブル波形かを決定する第４
の工程と、この決定後に、予め設定された数だけピーク
点又はボトム点を選んでマークエッジを決定する第５の
工程と、を含む。

【００１８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の位
置検出方法において、前記アライメントマークが、複数
本のバーマークから成るマルチマークであり、前記第４
の工程において、前記第３の工程の比較の結果得られる
ピーク点，ボトム点のレベル値と前記各閾値との大小関
係を利用して所定の基準に従って波形検出モードが、１
つのバーマークから一つのボトム波形を検出するシング
ルモードか、１つのバーマークから２つのボトム波形を
検出するダブルモードかを決定することにより、検出す
べき波形がシングル波形かダブル波形かを決定し、前記
第５の工程において、モード及びマーク数に応じて予め
設定された数だけピーク点又はボトム点を選んでマーク
エッジを決定することを特徴とする。

【００１９】

【作用】本発明に係る位置検出方法は、例えば、基板の
アライメントの際に実行される。以下、本発明の作用を
工程毎に説明する。 《第１工程》まず、基板上に幾何学的又は光学的な差異
を伴って形成されたアライメントマークから生じる光情
報を電気光学的走査装置（例えば、テレビカメラやスキ
ャニングレーザ等）によって光電検出する。

【００２０】このアライメントマークの相対走査により
得られる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を電気光学的走査装置か
ら得る。例えば、図１（Ａ）に示されるようなアライメ
ントマークの走査により、同図（Ｂ）のような波形の光
電信号が得られたものとする。 《第２工程》次に、上で得られた光電信号を微分した微
分信号の波形データ中の各ピーク点又はボトム点を求め
る。これにより、図１（Ｃ）に示されるような微分波形
中のピーク点及びボトム点と共にこれらの点の位置が求
められる。 《第３工程》次いで、上で求めた各ピーク点及びボトム
点のレベル値を予め定めた２段階の閾値である第１の閾
値、第２の閾値とそれぞれ比較する。これにより、例え
ば図１（Ｃ）の場合、第１の閾値（例えば、微分信号の
最大値（ＭＡＸレベル）を１００％としたときの７５％
のスライスレベル）と、第２の閾値（例えば、ＭＡＸレ
ベルを１００％したときの２５％のスライスレベル）と
各ピーク点及びボトム点がそれぞれ比較される。 《第４工程》そして、上の比較の結果得られる各ピーク
点，ボトム点のレベル値と各閾値との大小関係を利用し
て所定の基準に従って検出すべき波形がシングル波形か
ダブル波形かを決定する。例えば、走査範囲ａ，ｃ部分
の波形に着目して説明すれば、これらの部分は図１
（Ａ）を参照すると、周囲と極端に反射率の異なる１本
のバーマークから得られる波形だから、それぞれの走査
範囲から得られる光電信号は本来的に一つのボトム波
形、即ちシングル波形であり、その微分波形としては一
つのピーク点と一つのボトム点を持つものが得られる筈
である。従って、例えば、「所定の基準として第１の閾
値以上となるピーク点（ボトム点）の数が１、第２の閾
値以上となるピーク点（ボトム点）の数が２以下であれ
ば、シングル波形」という基準を所定の基準としておけ
ば、これらの走査範囲については正しくシングル波形と
決定できる。但し、この基準では、走査範囲ｂの部分に
ついては、第１の閾値以上となるピーク点（ボトム点）
の数が２であるから、正しくシングル波形と決定できな
いことになる。しかしながら、この場合であっても、第
１の閾値を例えば９５％のスライスレベルにすれば、上
記の基準がそのまま適用できる。

【００２１】このように各波形がシングル波形かダブル
波形かを波形毎に決定する場合には、閾値の設定によっ
ては、上記走査範囲ｂの場合のように波形を正しく決定
できない場合がある。そこで、これに代えて、請求項２
記載の発明のように、図１（Ａ）のようなマルチマーク
の場合に、比較の結果得られるピーク点，ボトム点のレ
ベル値と各閾値との大小関係を利用して所定の基準に従
って波形検出モードが、１つのバーマークから一つのボ
トム波形を検出するシングルモードか、１つのバーマー
クから２つのボトム波形を検出するダブルモードかを決
定することにより、検出すべき波形がシングル波形かダ
ブル波形かを決定してもよい。例えば図２の図表に示さ
れるような基準に従って検出すべき波形モードがシング
ルモードかダブルモードかを決定する。

【００２２】マーク本数をｍ、第１の閾値以上の絶対値
を持つピーク点（ボトム点）の数をＥ７５、第１の閾値
よりは小さいが第２の閾値以上の絶対値をもつピーク点
（ボトム点）の数をＥ２５とする。図１（Ｃ）の場合
は、ｍ＝３＜Ｅ７５＝４＜２ｍ，ｍ＝３＜Ｅ２５＝５＜
２ｍなので、例えば図２のような基準により、シングル
モードと決定される。この場合は、図１（Ａ），（Ｂ）
からも判るように、マーク自体は本来反射率が低く、明
確なシングル波形が得られる筈であったものが、プロセ
ス工程の影響によりマーク表面の反射率が変化した結
果、シングル波形とダブル波形の中間のような波形にな
ったものである。従って、本来的にシングルモードで検
出すべきであったものを、正しくシングルモードと決定
している。 《第５工程》次に、上記の決定後に、予め設定された
（請求項２の場合は、モード及びマーク数に応じて設定
された）数だけピーク点又はボトム点を選んでマークエ
ッジを決定する。

【００２３】図１（Ｃ）の場合は、シングルモードの場
合であり、ｍ＝３個だけ大きいものから順番にピーク点
（ボトム点）が選択される。具体的には、ピーク点
Ｐ₂ ，Ｐ ₄ ，Ｐ₆ （ボトム点Ｂ₁ ，Ｂ₃ ，Ｂ₅ ）が選択
される。この選択されたピーク点（ボトム点）は図１
（Ｂ），（Ａ）より、正しくマークエッジ位置に対応し
ていることがわかる。

【００２４】このように、本発明の方法によれば、アラ
イメントマークの太さ、反射率等の変化により明確なシ
ングル波形やダブル波形が得られない場合にも、検出す
べき波形がシングル波形かダブル波形か（又は波形検出
モードがシングルモードかダブルモードか）を自動的に
決定することができ、この結果に基づいてマークエッジ
位置を正確に検出することができる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図３ないし図１６
に基づいて説明する。図３には、本発明に係る基板アラ
イメント用マーク位置検出方法を実施するのに好適な投
影露光装置の構成が概略的に示されている。この投影露
光装置６０は、レチクルＲと、このレチクルＲ上のパタ
ーン領域ＰＡに形成されたパターンを基板としてのウエ
ハＷ上に投影する投影レンズＰＬと、前記ウエハＷが載
置されたステージＳＴと、ウエハＷ上のアライメントマ
ークとしてのダイ・バイ・ダイ用のウエハマークのみを
オフ・アクシス方式で検出する電気光学的走査装置とし
てのウエハアライメントセンサ７０と、このウエハアラ
イメントセンサ７０のための照明系８０と、を有してい
る。

【００２６】レチクルＲは、正方形のガラス板（石英ガ
ラスから成る）の裏面周辺の部分を除く中央の部分にク
ロム層から成る半導体回路のパターンが形成され、この
パターンの周囲の部分には所定幅の正方形の遮光体（ス
トリートライン）が形成されている。パターン領域ＰＡ
のＸ軸方向の両脇の部分には、レチクルアライメントマ
ークＲＭ１，ＲＭ２が形成されている。これらのレチク
ルアライメントマークＲＭ１，ＲＭ２は、当該マークＲ
Ｍ１，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）に対してレチクルＲをアライメントする
ためのマークである。また、パターン領域ＰＡの周囲の
前記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、当
該各マーク（窓）は、ウエハＷ上の１つのショット領域
に付随した前記ダイ・バイ・ダイ用のウエハマーク（こ
れについては、後述する）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ＤＡＳ１，ＤＡＳ
２，ＤＡＳ３，ＤＡＳ４によって検出されるように構成
されている。

【００２７】前記投影レンズＰＬは、実際にはレンズホ
ルダーに保持された複数枚の凸レンズ、凹レンズから成
る組み合わせレンズから成り、投影レンズＰＬを介して
レチクルＲ上のパターン領域ＰＡのパターンの像がウエ
ハＷ上に投影され結像されるように構成されている。前
記ステージＳＴは、投影レンズＰＬの光軸に直交する直
交二軸であるＸ軸，Ｙ軸に沿って二自由度で往復移動可
能に構成されたステージであり、このステージＳＴ上に
は、実際には、ウエハＷを保持する図示しないウエハホ
ルダを投影レンズＰＬの光軸方向に沿って往復移動させ
る図示しないＺステージが設けられているが、本発明の
要旨とは無関係なので、これについての説明は省略す
る。

【００２８】そして、このステージＳＴが、いわゆるス
テップアンドリピート方式、又はステップアンドスキャ
ン方式で移動する際に、その移動位置に対応する（Ｘ，
Ｙ）座標位置が、干渉計ＩＦＸ，ＩＦＹで計測されるよ
うになっている。前記ウエハアライメントセンサ７０
は、投影レンズＰＬの下部真近に配置されたミラー１
０、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２次元
撮像素子（以下、「ＣＣＤ」という）２２によって構成
されるている。また、ウエハアライメントセンサ７０の
ための照明系８０は、ハロゲンランプ又は高輝度多色Ｌ
ＥＤ等からの広帯域波長の光を導くオプチカルファイバ
２４、コンデンサーレンズ２６、照明視野絞り２８、ミ
ラー２９、レンズ系３０、及び先のビームスプリッタ１
４とで構成され、ウエハＷ上のマーク領域を照明するよ
うになっている。

【００２９】ここで、ウエハＷは、対物レンズ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
共役な位置に配置され、指標板１８とＣＣＤ２２の受光
面とは撮像用拡大レンズ２０に関して光学的に共役な位
置に配置されている。このため、ＣＣＤ２２により、ウ
エハＷ上のマークの拡大像と指標板１８上の固定（参
照）マークの拡大像とが同時に撮像されるようになって
いる。

【００３０】また、照明光学系のオプチカルファイバ２
４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、ウエハＷに対してケーラ照明を行うように構成され
ている。さらに、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エハＷと光学的に共役に
なっており、視野絞り２８のアパーチャ像（開口像）が
ウエハＷと共役になっており、これにより、視野絞り２
８のアパーチャ像がウエハＷ上に投影されるようになっ
ている。

【００３１】なお、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
化を押さえる工夫が施されているものとする。さらに、
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、ウエハアライメントセンサ７０内の指標板
１８上の指標マークのウエハ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ＲＭ１，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ようになって
いる。

【００３２】次に、図３中のＣＣＤ２２からのビデオ信
号の処理回路９０について図４に基づいて説明する。図
４に示される処理回路９０は、前処理回路４０、アナロ
グ−デジタル変換器（ＡＤＣ）４２、メモリ（ＲＡＭ）
４３、制御回路４４、比較部４６、アドレスカウンタ４
８及びプロセッサ５０を含んで構成されている。

【００３３】前処理回路４０は、周波数フィルタやＡＧ
Ｃ（オート・ゲイン・コントロール回路）等を含んで構
成され、２次元撮像素子であるＣＣＤ２２から出力され
る水平同期信号と垂直同期信号とが混同したコンポジッ
トビデオ信号（以下、単に、「ビデオ信号」という）を
入力してゲイン調整等の所定の信号処理を施し、アナロ
グ−デジタル変換器４２に出力する。なお、ＣＣＤ２２
には、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、ウエ
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。

【００３４】ＡＤＣ４２は、アナログ信号であるビデオ
信号を入力し、これをデジタル変換する。制御回路４４
は、同期信号分離回路やクロック発生回路等を含んで構
成され、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。

【００３５】比較部４６は、クロック信号ＳＣＬを受
け、ＣＣＤ２２の電気的走査が１フレーム中のサンプリ
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。アドレスカウンタ４８は、比較部４６の
出力を受け、クロック信号ＳＣＬを計数してＲＡＭ４３
に対してアドレス値を出力する。

【００３６】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ことになる。前記プロセッサ５
０には、アドレスバスＡ−ＢＵＳとデータバスＤ−ＢＵ
Ｓとを介してＲＡＭ４３が接続されており、このプロセ
ッサ５０は、ＲＡＭ４３内の波形データをＡ−ＢＵＳと
Ｄ−ＢＵＳを介して読み込み、後述するような所定の波
形処理演算を行なうようになっている。

【００３７】更に、本実施例では、プロセッサ５０に、
Ａ−ＢＵＳ及びＤ−ＢＵＳを介してステージＳＴを制御
するためのステージコントローラ５２が接続されてお
り、このステージコントローラ５２には、干渉計ＩＦ
Ｘ，ＩＦＹの座標計測値が入力されるようになってい
る。また、このステージコントローラ５２の出力端に
は、ステージＳＴの駆動モータ５４が接続されている。
このため、干渉計ＩＦＸ，ＩＦＹの座標計測値がステー
ジコントローラ５２を介してプロセッサ５０に読み込ま
れ、所定のアルゴリズム（このアルゴリズムは、プロセ
ッサ内の図示しないＲＯＭに格納されている）に従って
ステージＳＴの制御命令がステージコントローラ５２に
送られ、当該ステージコントローラ５２によって駆動モ
ータ５４が駆動され、これによりステージＳＴの移動位
置が制御されるようになっている。

【００３８】図５には、レチクルＲのパターン領域ＰＡ
の投影像に対しそれぞれアライメントされるウエハＷ上
のショット領域ＳＡの配列が示されている。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の中心と一致するようにアライメントが行
なわれる。なお、この中心ＣＣで直交する中心線はステ
ージＳＴの移動位置を計測する干渉計ＩＦＸ，ＩＦＹで
規定される直行座標系のＸ軸、Ｙ軸と平行になる。

【００３９】各ショット領域ＳＡにはダイ・バイ・ダイ
用のウエハマークＭＤ１，ＭＤ２，ＭＤ３，ＭＤ４が形
成されている。本実施例では、これらのウエハマーク
（アライメントマーク）ＭＤ１〜ＭＤ４の全てないし一
部をオフ・アクシス方式のウエハアライメントセンサ７
０で検出するものとする。本実施例では、各マークＭＤ
ｎとして、同一間隔で平行に配置された同一大きさ、同
一形状の複数本のバーマークから成るマルチマークが使
用されているが、いわゆるシングルマークを使用しても
よい。以下の説明では、一例として、図６（Ａ）に示さ
れるように、各マークＭＤｎは、同一大きさ、同一形状
の４本のバーマークＢＰＭ１，ＢＰＭ２，ＢＰＭ３，Ｂ
ＰＭ４から構成されているものとする。また、図６
（Ｂ）に示されるように、バーマークＢＰＭｎはウエハ
下地に対して凸上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ＢＰＭ
３との間に存在する。

【００４０】また、図７には、共役指標板１８上の２組
の指標マークＴＬ，ＴＲ、及びＴＵ，ＴＤの配置が示さ
れており、指標マークＴＬ，ＴＲ及びＴＵ，ＴＤ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
から成る。アライメントの際は、２つの指標マークＴ
Ｌ，ＴＲ（又はＴＵ，ＴＤ）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。なお、指標マ
ークＴＵ，ＴＤと指標マークＴＬ，ＴＲとは、共役指標
板１８の中心に関し９０度の位置ずれがあるのみで、全
く同様に構成されており、その役目も同様であるから、
以下においては指標マークＴＬ，ＴＲのみを取り上げて
説明する。

【００４１】このようにして得られるビデオ信号波形の
一例が図８に示されている。図８（Ａ）には、指標マー
クＴＬ，ＴＲにウエハマークＭＤｎが挟み込まれた様子
が示され、この図によれば、ウエハマーク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。図８（Ｂ）に示されるように、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薄膜干渉現象を低減
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。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，Ｂ
Ｒ２を生じる。またウエハマークＭＤｎの４本のバーマ
ークＢＰＭ１〜ＢＰＭ４の左右各エッジ位置で、計８つ
のボトム波形ＷＬ１，ＷＲ１，ＷＬ２，ＷＲ２，ＷＬ
３，ＷＲ３，ＷＬ４，ＷＲ４が得られる。但し、ウエハ
マークＭＤｎの反射率が周囲部分と極端に異なるとき
は、ボトム波形は４つしか得られない（これについては
後述する）。

【００４２】しかしながら、指標マークＴＬ，ＴＲの位
置で現れるボトム波形と、ウエハマークＭＤｎの各エッ
ジ位置で現れるボトム波形とでは、同様の形状を示す
が、その原因となる光学的な現象は全く異なっている。
即ち、指標マークＴＬ，ＴＲは、ウエハＷ表面で反射し
た照明光によって透過照明されるために、ＣＣＤ２２上
では暗部として撮像される。これに対してウエハマーク
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。

【００４３】なお、図８（Ｂ）の信号波形は、同図
（Ａ）に示されるように、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
発明に係る位置検出方法を含む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
オペレータにより設定され、プロセッサ５０内の図示し
ない内部メモリに格納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。 指標マークＴＬとＴＲの中心アドレス値ＡＣＣ 指標マークＴＬとＴＲのウエハ上での間隔Ｌｔ（μ
ｍ） 指標マークＴＬ，ＴＲの夫々の本数Ｋｔ ウエハマークＭＤｎの本数Ｋｍ 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）数ＨＬ，ＨＲ 指標マークＴＬ，ＴＲの各処理幅のポイント（番地）
数Ｐｔ ウエハマーク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８（Ａ）中に図示してあ
る。

【００４４】また本実施例では、ウエハＷのグローバル
アライメントが完了した後に、ウエハアライメントセン
サ７０を用いてよりファインな位置検出を行うことを前
提としている。従ってグローバルアライメント後にウエ
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とウエハマー
クＭＤｎ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、又はウエハ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が、図
８中に示される中心位置ＣｌとＣｔの差である。

【００４５】プロセッサ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９のフローチャートに示される手順で波形処理を
実行する。そこで以下、図９のフローチャートに沿って
ステップ毎に説明する。 ［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。

【００４６】なお、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。

【００４７】図１０（Ａ）には、ＲＡＭ４３内の平均波
形データの一例が示されており、この図において、横軸
はＲＡＭ４３のアドレスポイント、縦軸は平均波形デー
タのレベルを表す。この波形に対して同図（Ｂ）のよう
な数値フィルターＦＮａをかけると、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Ｒ
ＡＭ４３内に一時的に記憶される。 ［ステップ１０４］次に、プロセッサ５０は平均波形デ
ータを微分する。なお、これに代えて、スムージング波
形データを微分してもよい。この微分は図９（Ｃ）に示
されるような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同図（Ｄ）のような微
分波形データＰ（ｎ）になる。なお、この微分波形デー
タＰ（ｎ）もＲＡＭ４３内に一時的に記憶される。

【００４８】この微分波形データＰ（ｎ）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ＤＷ
Ｓ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（又は
スムージング波形データ）上でのアップスロープ部ＵＰ
Ｓの中点位置と一致している。

【００４９】従って、微分処理を行うことによって、平
均波形データ（又は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。なお、図１
０（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、同図（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１０（Ｄ）に
示されるように、本来のボトム，ピーク以外の小さなボ
トム，ピークＤ_up，Ｄ_ubも抽出され得る。 ［ステップ１０８］そこで、プロセッサ５０は、これら
小さなボトム，ピークＤ_up，Ｄ_ubは小さい順に切り捨て
て、指標マークの本数Ｋｔとウエハマークの本数Ｋｍと
に対応した数のボトム点とピーク点を選ぶのだが、本実
施例では、ウエハマークのプロセス工程による特性の変
化を考慮し、これに先立ち、波形検出モードがシングル
モードかダブルモードかを決定する。具体的には、以下
のようである。

【００５０】まず、ウエハマークのエッジ検出（マーク
エッジに対応する微分波形中のピーク点、ボトム点の特
定）の基準として使用する基準レベルを決定する。この
ため、ウエハマーク信号の中での微分信号の最大値、最
小値の絶対値を求め、これを各基準レベルとする。次
に、上述した各基準レベルを１００％としたとき７５
％，２５％に対応する絶対値レベルをプラス側、マイナ
ス側それぞれ第１の閾値ＣＬ１，第２の閾値ＣＬ２とし
て処理幅２Ｐｍ内の微分波形中のウエハマーク部分の各
ピーク点、ボトム点とＣＬ１，ＣＬ２とを比較する。次
に、各比較結果を用いて図１１の表に示されるような基
準に従って検出すべき波形のモードがシングルモードか
ダブルモードかを決定する共に、マークエッジ位置を検
出するためのボトム点又はピーク点を決定する。なお、
図１１の表は、パラメータＫｍが入力された時点で、テ
ーブルの形でプロセッサ５０の内部で作成され、内部メ
モリに格納されている。

【００５１】ここで、図１１の表中の各記号の意味につ
いて説明すると、以下の通りである。 Ｅ1 ：第１の閾値ＣＬ１以上となるピーク（ボトム）の
数、 Ｅ2 ：第２の閾値ＣＬ２以上となるピーク（ボトム）の
数、 Ｓ25：第２の閾値ＣＬ２の基準を超えたピーク（ボト
ム）から大きい順にＫｍ個選ぶ。 Ｓ75：第１の閾値ＣＬ１の基準を超えたピーク（ボト
ム）から大きい順にＫｍ個選ぶ。 Ｄ25：第２の閾値ＣＬ２の基準を超えたピーク（ボト
ム）から大きい順に２Ｋｍ個選ぶ。 Ｄ75：第１の閾値ＣＬ１の基準を超えたピーク（ボト
ム）から大きい順に２Ｋｍ個選ぶ。

【００５２】図１１中のＳ25、Ｓ75がシングルモードで
あり、Ｄ25、Ｄ75がダブルモードである。従って、先に
作用の欄で説明したように、シングルモード又はダブル
モードの別を判別し、その後、各モードとパラメータＫ
ｍとに応じて定まる数（Ｋｍ又は２Ｋｍ）だけ大きい順
からピーク（ボトム）を選ぶようにすることも可能であ
る。

【００５３】ところで、上記の表は、種々実験を行なっ
た結果得られた、以下の〜に示されるような経験的
に事実に基づいて定めたものである。 きれいなダブル波形の場合 ＣＬ１、ＣＬ２以上のピーク値（ボトム値）は、設定さ
れているマーク数Ｋｍ×２個検出できる。また、ノイズ
等も検出してしまった場合は、Ｋｍ×２個以上検出する
ことも考えられるが、ＣＬ１、即ち基準の７５％を超え
るレベルのノイズは殆どあり得ない。 シングル波形の場合 この場合、ＣＬ１，ＣＬ２以上のピーク値、ボトム値は
共にＫｍ個となる。ノイズの影響でＣＬ２以上となるも
のがＫｍ個より大きくなることもあり得る。 ダブルとシングルの中間波形の場合 この場合はＣＬ１以上のピーク値（ボトム値）は、Ｋｍ
個だが、ＣＬ２以上となるピーク値（ボトム値）はＫｍ
×２個検出できる。但し、中間の程度によっては、ＣＬ
１以上のピーク値（ボトム値）が、ＫｍとＫｍ×２との
間の個数であることもあり得る。また、ノイズ等の影響
でＣＬ２以上となるものがＫｍ×２個より大きくなるこ
ともあり得る。

【００５４】ここで、図１２ないし図１４を用いて、具
体的な場合について上記の表に従ってマークエッジ位置
検出のためのピーク点（ボトム点）の決定について詳述
する。図１２に示されるような、Ｋｍ＝４本のウエハマ
ークＭＤｎから同図（Ｂ）に示されるような正常なダブ
ル波形のスムージング波形データ及び同図（Ｃ）に示さ
れるような微分波形データが得られた場合には、Ｅ₁ ＝
Ｅ₂ ＝８＝２Ｋｍとなって表中のＤ75に該当し、ＣＬ１
以上のピーク点（ボトム点）がＫｍ×２＝８個選択され
る。この結果、ピーク点ｐ１〜ｐ８（ボトム点ｂ１〜ｂ
８）が選択される。

【００５５】また、図１３に示されるような、Ｋｍ＝４
本のウエハマークＭＤｎから同図（Ｂ）に示されるよう
な正常なシングル波形（この波形は、周囲と極端に反射
率の異なるマークや線幅が細いマークの場合は正常な波
形である）のスムージング波形データ及び同図（Ｃ）に
示されるような微分波形データが得られた場合には、Ｅ
₁ ＝Ｅ₂ ＝４＝Ｋｍとなって表中のＳ75に該当し、ＣＬ
１以上のピーク点（ボトム点）がＫｍ＝４個選択され
る。この結果、ピーク点ｐ１〜ｐ４（ボトム点ｂ１〜ｂ
４）が選択される。

【００５６】更に、本来図１３（Ａ）のような状態であ
る筈のウエハマークＭＤｎがプロセス工程によって反射
率が変化し、図１４（Ａ）のような状態となったことに
より、このマークＭＤｎから同図（Ｂ）に示されるよう
な異常な波形（この波形は、正常なダブル波形と正常な
シングル波形の中間の波形である）のスムージング波形
データ及び同図（Ｃ）に示されるような微分波形データ
が得られた場合には、Ｋｍ＜Ｅ₁ ＝５＜２Ｋｍ，Ｋｍ＜
Ｅ₂ ＝７＜２Ｋｍとなって表中のＳ75に該当し、ＣＬ１
以上のピーク点（ボトム点）がＫｍ＝４個選択される。
この結果、ピーク点ｐ２，ｐ４，ｐ６，ｐ８（ボトム点
ｂ１，ｂ３，ｂ５，ｂ８）が選択される。ここで、図１
４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）を比較して見れば、波形検出
モードとしてシングルモードが正しく決定され、しかも
本来検出されるべきエッジ位置に対応するピーク点（ボ
トム点）が正しく選択されたことがわかる。

【００５７】これまでの処理により、全てのマークエッ
ジに対応するピーク点及びボトム点が、換言すれば、全
てのマークエッジに対応するスムージング波形上の各ス
ロープの中心位置が決定できたことになる。 ［ステップ１１０］次に、プロセッサ５０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１１０は、場合に
よっては省略してもよい。それは、上で求められたスム
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。

【００５８】さて、このステップ１１０では、各スロー
プ毎に最適なスライスレベルを決めるのだが、以下の説
明では、便宜上、これまでの処理で図１５（Ａ）に示さ
れるようなスムージング波形、及び同図（Ｂ）に示され
るようなその微分波形が得られたものとして説明する。
このスライスレベルの決定にあたっては、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）、ウエハマークのア
ップスロープ位置ＷＵ（１）〜ＷＵ（８）、ダウンスロ
ープ位置ＷＤ（１）〜ＷＤ（８）の夫々を使う。

【００５９】そこで具体的な一例を図１６によって説明
する。まず図１６（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。

【００６０】ここでその比率をａ（％）とすると、スラ
イスレベルＳ１は次式で演算される。 Ｓ１＝（ＳＰｄ−ＢＴ）×（ａ／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。

【００６１】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）×（ａ／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）を実数で演算する。

【００６２】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５０は、ウエハア
ライメントセンサ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
タサンプリング間隔）がウエハ面上で何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、安定性のよい指標マー
クＴＬ，ＴＲの設計上の間隔Ｌｔ（μｍ）を用いるもの
とする。間隔Ｌｔはウエ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。

【００６３】なお、指標マークＴＬ，ＴＲはともにＫｔ
本（本実施例ではＫｔ＝２）とする。

【００６４】

【数１】

【００６５】［ステップ１１４］次に、プロセッサ５０
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。

【００６６】

【数２】

【００６７】［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エ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。 ［ステップ１１８］ここでは内スロープ検出法によって
ウエハマークの中心位置Ｃｌ（μｍ）を実数で算出す
る。即ち、前述した従来例の式（１）の如く、内スロー
プの加算平均を出し、これに換算値ＵＮＴを乗じてウエ
ハマークの中心位置Ｃｌ（μｍ）を算出する。 ［ステップ１２０］ここでは外スロープ検出法によって
ウエハマークの中心位置Ｃｌ（μｍ）を実数で算出す
る。即ち、前述した従来例の式（２）の如く、外スロー
プの位置の加算平均を出し、これに換算値ＵＮＴを乗じ
てウエハマークの中心位置Ｃｌ（μｍ）を算出する。 ［ステップ１２２］ここでは両スロープ検出法によって
ウエハマークの中心位置Ｃｌ（μｍ）を実数で算出す
る。即ち、前述した従来例の式（３）の如く、内・外両
スロープの加算平均を出し、これに換算値ＵＮＴを乗じ
てウエハマークの中心位置Ｃｌ（μｍ）を算出する。 ［ステップ１２４］次に、プロセッサ５０は、上記ステ
ップ１１８〜ステップ１２２のいずれかで算出された指
標マークの中心位置Ｃｔとウエ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。

【００６８】このアライメント誤差ΔＡ（μｍ）は、Ｒ
ＡＭ４３にビデオ信号波形を取り込んだ時のウエハステ
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。以上説明した本実施
例によると、上記ステップ１０８で詳細に説明したよう
に、微分波形中のマークエッジに対応するピーク点及び
ボトム点を決定する（選択する）に際し、２段階の閾値
である第１の閾値と第２の閾値とを用いるようにしたこ
とから、これらと各ピーク点及びボトム点の大小関係を
利用して図１１に示されるような基準に従って波形検出
モードがシングルモードかダブルモードかを決定するこ
とができ、これによりウエハＷ上のウエハマークがプロ
セス工程の影響を受け、その表面反射率が変化する等の
原因により、明確なシングル波形と明確なダブル波形と
の中間のようなビデオ信号波形が得られた場合であって
も略確実にマークエッジ位置を検出することができる。
この場合において、オペレータは、パラメータとしてウ
エハマークの数のみを入力するだけで、波形検出モード
がプロセッサ５０により自動的に決定されるので、オペ
レータの入力が緩和されるという利点もある。

【００６９】なお、上記実施例中のＤ25、Ｄ75に相当す
る波形処理、即ちダブルモードの場合は、ユーザの指定
に従って内スロープ検出法、外スロープ検出法、両スロ
ープ検出法を実行すればよいが、Ｓ25、Ｓ75に相当する
波形処理の場合は、マーク数によっては、内スロープの
数が外スロープの数より少なくなるので（図１参照）、
内スロープ検出法を採用することは好ましくなく、オー
トセットアップシステムによって外スロープ検出法のみ
を自動的に選択するようにすることが望ましい。一方、
マークが凹状マークである場合は、内スロープ検出法の
みを自動的に選択するようにすればよい。しかしなが
ら、バーニア形状により、マーク形状が非対称となった
場合には、このような選択ができないおそれもあるの
で、かかる場合には、特開平４−６５６０３号公報に開
示されているように、凸状バーマークを凹状バーマーク
に変える（あるいはこの反対にする）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
を利用することが可能となる。

【００７０】また、上記実施例では、ウエハマークとし
てマルチマークを使用する場合を例示したが、本発明の
適用範囲は、マルチマークに限られるものでなく、シン
グルマークにも適用できることは勿論である。また、上
記実施例では、マルチマークの全走査範囲について図１
１の基準によって波形検出モードを決定することによ
り、結果的に波形がシングル波形かダブル波形かを決定
し、これに基づいて各マークのエッジ位置を検出する場
合を例示したが、各マークの走査範囲毎に所定の基準に
従ってシングル波形かダブル波形かを決定するようにし
てもよい。

【００７１】上記実施例では、第１、第２の閾値を決定
する際の基準となる１００％について、微分信号の最大
値（又は最小値）を１００％にする場合を例示したが、
微分波形中の絶対値が最大のものでなく、２番目に大き
い波形の値を１００％としても良い。これは、プロセス
工程によって、マーク表面の状態変化により微分波形中
の最大ピーク波形（又はボトム波形）の絶対値に比較し
て２番目以下のピーク波形（又はボトム波形）の絶対値
が極端に小さくなるように変化する場合も考えられ、こ
のような場合に、実際のマークエッジの波形であるにも
拘らず、第１、第２の閾値よりも小さくなってマークエ
ッジの検出ができなくなってしまうことが考えられるた
めである。このような場合に、２番目に大きい波形の値
を１００％としておけば、正確にマークエッジを検出す
ることが可能となり、有効な措置となる。

【００７２】なお、上記実施例で説明した第１の閾値、
第２の閾値及び図１１の基準は例示であって、本発明が
これらに限定されるものでないことは勿論である。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
アライメントマークの太さ、反射率等の変化により明確
なシングル波形やダブル波形が得られない場合にも、検
出すべき波形がシングル波形かダブル波形かを自動的に
決定することができ、この結果に基づいてマークエッジ
位置を正確に検出することができるので、プロセスの乱
れによって波形がロット内、ウエハ内等で変わっても、
アライメントエラーの発生率を低下させ、しかもアライ
メント精度の向上を図ることができるという従来にない
優れた効果がある。

【００７４】特に、請求項２記載の発明によれば、波形
検出モードがシングルモードかダブルモードかを決定す
ることにより、検出すべき波形がシングル波形かダブル
波形かを決定するので、これを露光装置等に適用した場
合に、シングルモード、ダブルモードの指定のためのパ
ラメータの入力が不要となり、オペレータ（ユーザ）の
入力負担が軽減されるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の作用を説明するための図であって、
（Ａ）はアライメントマークの一例を示す平面図、
（Ｂ）は（Ａ）のアライメントマークの走査により得ら
れる光電信号の波形を示す図、（Ｃ）は（Ｂ）の信号の
微分信号の波形を第１、第２の閾値と共に示す図であ
る。

【図２】上記作用説明中で波形検出モードがシングルモ
ードかダブルモードかの決定に使用される所定の基準の
一例を示す図表である。

【図３】本発明の位置検出方法を実施するのに好適な一
実施例に係る投影露光装置の構成を示す概略斜視図であ
る。

【図４】図３の装置を構成するＣＣＤの出力信号の処理
回路の構成を示すブロック図である。

【図５】ウエハ上のショット配列とマーク配置を示す平
面図である。

【図６】ウエハマーク（アライメントマーク）の一例を
示す図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面構造を
示す図である。

【図７】指標板上のマーク配置を示す平面図である。

【図８】（Ａ）は指標マークとウエハマークとのアライ
メント時の配置を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）のマーク
を走査した際にＣＣＤから出力されるビデオ信号の波形
を示す図である。

【図９】本発明の位置検出方法を含むアライメント方法
の処理手順を示すフローチャートである。

【図１０】図９の処理手順中におけるスムージング処
理、及び微分処理を説明するための線図である。

【図１１】図９の処理手順中における波形検出モードの
決定及びピーク点（ボトム点）の選択に使用される基準
の一例を示す図表である。

【図１２】波形検出モードの決定、及びピーク点（ボト
ム点）の選択の具体例を説明するための図である。

【図１３】波形検出モードの決定、及びピーク点（ボト
ム点）の選択の他の具体例を説明するための図である。

【図１４】波形検出モードの決定、及びピーク点（ボト
ム点）の選択のその他の具体例を説明するための図であ
る。

【図１５】（Ａ）は図９の処理手順中に得られたスムー
ジング信号の波形の一例を示す図、（Ｂ）は（Ａ）の微
分信号の波形を示す図である。

【図１６】図１５（Ａ）の信号波形中の各スロープ部を
比較するためのスライスレベルの決定方法を説明するた
めの図である。

【図１７】従来例の説明図である。

【図１８】発明が解決しようとする課題を説明するため
の図である。

【符号の説明】

Ｗ ウエハ（基板） ＭＤ１〜ＭＤ４ アライメントマーク ７０ ウエハアライメントセンサ（電気光学的走査装
置）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 9/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に幾何学的又は光学的な差異を伴
   って形成されたアライメントマークから生じる光情報を
   電気光学的走査装置によって光電検出し、前記アライメ
   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
   的な光電信号を処理することによって当該アライメント
   マークの相対走査方向の位置を検出する位置検出方法で
   あって、 前記アライメントマークの相対走査により得られる前記
   光電信号を前記電気光学的走査装置から得る第１の工程
   と、 前記第１の工程で得られた光電信号を微分した微分信号
   の波形データ中の全てのピーク点及びボトム点を求める
   第２の工程と、 前記第２の工程で求めたピーク点及びボトム点のレベル
   値を予め定めた少なくとも２段階の閾値とそれぞれ比較
   する第３の工程と、 前記第３の工程の比較の結果得られるピーク点，ボトム
   点のレベル値と前記各閾値との大小関係を利用して所定
   の基準に従って検出すべき波形がシングル波形かダブル
   波形かを決定する第４の工程と、 この決定後に、予め設定された数だけピーク点又はボト
   ム点を選んでマークエッジを決定する第５の工程と、 を含む位置検出方法。
2. 【請求項２】前記アライメントマークが、複数本のバー
   マークから成るマルチマークであり、 前記第４の工程において、前記第３の工程の比較の結果
   得られるピーク点，ボトム点のレベル値と前記各閾値と
   の大小関係を利用して所定の基準に従って波形検出モー
   ドが、１つのバーマークから一つのボトム波形を検出す
   るシングルモードか、１つのバーマークから２つのボト
   ム波形を検出するダブルモードかを決定することによ
   り、検出すべき波形がシングル波形かダブル波形かを決
   定し、 前記第５の工程において、モード及びマーク数に応じて
   予め設定された数だけピーク点又はボトム点を選んでマ
   ークエッジを決定することを特徴をした請求項１記載の
   位置検出方法。