JPH02232918A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体素子、液晶素子等を製造するために使
われる露光装置、レーザリペア装置、等に組み込まれる
位置検出装置に関し、特にマスク（レチクル）や加工中
心に対して相対的に位置決、めされる基板（ウェハ等）
上のマークの位置を検出する装置に関する． 〔従来の技術〕 従来、例えば特開昭６０−１３０７４２号公法等に開示
されているように、半導体ウェハ上の複数のショッ｝８
Ｎ域の夫々に付随して、直線状に形成されたアライメン
トマークを設け、このマークと平行に伸びたスリット状
のレーザビームを投影レンズから照射し、ウェハとスリ
ット状ビームを相対走査させて、マークからの散乱、回
折光を投影レンズを介して光電検出する位置検出装置が
知られている． 第２図は、上記従来技術に示されたアライメントマーク
ＷＭとスリット状ビームスポットＳＰｙとの位置関係を
示す．一例として、ウェハがステージ上にブリアライメ
ントされた状態で［２されると、マークＷＭの長手方向
はＸ方向と一致する．マークＷＭはほぼ正方形のドット
パターン（微小凸部、又は凹部）の複数個をＸ方向に一
定ピッチで並べた回折格子状のものである．ビームＳＰ
ｙはＸ方向にスリット状に伸びており、その長さはマー
クＷＭのＸ方向の長さとほぼ等しく、またＹ方向の幅も
マークＷＭの幅とほぼ等しく定められている． この状態で、ウェハステージをＹ方向に移動させると、
マークＷＭがビームＳＰｙと重なったときに、マークＷ
Ｍの周期構造（格子定数）によって特定の空間方向に回
折光が生じる．この回折光には０次光（正反射光）、±
１次光、±２次光・・・等が含まれるが、高次回折光の
広がりは、第２図の場合紙面と垂直なＺ軸と、紙面内の
Ｘ軸とを含む平面内に広がって分布する。これら回折光
は投影レンズに戻り、さらにアライメント光学系の対物
レンズに入射し、瞳共役面（フーリエ面）に配置された
空間フィルターでＯ次光のみがカットされる．そして０
次光以外の高次回折光（±１次光、±２次光程度）がフ
ォトマルチプライヤ、フォトダイオード、ＰＩＮフォト
ダイオード等の充電素子に達する．マークＷＭとビーム
ＳＰｙの相対走査に伴って、光電素子からは第３図に示
すような信号波形が得られる．第３図の信号波形は、横
軸がウェハステージの走査座標位置と一義的に対応付け
られて、波形メモリ上に記憶される。メモリ上の波形は
ソフトウェア的な処理によって所定のスライスレベルＶ
Ｒと比較され、波形上の立上り部分でのスライス位置ｙ
，と、立下り部分でのスライス位置ｙ８とが算出される
．そして、位置ｙ１とｙ８の中点位置ｙ，を、マークＷ
ＭのＹ方向の中心位置として求め、記憶する．尚、この
位置ｙ，は、ビームＳＰｙの中心とマークＷＭの中心と
が一致したときのウェハステージのＹ方向の位置であり
、この位置は必ずしもマスク（レチクル）とウェハとの
真の整合位Ｉｆ（露光位置）を表わすとは限らず、真の
整合位置から一定距離だけ離れた位置になることもある
（サイト・アライメント方式）．また、信号波形が第３
図に示すようにガウス状の分布になるのは、ビームＳＰ
ｙのＹ方向の光強度分布がガウス状だからであり、ビー
ムＳＰｙのＹ方向の強度分布に対応して信号波形の分布
も変形する． 〔発明が解決しようとする課題〕 ところが、上記の如き従来技術のマーク検出法において
は、マークＷＭの一部分に損傷（欠損）等があった場合
は、検出位置に誤差が生じるという問題があった． 第４図はマークの一部に損傷があった場合を示し、一部
のドットパターンのＹ方向の幅を規定するエッジ位置が
、他のドットパターンのものと大きく異なったものにな
っている．第４図では代表して１つのドットパターンが
損傷しているものとしたが、その前後のドットパターン
についても、同様の原因によって程度は少ないものの損
傷を受けている可能性もある． このような場合、ビームＳＰｙでマークを検出すると、
得られる信号は一例として、第５図に示すようなものに
なる．すなわち、本来ガウス状分布であるベき波形が歪
んでしまうのである。このためスライスレベルの設定に
よっては、信号処理によって検出したマークの中心位置
が本来の位置とずれたものになるといった問題が生じる
．この結果、最終的なアライメント（レチクルとウェハ
の露光位置への整合）精度が大きく狂うことになる． このような現象は、マークＷＭの一部のドットパターン
のＹ方向の幅を規定する微小段差エッジの直近に、微粒
子（レジスト粉、アルミニウムの粒塊、ゴミ等）が付着
していた場合でも同様に起り得ることであり、マーク検
出時の誤差となる．〔課題を解決する為の手段〕 上記問題点の解決のために、本発明では、アライメント
マークと検出用のビームの相対位置をマークの長手方向
に変えながら複数回走査し、各走査で得られた検出位置
、もし《は信号波形の結果を統計的に処理することによ
って、局所的なマーク損傷に起因した誤差の発生を低減
するように構成した． 〔作用〕 本発明では、マークの長手方向に関して異なった部位を
順次検出することによって、結果としてマークの長手方
向についての平均化（平滑化）が行なわれ、誤差が減少
する．ここで第６図を参照して本発明の原理を説明する
． まず、アライメント用のビームＳＰｙのＸ方向の長さＤ
に比してウェハアライメントマークＷＭを長く（２〜３
倍程度）作成しておく．第６図では説明の便のためアラ
イメントマークＷＭをスキャンさせるのではなく、アラ
イメントビームＳＰｙの方をＸ方向に動かす如く表記し
ている．まず第一にアライメントビームＳＰｙを走査線
ａの如くスキャンし、波形を取り込みアライメントマー
クＷＭの座標位ＷｔＹａを計算する．次にウェハステー
ジをＸ方向にシフトさせた後、ビームＳＰｙを走査線ｂ
の如くスキャンし、アライメントマークの座標位置ｙｂ
を計算する．同様に走査’ｌＡｃ、ｄの様にスキャンを
行ない、それぞれの走査で得られるアライメント座標位
置Ｙｃ，Ｙｄを計算する．すべてのアライメント座標位
置Ｙａ，Ｙｂ，Ｙｃ，Ｙｄを計算したのちに、これらの
値を平均して最終的なアライメント座標位置を決定する
．第６図のアライメントマークＷＭには一部のドットパ
ターンに損傷がある．このため走査線ａに沿った検出結
果は、第５図と同様の歪みを受けた信号波形となり、誤
差を発生する．ところが、走査線ｂ，ｃ，ｄの夫々に沿
った検出結果は、この損傷の影響を受けないために、第
３図の如く正常な信号波形が得られる．結果として、４
ケ所の走査線ａ，ｂ，ｃ，ｄで求められた位置Ｙａ，Ｙ
ｂ，Ｙｃ，Ｙｄを平均化するために、損傷等の欠陥によ
る誤差は著しく低減される． ここで４本の走査線ａ，ｂ％ｃ，ｄのＸ方向の間隔、す
なわちウェハステージのＸ方向のシフト量ΔＳは、ビー
ムＳＰｙの長さＤとの関係から、例えば次式のように定
めるとよい． Δ／２＜ΔＳ＜Ｄ この関係からも明らかなように、マークＷＭ上の一部分
はビームＳＰｙによって２回走査されることになる． 〔実施例〕 次に本発明の第１の実施例について、第１図を参照して
説明する． 第１図は、本発明の位置検出装置を組み込んだステッパ
ーの概略的な構成等を示すが、このステッパーの基本的
な構成については、例えば本願出願人が先に出願した特
開昭６０−１３０７４２号公報等に開示されているので
、ここでは簡単に説明する．第１図において、不図示の
露光用照明光源はｇ線、ｉ線等のレジスト層を感光する
ような波長（露光波長）の照明光を発生し、この照明光
はレチクルＲのパターン領域Ｐａを均一な照度で照明す
る．片側（若しくは両側）テレセントリックな投影レン
ズ６は、パターン領域Ｐａに形成された回路パターンの
像をレジスト層が塗布されたウェハＷ上に投影する．尚
、本実施例ではレチクルＲ側が非テレセントリンクでウ
ェハＷ側がテレセントリックな光学系である．ウェハＷ
はＸ，Ｙ方向に２次元的に移動するウェハステージ７上
にウェハホルダ（不図示）を介して載置されている．ウ
ェハステージ７は駆動部８によって投影レンズ６の光軸
ＡＸと略垂直な面（結像面）内で２次元的に移動し、こ
のウェハステージ７の座標系ｘＹにおける２次元的な位
置は、光波干渉測長器（以下、レーザ干渉計と呼ぶ）９
によって、例えば０．０２μｍの分解能で常時検出され
るように構成されている． また、ウエハＷ上のチップ（シッット頷域）に付随して
焼き付けられたアライメント用の回折格子状のマークＷ
Ｍ（実際ぱＸ方向用とＹ方向用に２つが設けられる）の
Ｘ，Ｙ方向の各位置をそれぞれ検出するアライメント系
として、２組のＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）の方式レ
ーザ・ステップ・アライメント（ＬＳＡ）系が設けられ
ている．尚、第１図中にはアライメントマークのＹ方向
の位置を検出するＬＳＡ系のみを示しておく．さて、こ
のＹ方向の位置を検出するＬＳＡ系は、例えばＨｅ−Ｎ
ｅレーザ（波長：６３３ｎｍ）を光源とするレーザ光源
１０から露光波長と異なる直線偏光のレーザ光を発生し
、このレーザ光はビーム拡大器１１で所定のビーム径に
拡大され、シリンドリカルレンズ１２により断面が細長
い楕円ビームに整形される．そして、このように整形さ
れたレーザビームはミラー１３で反射され、レンズ１４
、偏光ビームスプリッター１５、位相回転部材としての
１／４波長板１６及び対物レンズｌ７を通った後、ミラ
ー１８によりレチクルＲの下面から上方に向けて反射さ
れる．ミラー１８からのレーザビームはウェハＷと共役
な面で一度スリット状に収束した後、レチクルＲの下方
にレチクルＲと平行な反射平面を有するミラー１９を介
して投影レンズ６の入射瞳６ａに至り、ウェハＷ上てＸ
方向に゛細長く伸びたスリット状のスポットビームＳＰ
ｙとして結像する．尚、スポットビームＳＰｙは投影レ
ンズ６の露光フィールド内でＸ方向に伸び、投影レンズ
６の光軸ＡＸに向かって形成されると共に、Ｘ軸上の光
軸ＡＸから所定距離だけ離れたところに形成される．そ
して、スポットビームＳＰｙがアライメントマーク（回
折格子マーク）ＷＭをＹ方向に走査するようにウェハス
テージ７をＹ方向に微動させると、回折格子マークＷＭ
からは正反射光（０次回折光）以外に散乱光や回折光（
１次光以上）が生じ、これら光情報は投影レンズ６、偏
光ビームスブリッター１５等を介して、投影レンズ６の
入射瞳６ａと略共役に配置され、回折光或いは散乱光分
布に合わせた開口を有する空間フィルター２０に達する
．空間フィルター２０において回折光或いは散乱光のみ
が抽出されて、集光レンズ２１を介して光電素子２２の
受光面に集光される．この光電検出器としての光電素子
２２は回折光或いは散乱光の強度に応じた光電信号を出
力し、この光電信号はアライメント信号処理回路（以下
、ＬＳＡＣと呼ぶ）２３に入力する。

ＬＳＡＣ２３は、レーザ干渉計９からの位置情報も入力
し、ウェハステージ７の単位移動量（０．０２μｍ）毎
に発生するアップ・ダウンパルス信号に同期して、光電
信号の波形をデジタルサンプリングしてメモリ内に取り
込み、所定の演算処理によってマークＷＭのＹ方向の走
査位置を検出するものである．尚、第１図では説明を簡
単にするためにＹ方向の位置を検出するＬＳＡ系のみを
示したが、実際にはＸ方向の位置を検出する同様の構成
のＬＳＡ系がもう一組配置されており、第１図ではミラ
ー１９に対応したミラー２４のみを示してある．また、
主制御装置２５は上述した干渉系９からの座標．位置情
報と、ＬＳＡＣ２３からのマーク位置情報とに基づいて
、ステージ７の２次元駆動部８を制御する． この主制御装置２５内には、ウェハＷ上の各チップ毎の
マークＷＭの配列位置情報（設計値）が予め記憶されて
おり、ビームＳＰｙ　（Ｘ方向用のスポットビームはＳ
Ｐｘとする）と計測すべきマークＷＭとの相対位置関係
は、ウェハＷのステージ７でのブリアライメント精度、
例えば±３０μｍ程度で予めわかっている．従って検出
すべきマークをスポットビームＳＰＹ’　（ＳＰｘ）に
対してスキャンするときは、そのマークの設計上のステ
ージ位置を基準に、その前後の±５０μｍ程度を走査範
囲とする． 尚、マークＷＭの計測方向の幅は数μｍ程度である．こ
れらビームＳＰｙ（ＳＰ’ｘ）とマークＷＭとの計測方
向の走査は、主制御装置２５内に設けられたスキャン用
ソフトウェアユニット２５Ａによって行なわれる， 以上までの構成は従来のものと同じであり、本実施例に
おいて新たに追加された機能はマーク検出時に、計測方
向と略直交する方向（ビームＳＰｙ，又はＳＰｘの長手
方向）にウェハステージ７を一定量だけシフトさせるシ
フト用ソフトウェハユニット２５Ｂである．このシフト
動作は干渉計９からの座標情報に基づいて正確に実行さ
れる．まず、マークＷＭに対して１回目のビーム走査が
終了した時点で、ユニット２５Ｂを動作させて、第６図
の場合はステージ７をＸ方向に一定量ΔＳだけシフトさ
せる．このシフト量ΔＳは、次のビーム走査のときに１
回目の走査部分と一部オーバーラップする程度、例えば Ｄ／２〈ΔＳＡＤ の関係にするとよい． こうして、各走査線ａ，ｂ，ｃ，ｄの夫々でマークＷＭ
の中心位置Ｙａ，ＹｂＳＹｃ，Ｙｄを計測する．これら
の値は主制御装置２５内で統計的な手法、例えば単純な
加算平均や最小二乗近似等の手法によって処理され、１
つのマーク位置として算出された後、その値はアライメ
ント動作のために記憶される． さて、第７図はマークＷＭとスポットビームＳｐｙの相
対走査の変形例を示し、このような走査制御のためのデ
ータは、スキャン用ソフトウェアユニット２５Ａとシフ
ト用ソフトウエアユニット２５Ｂに夫々記憶されている
．一般に、マークＷＭをグローバルアライメント時に検
出する場合、１回目の走査時は、マークＷＭとビームＳ
Ｐｙとの相対位置関係がプリアライメント精度でしか規
定できないため、比較的広い走査範囲が必要である．こ
れに対して２回目以降は、マークＷＭの位置が±１ｔＩ
ｍ以内で求まっていることから、走査範囲を極端に狭く
することができ、これによってマーク検出動作の所要時
間を短縮させることができる． 第７図においては、スポットビームＳＰｙの方がウェハ
Ｗ上を走査するように示したが、実際はウェハＷの方が
移動する．初めにスポットビームＳＰｙの中心が位置付
けられたステージ７の座標を（ｘａ　、）’１１　）と
すると、まず走査線ａに沿うてＹ方向に座標（ｘ６　、
７＋　）までスキャンし、マークＷＭの位置Ｙａを検出
する． 次のその位置Ｙａに基づいて、２回目の走査線ｂのスタ
ート位置を座標（Ｘｔ％Ｙｚ）としてユニット２５Ｂに
設定する．ここで座標値ｘ０とＸ２の差はΔＳであり、
座標値ｙ８は位置Ｙａの手前数ｐｍ〜２０μｍ程度でよ
い．そして、走査線ｂに沿ってＹ方向に座標（Ｘｉ　、
Ｖｓ　）まで逆方向にスキャンし、マークＷＭの位ｔｙ
ｂを検出する． 座標値ｙｔとｙ，の距離も２０μｍ程度と狭くてよい． さらに、スポットビームＳＰｙの中心をＸ方向にΔＳだ
けシフトさせた座標（ｘ＝　、）ｌｓ　）に設定し、同
様に３回目の走査を走査線Ｃに沿って走査・線ｂとは逆
方向に行なう．走査線Ｃの終点座標（　Ｘｓ　、Ｙａ　
）になったら、主制御装置２５は次に検出すべきマーク
位置のところにスポットビームＳＰｙを位置付けるよう
に、ステージ７を移動させるとともに、計測された位置
Ｙ　ａ　−．　Ｙ　ｂ　ｓ　ＹＣに基づいて、マークＷ
Ｍの中心位置を算出する．尚、次のマーク位置計測にあ
たっては、走査線ａに沿った走査範囲を、第７図の場合
よりは狭くできるが、そのためには、ブリアライメント
時のウェハ回転誤差が十分小さい必要がある．また、グ
ローバルアライメントは他のアライメントセンサーで実
行し、ウェハＷのｘ１Ｙ方向のずれ、回転ずれがかなり
厳密に補正された後に、チップ毎のマークＷＭに対して
第６図、又は第７図のようなシフト・アンド・スキャン
を行なう場合は、走査線ａの範囲を初めからかなり狭く
設定できる． 第８図は、本発明の第２の実施例による位置検出装置の
構成を示し、ここでは静止したウェハＷニ対してビーム
ＳＰｙの方を一次元にスキャンする方式に適用して説明
する。

第８図（Ａ）は、検出光学系をＹ−Ｚ平面内でみたもの
であり、第８図（Ｂ）はそれと直交するＸ−Ｚ平面内で
みたものである。

レーザビームＬＢはシリンドリ力ルレンズ１２によって
一方向のみが収れんされ、面ＩＰでは紙面と垂直に伸び
たスリット状の断面形状になる．このビームＬＢはビー
ムスプリッタ３０を介してレンズ系３０に入射する．レ
ンズ系３０の前側焦点は面ＩＰと一致し、後側焦点は、
紙面と垂直（Ｘ方向）な回転軸を有するスキャナーミラ
ー３４の振れ原点と一致している．ミラー３４の振動は
駆動部３６で制御される。従ってミラー３４の反射面上
でビームＬＢは紙面内でスリット状に伸びた分布となる
．ミラー３４で偏向されたビームはレンズ系３８に入射
した後、主光線が光軸と平行になり、図中紙面で左右に
平行移動するビームになる．レンズ系３８の前側焦点は
ミラー３４の反射面とほぼ一致し、後例焦点は次のレン
ズ系４４の前側焦点と一致している。レンズ系３８と４
４の間には、Ｙ方向に伸びた軸のまわりに回動する平行
平面ガラス（プレーンパラレル）４０が設けられ、駆動
部４２によって回転傾斜角が制御される．またレンズ系
４４の後側焦点はテレセントリックな対物レンズ４６の
瞳（前側焦点）面ｅｐと一致して配置される．従ってミ
ラー３４の振れ原点は瞳面ｅｐと共役になり、ガラス板
４０の設けられる面は、面ＩＰとウェハＷの夫々と共役
になる．このとき、瞳面ｅｐではビームＬＢは面ＩＰに
できるスリット方向と直交する方向にスリット状に分布
する．こうして、対物レンズ４６を通ったビームは、ウ
ェハＷ上でＸ方向に伸びたスポットビームＳＰｙとなる
。スポットビームＳＰｙは、第８図（Ａ）の状態ではミ
ラー３４によってＹ方向に走査される．また第８図（Ａ
）でマークＷＭはＸ方向（紙面と垂直な方向）にドット
パターンを配列してある．スポットビームＳＰｙがマー
クＷＭを走査したときに発生する回折光は、対物レンズ
４６、レンズ系４４、プレーンパラレル４０，レンズ系
３Ｂ、スキャナーミラー３４、及びレンズ系３２を介し
てビームスプリッタ３０のところまで戻り、ここで反射
されてレンズ系４８を介して空間フィルター２０、光電
素子２２に達する． 第８図（Ｂ）にも示すように、ブレーンパラレル４０は
レンズ系３８と４４との間の像空間（像が形成される空
間中）中に設けられている．この像空間中では、ビーム
ＬＢはｘ−Ｚ面内でほぼ平行光となり、Ｙ−Ｚ面内で収
れん光となっている。

ブレーンパラレル４０を回動させると、像空間中でのビ
ームＬＢはＸ方向のみに平行シフトし、従ってウェハＷ
上のスポットビームＳＰｙも光軸に対してＸ方向、すな
わち長手方向のみに平行移動する．このため、プレーン
パラレル４０の傾きを制御することで、スポットビーム
ＳＰｙはマークＷＭの長平方向に自由に平行シフトし、
第１実施例と同様のシフト・アンド・スキャンが可能で
ある．このとき、駆動部３６からはスポットど−ムＳＰ
ｙのＹ方向の゛スキャン位置に対応したパルス信号を出
力するようにし、このパルス信号で光電素子２２からの
光電信号をデジタルサンプリングすれば、信号処理に関
しても第１実施例と同じ構成が採れる．このように、本
実施例では、ウェハＷ上のマークＷＭをスポットビーム
ＳＰｙのスキャン範囲内に位置決めした状態で、ウェハ
Ｗを動かすことなくシフト・アンド・スキャン方式のマ
ーク検出ができる．ここでは、ミラー３４がビームＳＰ
７とマークＷＭとの計測のための相対走査を行ない、プ
レーンパラレル４０がビームＳＰＹとマークＷＭとの非
計測方向のシフトを行なう．以上、第２の実施例では、
シフト・アンド・スキャン方式のマーク検出を全て光学
部材（３４、４０）で行なったが、シフトとスキャンの
どちらか一方は第１実施例と同様にステージ７で行なっ
てもよい．また、第１、第２の実施例ではマークＷＭの
信号波形を波形メモリ上に取り込んで各シフト位置での
マーク位置Ｙ　ａ　ＳＹ　ｂ・・・を求めてから平均化
等を行なったが、信号波形の状態のままで波形上のレベ
ルの加算平均等を行なってもよい．その場合、信号波形
の加算開始位置を一致させる必要がある．さらに、各走
査線毎に得られた信号波形を、例えば３つのスライスレ
ベルＶＲ，，ＶＲｔ　、Ｖ　Ｒｓ　ｉ”評価し、各Ｌ／
”Ｃ／（／ＶＲ，　、ＶＲ，、ＶＲ，ごとにマークの中
心位置Ｙ８１、Ｙａ！、Ｙ　ａ　ｓ　、Ｙ　ｂ　Ｉｓ　
Ｙ　ｂ　ｔ　、Ｙ　ｂ　ｓ　、Ｙ　Ｃ　＋　、ＹＣｚ　
％　ＹＣｍを求め各スライスレベル毎の平均値Ｙｓ＋　
＝　（Ｙａ．＋Ｙｂ，＋Ｙｃ＋　）／３、Ｙｓｔ−（Ｙ
ａｘ　＋Ｙｂｔ　＋Ｙｃｔ　）／３、Ｙｓ＝　＝（Ｙａ
ｓ　＋Ｙｂ，＋Ｙｃａ　）／３を算出する．そして、こ
の平均値ＹＳ＋　％　ＹＳｇ　、Ｙ５３のうち、最も確
からしいもの（安定しているもの）を選び、それを真の
マーク中心位置にしてもよい。あるいは、１つの走査線
上で各スライスレベル毎に得られた中心位置、例えばＹ
ａ＋　ＳＹａｘ−．Ｙａｓを統計的手法（標準偏差等）
によって処理し、波形歪みの影響の少ない部分でのスラ
イスレベルによって決定された中心位置を、その１本の
走査線上での真のマーク位置としてもよい． もちろん、スライスレベルは３つ以上ならば何段階であ
ってもよく、多ければそれだけ確度が高められる． 第９図は第３の実施例による方法を示し、第９図（Ａ）
のようにウェハ上にはＸＳＹ方向に対して４５６だけ傾
いた２本の格子マークＷＭ，　、ＷＭ．がＸ方向に一定
間隔で八の字状に形成されている．また、スリット状の
スポットビームＳＰもマークＷ　Ｍ　ｔ　，　Ｗ　Ｍ　
ｔに合わせて４５″だけ１頃けるが、走査方向はＸ方向
に定められる．まず、走査線ａに沿って右上りに４５＠
傾いたスポットビームＳＰａでマークＷＭ．の上半分を
走査し、走査線ａに引き続いた走査線Ｃに沿って、左上
りに４５°傾いたスポットビームＳＰｂでマークＷＭ２
の上半分を走査する。ビームＳＰａとＳＰｂは相互に９
０°だけ傾《が、これは第８図（Ａ）に示したシリンド
リ力ルレンズ１２を９０＠だけ光軸のまわりに同軸させ
れば容昌に実現できる．第９図（Ｂ）のように、スポッ
トビームＳＰａとマークＷ　Ｍ　＋　とが合致すると、
位置Ｘａでパルス状の信号波形が得られ、スポットビー
ムＳＰｂとマークＷＭ，とが合致すると、位置ｘｂでパ
ルス状の信号波形が得られる．次にブレーンパラレル等
を用いて、走査線ａ，ｃをΔＳだけシフトさせ、走査線
Ｃに沿って右上りに４５゜傾いたビームＳＰｃでマーク
ＷＭ，の下半分を走査し、引き続いて左上りに４５°（
１１いたビームでマークＷＭ．の下半分を走査する。こ
れによワて第９図（Ｃ）に示すようにビームＳＰｃとマ
ークＷＭ，　との合致した位置Ｘｃでパルス状の信号が
発生し、マークＷＭ，を検出した位置Ｘｄでパルス状の
信号が発生する．ところで実際のマーク中心位置はマー
クＷＭ．とＷＭ，のＸ方向の中点であるから、信号波形
が得られた位置Ｘａ．．ＸｂＳＸｃ，Ｘｄを用いて、計
測結果（中心位置Ｘｍ）は次の演算で求められる． ？ 尚、スポットビームによる一本の走査線上では、マーク
ＷＭ　ｌとＷＭ．とで２つのパルス状波形が発生するか
ら、その２つの位置をＰ目、Ｐ■とし、走査線と直交す
る方向のビームＳＰのシフト回数を゛ｎ回とすると、上
記の式は一般的に次式に表わせる． ｎ＋１ （ただしｎ−０．１．２・・・） マークの位置検出にあたって、このような演算を行なう
場合は、スポットビームのＹ方向（走査線と直交する方
向）のシフト量ΔＳはラフｋ設定できる． 以上、本発明の各実施例ではマーク位置の決定にあたっ
て、複数の走査線毎に得られたマーク位置の値を加算平
均したが、複数のマーク位置検出結果から分散や偏差等
を求め、最も確からしいと推定される中央値を選ぶよう
にしてもよい。

〔発明の効果〕

以上、本発明によれば、基板上に形成されたマークの一
部に損傷があった場合でも、マークの検出時の誤差の発
生が低減される。さらにマークの局所的な損傷（欠陥）
でなくても、信号処理上で平均化効果が得られるために
、従来よりも信顧性の高いマーク位置検出が可能となり
、その結果、基板のアライメント精度も向上する．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１図の実施例によるマーク位置検出
装置が適用されるステソパ一の構成を示す図、第２図、
第３図は従来のマーク検出の方法を説明する図、第４図
は一部に欠陥をもつマークを示す平面図、第５図は欠陥
をもつマークから得られた信号波形を示す図、第６図は
本発明の原理を説明する図、第７図は第１実施例を変形
したマ一ク検出方法を説明する図、第８図（Ａ）、（Ｂ
）は第２の実施例によるマーク検出装置の構成を示す図
、第９図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は第３の実施例による
マーク検出方式を説明する図である． 〔主要部分の符号の説明〕 Ｗ・・・ウェハ、ＷＭ，ＷＭＩ　，ＷＭ！・・・マーク
ＳＰｙ・・・スポットビーム、６・・・投影レンズ７・
・・ウェハステージ、９・・・レーザ干渉計、２３・・
・信号波形処理回路（ＬＳＡＣ）、２５・・・主制御装
置、

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１方向に伸びたマークを有する物体を載置する
   ステージと、前記第１方向に寸法Ｄの断面を有するビー
   ムを前記物体上に照射する照射手段と、該ビームと前記
   物体とを相対的に前記第１方向と交差する第２方向に走
   査する走査手段と、前記ビームがマークを照射したとき
   に前記マークから発生する光情報を、前記相対走査の位
   置に関連して検出する光電処理手段とを備えた装置にお
   いて、前記ビームと前記マークとの相対走査位置を、前
   記第２方向とほぼ直交する方向に少なくとも１回変位さ
   せる変位手段と； 前記マークから発生する光情報の検出に基づいて、前記
   変位手段による変位により得られた複数のマーク位置計
   測値を統計的に演算処理して、前記マークの位置を特定
   する演算手段とを備えたことを特徴とする位置検出装置
   。
2. （２）前記マークの第１方向の長さを寸法Ｄより大きく
   設定し、前記変位手段による変位量をΔＳとしたとき、 Ｄ／２＜ΔＳ＜Ｄ の関係を満たすことを特徴とする請求項第１項に記載の
   装置。