JPH07119570B2 - アライメント方法 - Google Patents

アライメント方法

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JPH07119570B2
JPH07119570B2 JP63128531A JP12853188A JPH07119570B2 JP H07119570 B2 JPH07119570 B2 JP H07119570B2 JP 63128531 A JP63128531 A JP 63128531A JP 12853188 A JP12853188 A JP 12853188A JP H07119570 B2 JPH07119570 B2 JP H07119570B2
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    • G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
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    • G03F7/70691—Handling of masks or workpieces

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、半導体製造装置等におけるアライメント方
法に関するものである。
［従来の技術］ 従来より、半導体製造装置におけるウエハ等のファイン
アライメントでは、ウエハやレチクル等の対象物上に予
め設けられた所定パターンをもつアライメントマークを
レーザ光で相対的に走査し、マークからの反射光や散乱
光、或いは回折光等を検出するのが一般的である。
また、別の検出法として、テレビジョンカメラやCCDア
レイセンサなどでアライメントマークの明暗視野像を捉
えることも行われている。
従来、これらの検出信号の信号処理では、例えばフォト
センサで光信号を電気信号に変えたのち、得られた電気
信号を或るスライスレベルでスライスし、このスライス
後の信号全体の中心をピーク検出によって求めてマーク
中心を決定している。またマークの検出率を向上させ、
他パターンからの誤認識を避けるために、前記信号スラ
イスの後に信号の時間軸上の位置からマーク間隔を抽出
し、予め既知の設計マーク間隔との一致を調べ、個々の
位置の平均値から全体のマーク位置を求め、平均化の手
法によってアライメント誤差の低減を図っている。
［発明が解決しようとする課題］ ところで実際のウエハ等では、表面に形成された個々の
アライメントマークはレジスト厚みやマーク段差部近傍
の形状の違いなど蒸着やエッチング等のプロセスによっ
て大きく影響を受け、厳密には個々に異なる固有の表面
性状を有している。従ってそれを検出した信号中には、
マークのもつ設計形状に対応した基本波成分に前記固有
の性状に対応した細かなノイズ成分が重畳して現れ、同
じウエハ上の近くのマーク同志でも検出信号の波形が微
妙に異なることがあり、従来法でアライメントを行うと
これらノイズ成分によるアライメント誤差が生じてしま
うことになる。しかも従来法ではスライスレベルを変え
ると検出マーク中心位置が異なってくるほか、複数のマ
ークの検出結果から全マークとしての中心位置を見付け
る場合も、スライスレベルが各々異なったり、或いは信
号振幅が大きく異なったりした時などは、そのマークを
全マークの位置検出には使用しなかったりするので、本
来の平均化の効果が低下することにもなっていた。また
従来のアライメント方法ではマークのピッチが一定であ
ってもあまりマーク間隔が密でない場合は平均化により
利点が得られないという問題点もあった。
この発明は、走査によって検出した信号中に含まれるマ
ークのプロセス変形に基づくノイズ成分をも考慮に入れ
た信号の平均化処理を行ってアライメント精度を向上す
ると共に、信号のピーク検出時の誤差を考慮する必要な
しに少ない演算回数で短時間のうちにアライメント誤差
を求めることのできるアライメント方法を提供すること
を目的とするものである。
［課題を解決するための手段］ 請求項１に記載した発明に係るアライメント方法は、被
測定対象基板上に形成された周期性マークを計測手段に
よって走査し、前記周期性マークのピッチ方向に関する
物理的な特質の周期変化に対応した周期的な波形を呈す
る測定信号を発生させ、該測定信号の位相情報を解析す
ることによって前記周期性マークの予め定められた基準
位置に対するアライメント誤差を決定し、該アライメン
ト誤差に基づいて前記被測定対象基板をアライメントす
るアライメント方法において、走査位置又は走査中の時
間に対応して前記計測手段から周期的にレベル変化して
出力される前記測定信号の波形を記憶する段階と、前記
周期性マークの設計上の基本周期に応じた正弦波形デー
タと前記記憶された測定信号の波形に応じた測定波形デ
ータとをフーリエ積分して１次正弦成分値を算出すると
共に、前記周期性マークの設計上の基本周期に応じた余
弦波形データと前記測定波形データとをフーリエ積分し
て１次余弦成分値を算出し、該１次余弦成分値と前記１
次正弦成分値との比に基づいて前記測定信号の１次位相
情報を算出する段階と、前記周期性マークの設計上の基
本周期の整数分の１の周期に応じた高次の正弦波形デー
タと前記測定波形データとをフーリエ積分して高次正弦
成分値を算出すると共に、前記周期性マークの設計上の
基本周期の整数分の１の周期に応じた高次の余弦波形デ
ータと前記測定波形データとをフーリエ積分して高次余
弦成分値を算出し、該高次余弦成分値と前記高次正弦成
分値との比に基づいて前記測定信号の高次位相情報を算
出する段階と、前記１次位相情報と前記高次位相情報と
の双方に基づいて前記アライメント誤差を算出する段階
とを含むことを特徴とするものである。
請求項２に記載した発明に係るアライメント方法は、被
測定対象基板上に形成された周期性マークを計測手段に
よって走査し、前記周期性マークのピッチ方向に関する
物理的な特質の周期変化に対応した周期的な波形を呈す
る測定信号を発生させ、該測定信号の位相情報を解析す
ることによって前記周期性マークの予め定められた基準
位置に対するアライメント誤差を決定し、該アライメン
ト誤差に基づいて前記被測定対象基板をアライメントす
るアライメント方法において、走査位置又は走査中の時
間に対応して前記計測手段から周期的にレベル変化して
出力される前記測定信号の波形のうち波形ピーク部分ま
たは波形ボトム部分のレベルを一定値に制限したクラン
プ信号波形を形成する段階と、次数ｎを整数としたと
き、前記周期性マークの設計上の基本周期のｎ分の１の
周期に応じたｎ次正弦波形データと前記クランプ信号波
形に応じたデータとをフーリエ積分してｎ次正弦成分値
を算出すると共に、前記周期性マークの設計上の基本周
期のｎ分の１の周期に応じたｎ次余弦波形データと前記
クランプ信号波形に応じたデータとをフーリエ積分して
ｎ次余弦成分値を算出し、これらのｎ次の正弦成分値と
余弦成分値との比に基づいて前記測定信号のｎ次周期成
分の位相情報に相当する位相データを算出する段階と、
前記算出された位相データに基づいて前記周期性マーク
のアライメント誤差を算出する段階とを含むことを特徴
とするものである。
請求項３に記載した発明に係るアライメント方法は、請
求項２に記載したアライメント方法であり、前記位相デ
ータを算出する段階は、１から予め定めた次数までの各
次数に対応した前記位相データを算出するものであり、
前記アライメント誤差を算出する段階は、前記算出され
た各次数に対応した前記位相データに基づいて前記アラ
イメント誤差を算出するものであることを特徴とする。
請求項４に記載した発明に係るアライメント方法は、請
求項３に記載したアライメント方法であり、前記位相デ
ータを算出する段階は、１から３までの整数を各次数と
して定めたものであることを特徴とする。
［作 用］ この発明は、予めアライメントマークの固有のピッチが
設計上既知である点と、個々のアライメントマークやマ
ーク構成単位がプロセスにより大きさを変えてもピッチ
は不変であるという点に着目して、検出信号の周期から
マークのピッチ間隔を特徴抽出し、マーク全体で平均化
を行うものである。
すなわち、この発明では、アライメントマークの構造と
その検出走査方向との関係を、相対的な走査によって走
査位置に対する正弦波状の周期性信号が測定信号として
得られるように定めてあり、従って得られた測定信号
は、走査移動量ｘの関数ｆ（ｘ）、或いは走査速度が定
まっていれば時間ｔの関数ｆ（ｔ）としてメモリに取り
込むことができる。この場合、前記関数の基本波成分の
周期Ｔ（従って周波数Ｕ）は走査方向におけるアライメ
ントマークのピッチで一義的に定まり、これは設計値と
して既知である。
このようにして得られた関数信号ｆ（ｘ）を後述の演算
にかけ、信号処理を行う。つまり、前記周期Ｔ（従って
周波数Ｕ）をもつ基本波成分、およびその整数分の１の
周期（従って整数倍の周波数iU、ｉ＝２、３、‥）をも
つ高次成分について、式（１）および式（２）に従って
フーリエ積分を行う。そして、基本波成分および高次成
分のそれぞれに対して、式（３）に従って位相成分φｉ
（ｉ＝１、２、３、‥）を求める。なお、ここでは前記
移動量ｘについて示すが、時間ｔを取る場合も同様の式
で演算されることは述べるまでもない。
Si＝∫ｆ（ｘ）・sin（２π・iU・ｘ）・dx ＝Σｆ（ｋ）・sin（２π・iU・ｋ） ……（１） Ci＝∫ｆ（ｘ）・cos（２π・iU・ｘ）・dx ＝Σｆ（ｋ）・cos（２π・iU・ｋ） ……（２） φｉ＝tan-1（Si/Ci） 単位：ラジアン ……（３） ここで、ｉは周期の次数を表し、ｋはメモリに取り込ま
れた関数信号ｆ（ｘ）のサンプリングデータ番号を表し
ている。また、Si周波数iU（ｉ＝１、２、３、‥）のフ
ーリエ級数の正弦成分、Ciは同じく余弦成分、φｉは周
波数iUの正弦成分Siに対する余弦成分Ciの位相角であ
る。
アライメント誤差Δｘは、以上で求められた位相角φｉ
を用いて、式（４）に従って求められる。このとき、ｉ
は通常３〜４までで充分である。
Δｘ＝x0＋a1・φ1/（２π・Ｕ）＋a2・φ2/（２π・2
U） ＋a3・φ3/（２π・3U）＋・・・ ＝Σ［ai・φi/（２π・iU）］＋x0 （ｉ＝１、２、３、‥） ……（４） ここでX0は装置自体の機械的ズレの初期オフセット量で
あり、固有値として予め計測されているものである。ま
たaiは補正係数である。この補正係数の大きさを適宜変
えることにより、ウエハプロセスによるマーク変形に対
する補正が加わり、それだけマーク位置の検出精度が向
上する。
このような演算のためのsin/cos信号はコンピュータ内
で発生させることができ、或いは読み出し専用メモリ
（ROM）に持たせておいてもよい。ROMに持たせる場合、
周波数Ｕの変化に対応させる必要があるため、正弦波の
1/4周期を細かくサンプリングしたものを記憶させてお
いて、それを周波数によって間引きして読み出すように
するのが好ましい。またcos信号はsin信号を1/4周期ず
らしてメモリから取出すようにもでき、信号としては＜
1/4周期分だけ記憶させておいて残りの3/4周期分をそれ
から合成して１周期分の信号を得るようにすることも可
能である。
この発明では、周期（周波数）が予め判っていて、その
正弦波との相関をフーリエ変換の演算によって信号の有
効範囲内において全体的に積分を行って平均化すること
によりアライメント誤差を求めるため、全信号内でのノ
イズ低減に優れた特長をもっている。
また、通常の相関演算では、 Ｕ（Ｓ）＝∫ｆ（ｘ）・ｇ（ｘ−ｓ）・dx の計算式となるので、一方の関数ｆ（ｘ）に対して他方
の関数ｇ（ｘ）をずらしては積分を行うという繰り返し
になるため、演算回数が非常に多くなり、初めから関数
ｇ（ｘ）が周期関数であると判っていても、１周期分に
ついてはずらしながらの積分が必要である。
これに対してこの発明の方法ではフーリエ積分の手法を
用いているため、その位相成分、即ち相関ピーク位置が
最も高い所が、周波数成分のそれぞれに対して正弦と余
弦の２回だけの積分で判り、演算回数が極端に少なくな
って短時間のうちに結果が得られるものである。
また、通常の相関法の場合は最後にピーク位置を求める
必要があり、このため結局はスライスレベルでアライメ
ント誤差を求めざるを得ないが、この発明ではフーリエ
成分によってアライメント誤差が一義的に決定されるこ
とになる。
耐ノイズ性に関しては、アライメント信号を或るスライ
スレベルでスライスしてその中点を検出する従来法で
は、信号波形の最も傾きの大きい処でスライスすること
とスムージング処理とで或る程度のノイズの影響を避け
ることができるが限度があり、これに対してこの発明で
はアライメントマーク自体の周期性や抽出特徴に基づい
てマーク中心位置を判断するので、ノイズに対しては格
段に強い方式となっている。
この発明において、測定信号としては前述のような正弦
波状で基本波成分の周期（周波数）が判明している信号
ならどのようなものでも利用することができ、走査検出
系も光ビームや電子ビーム、Ｘ線、モアレ縞検出、静電
容量、磁気等、種々の方式が利用できる。
尚、この発明のアライメント方法では、演算処理する信
号が正弦波状のものであるためマークピッチの整数倍の
誤差は検出不能であるが、これは測定信号の基本波周期
の1/2程度以内に対象物をプリアライメントで位置させ
ておけば問題はなく、この程度のプリアライメントは通
常の手法で充分に可能な範囲である。
この発明では、前述のようにアライメントマークの周期
性に基づいてマーク中心位置を判断するので、例えば測
定信号に振幅ノイズが含まれる場合、測定信号波形にお
ける或る振幅レベル幅の上下いずれか一方または両方を
スライサなどでクリップして定数に置換えてからフーリ
エ成分を求めることによって、振幅ノイズの影響を殆ど
受けないようにすることが可能である。この場合、スラ
イスレベルは測定信号の無信号レベルにおけるノイズレ
ベルに基づいて設定すればよい。
尚、この発明でアライメント誤差を求める場合、測定信
号を取り込むときの基準位置としては、ウエハステージ
上のフィディシャルマーク等の装置自体に設けられた基
準マークまたは対象物上のどれかひとつのアライメント
マークを測定して同様のフーリエ成分の演算によってそ
の位置データを求めておき、これを以後のマーク測定の
基準位置データとして用いればよい。
［実施例］ この発明のアライメント方法を半導体製造用の投影露光
装置に適用した場合について以下に実施例図面と共に説
明する。
第１図はこの発明の実施に用いる半導体露光装置の光学
系の主要構成を示しており、ここでは図示しない照明系
によってレチクル１を上部から照明し、投影レンズ２に
よりレチクルパターンをステージ４上のウエハ３に結像
し、ステージ４の水平面内での移動と露光とを順次繰返
してステップアンドリピート方式で露光を行うようにな
っている。ステージ４の位置はレーザ干渉計（レーザ5,
ビームスプリッタ6,固定側ミラー7,移動側ミラー8,光電
検出器９）によって常にモニタされており、干渉計の検
出器９の出力は、増幅器30を介してA/Dコンバータ（パ
ルス化回路など）31により例えば0.02μｍ当り１パルス
のパルス信号に変換され、マイクロコンピュータ32へ与
えられている。マイクロコンピュータ32は干渉計出力に
基づいてステージ４の移動用モータ34の駆動制御装置33
を制御し、ステージ４の位置を0.02μｍ程度の精度で制
御する。尚、図には水平面内での直交座標の一方の軸に
ついてのみステージ移動系を示したが、レーザ干渉計と
ステージ移動モータを含むもうひとつの系が他方の座標
軸のために設けられていることは述べるまでもない。
このレーザ干渉計からのパルス信号は、ステージ４の移
動に応じた位置を表わす位置パルスであり、この位置パ
ルスは、後述のようにアライメント信号をサンプリング
してメモリ36に取り込むためにも利用される。尚、35は
マイクロコンピュータ32に接続された入力装置、37は同
じくCRTなどの出力装置である。
アライメント系は、例えばレーザ10と光電検出器16を含
む光学系によるものであり、レーザ10からのビームをシ
リンドリカルレンズ系17でスリット状ビームに成形した
のち、ビームスプリッタ11,リレーレンズ12,ミラー14を
介して投影レンズ２によりウエハ３上に細長いビームス
ポット15を当て、ウエハ上のアライメントマークのエッ
ジ段差で散乱・回折された光を投影レンズ２を通して戻
し、ビームスプリッタ11で分離して、投影レンズ２の瞳
と共役な位置にて正反射光をカットして光電検出器16に
より検出する暗視野検出方式となっている。この検出信
号は増幅器18を介してマイクロコンピュータ32により前
述の位置パルスによってサンプリングされ、ステージ位
置に沿った信号波形としてメモリ36に取り込まれる。
ここでアライメントマークについて述べる。
第２図は、アライメントマークの平面パターンと、それ
を細長いビームスポット15が横切ったときに光電検出器
16から出力される信号波形とを対応づけて示している。
第２図において、アライメントマーク50はウエハ３上に
凹凸形成された点状のパターンを一列に並べたものであ
り、その列方向に平行なビームスポット15が矢印Ａ方向
に相対移動してこれを横切ると、光電検出器16からは波
形60で示すような単一ピークの信号が出力される。これ
は第2a図に示すようにウエハ断面でみると丁度点状の凹
凸が回折格子の役目をして、ビームスポット15とマーク
50とが重なったときにマークの列方向に回折光52が生
じ、これが単一のピークを形成するからである。
一方、スリット状の連続した細長いパターンのアライメ
ントマーク51の場合は、同様なビームスポット15の通過
によって波形61で示すような二つ山ピークの信号が光電
検出器16から出力される。これは第2b図に示すようにマ
ーク51の幅方向の両縁における段差での散乱光53が二つ
のピークを形成するからである。
尚、このアライメント光学系ではレーザビームによる細
長いビームスポット15を用いるので、アライメントマー
ク50と51とでは、その散乱・回折光が暗視野検出の光電
検出器16に入射する際、すなわち瞳共役面内では互いに
直交する方向に別れることになり、このため検出器16の
受光面には、第３図に示すように互いに直交する方向に
配置された二組の光電変換素子16a,16bが設けられてい
る。
アライメント光学系の別の例は、第１図に添画したよう
な光ファイバー20による照明とテレビジョンカメラ26に
よる暗視野像を検出する方式である。この場合、光ファ
イバー20からの照明光はレンズ21,ハーフミラー22,ミラ
ー23を介し、投影レンズ２を通してウエハ３上のマーク
を含む局所領域を均一に照射する。そしてその照明領域
内にアライメントマーク50,51が位置したときの暗視野
像（散乱光又は回折光による像）を、レンズ25を介して
テレビジョンカメラ26により検出する。このとき、テレ
ビジョンカメラ26からの画像信号は第２図と同様の波形
になる。
さて、この発明においてはアライメントマーク50,51を
ビームスポット15の走査方向に所定ピッチで周期的に複
数配列しておくものである。すなわち、第4a図は点状の
パターンを縦一列に並べたアライメントマーク50を、ビ
ームスポット15の走査方向（矢印Ａ）へ予じめ定められ
た一定ピッチで周期的に複数並べたもであり、ビームス
ポット15を矢印Ａ方向に走査することにより波形62で示
すような正弦波（疑似正弦波）状の信号が光電検出器16
から得られる。また第4b図は、スリット状のアライメン
トマーク51を矢印Ａ方向に所定ピッチで複数列並べたも
ので、各スリット状マーク51の両縁部での散乱光により
波形63で示すような半分の周期の正弦波状信号が光電検
出器16から得られる。
このような正弦波状の測定信号をレーザ干渉計によるス
テージ位置パルスによってサンプリングしてメモリ36に
格納し、マイクロコンピュータ32によって前述（１）
（２）（３）（４）式の演算を実行する。
尚、レチクル１とウエハ３とのアライメントに際して
は、レチクル１の中心がウエハステージ４上に投影され
る位置と、本発明に従ってウエハ３上で計測される位置
との距離（ベースライン）を事前に測定する必要があ
る。
このためには、例えば露光光と同一または極く近い波長
の光を第５図に示すように光ファイバ40などによってス
テージ４内に導びき、レンズ41およびミラー42を介して
ステージ４上の基準マーク43を照明する。基準マーク43
は、熱で変形しにくい石英上にクロム（Cr）でパタンニ
ングされたものであり、ウエハ３上とほぼ同一平面に固
定配置されている。基準マーク43の形としては、例えば
第６図のようなXY方向の回折格子状のもの51X,51Yに位
置精密測定用の十字状の補助マーク52を組合せたものに
しておき、レチクル１上にもレンズ倍率分だけ大きさを
変えた同形状の基準マーク53を設けておく。
ファイバ40からレンズ41とミラー42を介して基準マーク
43を下から照明し、それをステージ４の移動と共に投影
レンズ２を通してレチクル１の基準マーク53と重ねてレ
チクル１の上側の検出系で検出する。レチクル１の基準
マーク53を透過した光はミラー44,レンズ45,46を介して
光電検出器47で検出されるが、その検出信号波形は両基
準マーク43,53の回折格子により第７図に死すような相
関波形となり、これをマイクロコンピュータ32によるフ
ーリエ変換による信号処理を行うことでレチクルマーク
53の投影像がウエハステージ座標で求められることにな
る。この場合のデータのサンプリングにもレーザ干渉計
の光電検出器９で検出した座標位置パルスが用いられ
る。このようにしてレチクル位置がウエハステージ座標
で求まり、これをメモリ36に格納しておく。
次に光電検出器16によるウエハセンサでステージ上の基
準マーク43を計測し、同様にウエハステージ座標で計測
基準位置としてメモリ36に格納しておく。
これらメモリ36に格納した二つの位置情報の差が前記ベ
ースラインを与え、ウエハ３上の各アライメントマーク
（第4a,4b図）を用いた1/2ピッチ以内の位置ずれ量を前
述のように計測し、このベースラインに加算してウエハ
ステージを送り込むようにすれば、ウエハとレチクルが
投影レンズ２を通して重ね合わされることになる。
尚、本発明のアライメント方法におけるマークの位置計
測の手法は、他の応用として投影レンズのディストーシ
ョンの計測に利用することが可能である。この場合、レ
チクル上のディストーションを計測したい個所に第６図
に示したようなパターンのマークをそれぞれ形成してお
く。このレチクル上のマーク位置はできるだけ正確に知
っておく必要があり、従って正確な座標測定のための十
字状の補助マーク52は重要である。
このレチクルを用いてウエハ上に塗布したレジストにマ
ークパターンを露光し、その回折格子状パターン51X,51
Yの走査結果から得られる一連の正弦波状信号をフーリ
エ変換手法による処理に付して、各マーク間の間隔の差
を求めることによりディストーションを計測する。
本発明では、フーリエ変換で求まる位相から計算される
ずれ量は正弦波状信号の１波長以内であるため、この１
波長を超えるアライメント誤差やディストーションは計
測されないが、前記補助マーク52を通常のピーク検出で
計測して正弦波の１波長以内の長距離計測をレーザ干渉
計によって行っておけば問題は生じない。
またアライメント系の光電検出器16に第３図に示したよ
うな二組の直交する光電変換素子16aと16bをもつものを
用いる場合、これら光電変換素子16a,16bから別々に検
出信号とり出すようにすると、点状マーク（格子マー
ク）50とスリット状マーク（バーマーク）51とを別々の
検出信号に別けて検出できる。これを利用して、先ずは
じめに一方のマークの一列を検出し、それをトリガー
（基準位置）にして次に続く他方のマークの周期性パタ
ーンの測定信号のサンプリングを制御するようなことも
可能である。
また先にも述べたように、測定信号波形をあるレベルで
クリップしたり、スライスしたりすることも有効であ
る。
ここで第8a図と第8b図を用いて信号波形に生じ得る歪み
について簡単に述べる。第8a図は第2a図と第2b図に示し
たように、ウエハ表面に対して微小量だけ突出したマー
ク50,51の場合に起こりやすい歪み波形を示し、波形中
の谷の部分にノイズが重畳する傾向が強い。また第8b図
は、マーク50,51をウエハ表面に対して微小量だけへこ
ませた場合に起こりやすい歪み波形を示し、波形中の山
の部分が非対称になる傾向が強い。これら歪は、多くの
場合、マーク50,51の上を覆っている感光層（厚さ１〜
２μｍ程度のレジスト）の影響にもよる。
そこで例えば測定信号波形とマークの凹凸の違いとを考
慮して信号波形のピーク・トゥ・ピークの値PPを求め、
第8a図の場合、値PPの下（ボトム）から33％位までの適
当なところをレベルLlでクリップして一定値にし、第8c
図のような波形に整形してから、先の（１）（２）
（３）式の演算を行なえばよい。
また第8b図の場合は、値PPの上（ピーク）から33％程度
までの適当なところをレベルLhでクリップして一定値に
揃えればよい。
これらのレベルLl,Lhはソフトウエア的に設定できる
し、ハードウエア的にも処理可能である。ソフトウエア
で対応する場合は、取り込んだ波形のサンプリング値を
一定値に置換えるのみであり、ハードウエアの場合は、
アナログ増幅器へのオフセット電圧を変化させ、上方
向、または下方向、或いは両方向に信号の増幅をオーバ
ーフローさせればよい。
［発明の効果］ 以上に述べたように、この発明によれば、アライメント
マークの構造を走査方向に関して所定ピッチの周期性パ
ターンとし、走査によって得られた周期性信号をフーリ
エ積分処理して基本波成分のみならず高次成分について
も位相差を求めているため、プロセスによるマーク変形
等の影響を受けにくく、演算回数は周波数成分のそれぞ
れに対して正弦、余弦成分の２回で済み、処理時間は殆
んどかからず、ピーク検出によらずに相関をとるのでス
ライスレベルによる誤差を考慮する必要がなく、一義的
にアライメント誤差が求まるので誤差および演算時間の
両面で優れた効果が得られるものである。
またこの発明ではアライメントマークの周期性パターン
をその走査によってなるべく正弦波に近い波形の測定信
号が得られるようにアライメント検出系の特性（レーザ
ビームなら計測方向の幅、テレビジョンカメラではその
分解能、回折格子方式ではビーム広き角など）に応じて
定めるが、そのようなパターンのマークピッチは一般に
充分狭くなるので、必然的にマーク上でのレジストの塗
布むらは少なくなり、それによる擬似信号も生じにくく
なるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明のアライメント方法を適用可能な半導
体露光装置のアライメント光学系の構成例を示す説明
図、第２図はアライメントマークの形状と得られる信号
波形の対応関係を示す説明図、第2a図は前図のａ−ａ線
矢視説明図、第2b図はおなじくｂ−ｂ線矢視説明図、第
３図はアライメント検出器の受光部の構成例を示す説明
図、第4a図と第4b図はこの発明に従って形成された周期
性パターンを有するアライメントマークの要部を示す説
明図、第５図はステージ上の基準マークの検出系を示す
説明図、第６図は基準マークのパターンの一例を示す説
明図、第７図は基準マーク検出信号の波形を示す線図、
第8a図と第8b図は信号波形の歪みの様子を示す線図、第
8c図は歪みの補償された後の信号波形を示す線図であ
る。 符号の説明 1:レチクル、2:1投影レンズ、3:ウエハ、4:ステージ、
5:干渉計レーザ、9:干渉計光電検出器、10:アライメン
ト用レーザ、15:線状ビームスポット、16:アライメント
光電検出器、26:テレビジョンカメラ、32:マイクロコン
ピュータ、34:ステージ移動モータ、36:メモリ、43:基
準マーク、50:点状パターンのアライメントマーク、51:
スリット状パターンのアライメントマーク、62,63:正弦
波状測定信号。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】被測定対象基板上に形成された周期性マー
    クを計測手段によって走査し、前記周期性マークのピッ
    チ方向に関する物理的な特質の周期変化に対応した周期
    的な波形を呈する測定信号を発生させ、該測定信号の位
    相情報を解析することによって前記周期性マークの予め
    定められた基準位置に対するアライメント誤差を決定
    し、該アライメント誤差に基づいて前記被測定対象基板
    をアライメントするアライメント方法において、 走査位置又は走査中の時間に対応して前記計測手段から
    周期的にレベル変化して出力される前記測定信号の波形
    を記憶する段階と、 前記周期性マークの設計上の基本周期に応じた正弦波形
    データと前記記憶された測定信号の波形に応じた測定波
    形データとをフーリエ積分して１次正弦成分値を算出す
    ると共に、前記周期性マークの設計上の基本周期に応じ
    た余弦波形データと前記測定波形データとをフーリエ積
    分して１次余弦成分値を算出し、該１次余弦成分値と前
    記１次正弦成分値との比に基づいて前記測定信号の１次
    位相情報を算出する段階と、 前記周期性マークの設計上の基本周期の整数分の１の周
    期に応じた高次の正弦波形データと前記測定波形データ
    とをフーリエ積分して高次正弦成分値を算出すると共
    に、前記周期性マークの設計上の基本周期の整数分の１
    の周期に応じた高次の余弦波形データと前記測定波形デ
    ータとをフーリエ積分して高次余弦成分値を算出し、該
    高次余弦成分値と前記高次正弦成分値との比に基づいて
    前記測定信号の高次位相情報を算出する段階と、 前記１次位相情報と前記高次位相情報との双方に基づい
    て前記アライメント誤差を算出する段階とを含むことを
    特徴とするアライメント方法。
  2. 【請求項２】被測定対象基板上に形成された周期性マー
    クを計測手段によって走査し、前記周期性マークのピッ
    チ方向に関する物理的な特質の周期変化に対応した周期
    的な波形を呈する測定信号を発生させ、該測定信号の位
    相情報を解析することによって前記周期性マークの予め
    定められた基準位置に対するアライメント誤差を決定
    し、該アライメント誤差に基づいて前記被測定対象基板
    をアライメントするアライメント方法において、 走査位置又は走査中の時間に対応して前記計測手段から
    周期的にレベル変化して出力される前記測定信号の波形
    のうち波形ピーク部分または波形ボトム部分のレベルを
    一定値に制限したクランプ信号波形を形成する段階と、 次数ｎを整数としたとき、前記周期性マークの設計上の
    基本周期のｎ分の１の周期に応じたｎ次正弦波形データ
    と前記クランプ信号波形に応じたデータとをフーリエ積
    分してｎ次正弦成分値を算出すると共に、前記周期性マ
    ークの設計上の基本周期のｎ分の１の周期に応じたｎ次
    余弦波形データと前記クランプ信号波形に応じたデータ
    とをフーリエ積分してｎ次余弦成分値を算出し、これら
    のｎ次の正弦成分値と余弦成分値との比に基づいて前記
    測定信号のｎ次周期成分の位相情報に相当する位相デー
    タを算出する段階と、 前記算出された位相データに基づいて前記周期性マーク
    のアライメント誤差を算出する段階とを含むことを特徴
    とするアライメント方法。
  3. 【請求項３】前記位相データを算出する段階は、１から
    予め定めた次数までの各次数に対応した前記位相データ
    を算出するものであり、 前記アライメント誤差を算出する段階は、前記算出され
    た各次数に対応した前記位相データに基づいて前記アラ
    イメント誤差を算出するものである、ことを特徴とする
    請求項２に記載したアライメント方法。
  4. 【請求項４】前記位相データを算出する段階は、１から
    ３までの整数を各次数として定めたものであることを特
    徴とする請求項３に記載したアライメント方法。
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