JPH07142300A

JPH07142300A - 位置検出装置

Info

Publication number: JPH07142300A
Application number: JP14479093A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Mazaki; 和生真崎
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-06-16
Filing date: 1993-06-16
Publication date: 1995-06-02

Abstract

(57)【要約】【目的】２つのマークに対応する信号成分の信号強度
に差異がある場合でも、高精度にそれら２つのマークの
位置ずれ量を検出する。【構成】撮像素子１１でレチクルマークの像及びウエ
ハマークの像を同時に撮像し、撮像素子１１の撮像信号
Ｓ１にプリアンプ１３で全体としてオフセット調整及び
ゲイン調整を行って撮像信号Ｓ２を得る。撮像信号Ｓ２
に対して、オフセット調整回路１４においてレチクルマ
ークの像の期間とウエハマークの像の期間とで独立にオ
フセット調整を行った後、乗算回路１５においてレチク
ルマークの像の期間とウエハマークの像の期間とで独立
にゲイン調整を行って撮像信号Ｓ４を得る。撮像信号Ｓ
４に基づいて２つのマークの位置ずれ量を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２つのマークの間の位
置ずれ量を検出するための位置検出装置に関し、例えば
半導体製造用の投影露光装置においてレチクルとウエハ
とのアライメントを行う際に、レチクルマークとウエハ
マークとの間の位置ずれ量を検出するために適用して好
適なものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子又は液晶表示素子等をフォト
リソグラフィ技術を用いて製造する際に、フォトマスク
又はレチクル（以下、「レチクル」と総称する）のパタ
ーンを投影光学系を介して感光材が塗布されたウエハ
（又はガラスプレート等）の各ショット領域に投影する
投影露光装置（例えばステッパー）が使用されている。
斯かる投影露光装置においては、ウエハの各ショット領
域にそれまでの工程で形成されているチップパターン上
に重ねてそれぞれレチクルのパターン像を露光する際
に、ウエハの各ショット領域とレチクルとの位置合わせ
（アライメント）を高精度に行うためのアライメント装
置が備えられている。

【０００３】従来のアライメント装置として、レチクル
のアライメントマーク（レチクルマーク）からの位置検
出用の照明光をレチクルの上方で受光し、同時にウエハ
の各ショット領域に付設されたアライメントマーク（ウ
エハマーク）からの照明光を投影光学系及びレチクルを
介して受光することにより、レチクルマークとウエハマ
ークとを同時に観察するＴＴＲ（スルー・ザ・レチク
ル）方式のアライメント装置が知られている。従来のＴ
ＴＲ方式のアライメント装置では、電荷結合型撮像デバ
イス（以下、「ＣＣＤ」という）のような撮像素子を用
いて、ウエハマークの像とレチクルマークの像とを同時
に観察し、その撮像信号を信号処理することにより、レ
チクルマークとウエハマークとの位置ずれ量を計測して
いた。

【０００４】また、従来は撮像素子から出力される撮像
信号をアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換して、デジタ
ル処理を行っていたが、この際に撮像信号がＡ／Ｄ変換
器のレンジに合うようにその撮像信号のゲイン及びオフ
セットの調整を行っていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のように撮像信号
のゲイン及びオフセットを調整する場合には、以下のよ
うな不都合があった。撮像素子の各画素間の感度及び
暗電流の差異を補正するためのゲイン及びオフセットの
機能を有していないため、撮像信号が微小な場合又は撮
像素子での電荷の蓄積時間が長い場合は、上記の感度の
差及び暗電流の差に起因する一種のノイズ信号が本来の
信号成分に重畳され、撮像信号のＳＮ比が悪化してい
た。

【０００６】レチクルマークに対応する信号成分とウ
エハマークに対応する信号成分との間で信号強度に大き
な差がある場合でも、撮像信号のゲイン及びオフセット
は信号強度の強い信号成分に対して、その信号成分を目
標レンジに合わせるように働くので、信号強度の弱い信
号成分はＡ／Ｄ変換に対して最適化されておらず、信号
処理時に不利であった。

【０００７】本発明は斯かる点に鑑み、撮像素子を用い
て２つのマークの像を撮像して得られた撮像信号からそ
れら２つのマークの位置ずれ量を検出する位置検出装置
において、撮像素子の各画素間に感度及び暗電流の差異
が生じていても、高いＳＮ比でそれら２つのマークの位
置ずれ量を検出できるようにすることを目的とする。更
に、本発明は、それら２つのマークに対応する信号成分
の信号強度に差異がある場合でも、高精度にそれら２つ
のマークの位置ずれ量を検出できるようにすることを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による位置検出装
置は、第１のマーク（７）と第２のマーク（８）との位
置ずれ量を検出するための位置検出装置において、第１
のマーク（７）の像を観察面（Σ）上の第１の領域（Ｐ
１，Ｐ３）内に投影すると共に、第２のマーク（８）の
像を観察面（Σ）上のその第１の領域と異なる第２の領
域（Ｐ２）内に投影する観察系（２，６，９）と、それ
ぞれ独立に光電変換を行う複数の画素の集合体を備え、
観察面（Σ）上のその第１の領域内の像及びその第２の
領域内の像に対応する一連の光電変換信号を生成する撮
像手段（１１）と、撮像手段（１１）中の各画素の光電
変換信号に、それぞれ独立にオフセット調整及びゲイン
調整を行う信号補正手段（１４，１５）と、この信号補
正手段によりオフセット及びゲインが補正された後の撮
像手段（１１）からの一連の光電変換信号より、第１の
マーク（７）及び第２のマーク（８）に対応する信号を
抽出する信号抽出手段（１７）とを有し、信号抽出手段
（１７）により抽出された信号より、第１のマーク
（７）と第２のマーク（８）との位置ずれ量を検出する
ものである。

【０００９】この場合、その信号補正手段（１４，１
５）は、その第１の領域内の像を光電変換する撮像手段
（１１）中の第１組の画素の一連の光電変換信号と、そ
の第２の領域内の像を光電変換する撮像手段（１１）中
の第２組の画素の一連の光電変換信号とに、それぞれ独
立にオフセット調整及びゲイン調整を行うことが望まし
い。

【００１０】

【作用】斯かる本発明によれば、信号補正手段（１４，
１５）は例えば撮像手段（１１）で各画素の光電変換信
号を順次読み出すためのクロック信号に同期して、各画
素の光電変換信号にそれぞれ独立にオフセット（直流レ
ベル）調整及びゲイン調整を行う。各画素毎のオフセッ
ト値及びゲインは、例えば一定の照度分布の光を撮像手
段（１１）の撮像面に照射して、撮像手段（１１）から
得られる一連の光電変換のレベルが等しくなるようにし
て定めることができる。これにより、撮像手段（１１）
の画素毎の感度の差及び暗電流の差が個別に補正され
る。

【００１１】また、その信号補正手段（１４，１５）
が、第１の領域（Ｐ１，Ｐ３）内の像を光電変換する撮
像手段（１１）中の第１組の画素の一連の光電変換信号
と、第２の領域（Ｐ２）内の像を光電変換する撮像手段
（１１）中の第２組の画素の一連の光電変換信号とに、
それぞれ独立にオフセット調整及びゲイン調整を行う場
合には、第１のマーク（７）の像に対応する信号成分
と、第２のマーク（８）の像に対応する信号成分とに互
いに独立にオフセット調整及びゲイン調整が行われる。
従って、第１のマーク（７）の像に対応する信号成分
と、第２のマーク（８）の像に対応する信号成分との信
号強度に大きな差異があっても、信号抽出手段（１７）
での処理前にそれら２つの信号成分の信号強度をほぼ等
しくすることができ、高精度に位置検出が行われる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明による位置検出装置の一実施例
につき図面を参照して説明する。本実施例は、投影露光
装置に設けられたＴＴＲ方式のアライメント系に本発明
を適用したものである。図１は本実施例の投影露光装置
の要部を示し、この図１において、通常の露光中には、
図示省略された照明光学系からの露光光のもとで、レチ
クル１上に描かれたパターンの像が、投影光学系２を介
して１／５に縮小されてフォトレジストが塗布されたウ
エハ３上の各ショット領域に転写される。ウエハ３はウ
エハステージＷＳＴ上に保持され、ウエハステージＷＳ
Ｔは、投影光学系２の光軸に垂直なＸＹ平面内でウエハ
３の位置決めを行うＸＹステージ、及び投影光学系２の
光軸に平行なＺ方向にウエハ３の位置決めを行うＺステ
ージ等より構成されている。

【００１３】また、レチクル１のパターン領域の近傍に
位置合わせ用のレチクルマーク７が形成され、ウエハ３
の各ショット領域の近傍に位置合わせ用のウエハマーク
８が形成されている。レチクルマーク７は、図２に示す
ように、レチクル１上のクロム膜よりなる遮光膜内に設
けられたＸ方向に長い矩形の開口パターンであり、レチ
クルマーク７のＸ方向の両側のエッジ部７ａ及び７ｂが
検出対象である。即ち、レチクルマーク７は、Ｘ方向用
のマークであり、Ｙ方向に細長いＹ方向用のレチクルマ
ークもレチクル１上に形成されている（図示省略）。

【００１４】図３は、ウエハ３上のウエハマーク８の形
状を示し、この図３に示すように、ウエハマーク８は反
射率の小さな下地上にＸ方向に所定ピッチでスリット状
パターンを配列したマルチマークよりなる。但し、ウエ
ハマーク８として、ウエハ３の下地上に凹又は凸のスリ
ット状パターンを所定ピッチでＸ方向に配列した位相格
子を使用しても良い。また、ウエハマーク８は、Ｘ方向
用のマークであり、Ｙ方向に所定ピッチで配列されたマ
ルチマークよりなるＹ方向用のウエハマークも、ウエハ
３の各ショット領域の近傍に形成されている（図示省
略）。

【００１５】図１に戻り、レチクル１の上方にＴＴＲ方
式のアライメント系が配置されている。アライメント時
には、そのアライメント系において、図示省略された光
源からの位置検出用の照明光ＤＬが、レンズ系４を経て
ハーフミラー５に入射し、ハーフミラー５で反射された
照明光が、対物レンズ６を経てレチクル１上のレチクル
マーク７に照射される。照明光ＤＬとしては、投影光学
系２での軸上色収差が生じないように、露光光とほぼ同
じ波長帯の光が使用されている。レチクルマーク７の開
口部を透過した照明光は、投影光学系２を経て、ウエハ
３上に形成されたウエハマーク８上に照射される。

【００１６】以上の様に照明されたウエハマーク８及び
レチクルマーク７からの反射光は、照明時と逆の光路を
辿りハーフミラー５に戻り、ハーフミラー５を透過した
反射光が、結像レンズ９を経てハーフミラー１０に入射
する。そして、ハーフミラー１０を透過した光により、
観察面Σ上にレチクルマーク７の像及びウエハマーク８
の像が同時に結像される。観察面Σ上には、２次元ＣＣ
Ｄよりなる撮像素子１１の撮像面が配置され、撮像素子
１１は、観察面Σ上のレチクルマーク７の像及びウエハ
マーク８の像を撮像信号に変換する。一方、ハーフミラ
ー１０で反射された光は、光電検出器よりなる光量モニ
ター１２に受光される。

【００１７】図４は、撮像素子１１の観察面Σ上の画像
を示し、この図４において、レチクルマークの像７Ｐの
白抜きパターンの内部にウエハマークの像８Ｐが結像さ
れている。また、撮像素子１１の一連の画素は、レチク
ルマークの像７Ｐのエッジ部７ａＰ，７ｂＰ及びウエハ
マークの像８Ｐを横切る走査線ＳＬに沿って配列され、
その走査線ＳＬ上ではレチクルマークの像７Ｐが存在す
る領域Ｐ１，Ｐ２とウエハマークの像８Ｐが存在する領
域Ｐ２とが区分されている。

【００１８】図５は、図１の撮像素子１１の撮像信号の
処理回路を示し、この図５において、撮像素子１１から
出力される撮像信号Ｓ１は、プリアンプ１３により全体
としてオフセット（直流成分）調整及びゲイン調整が行
われて撮像信号Ｓ２となり、撮像信号Ｓ２がオフセット
調整回路１４において各画素毎に独立にオフセット信号
Ｓ_OFが加算されて撮像信号Ｓ３となる。そして、撮像信
号Ｓ３が、乗算回路１５において各画素毎に独立にゲイ
ン信号Ｓ_Gが乗算されて撮像信号Ｓ４となり、撮像信号
Ｓ４が、Ａ／Ｄ変換器１６によりデジタル画像データＳ
５に変換される。このデジタル画像データＳ５はメモリ
１８に供給され、撮像素子１１の各画素に対応する画像
データがメモリ１８に格納される。また、メモリ１８の
データバス及びアドレスバス等は演算処理ユニット（以
下、「ＭＰＵ」という）１９及びデジタル・シグナル・
プロセッサ（ＤＳＰ）よりなる信号処理回路１７のシス
テムバスに接続され、メモリ１８に格納された画像デー
タ、即ち撮像素子１１から出力された撮像信号に対応す
る画像データは、ＭＰＵ１９及び信号処理回路１７から
直接にアクセスすることが可能である。

【００１９】また、撮像素子１１は撮像信号Ｓ１と並行
して、１画素分の撮像信号（光電変換信号）を出力する
毎にパルス化されるクロック信号ＣＫと走査終了信号Ｃ
１とをタイミング回路２３に出力し、ＭＰＵ１９はタイ
ミング回路２３に走査開始信号Ｃ２を出力している。こ
れに応じて、タイミング回路２３は、走査開始信号Ｃ３
を撮像素子１１に供給すると共に、Ａ／Ｄ変換パルスＣ
４及びメモリライト信号Ｃ５をそれぞれＡ／Ｄ変換器１
６及びメモリ１８に供給している。

【００２０】図６は、以上述べた各信号のタイムチャー
トであり、以下、この図６を参照しながら各回路の機能
を詳細に説明する。先ず、本実施例で用いた撮像素子１
１の撮像信号Ｓ１は、一例として図６（ａ）に示す様に
時間軸ｔに沿って変化する波形であり、その信号強度が
撮像素子１１の各画素に入射した光量に比例している。
また、撮像素子１１から撮像信号Ｓ１と共に出力される
クロック信号ＣＫを図６（ｂ）に、走査終了信号Ｃ１を
図６（ｃ）に示すが、図６（ａ）と図６（ｂ）とを比較
して明らかなようにクロック信号ＣＫは各画素毎の撮像
信号に対応してパルス化されている。

【００２１】図６（ａ）の撮像信号Ｓ１は、図５のプリ
アンプ１３にて次段のオフセット調整回路１４及び乗算
回路１５に対して最適な信号レベルになるように、適当
なゲイン調整及びオフセット調整が行われる。勿論、撮
像素子１１の出力信号が常に最適なレベルか又はその近
傍のレベルであるならば、プリアンプ１３におけるゲイ
ン及びオフセットは一定であっても構わない。しかし、
アライメント計測時においては、図１のウエハ３のプロ
セス状態、レイヤ（ウエハ上の層）及びフォトレジスト
の種類によって撮像素子１１で検出される光量に大きな
差が存在するため、アライメント計測毎に異なった値を
設定できるような構成となっている。

【００２２】プリアンプ１３によって信号強度が調整さ
れた撮像信号Ｓ２は、オフセット調整回路１４及び乗算
回路１５にて波形整形される。このときに使用されるオ
フセット信号Ｓ_OF及びゲイン信号Ｓ_Gは、一例としてそ
れぞれ図６（ｄ）及び（ｅ）に示すような波形であり、
以下に述べる方法でタイミング回路２３にて生成され
る。

【００２３】図７は、タイミング回路２３の一部及びＭ
ＰＵ１９を示し、この図７において、クロック信号ＣＫ
によりカウンタ２６をカウントアップして得られる値を
メモリ２７−１及び２７−２のアドレスバスに供給し、
メモリ２７−１及び２７−２のカウンタ２６の計数値で
定まる番地のデータを読み出す。メモリ２７−１にはオ
フセット信号Ｓ_OFのデジタルデータが格納され、メモリ
２７−２にはゲイン信号Ｓ_Gのデジタルデータが格納さ
れ、また、メモリ２７−１及び２７−２のデータは予め
ＭＰＵ１９により書き込まれている。クロック信号ＣＫ
は撮像素子１１の画素数だけ出力されるので、メモリ２
７−１及び２７−２内には、撮像素子１１の画素数だけ
の番地が設定されている。

【００２４】次に、メモリ２７−１及び２７−２から出
力されたデータがそれぞれデジタル／アナログ（Ｄ／
Ａ）変換器２８−１及び２８−２に入力され、Ｄ／Ａ変
換器２８−１の出力信号がオフセット信号Ｓ_OFとなり、
Ｄ／Ａ変換器２８−２の出力信号がゲイン信号Ｓ_Gとな
る。２個のメモリ２７−１及び２７−２に対応して２個
のＤ／Ａ変換器２８−１及び２８−２が用意されてい
る。

【００２５】この場合、前述したようにオフセット信号
Ｓ_OFとゲイン信号Ｓ_Gとは、各画素毎に独立してそれぞ
れメモリ２７−１とメモリ２７−２とに記憶されている
ので、この値を変更することにより任意のオフセットと
ゲインを各画素毎に設定できる。この効果を、図４のレ
チクルマークの像７Ｐ及びウエハマークの像８Ｐの撮像
信号を例に取り説明する。

【００２６】図８は、図４の走査線ＳＬに沿う撮像素子
１１の一連の画素から得られる撮像信号Ｓ１を示し、図
８において、期間Ｔ１及びＴ３には図４のレチクルマー
クの像７Ｐが投影される領域Ｐ１及びＰ３の撮像信号が
生成され、期間Ｔ２には図４のウエハマークの像８Ｐが
投影される領域Ｐ２の撮像信号が生成されている。ま
た、期間Ｔ１及びＴ３のレチクルマークの像に対応する
信号のレベルは高いが、期間Ｔ２のウエハマークの像に
対応する信号のレベルは極めて低くなっている。そこ
で、図８の撮像信号Ｓ１に対して、図９（ａ）に示すよ
うに、期間Ｔ１及びＴ３で小さく期間Ｔ２で大きいオフ
セット信号Ｓ_OFを生成する。これにより、図５のオフセ
ット調整回路１４から出力される撮像信号Ｓ３は図８
（ｂ）のようになる。

【００２７】同様に、図９（ｃ）に示すように、期間Ｔ
１及びＴ３で小さく期間Ｔ２で大きいゲイン信号Ｓ_Gを
生成する。これにより、図５の乗算回路１５から出力さ
れる撮像信号Ｓ４は、図９（ｄ）に示すように全期間で
ほぼ同じレベルとなる。この図９（ｄ）の撮像信号Ｓ４
をデジタル画像データに変換した後、図５の信号処理回
路１７を用いて信号処理を行う。例えば信号処理回路１
７では、デジタル画像データが所定の閾値を横切る点か
らレチクルマークの像及びウエハマークの像の位置を検
出して、両者の位置ずれ量を求める。この場合、図８に
示した撮像素子１１からの原信号としての撮像信号Ｓ１
を信号処理する場合に比べて良い精度が得られる。即
ち、図８の撮像信号Ｓ１ではウエハマークの像に対応す
る期間Ｔ２の信号が微小であるため、ノイズによる信号
劣化やＡ／Ｄ変換器１６での量子化誤差の影響によりウ
エハマークの像の位置の検出誤差が大きくなる。これに
対して、本例のように期間Ｔ１，Ｔ３と期間Ｔ２とでオ
フセット及びゲインを変えることにより、ウエハマーク
の像の信号レベルが大きくなり、位置検出精度が向上し
ている。

【００２８】なお、ウエハマークの像の信号レベルの低
下の影響をオフセット調整回路１４、及び乗算回路１５
を用いないで回避する手法として、図５のプリアンプ１
３でウエハマークの像の信号強度に合わせてゲイン及び
オフセットを設定することも考えられる。しかしなが
ら、この場合にプリアンプ１２から出力される撮像信号
Ｓ２（これがＡ／Ｄ変換器１６にそのまま入力される）
は、図１０のようになる。図１０からも明らかなよう
に、この方法ではレチクルマークの像に対応する部分の
信号Ｓ２ａ及びＳ２ｂが飽和してしまい信号処理には使
えない。

【００２９】最後に、本実施例において撮像素子１１の
各画素毎に設定されるオフセット信号Ｓ_OFとゲイン信号
Ｓ_Gとの値の決定法について述べる。図５の撮像素子１
１内で図４の走査線ＳＬ上でｉ番目に読み出される画素
に注目すると、この画素が受光した光量Ｘ_iと出力信号
の強度Ｙ_iとの間には以下の関係がある。Ｙ_i＝ａ_i・Ｘ_i＋ｂ_i （１）但し、ａ_iはｉ番目の画素の感度、ｂ_iはｉ番目の画素
の暗電流及び回路のオフセットである。この関係より、
以下の手順で各画素毎のオフセット信号Ｓ_OFとゲイン信
号Ｓ_Gとの値が決定される。

【００３０】ステップ１．オフセット信号Ｓ_OF及びゲイ
ン信号Ｓ_Gをそれぞれ格納している図７のメモリ２７−
１及び２７−２の内容を次のように設定する。即ち、オ
フセット信号Ｓ_OFは全画素の値を０として、ゲイン信号
Ｓ_Gは全画素の値を１とする。ステップ２．図１におい
て、位置検出用の照明光を発生し、撮像素子１１からの
撮像信号Ｓ１を読み出す。同時に、光量モニター１２の
出力信号を読み出し、この読み出した値をＸ₁とする。

【００３１】ステップ３．ステップ２で読み出した撮像
素子１１の撮像信号Ｓ１を各画像に対応するバッファー
に格納し、これをＹ_i1（ｉ＝０，１，２，…，ｎ−１）
とする。ここで、ｎは撮像素子１１の画素数である。ス
テップ４．ステップ２及びステップ３での処理により得
られた値より、次のようなｎ個の方程式が得られる。

【００３２】Ｙ₀₁＝ａ₀・Ｘ₁＋ｂ₀ （２−０）Ｙ₁₁＝ａ₁・Ｘ₁＋ｂ₁ （２−１）Ｙ₂₁＝ａ₂・Ｘ₁＋ｂ₂ （２−２）・・・・・・・Ｙ_i1＝ａ_i・Ｘ₁＋ｂ_i （２−ｉ）・・・・・・・Ｙ_(n-1)1＝ａ_(n-1)・Ｘ₁＋ｂ_(n-1) （２−(n-1))

【００３３】ステップ５．ステップ２と同様に図１にお
いて位置検出用の照明光を発生し、撮像素子１１から撮
像信号Ｓ１を読み出す。この場合の照明光の光量は、ス
テップ２の場合の光量とは異なるように設定しておく。
同時に光量モニター１２の出力信号を読み出し、この値
をＸ₂とする。ステップ６．ステップ５で読み出した撮
像素子１１の撮像信号を各画素に対応するバッファーメ
モリに格納し、これをＹ_i2（ｉ＝０，１，２，…，ｎ−
１）とする。

【００３４】ステップ７．ステップ５及びステップ６で
の処理で得られた値より、次のようなｎ個の方程式が得
られる。Ｙ₀₂＝ａ₀・Ｘ₂＋ｂ₀ （３−０）Ｙ₁₂＝ａ₁・Ｘ₂＋ｂ₁ （３−１）Ｙ₂₂＝ａ₂・Ｘ₂＋ｂ₂ （３−２）・・・・・・・Ｙ_i2＝ａ_i・Ｘ₂＋ｂ_i （３−ｉ）・・・・・・・Ｙ_(n-1)2＝ａ_(n-1)・Ｘ₂＋ｂ_(n-1) （３−(n-1))

【００３５】ステップ８．ステップ４とステップ７とで
得られた方程式のうち、（２−０）式と（３−０）式と
は感度ａ₀とオフセットｂ₀とに関する連立方程式であ
るから、これを解くことでａ₀とｂ₀との値が求まる。
同様にして、全画素について感度ａ_i及びオフセットｂ
_iを求める。ステップ９．感度補正用及びオフセット補
正用のバッファーメモリを撮像素子１１の画素数ｎ分だ
け用意する。感度補正用のバッファーメモリの記憶内容
をＧ _1(i)（ｉ＝０，１，２，…，ｎ−１）として、オ
フセット補正用のバッファーメモリの記憶内容をＯ
_1(i)（ｉ＝０，１，２，…，ｎ−１）として、これら
の値を次のように設定する。

【００３６】Ｇ₁₍₀₎＝１／ａ₀，Ｇ₁₍₁₎＝１／ａ₁，Ｇ_1(i)＝１／ａ_i，Ｇ_1(n-1)＝１／ａ_(n-1)，Ｏ₁₍₀₎＝−ｂ₀，Ｏ₁₍₁₎＝−ｂ₁，Ｏ_1(i)＝−ｂ_i，Ｏ_1(n-1)＝−ｂ_(n-1)

【００３７】ステップ１０．ステップ９で求めたＧ
_1(i)及びＯ_1(i)をそれぞれ図７のメモリ２７−１及び
２７−２に設定した場合に、図５の乗算回路１５から出
力される撮像信号Ｓ４は、撮像素子１１の各画素間の感
度及び暗電流が補正された信号である。ステップ１１．
ステップ１０で得られた撮像信号Ｓ４について、各画素
毎に信号処理用のオフセット及びゲインを定めて以下の
ようにおく。

【００３８】ゲイン：Ｇ_2(i)（ｉ＝０，１，２，…，
ｎ−１）、オフセット：Ｏ_2(i)（ｉ＝０，１，２，・・・，ｎ−
１）ステップ１２．ステップ９とステップ１１とで設定され
た値より、最終的なオフセット信号Ｏ（ｉ）とゲイン信
号Ｇ（ｉ）とは次のように求められる。Ｇ（ｉ）＝Ｇ_1(i)×Ｇ_2(i) （４）Ｏ（ｉ）＝Ｏ_1(i)＋Ｏ_2(i) （５）

【００３９】なお、上述実施例では、撮像素子として２
次元ＣＣＤが使用されているが、その他に１次元ＣＣＤ
等のラインセンサーを使用することもできる。また、プ
ラズマ・カップルド・デバイス（ＰＣＤ）、ＭＯＳ型イ
メージセンサ、又は撮像管等をも使用できることは言う
までもない。更に、上述実施例ではアナログ段階でオフ
セット調整及びゲイン調整を行っているが、高分解能で
デジタル変換した後の画像データの段階でオフセット調
整及びゲイン調整を行っても良い。

【００４０】また、上述実施例は、ＴＴＲ方式のアライ
メント系に本発明を適用したものであるが、投影光学系
２の側方でウエハ３上のウエハマークの位置を検出する
オフ・アクシス方式のアライメント系にも本発明を適用
することができる。このオフ・アクシス方式のアライメ
ント系では、ウエハマークの像が指標板上の指標マーク
の間に結像され、これらウエハマークの像と指標マーク
とが撮像素子の撮像面にリレーされる。従って、ウエハ
マークの像に対応する撮像信号と指標マークの像に対応
する撮像信号とで独立にオフセット及びゲインの調整を
行うことにより、高精度に位置検出が行われる。

【００４１】なお、本発明は上述実施例に限定されず、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る
ことは勿論である。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、撮像手段中の各画素間
の感度及び暗電流の補正を行うためにゲイン調整及びオ
フセット調整を各画素毎に独立に行うことができるの
で、撮像手段の光電変換信号が微小な場合及び撮像手段
での光電変換信号の蓄積時間が長時間の場合において
も、得られる光電変換信号のＳＮ比が悪化しない。

【００４３】また、信号補正手段が、第１の領域内の像
を光電変換するその撮像手段中の第１組の画素の一連の
光電変換信号と、第２の領域内の像を光電変換するその
撮像手段中の第２組の画素の一連の光電変換信号とに、
それぞれ独立にオフセット調整及びゲイン調整を行う場
合は、第１のマークの信号成分と第２のマークの信号成
分との間に大きな信号レベルの差があっても、最終的に
それら２つの信号レベルをほぼ等しくすることができ
る。従って、信号処理に有利な波形を作り出すことがで
き、信号処理段階での位置検出誤差が小さくなり、位置
検出の再現性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による位置検出装置の一実施例が適用さ
れた投影露光装置の要部を示すの構成図である。

【図２】図１のレチクルマーク７を示す平面図である。

【図３】図１のウエハマーク８を示す平面図である。

【図４】図１の観察面Σ上に投影されるレチクルマーク
の像及びウエハマークの像を示す図である。

【図５】実施例の投影露光装置の信号処理部を示すブロ
ック図である。

【図６】図５の信号処理部における各信号の一例を表す
タイミングチャートである。

【図７】図５のタイミング回路２３及びＭＰＵ１９を示
すブロック図である。

【図８】図１の撮像素子１１から出力される撮像信号Ｓ
１を示す波形図である。

【図９】（ａ）は図８の撮像信号Ｓ１に対するオフセッ
ト信号Ｓ_OFの一例を示す波形図、（ｂ）はオフセット調
整が行われた撮像信号Ｓ３を示す波形図、（ｃ）は図８
の撮像信号Ｓ１に対するゲイン信号Ｓ_Gの一例を示す波
形図、（ｄ）はゲイン調整が行われた撮像信号Ｓ４を示
す波形図である。

【図１０】図５のプリアンプ１３のみでオフセット調整
及びゲイン調整を行った場合の撮像信号Ｓ２の一例を示
す波形図である。

【符号の説明】

１レチクル２投影光学系３ウエハ５，１０ハーフミラー６対物レンズ７レチクルマーク８ウエハマーク９結像レンズ１１撮像素子１２光量モニター１３プリアンプ１４オフセット調整回路１５乗算回路１６Ａ／Ｄ変換器１７信号処理回路１８メモリ１９ＭＰＵ２６カウンタ２７−１，２７−２メモリ２８−１，２８−２Ｄ／Ａ変換器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１のマークと第２のマークとの位置ず
れ量を検出するための位置検出装置において、前記第１のマークの像を観察面上の第１の領域内に投影
すると共に、前記第２のマークの像を前記観察面上の前
記第１の領域と異なる第２の領域内に投影する観察系
と、それぞれ独立に光電変換を行う複数の画素の集合体を備
え、前記観察面上の前記第１の領域内の像及び前記第２
の領域内の像に対応する一連の光電変換信号を生成する
撮像手段と、前記撮像手段中の各画素の光電変換信号に、それぞれ独
立にオフセット調整及びゲイン調整を行う信号補正手段
と、該信号補正手段によりオフセット及びゲインが補正され
た後の前記撮像手段からの一連の光電変換信号より、前
記第１のマーク及び前記第２のマークに対応する信号を
抽出する信号抽出手段と、を有し、該信号抽出手段により抽出された信号より、前記第１の
マークと前記第２のマークとの位置ずれ量を検出するこ
とを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】前記信号補正手段は、前記第１の領域内
の像を光電変換する前記撮像手段中の第１組の画素の一
連の光電変換信号と、前記第２の領域内の像を光電変換
する前記撮像手段中の第２組の画素の一連の光電変換信
号とに、それぞれ独立にオフセット調整及びゲイン調整
を行うことを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。