JPH0726803B2

JPH0726803B2 - 位置検出方法及び装置

Info

Publication number: JPH0726803B2
Application number: JP59249291A
Authority: JP
Inventors: 成郎村上; 敏男松浦; 裕二今井; 和哉太田
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1984-11-26
Filing date: 1984-11-26
Publication date: 1995-03-29
Anticipated expiration: 2010-03-29
Also published as: JPS61128106A; US4655598A

Description

【発明の詳細な説明】（発明の技術分野）本発明は基板に設けられたマークを検出することによっ
て、その基板の位置を検出する方法、及び装置に関し、
特に半導体素子を製造する露光装置上で半導体ウェハ等
の位置を検出するのに好適な方法及び装置に関する。

（発明の背景）大規模集積回路（LSI）のパターンの微細化は年々進行
しているが、微細化に対する要求を満たし且つ生産性の
高い回路パターン焼付け装置としてマスク（又はレチク
ル）上のパターンを光学的に等倍あるいは縮小して半導
体ウェハ（以下単にウェハとする）上に転写する各種投
影型露光装置が普及している。

LSIの製造においては数層以上のパターンがウェハ上に
順次形成されていくが、異なる層間のパターンの重ね合
せ誤差（位置ズレ）を、一定値以下にしておかなけれ
ば、層間の導電又は絶縁状態が意図するものでなくな
り、LSIの機能を果すことができなくなる。例えば１μ
ｍの最小線幅の回路に対しては、せいぜい0.2μｍ程度
の位置ずれしか許されない。このため、投影露光装置に
おいては、パターンを重ね合わせる方法、即ちマスク
（レチクル）上のパターンの投影像と既に形成されたウ
ェハ上のパターン（チップ）とを重ね合わせる方法（以
下アライメント方法と呼ぶ）として高精度なアライメン
ト方法が各種提案されている。

それらアライメント方法の大部分は、ウェハ上に形成さ
れたアライメント用のキーマークを光学的に検知する方
式を用いるため、アライメント精度はこのウェハ上のア
ライメント用マークの出来状態に左右されることが多
い。特に、ウェハプロセスの後工程になる程アライメン
トマークへの各種処理工程の影響は大きくなり、マーク
形状は劣化する。このことは光学的アライメントにおい
て、プロセス後半の金属（Al等）配線層等の表面での高
い光学的反射率と相まって、マークからの光情報を光電
検出したときの光電信号には、形状劣化に伴なう歪みが
増大することを意味する。この結果、マークの位置検出
の精度が悪化し、アライメント精度が低下するという問
題があった。そのため、ウェハプロセスが進むにつれ
て、より精密なアライメントが要求されると、マークの
形状劣化による精度低下のため、必らずしも良好な重ね
合わせが行なわれず、不良となるチップが増加するとい
う問題も生じる。

（発明の目的）本発明はこれらの欠点を解決し、ウェハ等の基板上のマ
ークを光学的に高精度に検出することによって、基板の
位置を検出する方法と装置を得ることを目的とする。

（発明の概要）本願の第１発明では、基板上に、回折格子状のマークと
直線的に伸びた段差エッジを有するマークとを所定の間
隔で形成し、それらマークを光ビームで相対走査し、両
マークから生じる光情報（回折光とエッジ散乱光、又は
回折光と正反射光）と走査位置とに基づいて基板の位置
を検出することを技術要点としている。さらに本願の第
２発明では上記のような２種類のマークを有する基板を
保持する手段と、光ビームをスポット光にして基板に照
射する手段と、スポット光と基板とを相対的に走査する
手段と、回折格子状のマークからの回折光を受光する第
１光電検出器と、段差エッジ状のマークからの散乱光や
正反射光等の反射光を受光する第２光電検出器と、第１
光電検出器が回折光を受光した走査位置と、第２光電検
出器が反射光を受光した走査位置とを検出するマーク位
置検出位置手段とを設け、２つの走査位置に基づいて基
板の位置を検出することを技術的要点としている。

また本願の第３発明では、感光基板上に形成されたアラ
イメント用のマークからの光情報を検出するマーク検出
光学系の瞳位置（空間フィルター61、64の位置）で、そ
の光情報の分布が互いに異なるような形状の第１マーク
（例えば回折格子マーク）と第２マーク（例えば直線状
の段差エッジ）とを予め形成し、感光基板上の第１マー
ク、第２マークが形成されている層に応じて、第１マー
クによる位置検出結果を使う第１モードと第２マークに
よる位置検出結果を使う第２モードとのいずれか一方を
感光基板の位置合わせ動作の前に予め選択することを技
術的要点としている。

（実施例）第１図は本発明の実施例として好適なウェハ上のアライ
メント用のマークの形状を示す部分断面拡大斜視図であ
る。本実施例におけるマーク２つの回折格子状のマーク
Ma、Mbの一対をウェハＷ上に形成したものである。

ここで、マークMa、Mbは直交座標系xyにおいてｘ方向に
位置検出に適するように、微小な矩形パターンPa、Pbを
夫々ｙ方向に一定ピッチで複数並べたものである。マー
クMaの矩形パターンPaはウェハＷの表面に凸状に形成さ
れたものであり、矩形パターンPaのｙ方向の幅はd₁であ
り、ｘ方向の幅はd₂である。また矩形パターンPa同志の
間隔はd₃である。これらの幅d₁、d₂、間隔d₃は、アライ
メント用の光ビームの照射により効率よく回折光を発生
するように定められている。一方、マークMaに隣接し
て、ウェハＷの表面には凸状の矩形領域Pcが形成され
る。この矩形領域Pcはｙ方向に連続して伸びた段差エッ
ジE₁、E₂を有し、本実施例では矩形領域Pcの高さとマー
クMaの矩形パターンPaの高さとが等しいものとする。そ
して矩形領域Pcの内にはｙ方向に伸びたマークMbが形成
される。マークMbはマークMaと同様の平面形状、及び寸
法の微小な矩形パターンPbの集合体であるが、矩形パタ
ーンPb自体は凹状に形成される。このような凹状の格子
パターンから成るマークであってもアライメント用の光
ビームを照射することによって、マークMaと同様の回折
光が発生する。

尚、本実施例では、マークMaのｘ方向の中心軸とマーク
Mbのｘ方向の中心軸との距離をl₀とし、マークMaの中心
軸と段差エッジE₂との間隔をl₁、マークMbの中心軸と段
差エッジE₁、E₂との間隔をl₃、l₂とする。

さて、以上のようなマークMa、Mb、矩形領域Pc（以下総
称してアライメントマークと呼ぶ）は、例えばウェハＷ
に対する第１層（フォースト・レイヤ）の露光処理とと
もに形成される。第２図はウェハＷ上に形成されたアラ
イメントマークの配置を示す平面図である。本実施例で
は第１層を縮小投影型露光装置（所謂ステッパー）で露
光したものとして、ウェハＷ上の各チップ領域CPに付随
してｘ方向とｙ方向のアライメントマークが形成され
る。すなわち第１層用のレチクルは第１図のようなマー
クを形成するためのパターンを有する。チップ領域CPは
ウェハＷ上にマトリックス状に整列されるものであり、
縮小投影型露光装置の１回の露光フィールド（ショッ
ト）に相当する。ただし領域CPには１つの回路パターン
が入いる場合もあれば、同一の回路パターンが複数個入
いる場合（所謂マルチ・ダイ）もある。さて、チップ領
域CPの中心をＯとし、この中心Ｏを原点として座標系xy
を定めたとき、ｘ方向の位置検出に用いるアライメント
マークはｙ軸上に位置し、ｙ方向の位置検出に用いるア
ライメントマークはｘ軸上に位置するように形成され
る。そしてｘ方向アライメントマークは第１図に示した
ものと同様にマークMax、Mbx、矩形領域Pcxで構成さ
れ、ｙ方向アライメントマークも同様にｘ方向に伸びた
マークMax、Mby、矩形領域Pcyで構成される。さらに本
実施例では以後の説明を簡単にするため、ｙ軸がマーク
MaxとMbxの距離l₀を長さx₁で２等分する位置を通り、ｘ
軸がマークMay、Mbyの距離l₀を長さy₁で２等分する位置
を通るように定められているものとする。このような２
つのアライメントマークを光電的に検出して、そのマー
クの位置を測定することによって、第２層以降の回路パ
ターンの投影像とチップ領域CPとの２次元的な重ね合わ
せが可能となる。また本実施例では同一形状、寸法で凹
凸が反転した回折格子状のマークMa、Mbの一対をウェハ
Ｗ上に形成するが、これはウェハプロセスの進行に伴な
うマーク形状の変形劣化、あるいはフォトレジスト（感
光剤）塗布時の厚みむら等により光電検出の際の光電信
号の波形歪みに起因した検出精度の低下を押えるためで
ある。すなわち、同一の形状、寸法のパターンであって
も、凸状に形成されたものと、凹状に形成されたものと
では、プロセス、レジスト塗布の影響の受け方が異なる
ため、凸状、凹状の一方のマークが大きく変形したとし
ても、他方のマークの形状は保存される可能性が高い。
従って形状劣化の少ない方のマークを使うことによっ
て、検出精度の低下を押えることができる。

第３図は本発明の実施例による位置検出装置に好適な縮
小投影型露光装置の概略的な構成を示す斜視図である。
投影原版となるレチクルＲは、その投影中心が投影レン
ズ１の光軸AXを通るように装置に装着される。投影レン
ズ１はレチクルＲに描かれた回路パターン像を1/5、又
は1/10に縮小して、ウェハ上に投影する。ウェハホルダ
ー２はウェハＷを真空吸着するとともにｘ方向とｙ方向
に２次元移動するステージ３に対して微小回転可能に設
けられている。またステージ３のｘ方向の移動はモータ
５の駆動によって行なわれ、ｙ方向の移動はモータ６の
駆動によって行なわれる。ステージ３の直交する２辺に
は、反射平面がｙ方向に伸びた反射ミラー７と、反射平
面がｘ方向に伸びた反射ミラー８とが各々固設されてい
る。レーザ光波干渉測長器（以下単にレーザ干渉計と呼
ぶ）９は反射ミラー８にレーザ光を投射して、ステージ
３のｙ方向の位置（又は移動量）を検出し、レーザ干渉
計10は反射ミラー７にレーザ光を投射して、ステージ３
のｘ方向の位置（又は移動量）を検出する。

さて、本装置には投影レンズ１を介してウェハ上のマー
クを検出するレーザステップアライメント（以下LSAと
呼ぶ）光学系が設けられている。不図示のレーザ光源か
ら発生して、不図示のエクスパンダー、シリンドリカル
レズ等を通ってきたレーザ光束LBはフォトレジストを感
光させない波長の光で、ビームスプリッター30に入射し
て２つの光束に分割される。その一方のレーザ光束はミ
ラー31で反射され、ビームスプリッター32を通過して、
結像レンズ群33で、横断面が帯状のスポット光になるよ
うに、収束された後、レチクルＲと投影レンズ１との間
に回路パターンの投影光路を遮光しないように配置され
た第１折り返しミラー34に入射する。第１折り返しミラ
ー34はレーザ光束をレチクルＲに向けて上方に反射す
る。そのレーザ光束はレチクルＲの下側に設けられて、
レチクルＲの表面と平行な反射平面を有するミラー35に
入射して、投影レンズ１の入射瞳の中心に向けて反射さ
れる。ミラー35からのレーザ光束は投影レンズ１によっ
て収束され、ウェハＷ上にｘ方向に細長く伸びた帯状の
スポット光LYSとして結像される。スポット光LYSはウェ
ハＷ上でｘ方向に伸びた回折格子状のマークMay、Mby、
又は矩形領域Pcyの段差エッジE₁、E₂を相対的にｙ方向
に走査して、ｙ方向アライメントマークの位置を検出す
るために使われる。スポット光LYSがｙ方向アライメン
トマークを照射すると、そのアライメントマークからは
回折光や散乱光が生じる。それら光情報は再び投影レン
ズ１、ミラー35、ミラー34、結像レンズ群33、及びビー
ムスプリッター32に戻り、ビームスプリッター32で反射
された後、レンズ群36、ミラー37を介して光電検出部38
が入射する。光電検出部38は入射した回折光の光量及び
散乱光の量に応じた光電信号を夫々別個に出力する。以
上、ミラー31、ビームスプリッター32、結像レンズ群3
3、ミラー34、35、レンズ群36、ミラー37、及び光電検
出部38は、ウェハＷ上のｙ方向アライメントマークの位
置を検出するスルーザレンズ方式のアライメント光学系
（以下、Ｙ−LSA系と呼ぶ）を構成する。

一方、ビームスプリッター30で分割された別のレーザ光
束は、ウェハＷ上のｘ方向アライメントマークの位置を
検出するスルーザレンズ方式のアライメント光学系（以
下、Ｘ−LSA系と呼ぶ）に入射するＸ−LSA系はＹ−LSA
系と全く同様に、ミラー41、ビームスプリッター42、結
像レンズ群43、ミラー44、45、レンズ群46、ミラー47、
及び光電検出部48から構成され、ウェハＷ上にｙ方向に
細長く伸びた帯状のスポット光LXSを結像する。

主制御装置50は、光電検出部38,48からの光電信号とレ
ーザ干渉計9,10からの位置情報とを入力して、位置検
出、位置合せのための各種演算処理を行なうとともに、
モータ5,6を駆動するための指令を出力する。この主制
御装置50はマイクロコンピュータやミニコンピュータ等
の演算処理を備えており、その演算処理部にはウェハＷ
に形成された複数のチップ領域CPの設計位置情報（ウェ
ハＷ上のチップ配列座標値等）やアライメントマークの
設計寸法等が記憶されている。

第４図は２つのスポット光LYS、LXSの配置をウェハＷ上
で示す平面図であり、円形の領域は投影レンズ１の視野
（イメージフィールド）ifを表わす。レチクルＲを装置
に対して正確に位置決めすると、レチクルＲの回路パタ
ーンの投影像は、光軸AXがその中心を通るような矩形の
領域Prのようになる。領域Prは最大、視野ifに内接する
大きさまでとることができる。ここで、光軸AXがステー
ジ３に移動座標系（直交座標）xyの原点を通るように各
座標軸を定めると、スポット光LXSはｙ軸上の光軸AXか
ら距離YPのところに位置し、スポット光LYSはｘ軸上の
光軸AXから距離XPのところに位置する。

第５図は光電検出部38,48の具体的な構成を示す図であ
る。両光電検出部とも全く同一の構成なので、ここでは
光電検出部48のみを示す。ミラー47で反射されたｘ方向
アライメントマークからの光情報には、マークMax、Mbx
で生じた回折光（±１次光、±２次光、±３次光等）±
Ｄと、段差エッジE₁、E₂、又はマークMax、Mbxのエッジ
E₁、E₂と平行な段差部からの散乱光D₀とが含まれさらに
正反射光も含まれている。その光情報をビームスプリッ
ター60で２つに分割され、一方の光情報は投影レンズ１
の入射瞳と共役に配置された空間フィルター61で散乱光
D₀のみが開口61aを介して抽出され、集光レンズ62を介
して光電素子63の受光面に集光される。ビームスプリッ
ター60からの他方の光情報からは、投影レンズ１の入射
瞳と共役に配置された空間フィルター64によって、マー
クMax、Mbxからの回折光±Ｄのみが開口64a、64bを介し
て抽出され、その回折光±Ｄは２つの反射面65a、65bを
有するプリズム状のガラスブロック65に至る。反射面65
aでは回折光±Ｄ（±１次光、±２次光、±３次光）が
反射され、その回折光＋Ｄは集光レンズ66を介して光電
素子67の受光面に集光する。一方、反射面65bでは回折
光−Ｄ（−１次光、−２次光、−３次光）が反射され、
その回折光−Ｄは集光レンズ68を介して光電素子69の受
光面に集光する。

さて、第６図、第７図はそれぞれ空間フィルター61と64
の形状を示す平面図である。第６図において空間フィル
ター61の中心部にはスポット光LXSの正反射光の入射瞳
上での光束分布LX′を示す。この空間フィルター61は投
影レンズ１の入射瞳と共役であり、その光束分布LX′は
レーザ光の送光系にシリンドリカルレンズを使ったた
め、空間フィルター61上では、スポット光LXSと直交す
る方向に細長く伸びたものとなる。このような帯状スポ
ット光の伸長方向と空間フィルター（瞳）上での正反射
光の光束分布の伸長方向との関係は、詳しくは例えば特
開昭59−132126号公報に開示されている。さて、空間フ
ィルター61はその正反射光を遮断すると共に、スポット
光LXSが段差エッジE₁、E₂を照射したとき等に生じる散
乱光D₀を透過するような開口61a、61bを有する。この開
口61a、61bはスポット光LXSの長手方向の中心軸を挾ん
で対称的に、すなわち光束分布LX′の長手方向の左右に
位置するように設けられる。一方、第７図に示した空間
フィルター64についても、投影レンズ１の入射瞳と共役
に配置されるため、スポット光LXSのウェハＷからの正
反射光の光束分布LX′は、空間フィルター64上でスポッ
ト光LXSと直交する方向に細長く伸びたものとなる。空
間フィルター64はその正反射光を遮断して、マークMa、
Mbからの回折光±Ｄを透過するような開口64a、64bを有
する。開口64aはマークMa、Mbからの＋１次光（＋D
1）、＋２次光（＋D2）、及び＋３次光（＋D3）を通す
ような大きさ、形状に定められ、開口64bはマークMa、M
bからの−１次光（−D1）、−２次光（−D2）、及び−
３次光（−D3）を通すような大きさ、形状に定められて
いる。このように回折光±Ｄを正の次数光と負の次数光
とに分けて、別々の光電素子67,69で受光すると、両光
電素子67,69からの光電信号SA、SBを個別に処理するこ
とができ、回折格子パターンの変化や劣化による位置検
出精度の低下を押えることが可能となる。

次に光電素子67,69,63からの各光電信号SA、SB、SCを入
力する処理回路の一例を第８図により説明する。この処
理回路は主制御装置50に設けられ、マイクロコンピュー
タやミニコンピュータ等の演算処理と協同して、マーク
Ma、Mb、段差エッジE₁、E₂の位置を検出する。第８図に
おいて、光電信号SAは所定の増幅率を有するプリアンプ
80によって増幅された後、利得制御アンプ（以下AGCと
呼ぶ）81に入力する。

AGC81は予めセットされた利得で入力信号のレベルを調
整して、信号SA′を出力する。一方、光電信号SBは同様
のプリアンプ82、AGC83によって信号SB′に変換され
る。加算回路84は、２つの信号SA′とSB′とをアナログ
的に加算したSDを出力する。アナログ−デジタル変換器
（以下、ADCと呼ぶ）85は信号SDをサンプリングして、
その大きさ（レベル）に対応したデジタル値に変換す
る。ランダム・アクセス・メモリ回路（以下RAMと呼
ぶ）86はADC85でサンプリングされたデジタル値を指定
された番地（アドレス）に記憶する。ADC85のサンプリ
ングとRAM86のアドレス指定は、ともにレーザ干渉計10
からのパルス信号SPによって行なわれる。パルス信号SP
はステージ３がｘ方向に単位量（例えば0.02μｍ）移動
するたびに１パルスとなるようなパルス列であり、その
１パルスに応答してADC85の１回のサンプリングが行な
われるとともに、RAM86のアドレスがひとつだけ更新さ
れる。

さて、光電信号SCはプリアンプ87、AGC88によって増幅
され、その信号SC′はADC89によってサンプリングされ
た後、RAM90にアドレス順に記憶される。ADC89のサンプ
リングとRAM90のアドレスの更新も、レーザ干渉計10か
らのパルス信号SPのパルスに応答して行なわれる。マイ
クロコンピュータやミニコンピュータ等の演算処理部
（以下CPUと呼ぶ）は、RAM86、RAM90からのデジタル情
報及びレーザ干渉計10で読み取ったステージ３のｘ方向
の位置情報（分解能は単位移動量で決まる）を入力し
て、マークMax、Mbx、段差エッジE₁、E₂の位置を検出す
るための演算処理をソフトウエアにより実行する。本実
施例においては、最終的にはレチクルＲの撮影像とウェ
ハＷ上のチップCPとの位置合わせを行なうので、CPU100
は検出したマーク位置情報とエッジ位置情報とに基づい
て、ステージ３の位置決め用のモータ５、６を制御す
る。またCPU100はAGC81、83、88の夫々の利得（ゲイ
ン）を個別に可変するための指令も出力する。

以上のような構成において、RAM89にはマークMax、Mbx
等からの回折光のｘ方向に関する強度分布が位置に対応
して記憶されることになる。またRAM90には、段差エッ
ジE₁、E₂あるいはマークMax、MbxのエッジE₁、E₂と平行
な段差部からの散乱光のｘ方向に関する強度分布が位置
に対応して記憶されることになる。尚、AGC88は特に精
密なものを設ける必要はないが、ウェハＷ上のレジスト
の影響や、その下地の素材等によって散乱光の強度が大
きく変化する場合もあるので、例えば２〜３段階程度の
利得で切替えられるアンプにしておくとよい。一方、AG
C81と83はある程度精密な利得切替えのできるものが望
ましい。これは先に述べたように、ウェハＷ上の回折格
子パターン（マークMa、Mb）の変形、劣化に対処する必
要があるためである。例えばスポット光LXSの幅をマー
クMax、Mbxの幅d₂と等しくして、マークMax、Mbxとスポ
ット光LXSとを相対的にｘ方向に走査したとき、光電信
号SA、SBの波形は共にガウス状の波形になる。もし回折
格子パターンに変形劣化がなければ、光電信号SA、SBの
ガウス波形の大きさやｘ方向に関する位置は正確に一致
するが、回折格子パターンの変形の程度によっては、光
電信号SA、SBのガウス波形の大きさが異なり、ｘ方向に
関する位置も微小にずれることがある。（光電信号SA、
SBの位置ずれ）さらに両光電信号のガウス波形の歪み具
合が異なる場合もある。本実施例のようなマークMa、Mb
が直格子パターンの場合、あるいは特開昭57−19726号
公報に開示されたような斜め45゜の微小線要素の集合か
らなる斜格子パターンの場合、光電信号SA、SBの夫々の
ガウス波形の大きさが異なることは、そのまま検出精度
の低下を意味する。そこで本実施例ではAGC81と83を設
けて、光電信号SA、SBの波形の大きさが異なるような場
合、AGC81、83の利得を制御して信号SA′、SB′の波形
の大きさを揃えた上、加算回路84で加算合成するように
した。

次に本実施例の動作を第９図のフローチャート図を参照
して説明するが、ここではウェハＷの機械的なプリアラ
イメントとグローバルアライメントが終了して、各チッ
プCP毎のアライメント（イーチアライメント、又はステ
ップアライメント）を行なう段階について説明する。

まず、CPU100は、露光すべきチップCPUに付随したｘ方
向アライメントマークとスポット光LXSとが平行に整列
するように、ステージ３の位置決めを行なう。（ステッ
プ200）このときの状態を第10図に示す。第10図におい
て、スポット光LXSはマークMaxの左側に所定の間隔をあ
けて位置する。この段階において位置決めは、グローバ
ルアライメントの精度に依存するが、概ね１μｍ以下の
誤差で達成される。そこでCPU100はそのときのステージ
３のｘ方向の位置をレーザ干渉計10から読み込み、走査
開始点Cxoとして記憶するとともに、RAM86、90が、例え
ば０番地から、デジタル値の書き込み動作を行なうよう
な指令も出力する。また第10図に示したｘ方向アライメ
ントマークは第１図に示したものと同一であり、ここで
は距離l₁とl₂とは共に間隔x₁で等しいものとする。従っ
て、第２図に示したマーク配置からも明らかなように、
段差エッジE₂の延長線はチップCPの中心（チップセンタ
ー）を通る。

次にCPU100はスポット光LXSとｘ方向アライメントマー
クとの相対的な走査を開始する。（ステップ201）これ
は、スポット光LXSに対してステージ３をｘ方向に移動
することによって行なわれるので、以下この動作をステ
ージスキャンと呼ぶ。ステージスキャンはスポット光LX
SがマーMax、段差エッジE₂、マークMbx、及び段差エッ
ジE₁を横切るのに十分な距離だけ行なわれる。その距離
はl₁、l₂、l₃の合計の長さによって決まるが、一例とし
ては100μｍ程度である。そしてステージスキャンの
間、ADC85、89は夫々信号SD、SC′のサンプリングを行
ない、その結果は夫々RAM86、90に番地順に記憶され
る。ステージスキャンの距離を100μｍ、サンプリング
間隔（単位移動量）を0.02μｍとすると、サンプリング
点数は5000（０〜5000番地）になる。こうしてステージ
スキャンが終了した時点で、RAM86には第11図（ａ）に
示すような分布波形が記憶され、RAM90には第11図
（ｂ）に示すような分布波形が記憶される。第11図
（ａ）、（ｂ）とも横軸は位置ｘを表わすが、これはRA
M86、90の番地と一義的に対応している。また縦軸はそ
れぞれ回折光強度（信号SDのレベル）Ｉと散乱光強度
（信号SC′のレベル）Ｊとを表わす。第11図（ａ）から
も明らかな如く、スポット光LXSとマークMaxが一致した
走査位置C₁において、回折光強度Ｉはピーク（理想的に
はガウス波形のピーク点）になり、さらにスポット光LX
SとマークMbxが一致した走査位置C₂において回折光強度
Ｉはピークになる。マークMax、MbxはそもそもウェハＷ
上に存在する凹凸パターンとの認識率を高めるための回
折格子としたので、マーク形状の劣化が少なければ、そ
れらピーク形のS/N比はかなり良好である。

次にCPU100は、RAM86に記憶された分布波形を読み込ん
で、位置C₁とC₂を検出する。（ステップ202）これは例
えば、第11図（ａ）に示した分布波形を一定のスライス
レベルで切り、ピーク波形の幅の２等分点を位置C₁、C₂
として検出する方法、分布波形を一時微分して微分波形
上のゼロクロス点を位置C₁、C₂として検出する方法、あ
るいは分布波形中のピーク波形部分を積分して、ピーク
波形の重心を位置C₁、C₂として検出する方法等によって
適宜求められる。その方法自体は特に限定されるもので
はない。

次にCPU100はマークMax、Mbxがプロセスによって変形、
劣化している層（レイヤ）なのか否かを判断する。（ス
テップ203）この判断はオペレータが経験的に知り得た
ことを、予めCPU100に記憶しておくことによって自動的
に行なわれる。例えば第２層、第３層についてはプロセ
スによるマーク変形がほとんどなく、工程が進むにつれ
てマークMax（凸状パターン）のみの変形が目立ち、最
終層の工程のときには、マークMaxは著しく劣化し、マ
ークMbx（凹状パターン）の方も変形が目立つ、という
ような場合、CPU100には一例として第２層、第３層につ
いてはマークMax、Mbxの両マークのみを使い、それ以降
の層についてはマークMbxのみを使い、最終層について
は、散乱光情報も加味してマークMbx以外に段差エッジE
₁、E₂も使うような判断情報が記憶される。また、マー
クMax、Mbxの変形、劣化が予測できないような場合は、
第３図中のアライメント光学系を介して各マークの状態
をテレビカメラ等で観察し、オペレーターが適宜CPU100
にどのような処理を行うかの指令を与えるという方法で
も同様である。

さて、ステップ203でプロセスによる影響が少なく、マ
ークMax、又はMbxからの回折光信号の歪みが極めて少な
いと判断されたときは、さらにマークMax、Mbxの両方を
使うか片方を使うかを判断する（ステップ204）もとも
と回折光の光電信号はS/N比が良好であるため、変形、
劣化がなければ高い位置検出精度が得られる。そこで、
２つのマークMax、Mbxがともに変形していなければ、こ
の２つのマークのみを使ってｘ方向アライメントマーク
のｘ方向の位置Xeを検出する。（ステップ205）すなわ
ち、スポット光LXSがマークMaxとMbxとの丁度中心に位
置したとき、チップセンターと光軸AXとがｘ方向の位置
に関して一致することになるので、CPU100はこのステッ
プ205において、以下の式に基づいて位置Xeを算出す
る。

またマークMaxの変形は著しいが、マークMbxには目立っ
た変形が見られない場合（逆の場合もあり得る）、変形
のないマークMbxのみを使って位置Xeを検出する。（ス
テップ206）マークMbxは、チップセンターを通るｙ軸と
平行な線からｘ方向に＋x₁（l₂）だけシフトしているの
で、この場合位置Xeは以下の式に基づいて算出される。

Xe＝C₂−x₁ 以上の処理シーケンスでステップ205、206が本願の第３
発明で規定した第１モードに相当する。

さて、ステップ203で散乱光情報も使うと判断された場
合、CPU100は回折光強度の分布波形から求めたマークMa
x、Mbxの位置C₁、C₂と、マークMax、Mbxから段差エッジ
E₁、E₂までの各距離に関する設計値とに基づいて、散乱
光強度の分布波形中で段差エッジE₁、E₂によって生じた
ピーク点に対応する走査位置C₅、C₈を検出する。（ステ
ップ207）第11図（ｂ）に示すように、散乱光はウェハ
Ｗ上に何らかの凹凸段差が存在しさえすれば、かならず
発生する。

換言すればウェハＷ上の段差検出に関して感度がよいこ
とを意味する。このためマークMax、Mbxのｙ方向に微小
に伸びた段差エッジ部の集合からの散乱光によって、位
置C₃、C₄と位置C₆、C₇とにマークMax、Mbxに対応したピ
ーク波形も得られる。さらにウェハＷの表面が粗くなっ
ていた場合も、小さなピーク波形が得られる。特にマー
クMax、Mbxが変形、劣化するほどのプロセスの影響があ
ると、散乱光強度Ｉの分布波形は、第11図（ｂ）のよう
なS/N比のよい形では得られず、全体的にピークのレベ
ルが低くなり、かつノイズとなるピークが多数現われる
ことになる。これは本実施例において段差エッジ部から
の正反射光束の近傍の散乱光を検出する構成にしたた
め、散乱光信号の強度が段差エッジの斜面の傾きに大き
く依存するからである。このためプロセスの影響で斜面
の傾きが変化すると、段差エッジE₁、E₂によるピーク波
形が小さくなり、ノイズとなるピーク波形の中にうもれ
てしまうこともある。このように散乱光情報そのものは
ウェハＷの表面の凹凸状態を高感度に反映したものとな
り、散乱光情報のみで様々に変化するウェハ表面上に段
差エッジE₁、E₂の位置C₅C₈を誤りなく検出することは、
ハードウェハあるはソフトウェアを駆使したとしてもか
なり難しいことである。

そこで本実施例では、ステップ207において、CPU100は
まずマークMax、又はMbxの位置C₁、C₂に対する段差エッ
ジE₁、E₂の設計上の位置を算定する。例えば段差エッジ
E₂は位置（C₁＋l₁）、又は（C₂−l₂）の近傍に存在する
はずだし、段差エッジE₁は位置（C₂＋l₃）又は（C₁＋l₁
＋l₂＋l₃）の近傍に存在するはずである。次にCPU100は
その算定した位置、ここでは説明を簡単にするためエッ
ジE₂については位置（C₂−l₂）、エッジE₁については位
置（C₂＋l₃）を用い、その算定位置を中心に前後の微小
区間±Δｘについて第11図（ｂ）に示した散乱光強度の
分布波形を調べる。すなわち、この微小区間±Δｘ内に
何らかのピークが存在すればそれはエッジE₁、E₂によっ
て生じたものと判断され、そのピーク点をエッジE₁、E₂
の位置C₅、C₈として検出する。このように、回折光情報
に基づいて検出した位置C₁C₂を使って散乱光情報の分布
波形の調査範囲を制限（ゲート）することによって、S/
N比の悪い散乱光情報であっても正確に、かつ高速にエ
ッジE₁、E₂の位置が検出できる。尚、微小区間±Δｘ
は、例えばスポット光LXSのＸ方向の幅程度にすること
が望ましい。

次にCPU100は検出した位置C₅、C₈に基づいて、矩形パタ
ーンPcxのｘ方向の中心位置Xgを次の式により求める。
（ステップ208）もし、段差エッジE₁とマークMbxとの距離l₃を距離l₂と
等しく定めたのなら、位置XgはマークMbxの位置C₂でも
ある。ただし、位置C₂はマークMbxの変形、劣化が著し
く回折光強度の分布波形上、ピークが小さく、歪みが多
い場合には必らずしもマークMbxの正確な中心位置とは
一致していない。ところが段差エッジE₁、E₂の中心を求
める方法で検出した位置XgはマークMbxの中心位置とよ
く一致する。これはスポット光LXSが帯状に細長いこと
と、連続した直線的な段差エッジE₁、E₂がプロセスによ
って大きな変形を受けないことに起因している。このこ
とを第12図を用いて説明する。プロセスの影響でマーク
Max、Mbxの微小矩形パターンPa、Pbが変形し、矩形パタ
ーンPcxの段差エッジE₁、E₂が微小な不整を伴なって変
形したものとする。ただし段差エッジE₁、E₂については
本来の位置から共に微小量Δαだけ内側にやせ細ったも
のとする。このような現象はウェハプロセスにおいてた
びたび見られ、特別な現象ではない。この場合、回折光
強度Ｉの分布波形上でマークMax、Mbxに対応するピーク
波形はレベルも小さく、歪みを含んでいる。このため検
出されるマークMax、Mbxの位置は設計上の位置に対して
微小量Δβ、Δβ′だけシフトしてしまう。一方、エッ
ジE₁、E₂については微小な不整が伴なうものの、スポッ
ト光LXSがｙ方向に細長いため、その不整を平均化した
位置として検出されることになる。すなわち帯状スポッ
ト光による平滑化効果によって、エッジの位置検出精度
はそれ程低下しない。従ってエッジE₁、E₂の検出位置の
中心を求めることによって、両エッジの細りΔαの誤差
分が相殺され、極めて精密に矩形パターンPcxの位置Xg
が求められる。

以上のようにして位置Xgが求まったら、CPU100はｘ方向
アライメントマークの位置Xeを次の式によって算出す
る。（ステップ208） Xe＝Xg−l₂ 以上の処理シーケンスでステップ207、208が本願の第３
発明で規定した第２モードに相当する。

以上、いくつかの方法でｘ方向アライメントマークの位
置Xeを検出したが、その結果はCPU100がモータ５を制御
して、ステージ３のｘ方向の位置決めを行なうために使
われる。具体的には、レーザ干渉計10から読み込んだ位
置が位置Xeと一致するまでモータ５を駆動してステージ
３を移動させる。これによってレチクルＲの回路パター
ンの投影領域Pr（第４図参照）と１つのチップCPとがｘ
方向に関して精密に重なり合う。尚、ｙ方向に関しても
スポット光LYSとｙ方向アライメントマークとを相対的
に走査して、全く同様に位置検出、及び位置合わせが行
なわれる。

本実施例の動作のように、マークMax、Mbxの変形が少な
いときは、そのマークを使って位置検出し、変形がある
ときはさらに段差エッジを使って位置検出するように選
択することによって、高速処理と高精度検出という相反
する条件を高次元でバランスさせることができるという
利点がある。

次に本実施例に示したAGC81、83（第８図参照）の動作
についてさらに詳述する。先にも簡単に説明したよう
に、回折格子パターンがプロセスの影響で変形すると、
光電信号SA、SBのピーク位置がわずかではあるがずれ
て、その両信号の大きさも異なることがある。第13図は
回折格子状のマーク（直格子）の変形の一例を示す平面
図である。第13図（ａ）は変形のない理想的なマークを
示し、ここでは凸状の微小矩形パターンPaがｙ方向に集
合したものとする。回折光±Ｄの発生に寄与するエッジ
EP₁、EP₂はｘ方向と平行に伸びていて、このような場
合、２つの光電信号SA、SBの位置ずれはない。ところ
が、矢印150のように、プロセスの進行方向がエッジE
P₁、EP₂と斜めに交差する方向だと、微小矩形パターンP
aは例えば第13図（ｂ）のように全体的に角がなまり、
エッジEP₁、EP₂をプロセスの進行方向に沿うように斜め
になってしまう。このように変形したマークにレジスト
が塗布され、エッジEP₁側とEP₂側とでレジスト厚が異な
った場合、スポット光で相対走査すると、光電信号SA、
SBは第14図（ａ）、（ｂ）に示すように位置ずれと大き
さ（ピークレベル）のちがいを伴なったものとなる。光
電信号SAはマークの本来の位置XoからずれたXaにてピー
クとなり、そのピーク値はIaである。一方光電信号SBは
位置Xoからわずかに反対方向にずれた位置Xbにてピーク
となり、そのピーク値はIaよりも大きなIbになる。そこ
で、このような場合は、CPU100からの指令でAGC81のゲ
インを高め（逆にAGC83のゲインを低めても同様）、光
電信号SAのピーク値Ia′をIbに揃える。すなわち第14図
の右半分に示すように２つの光電信号の大きさが同一に
なるように調整する。光電信号SA、SBの波形はスポット
光のガウス分布に従って、左右対称的な波形となる。こ
のように２つの波形の夫々の対称性がともに保存されて
いるか、あるいは一方の波形を位置Xoを中心に裏がえし
たとき他方の波形と重なり、かつピークレベルの大きさ
も揃っていれば、位置Xoからのずれがあったとしても、
加算合成した信号SDの波形には位置Xoを中心とした対称
性が保存されることになる。ところが第14図の左半分の
波形のように２つの波形のピークレベルが異なったまま
加算合成してしまうと、信号SDの波形は非対称になる。
このような波形の非対称性は、マークの中心位置検出の
精度を低下させる大きな原因となる。

本実施例のようにAGC81、83によって光電信号SA、SBの
レベルの揃えることによって、変形したマークに対して
も高精度な位置検出が可能となる。また、１枚のウェハ
Ｗ上においても、そのウェハ内のマークの位置や方向に
よってプロセスの影響の受け方が異なる場合もあるの
で、ウェハＷ上のチップの配列座標位置に対応付けてAG
C81、83の各ゲインをCPU100で調整するようにすれば、
ウェハＷ上の各チップ毎のアライメントが極めて正確に
なるという利点がある。そのためには予めCPU100にチッ
プの配列座標に対するゲイン設定量を記憶させておくこ
とが望ましい。

以上、本発明の実施例を説明したが、次に本発明の他の
実施例を説明する。

アライメントマークとスポット光とは相対的に走査させ
ればよいので、ガルバノミラー、振動ミラーあるいは回
転ポリゴンミラー等によってスポット光をアライメント
マークに対して往復走査、あるいは直接走査するように
してもよい。またウェハＷのアライメントマークを投影
レンズ１を介することなく、別設した専用の顕微鏡で検
出するような場合も全く同様である。さらに第５図に示
した散乱光を受光する光電素子63は好ましくは空間フィ
ルター61の２つの開口61aと61bに対応して２つに分離す
るとよい。具体的には第５図に示した空間フィルター61
の後に、第15図に示すように、プリズム65と同様の反射
プリズム70を配置し、開口61aを通ってきた散乱光Doを
集光するレンズ71aと受光素子63aを設け、開口61bを通
ってきた散乱光Doを集光するレンズ71bと受光素子63bを
設ける。そして両受光素子63a、63bの各光電信号SCa、S
Cbを増幅した後、別々にアナログ−デジタル変換器でデ
ジタル値に変換して、別々のメモリに記憶する。そして
CPU100で段差エッジE₁の位置を検出するときは、例えば
受光素子63aからの光電信号の波形を使い、段差エッジE
₂の位置を検出するときは受光素子63bからの光電信号の
波形を使う。このようにすると、段差エッジの位置検出
精度の向上が期待できる。

ところで回折光検出用の光電素子67、69の代りに、第16
図（ａ）に示すように、同一の半導体基板上に回折光＋
Ｄと−Ｄとを別々に受けるような２つの受光面75aと75b
を形成したデュアル・タイプの光電素子75を、空間フィ
ルター64の位置に配置しても同様の効果が得られる。こ
の光電素子75は受光面75aと75bの間にスポット光LXSの
ウェハＷからの正反射光の光束分布LX′が位置するよう
に、投影レンズ１の入射瞳と共役に配置される。

また、第５図に示したプリズム60に入射する光情報は回
折光とが空間的に分離して含まれている。そこで第16図
（ｂ）に示すように同一の半導体基板上に回折光＋Ｄと
−Ｄとを夫々別々に受ける受光面76a、76bを形成し、散
乱光Doを受ける２つの受光面76c、76d（第15図の受光素
子63a、63bに相当する）を形成したクォード・タイプの
光電素子76をプリズム600の代りに投影レンズ１の入射
瞳と共役に配置してもよい。このようにすると、複数の
光電素子間の電気的な特性が揃っているので、経時的な
誤差が少なく、安定した光電検出ができる。

また、散乱光検出用の光電素子は投影レンズ、又は顕微
鏡対物レンズを通ってきた散乱光を受光するのではな
く、例えば特公昭56−25964号公報に開示されているよ
うに、それらレンズの周辺に複数に分離して配置しても
よい。

尚、回折光検出用の光電素子67、69（又は受光面75a、7
5b、76、76b）からの各光電信号SA、SBは加算回路84で
アナログ的に合成したが、合成しない方法もある。それ
は光電信号SA、SBの波形を別々のメモリに記憶した後、
両メモリ上で２つの波形（第14図と同等）の各ピーク位
置（又は重心位置）を検出し、その両位置の平均値（中
点）を取ることによって、回折格子状のマークの中心位
置が求められる。もちろん、両メモリ上で波形のピーク
レベルを揃えるように規格化した後、デジタル的に加算
すれば、加算回路84、AGC81、83の機能をそのままソフ
トウェアで実現したことになる。

先にも述べたように振動ミラー等を使って、スポット光
を微小振幅で単振動させる場合は、レーザ走査型光電顕
微鏡のように光電信号を同期検波することによって回折
格子マーク、又は段差エッジを検出することもできる。
その場合、光電素子67、69から（又は受光面75a、75b、
76a、76b）の光電信号SA、SBの処理回路の一例は第17図
のようになる。

プリアンプ80、82は第８図と同様に変調された光電信号
SA、SBを一定量だけ増幅する。増幅された光電信号SAは
AGC81、83、88等と同等の電圧制御増幅器（以下、VCAと
呼ぶ）160に入力する。一方、増幅された光電信号SBは
さらにアンプ161に入力する。VCA160の出力信号とアン
プ161の出力信号とは夫々アナログ加算器162に入力して
加算された後、位相同期検波回路（以下、PSDと呼ぶ）
に出力される。またVCA160の出力信号とアンプ161の出
力信号とは共に交流信号であるので、それぞれピーク・
ピーク検出回路（以下Ｐ−Ｐ回路と呼ぶ）163と164に入
力する。Ｐ−Ｐ回路163、164は夫々交流波形上の最大値
と最小値との差の絶体値に応じたアナログ電圧を出力す
る、差動アンプ165はＰ−Ｐ回路163、164からのアナロ
グ電圧の差分に応じた電圧を制御信号としてVCA160に出
力する。尚、差動アンプ165はＰ−Ｐ回路163、164から
の２つのアナログ電圧が等しくなるように、VCA160の増
幅率を調整するための制御信号（電圧）を出力するよう
に構成される。

このような処理回路によれば、回折格子マークが変形し
て、光電信号SA、SBに波形上の位置ずれとレベル差とが
発生しても、スポット光がマークを振動走査している間
は、VCA160の出力信号とアンプ161の出力信号とが常に
同じレベルになるので、PSDによる位置検出精度は一定
に保たれる。

また、段差エッジE₁、E₂からの散乱光を検出するかわり
にスポット光LXS、（LYS）による正反射光の量を光電検
出する方法も有効である。この場合は第５図に示した配
置で、第６図のような形状の空間フィルター61を、第18
図のような空間フィルター61′にするだけでよい。空間
フィルター61′は投影レンズ１の入射瞳上におけるスポ
ット光LXSの正反射光分布LX′に合わせた開口61′ａを
有する。このような空間フィルター61′を設けた場合、
光電素子63の光電信号SCは段差エッジE₁、E₂やその他の
凹凸の段差部でレベルが極小（ボトム）となり、その他
の平面部では一定のレベルとなるような波形になる。そ
の波形のみを使って段差エッジE₁、E₂を正確に検出する
ことは、プロセスの影響等を考慮するとなかなか難しい
ことではあるが、第９図で示した処理のように、回折光
情報に基づいて正反射情報にゲートをかけることによっ
て極めて容易に段差エッジE₁、E₂の位置を検出すること
ができる。

次に位置検出のために好適な他のアライメントマークの
形状及びスポット光の形状について説明する。第１図に
示したアライメントマークにおいて、凸状の微小矩形パ
ターンPaの集合からなるマークMaを省略した形状として
もよい。この場合、回折格子パターンはマークMbしかな
いので、段差エッジE₁、E₂を使った位置検出（第９図の
ステップ207、208）を主に実施することが望ましい。ま
た段差エッジE₁、E₂を得るための矩形パターンPcのかわ
りに第19図に示すマークM₂のような単純な線状マーク
（バーマーク）にしてもよく、その配置も回折格子パタ
ーンの付近ならどのに形成してもよい。さらに、その段
差エッジと回折格子マークとは必らずしも平行にしてお
く必要はなく、任意の角度で交差するように互いに斜め
にしてもよい。その一例を第19図に示す。第19図におい
て、マークM₁はｘ、ｙ方向に対して45゜傾いた回折格子
パターンであり、微小線要素はｘ方向に伸びている。マ
ークM₂はマークM₁と90゜で交差するように形成されたバ
ーマークである。一方、このようなアライメントマーク
を検出するためのスポット光SPa、SPbは90゜で交差する
ような帯状スポットであり、このスポット光SPa、SPbは
同時にアライメントマークを走査する。その走査方向は
ｘ方向と一致する。このような構成において、スポット
光SPa、SPbがマークM₁を横切るとき、スポット光SPaと
マークM₁の方向が一致しているので回折光±Ｄが発生す
る。さらに走査が進みスポット光SPa、SPbがマークM₂を
横切るとき、スポット光SPbとマークM₂の方向が一致し
ているので、マークM₂の直線エッジから散乱光Doが発生
する。そこで先の実施例の処理方法と同様に回折光情報
に基づいて散乱光情報をゲートすれば、同様に高精度な
位置検出が可能である。

（発明の効果）以下、本願の第１発明、第２発明によれば、位置検出す
べき基板（ウェハ等）上に、回折格子状のマークと段差
エッジとを設け、格子マークからの回折光情報と、段差
エッジによってレベル変化する光情報（散乱光又は正反
射光）とに基づいて基板の位置を検出するようにしたの
で、基板の各種加工処理（プロセス）によるマークの変
形に起因した検出精度の低下を押えることができるとい
う効果がある。

また、回折光を受光する光電検出器と散乱光を受光する
光電検出器とは別々に設けたので、回折情報と散乱光情
報とを独立に処理でき、それぞれのマーク形状（回折格
子や段差エッジ）に最適な検出アルゴリズムを適用でき
るという効果もある。

さらに本願の第３発明によれば、マーク検出光学系（ア
ライメント系）の瞳位置で互いに異なる分布となる光情
報を発生する２種類のマークを設け、ウェハ上の層に応
じて、どちらのマークを使ってアライメントすべきかを
予め選択するようにしたので、リゾグラフィ工程中に様
々に変化し得るマーク形状にあまり影響されずに、最適
なアライメントが可能となる。同時にマーク検出の際の
信号不良によるエラー発生を少なくすることも可能にる
とった利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するのに好適なアライメントマー
クの形状を示す部分斜視図、第２図はウェハ上のチップ
とアライメントマークとの配置関係を示す平面図、第３
図は本発明の実施例による位置検出装置を用いるのに好
適な投影型露光装置の概略的な構成を示す斜視図、第４
図は投影レンズのイメージフィールドとスポット光との
配置関係を示す平面図、第５図は光電検出部の具体的な
構成を示す配置図、第６図は散乱光検出用の空間フィル
ターの平面図、第７図は回折光検出用の空間フィルター
の平面図、第８図は信号処理回路の具体的な構成を示す
回路ブロック図、第９図は位置検出の手順を説明するフ
ローチャート図、第10図はアライメントマークとスポッ
ト光との配置関係の一例を示す平面図、第11図は回折光
の強度分布と散乱光の強度分布とを示す波形図、第12図
はプロセスの影響を受けたアライメントマークの形状
と、そのきの回折光の強度分布波形とを示す図、第13図
は回折格子パターンのプロセスの影響の受け方を模式的
に示す平面図、第14図は回折光情報の光電信号SA、SBの
ゲイン制御の様子を説明する波形図、第15図は、散乱光
情報の受光系の他の実施例を示す配置図、第16図
（ａ）、（ｂ）は回折光情報又は散乱光情報を受ける受
光素子の他の実施例を示す平面図、第17図は位相同期検
波方式の信号処理系におけるゲイン制御の一例を示す回
路図、第18図は正反射光を検出するための空間フィルタ
ーの形状を示す平面図、第19図はアライメントマークと
スポット光との他の形状を示す平面図である。〔主要部分の符号の説明〕 Ma、Mb、Max、Mbx、May、Mby、M₁……回折格子マーク E₁、E₂……段差エッジ LXS、LYS……帯状スポット光 Do……散乱光 ±Ｄ……回折光 63、67、69……光電素子 100……演算処理回路（CPU）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、所定の第１方向と交差する第２
方向に伸びた回折格子状の第１マークと、該第１マーク
から前記第１方向に所定間隔だけ離れて位置するととも
に、前記第１方向と交差する第３方向に伸びた段差エッ
ジ状の第２マークとを形成し、前記第１マークと第２マ
ークとを前記第１方向に沿って光ビームで相対的に走査
し、両マークから生じる光情報を検出して各マークと前
記光ビームとがほぼ一致する走査位置を求め、該求めた
走査位置に基づいて前記基板の前記第１方向の位置を検
出することを特徴とする位置検出方法。
【請求項２】前記第２方向と第３方向とを一致させて、
前記第１マークと第２マークとを略平行に形成し、前記
光ビームを、両マークと略平行な帯状のスポット光に
し、該帯状スポット光によって前記第１マークと第２マ
ークとを共に検出することを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の方法。
【請求項３】前記第１マークは、前記基板の表面から微
小量だけ突出した凸部に凹状に形成された第１の格子パ
ターンと、前記基板表面に凸状に形成された第２の格子
パターンとを有し、前記凸部と基板表面との段差を前記
第２マークとして用いることを特徴とする特許請求の範
囲第１項又は第２項記載の方法。
【請求項４】所定の第１方向と交差する第２方向に伸び
た回折格子状の第１マークと、該第１マークから前記第
１方向に所定間隔だけ離れて位置するとともに、前記第
２方向に伸びた段差エッジ状の第２マークとを有する基
板を保持する基板保持手段と；前記第２方向に伸びた帯状のスポット光と前記基板とを
相対的に前記第１方向に走査する走査手段と；前記第１マークから生じる回折光を受光する第１光電検
出器と；前記第２マークから生じる反射光を受光する第２光電検
出器と；前記第１光電検出器が回折光を受光した第１走査位置
と、前記第２光電検出器が反射光を受光した第２走査位
置とを検出するマーク位置検出手段とを備え、該検出された２つの走査位置に基づいて前記基板の位置
を検出することを特徴とする位置検出装置。
【請求項５】前記マーク位置検出手段は、前記第１光電
検出器から時系列的な第１光電信号に基づいて前記第１
走査位置を検出した後、前記第２光電検出器からの時系
列的な第２光電信号の波形中で前記第１走査位置から前
記所定間隔だけ離れた位置近傍に波形に基づいて前記第
２走査位置をを検出する信号処理回路を備えたことを特
徴とする特許請求の範囲第４項記載の装置。
【請求項６】マスクのパターンを感光基板へ露光するの
に先立って、該感光基板上の被露光領域に付設されたア
ライメント用のマークから光情報をマーク検出光学系に
よって検出し、該マーク検出光学系によって検出された
マークの位置に基づいて前記マスクと感光基板とを位置
決め制御手段によって相対的に移動させて前記マスクの
パターンと前記感光基板の被露光領域とを位置合わせす
るための位置検出方法において、前記マーク検出光学系によって前記マークを検出する際
に前記マーク検出光学系の瞳位置における前記マークか
らの光情報の分布が互いに異なるように形状を異ならせ
た第１マークと第２マークとを、前記被露光領域に対し
て一義的な位置関係で予め形成する段階と；最終的に前記第１マークの位置検出結果に基づいて前記
位置合わせを行う第１モードと、最終的に前記第２マー
クの位置検出結果に基づいて前記位置合わせを行う第２
モードとを予め用意し、前記位置決め制御手段による位
置合わせ動作の前に、前記第１モードと第２モードのい
ずれか一方を、前記マスクのパターンで露光される前記
被露光領域の層に応じて選択する段階とを含むことを特
徴とする位置検出方法。
【請求項７】前記第１モードと第２モードの選択は、前
記感光基板上の前記第１マークと第２マークを撮像装置
で観察し、両マークのうち形状の変形、劣化が少ない方
を基準とするように定めたことを特徴とする特許請求の
範囲第６項記載の方法。