JPH1038514A

JPH1038514A - 位置検出装置

Info

Publication number: JPH1038514A
Application number: JP8193049A
Authority: JP
Inventors: Naomasa Shiraishi; 直正白石
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-07-23
Filing date: 1996-07-23
Publication date: 1998-02-13

Abstract

(57)【要約】【課題】凹凸の段差量の極めて小さい位置検出マー
ク、又は凹凸の段差量が小さく且つ計測方向に非対称と
なった位置検出マークを使用する場合であっても高精度
にその位置を検出する。【解決手段】例えばシート状のレーザビームに対して
検出対象のウエハマークを計測方向に走査し、そのウエ
ハマークから発生する回折光を光電変換することによ
り、そのウエハマークのＸ座標の関数としてのマーク検
出信号ｆ（Ｘ）を得る。予め別のウエハマークについて
検出されたマーク検出信号の変化（エッジ）を強調して
基準信号ｇ（Ｘ）を求めておき、基準信号ｇ（Ｘ）とマ
ーク検出信号ｆ（Ｘ）との相互相関関数ｈ（Ｘ）を求
め、この相互相関関数ｈ（Ｘ）の値が最大値を取るとき
のＸ座標Ｘ１をマーク位置とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等の
基板の表面に形成された位置検出マークの検出を行うた
めの位置検出装置に関し、特に例えば半導体素子、撮像
素子（ＣＣＤ等）、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド
等の製造工程内のフォトリソグラフィ工程でマスクパタ
ーンを感光性の基板上に露光する露光装置に設けられ、
感光性の基板上の位置検出マークの位置検出を行うため
のアライメントセンサに使用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、半導体素子等を製造するための
フォトリソグラフィ工程（マスクパターンのレジスト像
を基板上に形成する工程）では、マスクとしてのレチク
ルのパターンを投影光学系を介して、フォトレジストが
塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に露光す
るステッパー等の投影露光装置、あるいはレチクルのパ
ターンを直接ウエハ上に転写するプロキシミティ方式の
露光装置等の露光装置が使用されている。

【０００３】例えば、半導体素子はウエハ上に多数層の
回路パターンを所定の位置関係で積み重ねて形成される
ので、そのような露光装置で２層目以降の回路パターン
をウエハ上に露光する際には、露光に先立ってレチクル
とウエハの各ショット領域内の回路パターンとの位置合
わせ（アライメント）を高精度に行う必要がある。この
アライメントを行うために、ウエハ上にはそれまでの工
程中で位置検出マークとしてのアライメントマーク（ウ
エハマーク）が形成されており、露光装置に装着された
アライメントセンサによってそのアライメントマークの
位置を検出することで、ウエハ上の各ショット領域内の
回路パターンの正確な位置を検出できるようになってい
る。

【０００４】従来のアライメントセンサとしては、例え
ばスポット状又はシート状のレーザビームとアライメン
トマークとを計測方向に相対走査し、発生する散乱光や
回折光を検出し、その強度変化に基づいてマーク位置を
検出する方式（以下、「レーザビームスキャン方式」と
称す）や、ハロゲンランプ等を光源としてアライメント
マークを含む所定範囲の領域をブロードバンドな光束で
照明し、そのマークの像を結像光学系を介して撮像し、
その撮像信号に基づいて位置検出を行う方式（以下、
「結像式位置検出方式」と称す）等が知られている。ま
た、レーザビームスキャン方式は、レーザ・ステップ・
アライメント方式（ＬＳＡ方式）と呼ばれることもあ
り、結像式位置検出方式はＦＩＡ（Field Image Alignm
ent)方式と呼ばれることもある。

【０００５】これらのアライメントセンサにより得られ
たマーク検出信号よりアライメントマークの位置を正確
に検出する信号処理方法としては、特定の強度レベルに
てマーク検出信号をスライスして、その交点の座標をマ
ーク位置とするものと、マーク検出信号と特定の基準信
号波形（テンプレート信号）との相関を算出し、最も相
関の大きくなる位置を採用するものとがある。

【０００６】上述のような従来のアライメントセンサの
内、レーザビームスキャン方式においては、使用される
検出光束が単色のレーザビームであることに伴い、ウエ
ハ表面とその上に塗布されたフォトレジストの表面との
間で多重干渉が生じ、マークの検出位置に大きな誤差が
生じる恐れがある。その対策として、検出光束を複数波
長（複数の異なる波長のレーザビームの合成光束）と
し、単色性に起因する多重干渉の影響を軽減する試みも
なされている。一方、結像式位置検出方式では、一般に
照明光束としてブロードバンドな光束を使用するので、
上記のような多重干渉が生じる恐れはない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】近年、半導体集積回路
等の微細化に伴い、成膜工程後であってフォトリソグラ
フィ工程前にウエハ表面を平坦化する工程が導入される
ようになってきた。この平坦化工程には、回路パターン
が形成される生成膜の厚さを均一化して素子特性を改善
する効果と、フォトリソグラフィ工程においてウエハ表
面の凹凸が転写パターンの線幅誤差に与える悪影響を改
善する効果とがある。

【０００８】しかしながら、ウエハ表面のアライメント
マーク部での凹凸変化や反射率変化に基づいて位置検出
を行う方式においては、平坦化工程によりアライメント
マーク部での凹凸の変化量が著しく減少するため、アラ
イメントマークの検出が困難になるという不都合があ
る。特に、不透明な生成膜（金属や半導体膜）に対する
工程では、アライメントマークは一様な反射率の不透明
膜で被われるため、位置検出はアライメントマークの凹
凸に応じて僅かに変化するその上の生成膜の表面の凹凸
のみに頼ることになり、益々位置検出が困難となる。即
ち、不透明な生成膜に対して平坦化を行うと、アライメ
ントマークの位置検出が最も困難となる。

【０００９】また、その不透明な生成膜の表面の凹凸の
段差量は、検出光束の波長や波長幅により定まる光のコ
ヒーレント長よりも圧倒的に小さくなるため、従来の段
差量のマークではブロードバンド光を使う限り問題とな
らなかった凹凸（段差部）の上部からの反射光と下部か
らの反射光との干渉も問題となってくる。そして、例え
ば凹凸マークの凹部の底部に傾斜等の非対称性がある
と、その底部の両側のマークエッジにおいてマーク段差
の上部及び下部からの反射光の干渉条件が異なるため検
出される信号波形にも非対称が生じ、ひいては位置検出
結果にも誤差が生じることとなる。

【００１０】本発明は斯かる点に鑑み、凹凸の変化量の
極めて小さい位置検出マーク、又は凹凸の変化量が小さ
く且つ計測方向に非対称となった位置検出マークを使用
する場合であっても、高精度にその位置を検出できる位
置検出装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【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、処理対象の基板（Ｗ）上の位置検出マーク（１３
Ｘ）に照明光を照射し、その位置検出マークからの戻り
光を受光して、この戻り光の強度に対応する検出信号
（ＤＳ；ＤＳＡ）を出力する検出光学系（１１；１１
Ａ）を備え、この検出光学系から出力される検出信号に
基づいて位置検出マーク（１３Ｘ）の位置を検出する位
置検出装置において、その検出信号（ＤＳ；ＤＳＡ）に
比べて変化が強調された所定の基準信号を記憶する記憶
手段（３１，６２）と、検出信号（ＤＳ；ＤＳＡ）とそ
の記憶手段から読み出されたその基準信号とを相対的に
横ずれさせながら相関関数を算出し、この相関関数が所
定の値を取るときのそれら２つの信号の相対的な横ずれ
量を求める信号処理手段（３０；６１）と、を設け、こ
の信号処理手段によって求められたその相対的な横ずれ
量に基づいて位置検出マーク（１３Ｘ）の位置を検出す
るものである。

【００１２】斯かる本発明によれば、記憶手段（３１；
６２）から読み出された変化が強調された所定の基準信
号と、その検出信号（ＤＳ；ＤＳＡ）とを相対的に横ず
れさせながら相関関数を算出しているため、極めて低段
差（例えば検出光束のコヒーレント長よりも低段差）の
位置検出マーク、又は低段差で且つ計測方向に非対称な
位置検出マークからの検出信号に対しても、それら２つ
の信号が合致しているときと外れているときとで値が大
きく異なる相関関数が得られる。従って、この相関関数
に基づいて、従来例以上の精度でその位置検出マークの
位置を検出できる。

【００１３】この場合、その検出光学系（１１：１１
Ａ）を介して複数の位置検出マークについて順次得られ
る検出信号の平均信号を求め（和信号を求めるのと等価
である）、この平均信号の変化を強調する信号強調手段
（３２）を設け、その基準信号として信号強調手段（３
２）によって変化が強調された信号を使用することが望
ましい。これによって、実際の位置検出マークから検出
される検出信号に基づいてその基準信号が生成される。

【００１４】また、その信号強調手段（３２）は、その
平均信号の変化を強調すると共に、この変化を強調され
た信号を計測方向に対して対称な形状にすることが望ま
しい。これによって、検出対象の位置検出マークが計測
方向に非対称であっても、得られる基準信号は計測方向
に対して対称な形状になり、その後の位置検出精度が向
上する。

【００１５】更に、その信号強調手段（３２）は、その
平均信号の所定の第１の位置に対応する信号をＡ倍し
（Ａは正の実数）、その平均信号のその第１の位置に対
して計測方向の前後にそれぞれ所定間隔だけ離れた第２
及び第３の位置に対応する信号をＢ倍し（Ｂは負の実
数）、そのＡ倍された信号とそのＢ倍された２つの信号
とを加算する処理（コンボリューション演算）を行って
その平均信号の変化を強調することが望ましい。それら
Ａ及びＢの値を調整することによって、容易にその平均
信号に対する強調の程度を調整できる。この場合、更に
そのＡ及びＢは次の条件を満たすことが望ましい。

【００１６】Ａ＋２Ｂ＝１（１）この条件を満たすことによって、その平均信号の平均レ
ベルを変えることなく、変化分のみを強調することがで
き、後の信号処理が容易となる場合がある。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明による位置検出装置
の第１の実施の形態につき、図９及び図１〜図３を参照
して説明する。本例は、投影露光装置に備えられるオフ
・アクシス方式で、且つレーザビームスキャン方式のア
ライメントセンサに本発明を適用したものである。

【００１８】先ず、図９は本例のアライメントセンサを
備えたステッパー型の投影露光装置の一例を示し、この
図９において、照明光学系１からの露光用の照明光（水
銀ランプのｉ線等の輝線、又はエキシマレーザ光等）Ｉ
ＬはレチクルＲの下面（パターン形成面）のパターンを
均一な照度分布で照明し、そのパターンが投影光学系３
により結像倍率β（βは例えば１／５）で縮小されて、
フォトレジストが塗布された半導体ウエハ（以下、単に
「ウエハ」という）Ｗ上の各ショット領域に投影され
る。以下では、投影光学系３の光軸ＡＸに平行にＺ軸を
取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図９の紙面に垂直にＸ軸を
取り、図９の紙面に平行にＹ軸を取って説明する。

【００１９】レチクルＲは、このレチクルＲをＸ方向、
Ｙ方向に位置決めすると共に、所望の角度だけ回転して
固定するレチクルステージ２上に保持されている。一
方、ウエハＷは不図示のウエハホルダを介して試料台４
上に保持され、試料台４はＸＹステージ５上に固定され
ている。不図示のウエハホルダ、試料台４、及びＸＹス
テージ５よりウエハステージが構成されている。ＸＹス
テージ５は、Ｘ方向及びＹ方向にウエハＷの位置決めを
行い、試料台４は、ウエハＷのＺ方向の位置（フォーカ
ス位置）を制御すると共に、ウエハＷの傾斜角の補正を
行う。また、試料台４の上面にその表面がウエハＷの表
面と同じ高さになるように基準板１０が固定され、基準
板１０の表面にベースライン計測（投影光学系３の光軸
ＡＸとアライメントセンサの検出中心との間隔の計測）
等に用いられる基準マークが形成されている。

【００２０】更に、試料台４上に固定された移動鏡６
と、対向するように配置されたレーザ干渉計７とにより
試料台４のＸ座標、及びＹ座標が常時０．０１μｍ程度
の分解能で計測されている。このように、レーザ干渉計
７により計測される座標に基づいて定まる座標系を、ス
テージ座標系（Ｘ，Ｙ）と呼ぶ。レーザ干渉計７により
計測された座標は装置全体の動作を統轄制御する主制御
系８、及び後述のアライメント信号処理系１２に供給さ
れ、その供給された座標に基づいて主制御系８は、ウエ
ハステージ駆動系９を介してＸＹステージ５の位置決め
動作を制御する。具体的に、ウエハＷ上の或るショット
領域への露光が終了すると、ＸＹステージ５のステッピ
ング動作によって次のショット領域を投影光学系３の露
光フィールド内に位置決めして露光を行うという、ステ
ップ・アンド・リピート方式で露光が行われる。

【００２１】また、図９の投影露光装置には、ウエハＷ
上の各ショット領域に付設された位置検出マークとして
のウエハマークの座標を検出するための、オフ・アクシ
ス方式で且つレーザビームスキャン方式のアライメント
光学系１１、及びアライメント信号処理系１２よりなる
アライメントセンサが設けられている。このアライメン
トセンサの詳細な構成については後述する。

【００２２】アライメント光学系１１で光電変換して出
力される検出信号ＤＳがアライメント信号処理系１２に
供給され、アライメント信号処理系１２にはレーザ干渉
計７で計測される試料台４の座標も供給されている。ア
ライメント信号処理系１２では、後述のようにその検出
信号ＤＳが所定の状態になるときの試料台４の座標値を
求めることにより、検出対象のウエハマークのステージ
座標系での座標値を検出し、この座標値を主制御系８に
供給する。また、アライメント光学系１１の検出中心か
ら投影光学系３の光軸ＡＸ（露光中心）までの距離であ
るベースライン量は、予め基準板１０を用いて求められ
て主制御系８内の記憶装置に記憶されている。従って、
主制御系８は、供給されたウエハマークの座標値をその
ベースライン量で補正して得られた座標に基づいてＸＹ
ステージ５を駆動することにより、そのウエハマークが
属するショット領域の中心を露光中心に正確に合わせ込
むことができる。

【００２３】次に、本例のレーザビームスキャン方式の
アライメントセンサの構成につき詳細に説明する。以下
では、Ｘ軸の位置検出マークを検出する機構につき説明
するが、Ｙ軸の位置検出マークについても同様の機構で
検出される。図１は、本例のアライメント光学系１１、
及びアライメント信号処理系１２の概略構成を示し、こ
の図１のアライメント光学系１１において、レーザ光源
２１より出力された波長λのレーザビームＡＬは、ビー
ム整形レンズ系２２、シリンドリカルレンズ２３、ハー
フミラー２４、及び対物レンズ２５を介して、ウエハＷ
上の位置検出マークとしてのＸ軸のウエハマーク１３Ｘ
の近傍にシート状に集光される。レーザビームＡＬとし
ては、ウエハＷ上のフォトレジストに対して非感光性の
波長域のレーザビーム、例えばＨｅ−Ｎｅレーザ光源か
らの波長６３３ｎｍのレーザ光、又はレーザダイオード
からのレーザビーム等が使用される。なお、検出対象が
現像処理後のレジストパターン等である場合には、レー
ザビームＡＬの波長域に対する制限はない。

【００２４】図２（Ａ）はそのＸ軸のウエハマーク１３
Ｘを示す拡大平面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＢＢ線
に沿う拡大断面図、図２（Ｃ）は図２（Ａ）のＣＣ線に
沿う断面図であり、図２（Ａ）に示すように、ウエハマ
ーク１３Ｘは、例えば４μｍ角の複数個の凹部を計測方
向であるＸ方向に直交するＹ方向に８μｍ程度のピッチ
で配列して形成されている。この場合、図２（Ｂ）に示
すように、ウエハマーク１３Ｘの中央の凹部の底部１３
Ｘａは計測方向に対して角度θで傾斜して非対称となっ
ており、他の凹部も同様に計測方向に非対称となってい
る。また、図２（Ｃ）に示すように、ウエハマーク１３
Ｘの凹部の底部（１３Ｘａ等）は、非計測方向（Ｙ方
向）には対称であるが、凹凸の段差はかなり小さくなっ
ている。

【００２５】そして、図１の対物レンズ２５を介して図
２（Ａ）のウエハマーク１３Ｘの近傍に集光されるレー
ザビームＡＬは、図１のシリンドリカルレンズ２３の作
用によって、ウエハマーク１３Ｘと同様に計測方向と直
交するＹ方向に長いシート状に集光され、そのシート状
の集光領域の計測方向（短辺方向）の幅は例えば４μｍ
程度である。図１のＸＹステージ５をＸ方向に駆動し
て、ウエハマーク１３ＸがレーザビームＡＬを計測方向
に横切るようにウエハＷを走査すると、ウエハマーク１
３ＸとレーザビームＡＬとが少なくとも一部で重なった
ときに、ウエハマーク１３Ｘからはその周期性によって
非計測方向に回折光が発生する。

【００２６】図１に戻り、ウエハマーク１３Ｘから非計
測方向に発生する回折光ＢＬ，ＣＬ及び正反射光等は、
対物レンズ２５、及びハーフミラー２４を介して空間フ
ィルタ２６に至り、空間フィルタ２６によってウエハＷ
からの正反射光等を除去した後の回折光ＢＬ，ＣＬがフ
ォトダイオード等よりなる光電検出器２７に入射する。
光電検出器２７では、回折光ＢＬ，ＣＬを光電変換する
ことにより、それら回折光の強度変化に対応する検出信
号ＤＳを出力する。上述のレーザ光源２１から光電検出
器２７までの部材よりアライメント光学系１１が構成さ
れ、その検出信号ＤＳはアライメント信号処理系１２に
供給される。なお、アライメント光学系１１の構成は、
従来のＬＳＡ（レーザ・ステップ・アライメント）方式
のアライメントセンサの光学系と同様である。

【００２７】本例のアライメント信号処理系１２におい
て、検出信号ＤＳはアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換
器２８を介して記憶部２９に供給され、記憶部２９には
レーザ干渉計７からの座標値も供給されている。そし
て、記憶部２９では、検出信号ＤＳのデジタルデータを
レーザ干渉計７で計測される試料台４のＸ座標に対応さ
せてメモリに記憶する。このように、試料台４のＸ座標
の関数として表される検出信号ＤＳのデジタルデータを
マーク検出信号ｆ（Ｘ）と呼ぶ。このマーク検出信号ｆ
（Ｘ）は信号処理部３０に供給される。

【００２８】また、記憶部２９では、予め所定のウエハ
マークに対して検出されたマーク検出信号を基準信号作
成部３２に供給し、基準信号作成部３２ではそのマーク
検出信号の計測方向に対する対称化、及び変化部の強調
を行って後述のような基準信号ｇ（Ｘ）を求め、この基
準信号を基準信号記憶部３１に格納する。そして、信号
処理部３０では基準信号記憶部３１に記憶されている基
準信号も読み出し、記憶部２９から供給されるマーク検
出信号ｆ（Ｘ）とその基準信号ｇ（Ｘ）との相互相関関
数を算出する。更に、信号処理部３０ではその相関関数
の値を最大とする位置を検出対象のウエハマークの位置
として求め、図９の主制御系８に供給する。

【００２９】次に、本例の信号処理部３０の動作及び基
準信号について詳細に説明する。このとき、検出すべき
ウエハマーク１３Ｘの凹部の底部は、図２（Ｂ）の底部
１３Ｘａで示すように、計測方向に対して角度θで傾斜
しているものとする。このように、ウエハマーク１３Ｘ
が計測方向に非対称になっていると、図１の光電検出器
２７から出力される検出信号ＤＳのデジタルデータであ
るマーク検出信号ｆ（Ｘ）にも非対称性が生じ、位置検
出値に誤差が生じる恐れがある。このような非対称なマ
ーク検出信号ｆ（Ｘ）の例を図３（Ａ）に示す。

【００３０】図３（Ａ）において、横軸は試料台４（ウ
エハＷ）のＸ座標を、縦軸は各Ｘ座標でのマーク検出信
号ｆ（Ｘ）の値を示し、マーク検出信号ｆ（Ｘ）は実線
の曲線１４ｓで示すように計測方向（Ｘ方向）に対して
非対称に変化している。一方、図３（Ｂ）の実線の曲線
１４ｔは、基準信号記憶部３１に記憶されている基準信
号ｇ（Ｘ）を示し、この図３（Ｂ）において、点線の曲
線１４ｕは、マーク検出信号ｆ（Ｘ）に似た形状で、且
つ中心位置Ｘ０について対称な関数を示している。ま
た、基準信号ｇ（Ｘ）はその点線の曲線１４ｕで示され
る関数の変化（エッジ）を強調した信号である。

【００３１】本例では、信号処理部３０にて、次の積分
演算により上記のマーク検出信号ｆ（Ｘ）と基準信号ｇ
（Ｘ）との相互相関関数ｈ（Ｘ）を求め、この相互相関
関数ｈ（Ｘ）が最大となる位置をマークの位置として算
出する。ｈ（Ｘ）＝∫ｆ（Ｔ）・ｇ（Ｔ＋Ｘ０−Ｘ）ｄＴ（２）図３（Ｃ）の実線の曲線１４ｃは、そのように算出され
た基準信号ｇ（Ｘ）とマーク検出信号ｆ（Ｘ）との相互
相関関数ｈ（Ｘ）を示し、この図３（Ｃ）において、相
互相関関数ｈ（Ｘ）が最大値ｈＭＡＸを取るときのＸ座
標であるＸ１が信号処理部３０にてマーク位置として検
出される。あるいは、特定のスライスレベルＳＬにて相
互相関関数ｈ（Ｘ）をスライスし、その左右のスライス
位置（交点）Ｘｌ，Ｘｒの中点をマーク位置として検出
してもよい。

【００３２】なお、図３（Ｂ）の点線の曲線１４ｕで表
される関数は、従来の相関検出法で用いられていたマー
ク検出信号とほぼ等しい形状の基準信号に相当し、本例
の実線の曲線１４ｔで表される基準信号ｇ（Ｘ）は、そ
の従来の基準信号（曲線１４ｕ）の変化を強調したもの
に相当する。従来の基準信号（曲線１４ｕ）を用いて相
関検出を行うと、マーク検出信号ｆ（Ｘ）に非対称性が
ある場合、得られる相関関数にも非対称性が生じ、マー
ク検出値に誤差が生じてしまう問題があった。しかし、
本例においては、信号変化部（エッジ部）の変化がより
強調された基準信号ｇ（Ｘ）を用いているため、マーク
検出信号ｆ（Ｘ）の非対称性に影響されずに、エッジ位
置の情報をより多く含んだ相互相関関数ｈ（Ｘ）を得る
ことができ、結果としてより高精度なマーク位置検出が
可能となる。

【００３３】なお、マーク検出信号ｆ（Ｘ）の形状は露
光対象のウエハのレイヤ等によって異なるので、基準信
号ｇ（Ｘ）として予め各種形状のものを基準信号記憶部
３１に記憶させておき、オペレータの指示等によりその
中から現在のプロセスに最適な形状のものを選択して使
用するようにしてもよい。あるいは、現在の露光工程に
おける１ロット内の１枚目のウエハの位置検出時に、こ
のウエハ内の複数箇所のウエハマークのマーク検出信号
を検出し、それらの平均値を基に基準信号ｇ（Ｘ）を生
成することもできる。

【００３４】以下、図４、及び図５を参照してこの基準
信号の生成方法につき説明する。図４（Ａ）は１枚目の
ウエハＷ１を表し、この図４（Ａ）において、ウエハＷ
１の表面には多数のショット領域Ｓｎ（ｎ＝１，２，
３，…）が縦横に所定ピッチで配列され、これらの各シ
ョット領域にはそれぞれ１個以上のウエハマークが付設
されている。この場合、ウエハＷ１上の各ショット領域
のウエハマーク中から、例えば８個の特定のウエハマー
クＭ１〜Ｍ８を選択する。この選択に際しては、それら
の配列がなるべくウエハＷ１の中心に対して対称となる
ようにすることが望ましい。次に、図１のアライメント
光学系１１及びアライメント信号処理系１２を介してそ
れら８個のウエハマークＭ１〜Ｍ８のマーク検出信号ｆ
ｉ（Ｘ）（ｉ＝１〜８）を求めて、記憶部２９内に記憶
する。そして、記憶部２９ではこれらのマーク検出信号
ｆｉ（Ｘ）を順次基準信号作成部３２に供給する。

【００３５】図４（Ｂ）には、それらのマーク検出信号
ｆｉ（Ｘ）中の４個のマーク検出信号ｆ１（Ｘ）〜ｆ４
（Ｘ）を示し、この図４（Ｂ）に示すように、マーク検
出信号ｆ１（Ｘ）〜ｆ４（Ｘ）、及びその他のマーク検
出信号も、それぞれ異なった形状で、且つそれぞれ或る
程度の非対称性を持ったものとなる。基準信号作成部３
２では、これらのマーク検出信号ｆ１（Ｘ）〜ｆ８
（Ｘ）を逐次加算して、８個のマーク検出信号ｆ１
（Ｘ）〜ｆ８（Ｘ）の和信号である加算信号ｓ（Ｘ）を
求める。但し、この加算時には各マーク検出信号の検出
方向についての位置を或る程度合致させてから行う必要
がある。そこで、基準信号作成部３２では、例えば各マ
ーク検出信号の自己相関を算出し、その値が最大となる
位置（これを「加算基準位置Ｘ０」と呼ぶ）同士を互い
に合致させてから上記加算を行う。また、その加算信号
ｓ（Ｘ）の代わりに、その加算信号ｓ（Ｘ）をサンプル
数（この場合には８個）で除算した平均信号を用いても
よい。

【００３６】その加算信号ｓ（Ｘ）は、ウエハＷ１内の
比較的中心対称に配置されたウエハマーク群のマーク検
出信号を加算したものであるため、比較的に非対称性は
小さい。しかし、基準信号ｇ（Ｘ）として使用するため
には僅かの非対称性も無いことが望ましいので、その加
算基準位置Ｘ０を中心としてその加算信号ｓ（Ｘ）を反
転（Ｘ座標を反転させる）させた信号を、その加算信号
ｓ（Ｘ）に加える処理により、その加算信号ｓ（Ｘ）を
次のように対称化した加算信号ｐ（Ｘ）を得る。

【００３７】ｐ（Ｘ）＝ｆ（Ｘ）＋ｆ（２・Ｘ０−Ｘ）（３）このように、対称化された加算信号ｐ（Ｘ）に図５に示
す如き信号強調化数値フィルタｅ（Ｘ）をコンボリュー
ションし、そのエッジを強調することで最終的な基準信
号ｇ（Ｘ）を得ることができる。このコンボリューショ
ン演算は次の積分演算で表される。

【００３８】ｇ（Ｘ）＝∫ｐ（Ｔ）・ｅ（Ｘ−Ｔ）ｄＴ（４）図５において、横軸はＸ座標、縦軸は数値フィルタｅ
（Ｘ）の値を示し、この数値フィルタｅ（Ｘ）はＸ座標
上の基準点ＸＣでの値がＡ（正の実数）であり、その基
準点ＸＣに対してＸ方向に±Ｄだけ離れた２点（座標Ｘ
ｐ，Ｘｍ）での値がＢ（負の実数）である。そして、こ
のＢの絶対値がＡの値に対して大きい程、得られる基準
信号ｇ（Ｘ）は、より信号変化（エッジ）が強調された
ものとなる。従って、このＡ，Ｂの値は、オペレータが
設定（装置に対して入力）可能としておくことが望まし
い。その間隔Ｄは、例えば０．３μｍ程度とするが、勿
論他の任意の値としても構わない。また、そのコンボリ
ューション演算時に、得られる基準信号ｇ（Ｘ）の平均
値を加算信号ｐ（Ｘ）の平均値と同じくするには、（Ａ
＋２Ｂ＝１）の条件を満たせばよい。これによって、後
の信号処理が容易になる場合もある。

【００３９】なお、本例の基準信号作成部３２における
信号強調処理は、上記の如き数値フィルタとのコンボリ
ューション演算に限られるものではない。例えば、対称
化された加算信号ｐ（Ｘ）をフーリエ変換し、その結果
の内の特定の空間周波数成分以上の成分を特定倍に増大
し、更に逆フーリエ変換を施すようにしてもよい。な
お、本例のアライメントセンサを使用する場合でも、従
来例と同様に位置検出に先立って、検出に用いるレーザ
ビームＡＬの照射位置の図９の投影光学系３の光軸ＡＸ
（露光中心）に対する位置関係を計測しておく必要があ
る。これは、既に説明したベースラインチェックと呼ば
れる処理であり、本例では、一例として図９の試料台４
上に固設される基準板１０の表面にウエハマーク１３Ｘ
と同一形状の基準マークを形成しておき、予めこの基準
マークが露光中心にあるときの試料台４のＸ座標Ｘ₁を
計測して記憶しておく。そして、例えばウエハＷへの露
光の前に、ウエハ側のＸＹステージ５を駆動してその基
準マークをアライメント光学系１１の下に移動し、アラ
イメント光学系１１によってその基準マークのＸ座標Ｘ
₂を検出する。そして、２つのＸ座標の差分（Ｘ₁−Ｘ
₂)をＸ軸のベースライン量として記憶すればよい。その
基準マークの検出に際しては、その検出信号は対称であ
るので基準信号ｇ（Ｘ）は対称でありさえすれば、どの
ような形状のものを使用してもよい。

【００４０】その後、ウエハマーク１３ＸのＸ座標を検
出したときには、その検出値にそのベースライン量を加
算した値が露光中心となるため、そのウエハマーク１３
Ｘが属するショット領域の中心のＸ座標を正確に露光中
心に位置合わせ（アライメント）することができる。同
様に、Ｙ方向にも位置合わせを行った後に、重ね合わせ
露光が行われる。なお、実際のアライメントとしては、
ショット領域毎にウエハマークの位置を検出するダイ・
バイ・ダイ方式のみならず、全部のショット領域から選
択されたショット領域（サンプルショット）の位置を計
測し、この計測結果を処理して全部のショット領域の配
列座標を求めるエンハンスト・グローバル・アライメン
ト（ＥＧＡ）方式も使用することができる。

【００４１】次に、図６〜図８を参照して本発明の第２
の実施の形態につき説明する。本例は投影露光装置に設
けられたオフ・アクシス方式で、且つ結像式位置検出方
式のアライメントセンサに本発明を適用したものであ
る。また、本例の投影露光装置は、図９において、アラ
イメント光学系１１、及びアライメント信号処理系１２
をそれぞれ図６のアライメント光学系１１Ａ、及びアラ
イメント信号処理系１２Ａで置き換えたものであり、本
例の図６〜図８において、図１〜図３、及び図９に対応
する部分には同一符号を付してその詳細説明を省略す
る。

【００４２】図６は、本例のアライメントセンサの概略
構成を示し、説明の便宜上、図６においては図１と異な
り、図６の紙面に平行にＸ軸を、図６の紙面に垂直にＹ
軸を取っている。図６において、ハロゲンランプ等の光
源４１を発したブロードバンドな照明光（広帯域光）
は、コンデンサーレンズ４２、及び波長選択素子（シャ
ープカットフィルター又は干渉フィルター等）４３を経
て照明視野絞り４４に入射する。

【００４３】波長選択素子４３は、ウエハＷ上に塗布さ
れたフォトレジスト（露光波長は例えば３６５ｎｍ又は
２４８ｎｍ）に対して非感光性の波長域（例えば波長５
５０ｎｍ〜７５０ｎｍ）の光束のみを透過させる。但
し、本例のアライメントセンサをフォトレジストで覆わ
れていない基板の位置検出装置、例えば露光、現像処理
後のウエハ上の回路パターンと転写したレジストパター
ンとの重ね合わせ誤差の検出装置に適用するのであれ
ば、フォトレジストの感光を防ぐ必要はないので、より
短波長の（露光波長に近い）光束も使用することができ
る。

【００４４】照明視野絞り４４の透過部を透過した照明
光ＤＬは、リレーレンズ４５を経て照明開口絞り４６に
入射する。更に、照明光ＤＬはビームスプリッター４７
及び対物レンズ４８を介してウエハＷ上の位置検出マー
クとしてのＸ軸のウエハマーク１５Ｘを含む照明領域に
入射する。照明開口絞り４６は、ウエハＷの表面（ウエ
ハマーク１５Ｘ）に対して対物レンズ４８とビームスプ
リッター４７とを介して光学的にフーリエ変換の関係と
なっている面（以下、「照明系瞳面」と呼ぶ）Ｈ１に配
置されている。

【００４５】また、照明視野絞り４４はウエハＷの表面
（ウエハマーク１５Ｘ）と実質的に共役（結像関係）と
なっており、照明視野絞り４４の透過部の形状、大きさ
に応じてウエハＷ上での照明領域を制限することができ
る。ウエハＷは不図示のウエハホルダを介して試料台４
上に保持され、試料台４はＸＹステージ５上に載置され
ているが、それらの構成は第１の実施の形態と同様であ
るので説明は省略する。

【００４６】ウエハＷ上のウエハマーク１５Ｘを含む照
明領域で反射した光束は、対物レンズ４８及びビームス
プリッター４７を介してウエハＷの表面と光学的にフー
リエ変換の関係となる面（以下、「結像系瞳面」と呼
ぶ）Ｈ２に配置された結像開口絞り４９に至る。そし
て、結像開口絞り４９を通過した光束が、結像レンズ５
０により集光され、ビームスプリッター５１を透過して
指標板５２上にウエハマーク１５Ｘの像が形成される。

【００４７】指標板５２上には指標マーク５２ａ，５２
ｂが形成されている。また、発光ダイオード（ＬＥＤ）
等の光源５５、コンデンサーレンズ５６、指標照明視野
絞り５７、レンズ５８等より指標板照明系が構成され、
この指標板照明系からの照明光が、ビームスプリッター
５１を介して指標マーク５２ａ，５２ｂを含む部分領域
のみを照明するように設定されている。逆に、照明視野
絞り４４の透過部の形状はこれら指標マーク５２ａ，５
２ｂを含む部分領域を照明しない（遮光する）ように設
定されている。このため、ウエハマーク１５Ｘの像が指
標マーク５２ａ，５２ｂに重畳して形成されることはな
い。

【００４８】指標板５２上に形成されるウエハマーク１
５Ｘの像、及び指標マーク５２ａ，５２ｂからの光束は
それぞれリレーレンズ５３によってＣＣＤ等の撮像素子
５４上に集光され、撮像素子５４の撮像面にウエハマー
ク１５Ｘの像、及び指標マーク５２ａ，５２ｂの像が結
像される。上述の光源４１から撮像素子５４までの部材
よりアライメント光学系１１Ａが形成され、その撮像素
子５４からの撮像信号ＤＳＡは、アライメント信号処理
系１２Ａに供給される。

【００４９】本例のアライメント信号処理系１２Ａにお
いて、撮像信号ＤＳＡはＡ／Ｄ変換器５９を介して記憶
部６０に供給され、記憶部６０では撮像信号ＤＳＡのデ
ジタルデータを順次メモリに記憶する。この場合、撮像
素子５４ではウエハマーク１５Ｘの計測方向（Ｘ方向）
に対応する方向に撮像信号の読み出し（走査）が行わ
れ、ウエハＷの表面から撮像素子５４の撮像面への投影
倍率と、撮像素子５４の走査方向、及び非走査方向の画
素のピッチとから、撮像信号ＤＳＡの各デジタルデータ
が、例えば撮像素子５４の基準となる画素とウエハＷ上
で共役な位置を原点とした座標系上でＸ方向、及びＹ方
向にどの位置のデータに対応するかが予め分かってい
る。但し、本例では指標マーク５２ａ，５２ｂが計測位
置の基準となるため、撮像素子５４の基準となる画素の
位置は特に正確に求めておく必要はない。以下では、記
憶部６０に記憶される１本の走査信号に対応する撮像信
号ＤＳＡのデジタルデータを、ウエハＷ上でのＸ座標に
対応するマーク検出信号ｆＡ（Ｘ）と呼ぶ。本例でも特
定のウエハマークについてのマーク検出信号ｆＡ（Ｘ）
が記憶部６０から基準信号作成部６３に供給され、基準
信号作成部６３ではそのマーク検出信号ｆＡ（Ｘ）の変
化部を強調した基準信号ｇＡ（Ｘ）を作成して、基準信
号記憶部６２に格納する。

【００５０】記憶部６０から読み出されるマーク検出信
号ｆＡ（Ｘ）は信号処理部６１に供給され、信号処理部
６１ではマーク検出信号ｆＡ（Ｘ）と、基準信号記憶部
６２から読み出した基準信号ｇＡ（Ｘ）との相互相関関
数を求め、それに基づいて指標マーク５２ａ，５２ｂに
対するウエハマーク１５ＸのＸ方向への相対的な位置ず
れ量ΔＸを求める。また、信号処理部６１にはレーザ干
渉計７で計測される試料台４のＸ座標も供給されてい
る。そして、信号処理部６１では、レーザ干渉計７から
のＸ座標にその位置ずれ量ΔＸを加算して得た値をウエ
ハマーク１５ＸのＸ座標として求め、このＸ座標を図９
の主制御系８に供給する。

【００５１】次に、本例の信号処理部６１の動作及び基
準信号について説明する。先ず、図７（Ａ）は、ウエハ
マーク１５Ｘの拡大平面図であり、この図７（Ａ）にお
いて、ウエハマーク１５Ｘは、一例としてそれぞれ線幅
６μｍのＹ方向に長い矩形の凹部１６Ａ，１６Ｂ，１６
Ｃがピッチ１２μｍで計測方向であるＸ方向に並べられ
たライン・アンド・スペースパターンである。また、図
６において、指標板５２上の指標マーク５２ａ，５２ｂ
とウエハＷ上で共役となる仮想的な指標マーク像５２ａ
Ｗ，５２ｂＷを図７（Ａ）に示した。

【００５２】図７（Ｂ）は、図７（Ａ）中のＢＢ線に沿
う拡大断面図であり、この図７（Ｂ）に示すように、ウ
エハマーク１５Ｘを構成する凹部１６Ｂの底部１６Ｂａ
は計測方向（Ｘ方向）に対して傾斜しており、計測方向
に関して非対称となっているものとする。そして、他の
凹部１６Ａ，１６Ｃも同様に計測方向に関して非対称と
なっているものとする。更に、凹部１６Ａ〜１６Ｃの段
差（深さ）はウエハ表面の平坦化処理により極めて浅く
（数１０ｎｍ程度）なっているものと仮定する。このよ
うなウエハマーク１５Ｘの各凹部１６Ａ〜１６Ｃに対し
ては、撮像素子５４上に形成される像は、図８（Ａ）の
実線の曲線１７ｓに示す如く、極めてコントラストの低
い像となる。

【００５３】即ち、図８（Ａ）は、図６の記憶部６０か
ら読み出されるマーク検出信号ｆＡ（Ｘ）をマークの１
周期（ピッチ）分だけ示し、図８（Ａ）の横軸はウエハ
Ｗ上のＸ座標（原点は任意）、縦軸はマーク検出信号ｆ
Ａ（Ｘ）の値を示している。マーク検出信号ｆＡ（Ｘ）
（曲線１７ｓ）はウエハマークの凹部では凸部に対して
やや小さくなり、且つウエハマーク１５Ｘ自体の非対称
性によってマーク像も非対称となっている。マーク検出
信号ｆＡ（Ｘ）が図８（Ａ）のように低コントラストと
なるのは、上記のウエハマーク１５Ｘの極めて浅い段差
量に起因する。このように、低コントラスト且つ非対称
な像（マーク検出信号ｆＡ（Ｘ））に対しては、従来例
のようにそれとほぼ同一形状の基準信号との相関関数を
求める相関法では、高精度の位置検出は困難である。

【００５４】そこで、本例の信号処理部６１では、基準
信号として基準信号記憶部６２に記憶された信号変化
（エッジ）の強調された基準信号ｇＡ（Ｘ）を用いる。
図８（Ｂ）の実線の曲線１７ｔは、この基準信号ｇＡ
（Ｘ）を示し、この図８（Ａ）において、破線の曲線１
７ｕは、ウエハマークの凹部で信号強度が弱くなるマー
ク検出信号ｆＡ（Ｘ）（曲線１７ｓ）に似せて、ウエハ
マークの凹部に相当する部分では値が負であり、それ以
外では値が０であるような信号である。そして、基準信
号ｇＡ（Ｘ）はその破線の曲線１７ｕの変化（エッジ）
を強調した信号である。そして、信号処理部６１では、
マーク検出信号ｆＡ（Ｘ）と基準信号ｇＡ（Ｘ）との相
互相関関数ｈＡ（Ｘ）を求める。

【００５５】図８（Ｃ）の実線の曲線１７ｃは、そのよ
うにして求められた相互相関関数ｈＡ（Ｘ）を示し、こ
の図８（Ｃ）に示すように、相互相関関数ｈＡ（Ｘ）は
全体に負の値となるが、信号処理部６１はその中で最大
値ｈＭＡＸを与える位置Ｘ１をウエハマーク１５Ｘ中の
１つのマーク位置とする。実際には、ウエハマーク１５
Ｘは複数本のマークを含み、マーク検出信号ｆＡ（Ｘ）
も複数箇所のマーク（凹部）に相当する部分を含むた
め、相互相関関数ｈＡ（Ｘ）も複数個の極大値を持つ。
信号処理部６１は、これらの極大値の各位置を複数本の
マークの各位置と判定し、その平均値をウエハマーク１
５Ｘの検出位置とする。

【００５６】一方、図７より明らかなように、マーク検
出信号ｆＡ（Ｘ）の両端には、指標マーク像５２ａＷ，
５２ｂＷの像強度分布が現れるので、信号処理部６１は
これらの部分に対応するその相互相関関数ｈＡ（Ｘ）の
左右の極大値の平均値を指標マーク５２ａ，５２ｂの検
出位置とする。なお、指標マーク５２ａ，５２ｂには非
対称性がなく、従って指標マーク５２ａ，５２ｂに対応
する検出信号は対称となるので、指標マーク５２ａ，５
２ｂとの相互相関関数を求めるための基準信号は、ウエ
ハマーク１５Ｘを検出するための基準信号とは異なった
ものでよい。即ち、指標マーク５２ａ，５２ｂを検出す
るための基準信号としては、図８（Ｂ）に破線の曲線１
７ｕで示した如きエッジの強調されていない通常の基準
信号を用いてもよい。

【００５７】本例の信号処理部６１では、上述のように
して求めた指標マーク５２ａ，５２ｂの検出位置に対す
るウエハマーク１５Ｘの検出位置のずれ量ΔＸ（差）を
求め、レーザ干渉計７が検出するＸ座標にその位置ずれ
量ΔＸを加算して得た値をウエハマーク１５ＸのＸ座標
として求め、このＸ座標を図９の主制御系８に供給す
る。

【００５８】この場合、前述の第１の実施の形態と同様
に、本例においても、ウエハ上のレイヤ等によってマー
ク検出信号ｆＡ（Ｘ）の形状は変化するので、基準信号
記憶部６２には各種形状の基準信号ｇＡ（Ｘ）を記憶さ
せておき、オペレータの選択等によって使用する基準信
号を切り換えられるようにしておくとよい。あるいは、
やはり第１の実施の形態と同様に図６の基準信号作成部
６３において、１ロット中の１枚目のウエハ上の所定個
数のウエハマークのマーク検出信号ｆＡ（Ｘ）を取り込
んで加算し、計測方向に対する対称化、及び信号強調を
行って基準信号ｇＡ（Ｘ）を算出してもよい。なお、本
例では、第１の実施の形態でのマーク検出信号ｆ（Ｘ）
とは異なり、ウエハマークのマーク部分以外においても
マーク検出信号ｆＡ（Ｘ）の値が０にはならない。そこ
で、基準信号ｇＡ（Ｘ）の算出に際しては、基準信号作
成部６３では第１の実施の形態と同様の処理を行った後
に、得られた信号全体からマーク部以外の領域の値を減
算し、マーク部以外の信号を０とする処理を行う必要が
ある。

【００５９】なお、上記の第２の実施の形態において、
図６中の結像系瞳面Ｈ２上の結像開口絞り４９に近接し
て位相差板６４を配置し、全体を位相差顕微鏡として構
成することも可能である。この位相差板６４は透明なガ
ラス基板の一部に屈折率ｎ、及び厚さｄが次式を満たす
薄膜６４ａを形成したものである。但し、λは検出に用
いる光束の波長域の中心値である。

【００６０】（ｎ−１）ｄ＝λ／４（５）また、この位相差板６４と照明系瞳面Ｈ１（照明開口絞
り４６）とは結像関係（共役）となっており、且つ照明
開口絞り４６の開口（透過）部の形状は位相差板６４上
の薄膜６４ａの形状とほぼ結像関係とする。以上のよう
に、アライメント光学系（検出光学系）として位相差顕
微鏡を用いると、極低段差のウエハマーク１５Ｘに対し
ても高コントラストな検出像を得ることができる。

【００６１】なお、上述の実施の形態は、本発明をオフ
・アクシス方式のアライメントセンサに適用したもので
あるが、本発明は投影光学系を介してウエハマークの位
置検出を行うＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式のアラ
イメントセンサ、又はレチクル及び投影光学系を介して
レチクル上の位置検出マーク（レチクルマーク）とウエ
ハマークとの位置ずれ量を検出するＴＴＲ（スルー・ザ
・レチクル）方式のアライメントセンサにも同様に適用
できることは言うまでもない。更に本発明は、投影露光
装置用のアライメントセンサのみならず、種々の測定装
置用の位置検出装置にも同様に適用できる。

【００６２】このように、本発明は上述の実施の形態に
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。

【００６３】

【発明の効果】本発明の位置検出装置によれば、検出光
学系から出力される検出信号に対し、それよりも信号変
化（エッジ）の強調された基準信号との相関関数を求め
ることにより位置検出マークの位置検出を行っているた
め、凹凸の変化量の極めて小さい（極めて低段差の）、
即ちそのマークからの検出信号が極めて低コントラスト
となる位置検出マークに対しても、その位置を高精度に
検出できる利点がある。更に、凹凸の変化量が小さく
（低段差で）且つ計測方向に非対称となった位置検出マ
ークに対しても高精度にその位置を検出できる利点があ
る。

【００６４】また、その検出光学系を介して複数の位置
検出マークについて順次得られる検出信号の平均信号を
求め、この平均信号の変化を強調する信号強調手段を設
け、その基準信号としてその信号強調手段によって変化
が強調された信号を使用する場合には、実際の位置検出
マークに基づいて生成された基準信号を使用することで
高精度に位置検出が行われる。また、基準信号を容易に
生成できる利点もある。

【００６５】また、その信号強調手段が、その平均信号
の変化を強調すると共に、この変化を強調された信号を
計測方向に対して対称な形状にする場合には、検出対象
の位置検出マークが計測方向に非対称な場合であっても
対称な基準信号が得られる。従って、検出対象の位置検
出マークが計測方向に非対称であってもより高精度に位
置検出が行われる。

【００６６】また、その信号強調手段は、その平均信号
の所定の第１の位置に対応する信号をＡ倍し（Ａは正の
実数）、その平均信号の前記第１の位置に対して計測方
向の前後にそれぞれ所定間隔だけ離れた第２及び第３の
位置に対応する信号をＢ倍し（Ｂは負の実数）、そのＡ
倍された信号とそのＢ倍された２つの信号とを加算して
その平均信号の変化を強調する場合には、比較的簡単な
演算で信号強調を行うことができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による位置検出装置の第１の実施の形態
としてのアライメントセンサを示す構成図である。

【図２】（Ａ）は図１のアライメントセンサで検出対象
となるウエハマーク１３Ｘを示す拡大平面図、（Ｂ）は
図２（Ａ）のＢＢ線に沿う拡大断面図、（Ｃ）は図２
（Ａ）のＣＣ線に沿う拡大断面図である。

【図３】第１の実施の形態で用いられるマーク検出信号
ｆ（Ｘ）、及び基準信号ｇ（Ｘ）、並びにこれらより得
られる相互相関関数ｈ（Ｘ）の一例を示す図である。

【図４】ウエハ上から選ばれた複数個のウエハマークの
配列の一例、及びそれらのウエハマークから得られるマ
ーク検出信号の一例を示す図である。

【図５】第１の実施の形態の基準信号作成部３２で使用
される数値フィルタｅ（Ｘ）を示す図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態としてのアライメン
トセンサを示す構成図である。

【図７】（Ａ）は図６のアライメントセンサで検出対象
となるウエハマーク１５Ｘの構成を示す拡大平面図、
（Ｂ）は図７（Ａ）のＢＢ線に沿う拡大断面図である。

【図８】第２の実施の形態で用いられるマーク検出信号
ｆＡ（Ｘ）、及び基準信号ｇＡ（Ｘ）、並びにこれらよ
り得られる相互相関関数ｈＡ（Ｘ）の一例を示す図であ
る。

【図９】本発明の実施の形態としてのアライメントセン
サが装着された投影露光装置を示す概略構成図である。

【符号の説明】

Ｗウエハ４試料台５ＸＹステージ７レーザ干渉計１１，１１Ａアライメント光学系１２，１２Ａアライメント信号処理系１３Ｘ，１５ＸＸ軸のウエハマーク２１レーザ光源２３シリンドリカルレンズ２５対物レンズ２７光電検出器２９，６０記憶部３０，６１信号処理部３１，６２基準信号記憶部３２，６３基準信号作成部４１光源４３波長選択素子４４照明視野絞り４６照明開口絞り４８対物レンズ４９結像開口絞り５２指標板５４撮像素子６４位相差板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/30 ５２５Ｗ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】処理対象の基板上の位置検出マークに照
明光を照射し、前記位置検出マークからの戻り光を受光
して、該戻り光の強度に対応する検出信号を出力する検
出光学系を備え、該検出光学系から出力される検出信号
に基づいて前記位置検出マークの位置を検出する位置検
出装置において、前記検出信号に比べて変化が強調された所定の基準信号
を記憶する記憶手段と、前記検出信号と前記記憶手段から読み出された前記基準
信号とを相対的に横ずれさせながら相関関数を算出し、
該相関関数が所定の値を取るときの前記２つの信号の相
対的な横ずれ量を求める信号処理手段と、を設け、該信号処理手段によって求められた前記相対的な横ずれ
量に基づいて前記位置検出マーク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２】請求項１記載の位置検出装置であって、前記検出光学系を介して複数の位置検出マークについて
順次得られる検出信号の平均信号を求め、該平均信号の
変化を強調する信号強調手段を設け、前記基準信号として前記信号強調手段によって変化が強
調された信号を使用することを特徴とする位置検出装
置。
【請求項３】請求項２記載の位置検出装置であって、前記信号強調手段は、前記平均信号の変化を強調すると
共に、該変化を強調された信号を計測方向に対して対称
な形状にすることを特徴とする位置検出装置。
【請求項４】請求項２、又は３記載の位置検出装置で
あって、前記信号強調手段は、前記平均信号の所定の第１の位置
に対応する信号をＡ倍し（Ａは正の実数）、前記平均信
号の前記第１の位置に対して計測方向の前後にそれぞれ
所定間隔だけ離れた第２及び第３の位置に対応する信号
をＢ倍し（Ｂは負の実数）、前記Ａ倍された信号と前記
Ｂ倍された２つの信号とを加算して前記平均信号の変化
を強調することを特徴とする位置検出装置。