JPH04251955A - 基板のアライメント装置およびアライメント方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウェハや液晶デ
ィスプレイ用プレート等の基板に形成されたアライメン
トマークを光電検出することによって、基板をアライメ
ントする装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ウェハやプレート等の位置合わせ
（アライメント）においては、それら基板上の所定位置
に形成されたアライメントマークを顕微鏡対物レンズを
介して光電検出する方式が一般的であった。光電検出方
式にも大別して２種類があり、レーザビーム等のスポッ
トでマークを相対走査し、マークで生じる散乱光や回折
光をフォトマルチプライヤやフォトダイオード等で受光
する光ビーム走査方式と、一様照明されたマークの拡大
像をテレビカメラ（ビジコン管やＣＣＤ）で撮像して、
その画像信号を利用する方式とがある。いずれの場合に
も、得られる光電信号は波形処理され、マークの中心位
置が求められる。

【０００３】光ビーム走査方式と撮像方式とは、その個
々の走査系において全く異なる構成を取るが、ここでは
両者とも電気光学的走査装置であるとして考える。この
様な走査装置のうち、レーザビームのスポットに対して
ウェハステージを一次元移動させて、マーク位置を検出
する方式としては、特開昭６１−１２８１０６号公報、
特開昭６０−１３０７４２号公報、特開昭６０−２５６
００２号公報等に開示された技術が知られている。

【０００４】また、ウェハステージを設計値で位置決め
した後、一次元走査ビームの走査範囲内でマーク位置を
検出する方式としては、特開昭５６−１２７２９号公報
、特開昭５７−１３８１３４号公報等に開示された技術
が知られている。また、電気光学的走査装置として撮像
方式を利用するものとしては、特開昭５７−１４２６１
２号公報、特開昭６０−１７８６２８号公報、特開昭６
０−２２５４２８号公報等に開示された技術が知られて
いる。

【０００５】これらの従来技術では、主に以下の２つの
理由で走査ビーム、又はマーク照明光として単色光を使
っている。 ■投影型露光装置（ステッパー）において、投影光学系
を介してウェハマークを検出する形式では、投影光学系
の大きい色収差を避けるために単一波長の照明光、又は
レーザビームを使う。 ■高輝度、高分解能の検出を行うべく微小スポットに集
光するために単色のレーザビームを使う。 このように単色照明光（又はビーム）を使うと、比較的
Ｓ／Ｎ比が大きくとれるが、露光装置で扱うウェハでは
、通常ウェハ全面に０．５μｍ〜２μｍ程度の厚みでフ
ォトレジスト層が形成されているため、単色性による干
渉現象が生じ、これが、マーク位置検出時に誤検出され
たり、不鮮明な画像となったりしていた。

【０００６】そこで近年、レジストによる干渉現象を低
減させるために、照明光の多波長化、あるいは広帯域化
が提案されるようになった。例えば撮像方式の走査装置
において照明光をハロゲンランプ等から作り、その波長
帯域幅を３００ｎｍ程度（レジストへの感光域を除く）
にすると、レジストの表面とウェハの表面とで反射した
光同志の干渉性がほとんどなくなり、鮮明な画像検出が
可能になる。従って、撮像方式では照明光を白色化（広
帯域化）するとともに、結像光学系を色消ししておくだ
けで、レジストに影響されない極めて高精度なアライメ
ントセンサーが得られることになる。

【０００７】このように白色化された照明光を使って、
撮像手段（ビジコン管、ＣＣＤ）でウェハ上のマークを
検出する場合、ウェハを載置したステージは、アライメ
ント光学系の観察視野内（撮像範囲内）にマークが位置
するように位置決めされる必要がある。すなわち、ステ
ージ上のウェハは機械的なプリアライメントの精度に依
存して、ステージの移動座標系に対する位置誤差を持っ
ている。このため、アライメント光学系の視野に対して
設計値でステージを移動させたとしても、必ずしも撮像
範囲内に入ることが保証されない。

【０００８】一般に高精度なファインアライメントセン
サーは検出範囲（撮像範囲）が狭くなるので、ファイン
アライメントが可能になる位置までステージを移動させ
るためのラフなマーク位置検出が必要となる。このラフ
なマーク位置検出はサーチアライメントと呼ばれ、各種
の方法が提案されている。撮像手段を使ったサーチアラ
イメントの１つの方法としては、アライメント光学系の
倍率を低倍と高倍とに切替え可能としておき、低倍率で
ウェハ上の広い範囲を一度に撮像して、その画像信号（
ビデオ信号）を解析することによってマークを検知する
方法が考えられる。この方法によれば、サーチアライメ
ントのためにウェハステージをシフト移動させる必要が
なく、ビデオ信号の解析時間だけで済むので高速になる
。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アライ
メント光学系の倍率を低くして広い範囲を見ようとする
と、ウェハ上のマーク以外に様々の回路パターンが撮像
範囲内に入り込み、画像信号の解析を苦難なものにする
といった問題点が生じる。特にマーク検出のための照明
光が白色化されると、ウェハ表面の回路パターンの一部
のエッジやストリートラインの境界エッジ（幾何学的な
段差構造）が干渉縞の影響なく鮮明に検出できるため、
そのようなマークでないパターンのエッジをマーク位置
と誤検出することがある。

【００１０】また、アライメント光学系の観察倍率を低
くすることは、それだけ画像解析時の分解能（１ピクセ
ル当たりのウェハ上での実寸法）が低下するため、アラ
イメントマークの計測方向の幅が数μｍ程度と小さくな
った場合に信号のコントラスト不足を招く恐れもある。 すなわち、ビデオ信号上のマークに対応した波形変化（
振幅）が微弱になり、波形処理が苦難になる。

【００１１】また、撮像手段を使ったサーチアライメン
トとして、ウェハステージを一定量ずつＸ方向、又はＹ
方向にシフトさせては１画面分のビデオ信号を取り込み
、マークが存在するか否かを解析することを繰り返して
いく方法もある。この場合、アライメント光学系は高倍
率のものが使えるので、ビデオ信号の分解能は高く、そ
のままファインアライメントにも使えるといった利点が
ある。しかしながら、その反面、取り込んだ１画面分の
ビデオ信号を解析してマークエッジの存在を確認し、存
在しないときにはステージを一定量シフトさせていくた
め、高速性に欠けるといった問題点がある。

【００１２】本発明は、上述のサーチアライメント時の
問題を解決して、高スループット，高精度にマーク位置
をサーチするアライメント装置を得ることを目的とする
。

【００１３】

【課題を解決する為の手段】かかる問題点を解決するた
め本発明においては、表面に対して光学的、又は幾何学
的な差異を伴って形成されたアライメント用のマーク（
ＢＰＭｎ）を有する基板（Ｗ）を保持して、２次元的に
移動可能なステージ（ＳＴ）と、ステージ（ＳＴ）の位
置座標を測定する座標測定器（ＩＦＸ，ＩＦＹ）と、基
板上のマーク（ＢＰＭｎ）を含み得る大きさの局所領域
を照明する照明系（７、８、９、９Ａ、９Ｂ、９Ｃ）と
、局所領域を撮像して、局所領域内の明暗の変化に応じ
た画像信号を出力する撮像手段（２）と、画像信号に基
づいて、マークの撮像範囲内における位置を検知するマ
ーク位置検知手段（３０）とを備えており、マーク位置
検知手段（３０）によって検知されたマーク位置と座標
測定器（ＩＦＸ，ＩＦＹ）の計測値とに基づいてステー
ジ（ＳＴ）を移動させることによって、基板（Ｗ）を所
定の基準位置に対してアライメントする装置において、
マーク位置検知手段は、撮像手段（２）による局所領域
内の一次元走査（走査線ＳＬ）によって得られる画像信
号の第１の波形データを記憶する記憶回路（４３）と；
ステージ（ＳＴ）を一次元走査の方向に撮像範囲（ＶＰ
Ａｘ）よりも小さな所定距離だけシフトさせるように移
動制御するシフト移動制御回路（５２、５４、ステップ
１１０８）と；シフト移動の後に、撮像手段（２）の一
次元走査によって得られる画像信号の第２の波形データ
と、記憶回路（４３）に記憶された第１の波形データと
を比較して、相互に重複する部分（ＷＤ）での波形がほ
ぼ一致するように補正してから第１、第２の波形データ
を継ぎ合わせて１つの合成波形データＵ’（Ｉ）を作る
波形合成回路（ステップ１０００〜１０１６）と；合成
波形データＵ’（Ｉ）に基づいて、マーク（ＢＰＭｎ）
の少なくとも１つのエッジに応じて特定の特性で変化す
る波形（ＢＷｎ）と同等の波形部分の位置（ＩＵＸ（ｉ
））を抽出するエッジ位置抽出回路（ステップ１１２０
〜１１２６）とを設けることとした。そして、抽出され
たエッジ位置のうち、設計上の条件を満たすエッジ位置
を選択する選択回路（ステップ１１２８〜１１３６）と
を含み、選択されたエッジ位置に基づいて前記マーク位
置を特定することを特徴としている。

【００１４】

【作　　用】本発明においては、ウェハ上の広い領域を
ＣＣＤ、ビジコン管等の２次元撮像素子、又は１次元撮
像素子で撮像する際、ウェハを撮像素子に対して走査線
方向に一定量だけシフトさせては画像信号を取り込み、
画面上で重複する範囲に着目して画像信号のレベル、振
幅を補正してから継ぎ合わせている。このため撮像素子
上にウェハ表面のマークパターンの像を結像するための
光学系の倍率は高くすることができ、画像信号上の１ピ
クセル（画素）当たりのウェハ上寸法は精度に見合って
十分な分解能を持たせることができる。また、本発明に
おいては、１本に合成された画像信号波形のデータを作
ってから、ウェハ上のマーク位置を認識するため、合成
前の１画面毎の画像信号を解析してマークを認識する方
式に比べて高速処理が可能になる。さらに本発明におい
ては、合成された画像信号波形中のマーク位置（エッジ
位置）に対応した部分に現れるボトム状波形（又はピー
ク状波形）の少なくとも一方のスロープ部（片エッジ）
を検出し、それが所定の条件（コントラスト値、設計上
の距離、間隔等）と合致しているか否かを判断している
。 そのためアルゴリズム上、ボトム波形（ピーク波形）の
両側のスロープ部を検出する必要がなく、処理すべきデ
ータ数も少なくなり、マーク認識のための演算処理の時
間が短縮されるといった利点がある。

【００１５】

【実　　施　　例】次に、本発明の実施例によるアライ
メント装置を備えた、投影露光装置の構成を図１を参照
して説明する。図１において、レチクルＲ上のパターン
領域ＰＡの像は、投影レンズ１を介してウェハＷ上に結
像投影される。ウェハＷは、Ｘ，Ｙ方向にステップアン
ドリピート法で移動するステージＳＴ上に載置され、ス
テージＳＴの座標位置はレーザ干渉計ＩＦＸ，ＩＦＹで
計測される。レチクルＲは、パターン領域ＰＡの両脇に
設けられたレチクルアライメントマークＲＭ１，ＲＭ２
をレチクルアライメント顕微鏡ＲＡ１，ＲＡ２に対して
位置決めすることで、装置（投影レンズ１の光軸ＡＸ）
に対してアライメントされる。

【００１６】さて、本実施例による装置は、ここではウ
ェハＷ上のマークのみをオフ・アクシス方式で検出する
ウェハアライメントセンサーに対して適用される。この
ウェハアライメントセンサーは、投影レンズ１の下部直
近に配置されたプリズム状のミラー１２、対物レンズ１
１、ビームスプリッタ１０、結像レンズ５、共役指標板
４、撮像レンズ３、及びＣＣＤ等の２次元撮像素子２に
よって構成される。

【００１７】さらにウェハＷ上のマーク領域を照明する
ために、ハロゲンランプ、光輝度多色ＬＥＤ等の光源８
からの広帯域波長の光（ただしウェハＷの感光域はカッ
ト）を導くオプチカルファイバー７、コンデンサーレン
ズ９、照明視野絞り９Ａ、全反射ミラー９Ｂ、レンズ系
９Ｃ、及び先のビームスプリッタ１０とで構成された照
明光学系が設けられる。

【００１８】以上の構成において、ウェハＷは対物レン
ズ１１と結像レンズ５との合成系に関して指標板４と光
学的に共役に配置され、指標板４とＣＣＤ２の受光面と
は撮像用レンズ３に関して共役に配置される。従ってＣ
ＣＤ２は、ウェハＷ上のマークの拡大像と指標板４上の
固定（参照）マークの拡大像とを同時に撮像する。また
照明光学系のファイバー７の射出端面は、２次光源像と
して対物レンズ１１とレンズ系９Ｃとの間の瞳面（開口
絞り位置）にリレーされ、ウェハＷに対してケーラ照明
を行う。更に視野絞り９Ａは対物レンズ１１とレンズ系
９Ｃとの合成系によってウェハＷと共役になっており、
視野絞り９Ａのアパーチャ像がウェハＷ上に投影される
ことになる。

【００１９】本実施例では、少なくとも対物レンズ１１
、結像レンズ５、撮像用レンズ３の夫々に対して色消し
がなされており、色収差による結像特性の劣化を押さえ
ている。また、本実施例の装置では、ステージＳＴ上に
基準マークＦＭが設けられ、ウェハアライメントセンサ
ー内の指標板４上の指標マークのウェハＷへの投影点と
、レチクルＲ上のレチクルアライメントマークＲＭ１，
ＲＭ２の投影点との間の距離（　ベースライン）　を計
測するのに使われる。

【００２０】次に図２を参照して、図１中のＣＣＤ２か
らのビデオ信号の処理回路について説明する。ＣＣＤ２
は２次元撮像素子であり、水平走査方向と垂直走査方向
とに画素（ピクセル）が配列されるが、本実施例のＣＣ
Ｄ２では、ウェハＷ上のマークのエッジを横切る計測方
向を水平走査方向と一致させるものとする。さて、ＣＣ
Ｄ２からは水平同期信号と垂直同期信号とが混合したコ
ンポジットビデオ信号が得られる。このビデオ信号は、
周波数フィルターやＡＧＣ等の前処理回路４０を介して
アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）４２に送られる。 同時に、ＣＣＤ２からのビデオ信号は、同期信号分離回
路やクロック発生回路等を含む制御回路４４に送られる
。

【００２１】この制御回路４４は、ＣＣＤ２の水平同期
信号に基づいて、１画素の電気走査（読み出し走査）あ
たり１つのクロックパルスとなるようなクロック信号Ｓ
ＣＬを出力する。このクロック信号ＳＣＬは、ＣＣＤ２
の電気的走査が１フレーム中でのサンプリング範囲（水
平走査線の垂直方向の本数）になったか否かを検出する
比較部４６と、ＡＤＣ４２の出力データを記憶するため
のメモリ（ＲＡＭ）４３に対してアドレス値を出力する
アドレスカウンタ４８とに送られる。

【００２２】従って、ＲＡＭ４３内には、ＣＣＤ２の所
定の水平走査線から指定された本数分だけのデジタル波
形データが記憶される。ＲＡＭ４３内の波形データは、
プロセッサ５０によって管理されるアドレスバスＡ−Ｂ
ＵＳとデータバスＤ−ＢＵＳとによってプロセッサ５０
に読み込まれ、所定の波形処理演算が行われる。プロセ
ッサ５０のアドレスバスＡ−ＢＵＳとデータバスＤ−Ｂ
ＵＳには、ステージＳＴを制御するためのステージコン
トローラ５２がつながれ、このコントローラ５２は干渉
計ＩＦＸ，ＩＦＹの座標計測値を入力してステージＳＴ
の駆動モータ５４を制御する。

【００２３】図１に示したマーク位置検出手段としての
制御ユニット３０は、図２に示した部材４０〜５０を含
み、符号ＷＳＣはコントローラ５２への制御信号を表し
、これは図２のＡ−ＢＵＳ、Ｄ−ＢＵＳに対応している
。また、図１中の符号ＲＳＣは、不図示のレチクルステ
ージをコントロールするためのバスラインを表している
。

【００２４】次に、本実施例に好適なマーク形状や配置
を図３、図４、図５を参照にして説明する。図３はウェ
ハＷ上のショット配列を示し、レチクルＲのパターン領
域ＰＡの投影像はショット領域ＳＡの夫々とアライメン
トされる。そして露光時には、各ショット領域ＳＡの中
心がレチクルＲのパターン領域ＰＡの中心と一致するよ
うに、ウェハステージＳＴが精密にステッピングされる
。

【００２５】さて、各ショット領域ＳＡには、Ｘ方向用
のアライメントのためのウェハマークＭＤｘとＹ方向用
のアライメントのためのウェハマークＭＤｙとが形成さ
れている。本実施例では、このマークＭＤｘ，ＭＤｙを
オフ・アクシス方式のウェハアライメントセンサー（図
１中の２〜１２）で検出するものとする。各マークＭＤ
ｘ，ＭＤｙは、図５（Ａ）に示すように、３本の回折格
子状のバーマークＢＰＭ１，ＢＰＭ２，ＢＰＭ３がショ
ット領域ＳＡの間の幅ＬＤのストリート領域内にそれぞ
れ間隔ｈｂ、ｈｃで平行に並んだマルチマークとする。

【００２６】図５（Ａ）では、Ｘ方向用のマークＭＤｘ
のみを示し、各バーマークＢＰＭｎはＹ方向に伸びてい
る。また、図５（Ｂ）に示すように各バーマークＢＰＭ
ｎはウェハ下地に対して凸状（又は凹状）に形成された
微小矩形パターンを、中心線ＣＬに沿って一定のピッチ
で配列したものである。さらに、本実施例では、３本の
バーマークＢＰＭ１，ＢＰＭ２，ＢＰＭ３のうち、中央
のマークＢＰＭ２の中心線ＣＬがショット領域ＳＡの中
心に向かっているものとする。

【００２７】ここでは、３本のバーマークＢＰＭｎをシ
ョット領域ＳＡのほぼ中心に向かうように設けたが、ス
トリートラインの伸びる方向に沿って設けてもよい。そ
の場合は、３本のバーマークＢＰＭｎの長手方向、即ち
非計測方向は、最大１つのショット領域ＳＡの一辺の長
さ程度まで長くすることができるから、非計測方向にお
けるプリアライメント誤差はほぼ数ｍｍまで許容でき、
この許容量は実用上何ら問題とならない値である。

【００２８】また、図４は共役指標板４上の指標マーク
ＴＬ，　ＴＲの配置を示し、指標マークＴＬ，　ＴＲの
夫々は透明ガラス板の上にクロム層で形成された複数の
細線からなる。同図中、ＩＦは対物レンズ１１の像視野
を示し、矩形領域ＰＰＡはＣＣＤ２の撮像エリアを示す
。ファインアライメントの際は、２つの指標マークＴＬ
，ＴＲの間にマークＭＤｘ（又はＭＤｙ）を挟み込むよ
うにウェハステージＳＴを位置決めする。

【００２９】さらに本実施例の共役指標板４は、図６に
示すようにＸ方向用には、ウェハマークＭＤｘを挟み込
む指標マーク群ＴＬ，ＴＲを含む領域ＶＰＢｘと、その
上方（非計測方向）にサーチアライメント用に設定され
た透明領域ＶＰＡｘとを有する。ＣＣＤ２は、領域ＶＰ
ＡｘとＶＰＢｘをカバーする撮像範囲を有する。図１で
はＸ方向用のアライメント光学系のみを示したが、Ｘ方
向用とＹ方向用のアライメント光学系を対物レンズ１１
から別個に配置する場合は、当然のことながら共役指標
板４もＸ方向用とＹ方向用とで別体になる。

【００３０】そして本実施例では、ウェハＷ上のマーク
ＭＤｘ（又はＭＤｙ）をサーチアライメントによって検
出するときは、共役指標板４上の領域ＶＰＡｘを用い、
マークＭＤｘが見つかった後のファインアライメントの
ときは、領域ＶＰＢｘを用いる。すなわち、ＣＣＤ２の
撮像範囲内で、領域ＶＰＡｘ内を水平走査したときに得
られる画像信号を処理するモード（サーチアライメント
）と、領域ＶＰＢｘ内を水平走査したときに得られる画
像信号を処理するモード（ファインアライメント）とを
使い分けるようにした。

【００３１】さて、機械的にプリアライメントされた状
態のウェハＷがウェハステージＳＴ上に載置され、設計
値に基づいてウェハＷ上の１つのマークＭＤｘが対物レ
ンズ１１の視野内に入るようにステージＳＴを移動させ
ると、プリアライメント精度が良好であれば、図５（Ａ
）に示した３本のバーマークＢＰＭ１，ＢＰＭ２，ＢＰ
Ｍ３は、図６中の領域ＶＰＡｘのほぼ中央に位置する。 プリアライメント誤差が大きいときは、領域ＶＰＡｘ内
でマークＭＤｘはＸ方向とＹ方向とにずれて位置する。 マークＭＤｘのＹ方向に関するプリアライメント不良に
関してはバーマークＢＰＭｎのＹ方向（非計測方向）を
長くすることによって対応する。

【００３２】図７（Ａ）は、プリアライメント終了後に
、ウェハＷ上の任意のマークＭＤｘ（ＢＰＭ１〜ＢＰＭ
３）を指定してウェハステージＳＴを設計値で送ったと
きにアライメント光学系のＣＣＤ２で撮像される共役指
標板４のマークとウェハマークＭＤｘとの位置関係の一
例を示し、図７（Ｂ）は、そのとき指標板４内の領域Ｖ
ＰＡｘを通るＮ（ただしＮ≧１）本の走査線ＳＬの各画
像信号を、水平方向の同一位置にある画素（ピクセル）
を垂直方向に加算平均して得られる画像信号波形を示す
。図７（Ｂ）で横軸は走査線の走査位置を表すとともに
、ピクセルＰＸ０　〜ＰＸｎ　の番地（ＲＡＭ４３のア
ドレス値）にも対応している。

【００３３】さて、制御回路４４は、１本の走査線ＳＬ
をクロック信号ＳＣＬによって、例えば１０２４分割し
、クロック信号ＳＣＬの１パルス当たりのピクセルを割
り当てている。従って、図７（Ｂ）の画像（ビデオ）信
号波形は、ＲＡＭ４３内に番地順に１ピクセル毎の信号
レベルのデジタル値として記憶される。尚、実際の加算
平均波形は、プロセッサ５０がＲＡＭ４３内に一度記憶
された走査線Ｎ本分の画像信号データを読み出して演算
により求める。また、ＣＣＤ２より得られる画像信号波
形は、広帯域照明光を使ってレジスト層での干渉現象を
低減させているため、各バーマークＢＰＭｎの位置で単
純なボトム波形ＢＷ１，ＢＷ２，ＢＷ３になる。上記、
図７（Ａ）のようにプリアライメントした状態において
、一度でマークＭＤｘ全体が領域ＶＰＡｘ内に入る場合
は、図７（Ｂ）のビデオ信号波形を解析して、マークＭ
Ｄｘの特定のバーマーク、例えばＢＰＭ２の画素位置を
求めれば、そのときのウェハステージＳＴの座標位置と
バーマークＢＰＭ２の画素位置とに基づいて、指標板４
上の指標マークＴＬ，ＴＲに対するバーマーク位置が特
定できる。従って、ただちにウェハステージＳＴを移動
させて、マークＭＤｘを指標マークＴＬ，ＴＲの間に移
すことによって、マークＭＤｘのファインアライメント
が実行可能である。ところが、一度に撮像できるエリア
ＰＰＡの走査線方向の距離は、１ピクセル当たり０．２
〜０．３μｍ（ウェハ上）の分解能とすると、１走査線
のピクセル数を１０２４としてウェハＷ上では約２００
μｍ〜３００μｍ程度に限られている。もちろん、アラ
イメント光学系のうち対物レンズ１１と結像レンズ５と
の合成系の倍率を低くすれば、１ピクセル当たりの寸法
も大きくなり、一度に観察できる範囲を拡げることがで
きる。しかしながらそれでは解像が粗くなってしまい、
ビデオ信号波形上のマーク像に対応したコントラストは
悪化してしまう。そのため、合成系の倍率（ウェハＷか
らＣＣＤ２までの倍率）はある値以下にすることはでき
ず、従って１画素の観察範囲もウェハ上では限られたも
のになる。

【００３４】そこで本実施例では、ＣＣＤ２で撮像した
１画面のビデオ信号のうち、領域ＶＰＡｘ内のＮ本の走
査線分のビデオ信号波形を加算平均して１つの波形デー
タとして記憶した後、ウェハステージＳＴを計測方向（
水平走査方向）に一定距離だけ移動させる。そして次の
撮像画面についても同様の手順で１つの波形データを作
り出し、先の画面で得られた波形データと継ぎ合わせて
、１つの合成波形データを作り出す。このようにして、
順次１画面毎に得られる波形データをＲＡＭ４３内で継
ぎ合わせていくことで、あたかもＣＣＤ２の水平走査方
向（マーク計測方向）にサーチ範囲を広げたようなビデ
オ信号の波形データを得るようにする。

【００３５】以上のような合成波形データの作成は、Ｒ
ＡＭ４３の容量が許す限り、何画面分でも可能であるが
、１画面の水平走査方向に関するウェハ上寸法が２００
〜３００μｍ程度であれば、２画面、又は３画面程度の
継ぎを行うことで、プリアライメント精度の悪化にも十
分対応できる。そこで次に、画面継ぎによる合成波形デ
ータの作り方について述べる。図８（Ａ）は、ＣＣＤ２
によって最初に撮像される画像の一例を示し、ここでは
プリアライメント精度の悪化により、３本のバーマーク
ＢＰＭ１〜ＢＰＭ３（マークＭＤｘ）のうち２本のみが
撮像範囲（領域ＶＰＡｘ）内に入り込み、他の１本（Ｂ
ＰＭ３）は撮像範囲外になっているものとする。このと
き、ＲＡＭ４３内に記憶された走査線Ｎ本の加算平均波
形データは図８（Ｃ）のようになる。さらにウェハステ
ージＳＴを走査線方向にシフトして、最初の撮像領域Ｖ
ＰＡｘに対して２回目の撮像領域ＶＰＡｘが、図８（Ｂ
）のように走査線方向に幅ＷＤだけ重複するように位置
決めする。この幅ＷＤの管理は、ステージＳＴの位置決
めが干渉計ＩＦＸ，ＩＦＹの計測値によって制御される
ために極めて正確である。重複幅ＷＤは、例えば３本の
マルチバーマークＢＰＭｎの間隔ｈｂ，ｈｃのうち、最
も広い方、ここではｈｂ＜ｈｃとしたので、間隔ｈｃと
バーマークＢＰＭｎ自体の幅ｈｍ（図５（Ｂ）参照）と
の和よりも大きく定められる。

【００３６】すなわち、幅ＷＤはＷＤ≧ｈｃ＋ｈｍの関
係に設定され、かつ水平走査線方向のピクセル数（１０
２４）の半分以下、望ましくは１／８程度に定められる
。もちろん、マルチバーマーク以外のシングルマークの
場合は、理論上、そのシングルマークの幅ｈｍだけ重複
幅ＷＤを確保しておけば十分であるが、実用上は波形合
成時の継ぎ状態を良好にするため、重複幅ＷＤは最低で
も幅ｈｍの２、３倍は必要になる。

【００３７】以上のようにしてシフトされた後の撮像領
域ＶＰＡｘは図８（Ｂ）のようになり、２回目の撮像領
域ＶＰＡｘから得られる加算平均波形データは図８（Ｄ
）のようになる。この図８（Ｄ）の波形データは、ＲＡ
Ｍ４３内の図８（Ｃ）の波形データとは異なるアドレス
エリアに記憶される。図８（Ｂ）に示すように重複幅Ｗ
Ｄをｈｃ＋ｈｍ以上にすることで、２回目の撮像領域Ｖ
ＰＡｘには、１回目に撮像されたバーマークＢＰＭ２の
他に３本目のバーマークＢＰＭ３も入ってくる。従って
図８（Ｃ）、図８（Ｄ）に示すようにボトム波形ＢＷ１
，ＢＷ２を含む波形データと、ボトム波形ＢＷ２、ＢＷ
３を含む波形データとが別々に記憶される。しかしなが
ら、図８（Ｃ）の波形データの終了アドレス値、図８（
Ｄ）の波形データの開始アドレス値、及び重複幅ＷＤに
対したアドレス値の差分（ポイント数）は予め定められ
ているため、その２つの波形データは容易に１つの連続
した波形データに合成できる。

【００３８】図８（Ｅ）は、ＲＡＭ４３内の他のアドレ
スエリアに２つの波形データを合成して記憶した様子を
示す。ここでは図８（Ｄ）の波形データはそのまま使い
、図８（Ｃ）の波形データのうち重複幅ＷＤの部分を除
去して合成してある。図８（Ｅ）の合成波形データのう
ち、波形の継ぎ部はＳＰＬであるが、２つの波形データ
をそのまま継ぎ合わせてしまうと、２つの波形データの
夫々の信号強度や振幅（コントラスト）が異なったとき
に、継ぎ部ＳＰＬに大きなレベル変化が生じるとともに
、本来、ほぼ同じ振幅であるべき３つのボトム波形ＢＷ
１、ＢＷ２、ＢＷ３が不揃いになってしまう。特にＣＣ
Ｄ２の出力段にＡＧＣを備えたものだと、ステージＳＴ
のシフト移動に伴って画面内の平均的輝度が変化したと
きに、信号レベルが大きく変化する。

【００３９】そこで、１回目の撮像領域ＶＰＡｘ（便宜
上、図８と対応付けて左画面とする）から抽出された図
８（Ｃ）の加算平均波形データと、２回目の撮像領域Ｖ
ＰＡｘ（便宜上、図８と対応付けて右画面とする）から
抽出された図８（Ｄ）の加算平均波形データとを上手に
継ぎ合わせることが必要になる。本実施例では、２つの
画面から得られた波形データを継ぐことに限って説明す
るが、３画面分以上の波形データを継ぐ場合も同じ手法
が適用できる。

【００４０】図９は重複幅ＷＤ内の２つの波形データを
拡大して模式的に表したもので、図９（Ａ）は左画面の
波形データであり、重複幅ＷＤ内の最大値はＬＬｐ、ボ
トム波形ＢＷ２部分で生じる最小値（ボトム値）はＬＬ
ｂである。同様に図９（Ｂ）は右画面の波形データであ
り、重複幅ＷＤ内の最大値はＬＲｐ、ボトム波形ＢＷ２
部分で生じる最小値（ボトム値）はＬＲｂである。図２
に示したプロセッサ５０は、ＲＡＭ４３内の２つの波形
データから、それぞれ最大値ＬＬｐ、ＬＲｐと最小値Ｌ
Ｌｂ、ＬＲｂとを演算によって求める。さらに、プロセ
ッサ５０は、次式によって右画面と左画面の夫々ボトム
波形の振幅の中点レベルＬＬｍ、ＬＲｍを求める。 ＬＬｍ　＝（ＬＬｐ＋ＬＬｂ）／２　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　……（１）ＬＲｍ　＝（ＬＲｐ＋ＬＲｂ）
／２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　……（２）ここで
、左画面の重複部分の波形データ（図９（Ａ））を形成
する各ピクセル（アドレス）位置での強度をＵ（１）〜
Ｕ（ｋ）とし（ただしｋは左画面の波形データの全ピク
セル数ＰＸｎ　−ＰＸ０　）、その左画面の波形データ
に関して強度、振幅を補正するものとする。補正後の波
形データの各ピクセル位置での強度をＵ’（１）〜Ｕ’
（ｋ）とすると、プロセッサ５０はＩを１〜ｋまでの変
数として次の式に基づいて補正演算を行う。 Ｕ’（Ｉ）　＝　（Ｕ（Ｉ）−ＬＬｍ）　（ＬＲｐ　−
ＬＲｂ）／（ＬＬｐ−ＬＬｂ）＋ＬＲｍ　　　　　　　
　　　　……（３）これによって、重複部分の波形はほ
ぼ等しくなり、継ぎ合わせ部分ＳＰＬは極めてスムーズ
になる。

【００４１】ここで式（３）の処理のフローチャートを
図１０に示す。図１０において、プロセッサ５０はステ
ップ１０００、１００２、１００４で先に図９で述べた
ように２つの波形データ上の重複部分での最大値ＬＬｐ
、ＬＲｐ、最小値ＬＬｂ、ＬＲｂ、及び中点レベルＬＬ
ｍ、ＬＲｍを検出して記憶する。次にステップ１００６
で、プロセッサ５０は図８（Ｃ）の波形データを補正し
た補正波形データを格納するＲＡＭ４３内のアドレスエ
リアを確保する。そしてステップ１００８で変数Ｉを１
にセットし、ステップ１０１０で（ＬＲｐ−ＬＲｂ）／
（ＬＬｐ−ＬＬｂ）の計算を行い、その結果を変数ＤＳ
に入力する。さらに最終的な補正値Ｕ’（Ｉ）を、ステ
ップ１０１２で（Ｕ（Ｉ）−ＬＬｍ）×ＤＳ＋ＬＲｍと
して求める。その後、ステップ１０１４でＲＡＭ４３内
に確保された補正波形データのエリア内に補正値Ｕ’（
Ｉ）を転送し、ステップ１０１６で変数Ｉがｋに達した
か否かを判断し、否のときは変数Ｉをインクリメントし
てステップ１０１０に戻る。

【００４２】以上のステップ１０００〜１０１６によっ
て、ＲＡＭ４３内には左画面から得られた原信号の補正
波形データが記憶される。その後、プロセッサ５０は、
補正波形データと右画面の波形データ（図８（Ｄ））と
を合成して１本の波形データにする。その合成波形デー
タの作り方には、いくつかの方法がある。その１つは、
図８（Ｅ）のように補正波形データ上の重複部分（ＷＤ
）のデータを削除して、図８（Ｄ）の右画面の波形デー
タを全て使って継ぎ合わせる方法である。第２の方法は
、補正波形データ中の重複部分の中心と図８（Ｄ）の波
形データ中の重複部分の中心とで継ぎ合わせる方法であ
る。第３の方法は、補正波形データ中の重複部分からピ
クセルの１つおきにデータを取り出し、図８（Ｄ）の波
形データ中の重複部分からは、その間のピクセルを補間
するように１つおきにデータを取り出して合成する方法
である。

【００４３】いずれの方法においても、合成された波形
データがあたかも１つの画像として撮像したかのように
きれいに継ぐことができる。図１１は、このようにして
合成された合成波形データの一例を示し、この合成波形
データに基づいて、プロセッサ５０はマークＭＤｘ（バ
ーマークＢＰＭｎ）の探索を行う。図１１（Ａ）は横軸
に走査位置（アドレス値）をとり、縦軸に信号レベルを
とった合成波形データを表し、図１１（Ｂ）は、合成波
形データを数値フィルターの手法を用いてプロセッサ５
０で演算した微分波形データを表す。この微分波形デー
タについては後で詳しく述べる。また以上の波形継ぎ処
理の前に、プロセッサ５０は図８（Ｃ）、図８（Ｄ）の
原波形データの平滑化（スムージング）処理を行うが、
このことについても後で詳しくのべる。尚、２画面以上
の原波形データを合成する場合、どの画面からの原波形
データに補正を加えてもよい。

【００４４】次に、本実施例におけるマーク位置検出の
全体の動作を図１２のフローチャートを用いて説明する
。図１２のステップ１１００において、プロセッサ５０
は予めオペレータによって設定されたサーチアライメン
トのシーケンスを選択する。そのシーケンスの選択とは
、波形データの合成を行うか否かであり、さらに何画面
の波形データを合成するか否かである。合成すべき現実
的な最大画面数を３とすると、プロセッサ５０は、ステ
ップ１１００で予め記憶された合成画面数ｆｓ（０〜３
）を読み出し、シーケンス設定を行う。ｆｓが０である
ときは、ステップ１１０２でサーチアライメントそのも
のが設定されていないと判断して、図１２のシーケンス
をキャンセルし、例えばファイン・アライメントのシー
ケンスに移る。またステップ１１０２で０以外と判断さ
れると、次のステップ１１０４でｆｓ＞３が真か否かを
判断し、それが真のときはエラー処理のルーチンＥＲＲ
へジャンプする。

【００４５】次に、ステップ１１０６でプロセッサ５０
は、画面数ｆｓ（１〜３）に対応した最適なステージＳ
Ｔの位置座標を算出する。ここでｆｓが１である場合は
、マークＭＤｘの設計上の配置情報等に基づいてウェハ
ステージＳＴの位置を算出すればよい。またｆｓが２、
又は３である場合、設計値上では、合成された波形デー
タ中のほぼ中央にマークＭＤｘのボトム波形が現れるよ
うな、２ヵ所、又は３ヵ所のステージ位置を算出する。 このときは同時に、水平走査線方向の重複幅ＷＤに対応
した量も加味される。次にステップ１１０８でプロセッ
サ５０はステージコントローラ５２を介してモータ５４
を制御し、ステップ１１０６で決定された座標位置にス
テージＳＴを位置決めする。

【００４６】そしてプロセッサ５０は、ステップ１１１
０でＣＣＤ２によりウェハＷ上の領域ＶＰＡｘ内の画像
信号波形（Ｎ本）をＲＡＭ４３内に取り込む。さらにス
テップ１１１２では、取り込むべき他の画面があるか否
かを判断し、他の画面が残っているときはステップ１１
０８へ戻り、他の画面が取り込めるようにステージＳＴ
の位置を移動させる。

【００４７】以上のシーケンスが終了すると、ＲＡＭ４
３内には最大３画面分で各Ｎ本分の原波形データが記憶
される。そこでプロセッサ５０は、ステップ１１１４で
各画面毎にＮ本の原波形データを加算平均して加算平均
波形データをつくり出し、ＲＡＭ４３内に保持する。さ
らにプロセッサ５０は、ステップ１１１６で加算平均波
形データを数値フィルターによってスムージングし、ス
テップ１１１８において図１０に示したような処理で１
本の合成波形データを作る。ただし、２画面以上の信号
波形の取り込みを行わない場合は、ステップ１１１８は
スキップされることになる。ただし１画面分の加算平均
波形データのみを以後の処理で使う場合でも、説明を統
一するために合成波形データと呼ぶことにする。尚、ス
テップ１１１６のスムージングは原信号波形上に含まれ
ている高周波成分を除去するためのものである。図１３
（Ａ）は加算平均波形データのＲＡＭ４３内のデータ群
をアドレス順に離散的に示したもので、これに対して図
１３（Ｂ）のような放物線状の数値フィルターＦＮａと
の相関演算を各ピクセル（アドレス）毎に実行する。

【００４８】次にプロセッサ５０は、図１４に示された
シーケンスを実行するが、この段階でＲＡＭ４３内には
図１１（Ａ）のような合成波形データが格納されている
。図１４のシーケンスは、図１２のシーケンスの後に、
プロセッサ５０によって直ちに実行される。プロセッサ
５０は、ステップ１１２０においてＲＡＭ４３内に記憶
された合成波形データＵ’（Ｉ）を平滑化微分する。 この微分演算は、例えば図１３（Ｃ）に示されるような
一定の傾きを持つ数値フィルターＦＮｂと合成波形デー
タＵ’（Ｉ）との相関演算によって行われ、図１１（Ａ
）に示した合成波形データＵ’（Ｉ）の場合、図１１（
Ｂ）のような微分波形データＶ（Ｉ）が得られる。この
データＶ（Ｉ）もＲＡＭ４３内に記憶される。

【００４９】次にプロセッサ５０は、ステップ１１２２
で合成波形データＵ’（Ｉ）を解析してマーク中心と思
われるピーク（ボトム）位置ＩＵＸ（ｉ）を求める。こ
こでｉは合成波形データＵ’（Ｉ）中で見つけ出したピ
ーク位置の数（零以上の整数）を表す。このときプロセ
ッサ５０は次式の２つの関係を同時に満たすＵ’（Ｉ）
の値ＵＰ（ｉ）とＩＵＸ（ｉ）を求める。 Ｕ’（Ｉ）　＜Ｕ’（Ｉ−１），　Ｕ’（Ｉ−２），　
Ｕ’（Ｉ−３）　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　……（４）Ｕ’（Ｉ）　≦Ｕ’（Ｉ＋１）
，　Ｕ’（Ｉ＋２），　Ｕ’（Ｉ＋３）　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　……（５）これは
、図１１（Ａ）の合成波形データＵ’（Ｉ）からボトム
波形ＢＷ１、ＢＷ２、ＢＷ３等を見つける作業であり、
ＩＵＸ（ｉ）がボトム波形ＢＷｎの中心位置（アドレス
値）であり、ＵＰ（ｉ）が各ボトム波形ＢＷｎのコント
ラスト強度（レベル）である。

【００５０】次にプロセッサ５０はステップ１１２４で
、微分波形データＶ（Ｉ）を使って、合成波形データＵ
’（Ｉ）中でピークＵＰ（ｉ）となったボトム波形部分
によって生じる微分ピーク位置の片方のみを求める。ま
ずプロセッサ５０は、次の２つの関係式を同時に満たす
Ｉの値Ｖｘと、そのＶｘに対応した微分コントラスト値
Ｖｙとを求める。 Ｖ（Ｉ）＞　Ｖ（Ｉ−１），Ｖ（Ｉ−２）　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　……（６）Ｖ（Ｉ）≧　Ｖ（Ｉ＋１），
Ｖ（Ｉ＋２）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　……（７）さ
らにプロセッサ５０は、この（６）、（７）式の条件に
合った１組の値ＶｘとＶｙとを見つけたら、コントラス
ト値Ｖｙがある設定範囲内に存在し、かつ（Ｖｘ−ＩＵ
Ｘ（ｉ））もある設定範囲内に存在するか否かをチェッ
クする。すなわち、関係式（６）、（７）によるチェッ
クは、図１５に一例を示すように、微分波形データＶ（
Ｉ）中の正のピークを見つけることである。図１５（Ａ
）は合成波形データＵ’（Ｉ）中の１つのボトム波形Ｂ
Ｗｎを表し、図１５（Ｂ）はそのボトム波形に対応した
微分波形データを表す。図１５（Ｂ）に示すように微分
波形上の正のピークはボトム波形ＢＷｎ中のアップスロ
ープ（ボトム値から増加する立ち上がり部）の位置に対
応している。従って、微分コントラスト値Ｖｙがある範
囲内に存在するという条件は、ボトム波形ＢＷｎの振幅
が大きく、かつ立ち上がりが急峻であるか否かをチェッ
クしたことになる。プロセッサ５０は、以上の条件を満
たしたとき、微分コントラスト値ＶｙをＶＰ（ｊ）とし
て登録し、値ＶｘをＩＶＸ（ｊ）として登録する。この
場合、ＩＵＸ（ｉ）、又はＵＰ（ｊ）に対応したＩＶＸ
（ｊ）、又はＶＰ（ｊ）が見つからない場合も考えられ
る。その時は、合成波形データ上で見つけたＩＵＸ（ｉ
）、ＵＰ（ｉ）はマークに対応していないと判断されて
、以後の処理の対象からはずされる。逆に、ＩＶＸ（ｊ
）、又はＶＰ（ｊ）が１つのＩＵＸ（ｉ）に対して複数
見つかる場合もあり得る。この場合はＩＵＸ（ｉ）に最
も接近した位置に現れているＩＶＸ（ｊ）のデータのみ
を選び、他のＩＶＸ（ｊ）のデータは以後の処理の対象
からはずされる。ただし、数ｉ，ｊはそれぞれ１対１に
対応させておく必要があるため、以後の処理の対象から
除外された場合は、それと対になる数ｉ、或いはｊも除
外する。

【００５１】次にプロセッサ５０はステップ１１２６以
降で、マークＭＤｘの３本のバーマークＢＰＭｎの設計
情報を使った認識作業に入る。ステップ１１２６では、
それまでに選ばれてきた複数個のデータＩＵＸ（ｉ）、
ＵＰ（ｉ）の中から任意の３つのデータを１つの組とし
て選ぶ。ここでａ１、ａ２、ａ３が３本のバーマークＢ
ＰＭｎの夫々に対応し、１≦ａ１＜ａ２＜ａ３≦ｉであ
るものとすると、プロセッサ５０は次のステップ１１２
８で、図７に示したマーク間隔ｈｂ、ｈｃを用いて、Ｉ
ＵＸ（ａ２）−ＩＵＸ（ａ１）が間隔ｈｂに対してある
設定範囲内に入っているか否か、及びＩＵＸ（ａ３）−
ＩＵＸ（ａ２）が間隔ｈｃに対してある設定範囲内に入
っているか否かを判断する。このステップ１１２８で判
断された３つのデータＩＵＸ（ｉ）の組合せが、マーク
間隔の条件に適合しないときは、再びステップ１１２６
に戻って別の組合せを作る。

【００５２】次にプロセッサ５０はステップ１１２８の
条件を満たしたものについて、ステップ１１３０におい
て、３つのデータＩＵＸ（ａ１）、ＩＵＸ（ａ２）、Ｉ
ＵＸ（ａ３）の夫々に対応したコントラスト値ＵＰ（ａ
１）、ＵＰ（ａ２）、ＵＰ（ａ３）の相互の差がある範
囲内にあるか否かを判断する。これは、３本のマークＢ
ＰＭｎは全て同じ形状、寸法であるため、３つのボトム
波形ＢＷｎもほぼ同じ形になるはずだからである。ここ
で３つのコントラスト値ＵＰ（ａ１）、ＵＰ（ａ２）、
ＵＰ（ａ３）が不揃いのときは、先のステップ１１２６
へ戻って別の組合せを選び直す。

【００５３】ステップ１１３０で３つのコントラスト値
の相互強度がある範囲内にあると判断されると、プロセ
ッサ５０はステップ１１３２で３つのデータＩＵＸ（ａ
１）、ＩＵＸ（ａ２）、ＩＵＸ（ａ３）、及びＩＶＸ（
ａ１）、ＩＶＸ（ａ２）、ＩＶＸ（ａ３）に基づいて、
３つのマークの幅の相互差に関するチェックを行う。こ
こでは、ＩＶＸ（ａ１）−ＩＵＸ（ａ１）の値、ＩＶＸ
（ａ２）−ＩＵＸ（ａ２）の値、及びＩＶＸ（ａ３）−
ＩＵＸ（ａ３）の値の夫々を求め、それら３つの値の差
がある範囲内に存在するか否かを判断する。先にも図１
５で説明したように、ＩＶＸ（ｉ）の位置は合成波形デ
ータＵ’（Ｉ）のボトム波形のアップスロープのほぼ中
間に対応し、位置ＩＵＸ（ｉ）は微分波形上の零クロス
点に対応している。したがって、ＩＶＸ（ｊ）−ＩＵＸ
（ｉ）の値は、マークＢＰＭｎの走査方向の幅の約１／
２に対応する。このことは、位置ＶｘとＩＵＸ（ｉ）と
がある範囲内で接近しているという条件をチェックした
ことに他ならない。

【００５４】最後にプロセッサ５０はステップ１１３４
で３つのデータＶＰ（ａ１）、ＶＰ（ａ２）、ＶＰ（ａ
３）の相互のレベル差がある範囲内にあるか否かを判断
する。ここでは選ばれた３つのボトム波形のアップスロ
ープの夫々が所定の立ち上がりで揃っているか否かをチ
ェックする。以上、ステップ１１２８、１１３０、１１
３２及び１１３４の全てを通過した３つのデータの組合
せは、次のステップ１１３６で重み付けされた評価値を
伴って１つのマーク候補としてプロセッサ５０内に登録
される。ここでの重み付けは、先のステップ１１２８、
１１３０、１１３２での条件判断に基づいて行われる。 まず、ステップ１１２８のマーク間隔の判断では、Ａｓ
を係数として評価値Ａ１、Ａ２を設定し、次式を算出す
る。 Ａ１＝Ａｓ（ＩＵＸ（ａ２）−ＩＵＸ（ａ１）−ｈｂ）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　……（８）Ａ２＝Ａｓ（ＩＵＸ（ａ３）−
ＩＵＸ（ａ２）−ｈｃ）　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　……（９）さらに
ステップ１１３２のマーク幅の判断では、Ｂ１＝ＭＡＸ
　（ＩＶＸ（ａ１）−ＩＵＸ（ａ１），　ＩＶＸ（ａ２
）−ＩＵＸ（ａ２），　ＩＶＸ（ａ３）−ＩＵＸ（ａ３
））　　　　　　　　　　　　　　−ＭＩＮ　（ＩＶＸ
（ａ１）−ＩＵＸ（ａ１），　ＩＶＸ（ａ２）−ＩＵＸ
（ａ２），　ＩＶＸ（ａ３）−ＩＵＸ（ａ３））　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　……（１０）による評
価値Ｂ１を算出する。

【００５５】またプロセッサ５０はステップ１１３０に
おいて、 α＝ＭＡＸ（ＵＰ（ａ１）、ＵＰ（ａ２）、ＵＰ（ａ３
））　−　ＭＩＮ（ＵＰ（ａ１）　、ＵＰ（ａ２）、Ｕ
Ｐ（ａ３））　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（１１
）を算出するとともに、，ＩＶＸ（ｊ）で決まる合成波
形データ中のアップスロープの位置のレベルとボトム値
ＵＰ（ｉ）との差をそれぞれ求める。すなわち、ａａ＝
Ｕ’（ＩＶＸ（ａ１））　−　ＵＰ（ａ１）ｂｂ＝Ｕ’
（ＩＶＸ（ａ２））　−　ＵＰ（ａ２）ｃｃ＝Ｕ’（Ｉ
ＶＸ（ａ３））　−　ＵＰ（ａ３）の計算を行う。そし
て、次式を算出する。 Ｇ　＝（α×１００）／（ＭＡＸ（ａａ、ｂｂ、ｃｃ）
　＋ＭＩＮ（ａａ、ｂｂ、ｃｃ））最後に評価関数値Ｚ
として次式を計算する。 Ｚ　＝　（Ａ１＋Ａ２）　・ＩＭＰ　＋Ｂ１・ＩＷＰ　
＋Ｇ　・ＩＵＰ　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　……（１２）ここでＩＭＰ、ＩＷＰ、ＩＵＰが重
み係数であり、それぞれ０〜４程度の値に設定される。

【００５６】さらにステップ１１３４では、微分コント
ラスト値ＶＰ（ｊ）に関する評価も行う。ここでａａ’
＝ＶＰ（ａ１）、ｂｂ’＝ＶＰ（ａ２）、ｃｃ’＝ＶＰ
（ａ３）とすると、プロセッサ５０は次式の値βを算出
する。 β＝（ＭＡＸ（ａａ’、ｂｂ’　、ｃｃ’）−ＭＩＮ（
ａａ’　、ｂｂ’　、ｃｃ’））　×１００　　　÷（
ＭＡＸ（ａａ’、ｂｂ’　、ｃｃ’）＋ＭＩＮ（ａａ’
　、ｂｂ’　、ｃｃ’））　この値βは、合成波形デー
タのマーク信号部分のコントラストが低い場合の評価と
して有効であり、評価関数値Ｚは次式のようになる。 Ｚ　＝（Ａ１　＋　Ａ２）・ＩＭＰ　＋Ｂ１・ＩＷＰ　
＋α・ＩＵＰ　＋β・ＩＶＰ　　　　　　　　　　　…
…（１３）ここでＩＶＰも重み係数であり０〜４の値を
取る。

【００５７】以上の４つの重み係数ＩＭＰ、ＩＷＰ、Ｉ
ＵＰ、ＩＶＰは、検出すべきウェハマークの形状や表面
状態に応じて予め設定されている。さて、プロセッサ５
０は、ステップ１１３６で評価関数値Ｚとともに、３つ
のマーク位置の候補を登録する。そして次のステップ１
１３８で他の３つのボトム波形の組合わせが残っている
か否かをチェックし、残っている場合はステップ１１２
６へ戻り、他の組合せがない場合は、次のステップ１１
４０で登録されているマーク候補が存在するか否かをチ
ェックする。ここで、マーク候補が１つもないときはエ
ラー処理に移る。ステップ１１４０でマーク候補が１つ
以上あるときは、ステップ１１４２で、その候補のうち
評価値Ｚが最小のもの、又はある範囲内になるものを選
び、１つのマークＭＤｘの位置として確定する。

【００５８】以上のシーケンスによって、図５、又は図
７に示したような３本のバーマークＢＰＭｎはほぼ確実
にサーチすることができる。以上、本発明の実施例にお
いては、３本のバーマークＢＰＭｎをサーチアライメン
ト用に使ったが、１本のバーマークであってもかまわな
い。また、各バーマークは回折格子状である必要はなく
、エッジが連続した単なる線状であってもよい。ただし
、その場合、ある程度線幅が細いほうがよい。さらにサ
ーチアライメント用のマークの検出は、特開昭５７−１
９７２６号公報に開示されているように、ウェハＷ上の
複数ヶ所で行い、ウェハＷ全体の回転（θ）誤差、Ｘ，
Ｙ方向の並進誤差を計測して位置補正、回転補正した後
、再びＸ方向、又はＹ方向の１ヶ所のマークを位置計測
して並進誤差（オフセット）の補正を行うとよい。

【００５９】また、図５と同一形状のマークであっても
、ウェハ表面の状態によっては、図７（Ｂ）に示した信
号波形のレベルがマーク位置と周辺とで逆になることも
ある。その場合はＲＡＭ４３内に記憶された波形データ
を反転させることで、マーク位置の波形をボトム状にす
ることができるので、本実施例で説明したアルゴリズム
がそのまま適用できる。

【００６０】図１６（Ａ）はサーチ用マークの変形例を
示し、幅の広いバーマークＢＰＭａ、ＢＰＭｃと、幅の
狭いバーマークＢＰＭｂとが一定の間隔を開けて走査線
ＳＬの方向に並んだ場合である。尚、バーマークＢＰＭ
ｂはバーマークＢＰＭａ、ＢＰＭｃの中間にあるものと
する。狭いバーマークＢＰＭｂの幅は、先の３本のマー
クＢＰＭｎと同等であるため、図１６（Ｂ）に示したよ
うに画像信号上では単一のボトム波形Ｃになる。ところ
が両脇のバーマークＢＰＭａ、ＢＰＭｃの夫々は、両脇
のエッジ位置でボトム波形Ａ、Ｂ、又はＤ、Ｅになる。 このような波形が得られたとき、本実施例のサーチアラ
イメントでは中央のバーマークＢＰＭｂの中心を本来の
ファインアライメント用のマークとして扱い、その両脇
のマークＢＰＭａ、ＢＰＭｃを認識用として扱うように
定めるとよい。

【００６１】サーチアライメントの際は、５つのボトム
波形Ａ〜Ｅのうち３つのボトム波形を選ぶようにすれば
、本実施例のアルゴリズムがそのまま適用できる。３つ
のボトム波形の選び方は、互いに異なる間隔で現れるも
のがよい。以下にその組合せ例を列挙すると、ボトム波
形〔Ａ、Ｂ、Ｃ〕、ボトム波形〔Ａ、Ｂ、Ｄ〕、ボトム
波形〔Ａ、Ｂ、Ｅ〕、ボトム波形〔Ｂ、Ｃ、Ｅ〕、ボト
ム波形〔Ｃ、Ｄ、Ｅ〕、ボトム波形〔Ｂ、Ｄ、Ｅ〕、ボ
トム波形〔Ａ、Ｄ、Ｅ〕等である。これらのうちいずれ
か１つの組合せにおけるボトム波形間の間隔（ｈｂ、ｈ
ｃに相当する）をプロセッサ５０に設定しておくことで
、同様のアルゴリズムで処理することができる。

【００６２】次に、先の重み付けの方法について、図１
７を参照して一例を説明する。図１７（Ａ）は合成波形
データＵ’（Ｉ）の一例で、ここに現れた２山のボトム
波形ＢＷａ、ＢＷｂは、例えば図１６（Ａ）のマークＢ
ＰＭａの左右のエッジの間隔が、図１６（Ａ）の場合よ
りも少し狭くなったときに現れやすい。このようなボト
ム波形ＢＷａ、ＢＷｂのうち、ＢＷａはマークＢＰＭａ
の左エッジに対応し、ＢＷｂは右エッジに対応するが、
このボトム波形を微分して図１７（Ｂ）のように微分波
形データＶ（Ｉ）を得ると、ボトム波形ＢＷａのアップ
スロープに対応した微分コントラスト値ＶＰａは小さく
、ボトム波形ＢＷｂのアップスロープに対応した微分コ
ントラスト値ＶＰｂは大きくなる。そのため、式（１１
）、（１２）による評価が不適当になることがあるため
、式（１３）による評価の方が好ましく、重み係数ＩＶ
Ｐは０にする必要がある。

【００６３】その他の重み係数ＩＭＰ、ＩＷＰ、ＩＵＰ
についても、信号波形によって適宜変えた方がよく、例
えば非常にノイズの多い信号波形などでは、係数ＩＭＰ
を最重要（３〜４）に設定して係数ＩＶＰは０にした方
がよい。次に図１８を参照して、サーチアライメントの
他の方法について説明する。図１８は、ウェハＷ上に形
成されたストリートラインそのものをマークの一種とし
てサーチするために撮像したときの画像信号波形の一例
を示す。図１８において、走査方向はストリートライン
の伸びる方向と直交するように設定される。通常アライ
メントマーク等のパターンがないストリートラインでは
、信号波形上で特徴が現れるのは、ストリートラインと
回路パターン（チップ）領域との境界部分ＡＳＭである
。ストリートラインのセンターはＣＣＬであり、画像信
号波形は、センターＣＣＬを中心として対称性のよいも
のが多い。このような波形の場合、センターＣＣＬに近
い内側のボトム波形ＢＳｂ、ＢＳｃはほぼ対称な形をし
ており、またその外側に位置するボトム波形ＢＳａ、Ｂ
Ｓｄも対称性が良好である。従って、ボトム値ＵＰ（ｉ
）や微分コントラスト値ＶＰ（ｊ）の各大きさをチェッ
クするときは、ボトム波形ＢＳａとＢＳｄの組合せ、又
はボトム波形ＢＳｂとＢＳｃの組合せを使って比較する
のが望ましい。この場合は、ボトム波形ＢＳｂの微分波
形上の正のピークと、ボトム波形ＢＳｃの微分波形上の
負のピークとの比較、あるいはボトム波形ＢＳａの微分
波形上の負のピークとボトム波形ＢＳｄの微分波形上の
正のピークとの比較を行う。このように、マーク（合成
波形）の形状によっては、微分ピークの正のピーク（ア
ップスロープ）か負のピーク（ダウンスロープ）かを使
い分けるのが望ましい。

【００６４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、画像信号
の継ぎ合わせ処理を、重複部でのコントラストの比較に
より行うので、継ぎ部での信号波形の歪みや各画面ごと
の画像信号のコントラストの違いの影響をうけないで、
以後の波形処理に使えるといった効果がある。またマー
クに対応したボトム（又はピーク）波形の少なくとも一
方のスロープ位置しか使わないので、処理時間が早くな
り、メモリも少なくてすむ効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例によるアライメント装置が適用
される投影露光装置の構成を示す斜視図である。

【図２】本実施例のアライメント装置における信号処理
系の構成を示すブロック図である。

【図３】ウェハ上のアライメントマークとショット（チ
ップ）領域の配置を示す平面図である。

【図４】アライメント系のイメージフィールドと撮像範
囲との配置関係を示す平面図である。

【図５】（Ａ）ウェハ上のストリートライン内のアライ
メントマークの配列を示す平面図である。（Ｂ）アライ
メントマークの拡大図である。

【図６】アライメント光学系内の共役指標板のマーク配
置を示す平面図である。

【図７】（Ａ）、（Ｂ）ウェハマーク撮像時の指標板の
状態と、撮像によって得られる画像信号波形の一例を示
す図である。

【図８】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）複数
の画面ごとに得られる画像信号を継ぎ合わせる様子を示
した波形図である。

【図９】（Ａ）、（Ｂ）信号の継ぎ合わせ時の重複部分
の波形の一例を示す図である。

【図１０】信号の継ぎ合わせをソフトウェアによって実
行するときのフローチャート図である。

【図１１】（Ａ）、（Ｂ）合成された信号波形と、その
微分波形とを示す図である。

【図１２】サーチアライメント開始時の動作を示すフロ
ーチャート図である。

【図１３】信号波形のスムージング（平滑化）と微分と
を行う数値フィルターの一例を示す図である。

【図１４】合成信号波形を解析してマーク位置を決定す
るまでのアルゴリズムを示す図である。

【図１５】アルゴリズムの適用を説明するための波形図
である。

【図１６】本発明の実施例によるアルゴリズムによって
同様に検出可能なマーク形状の他の例を示す図である。

【図１７】信号波形の山（頭）割れを説明する波形図で
ある。

【図１８】ストリートライン領域を撮像したときの画像
信号の一例を示す波形図である。

【主要部分の符号の説明】

Ｒ…レチクル１　　　　　　　　　　　　　　　　、Ｗ
…ウェハＳＴ…ウェハステージ　　　　　　　　　　、
ＩＦＸ、ＩＦＹ…干渉計 ＭＤｘ、ＭＤｙ…ウェハアライメントマークＢＰＭｎ…
バーマーク　　　　　　　　　　、ＶＰＡｘ…撮像領域
ＳＬ…水平走査線　　　　　　　　　　　　　　、ＢＷ
ｎ…ボトム波形ＷＤ…重複部分　　　　　　　　　　　
　　　　　、Ｕ’（Ｉ）…合成波形データ Ｖ（Ｉ）…微分波形データ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　表面に対して光学的、又は幾何学的な
   差異を伴って形成されたアライメント用のマークを有す
   る基板を保持して、２次元的に移動可能なステージと、
   該ステージの位置座標を測定する座標測定器と、前記基
   板上の前記マークを含み得る大きさの局所領域を照明す
   る照明系と、該局所領域を撮像して、該局所領域内の明
   暗の変化に応じた画像信号を出力する撮像手段と、前記
   画像信号に基づいて、前記マークの撮像範囲内における
   位置を検知するマーク位置検知手段とを備え、該マーク
   位置検知手段によって検知されたマーク位置と前記座標
   測定器の計測値とに基づいて前記ステージを移動させる
   ことによって、前記基板を所定の基準位置に対してアラ
   イメントする装置において、前記マーク位置検知手段は
   、前記撮像手段による前記局所領域内の一次元走査によ
   って得られる前記画像信号の第１の波形データを記憶す
   る記憶回路と；前記ステージを前記一次元走査の方向に
   前記撮像範囲よりも小さな所定距離だけシフトさせるよ
   うに移動制御するシフト移動制御回路と；該シフト移動
   の後に、前記撮像手段の一次元走査によって得られる前
   記画像信号の第２の波形データと、前記記憶回路に記憶
   された第１の波形データとを比較して、相互に重複する
   部分での波形がほぼ一致するように補正してから前記第
   １、第２の波形データを継ぎ合わせて１つの合成波形デ
   ータを作る波形合成回路と；該合成波形データに基づい
   て、前記マークの少なくとも１つのエッジに応じて特定
   の特性で変化する波形と同等の波形部分の位置を抽出す
   るエッジ位置抽出回路と；該抽出されたエッジ位置のう
   ち、設計上の条件を満たすエッジ位置を選択する選択回
   路とを含み、該選択されたエッジ位置に基づいて前記マ
   ーク位置を特定することを特徴とする基板のアライメン
   ト装置。