JPH09148233A

JPH09148233A - 基板のアライメント方法及び装置

Info

Publication number: JPH09148233A
Application number: JP32389095A
Authority: JP
Inventors: Shoji Kawakubo; 昌治川久保
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-11-17
Filing date: 1995-11-17
Publication date: 1997-06-06

Abstract

(57)【要約】【課題】基板のアライメント精度を向上させる。【解決手段】基板（１６）上に形成されたアライメン
トマーク（７４）の波形データのうち、一対の内スロー
プ部分、及び外スロープ部分のデータから、所謂ＥＧＡ
（エンハンスド・グローバル・アライメント）法等によ
って、実際に座標誤差パラメータを各々別々に算出す
る。そして、算出された誤差パラメータの中の両者（内
スロープ法、外スロープ法）のスケーリング計測結果
（ＳＩＸ、ＳＯＸ、ＳＩＹ、ＳＯＹ）を比較し、その比
較結果に基づいて何れか一方の誤差パラメータ、あるい
は両者の平均誤差パラメータを選択する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板のアライメン
ト方法に関し、特に半導体ウエハや液晶ディスプレイ用
のプレート等の基板に形成されたアライメントマークを
光電検出してアライメントを行う方法及び装置に関す
る。

【０００２】

【背景技術】基板上のマークを光電検出してアライメン
トを行う方法として、例えば、特開平４−６５６０３号
公報に開示されているように、ＣＣＤ等の撮像素子によ
って撮像された基板上のマーク像を波形処理し、この波
形データに基づいて基板のアライメント座標を求める方
法がある。すなわち、基板上のアライメントマークから
の光情報を波形処理し、得られた波形データの内側に存
在する一対のスロープ波形（内スロープ）データに基づ
いてアライメントマークの中心位置を求める。同様に、
波形データの外側に存在する一対のスロープ波形（外ス
ロープ）データに基づいて、アライメントマークの中心
位置を求める。更に、内外両側のスロープ波形データに
基づいて、アライメントマークの中心位置を求める。次
に、これら３つの異なるモードによって得られた位置情
報の内の１つをオペレータによって択一的に選択し、ま
たはオートセットアップシステムによって自動的に選択
する。そして、選択されたマーク位置情報から基板の伸
縮等の誤差を算出し、これに基づいて基板のアライメン
ト座標を求めている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現在に
おいては上記のようなアライメント方法では、十分なア
ライメント精度が得られない場合がある。そこで、基板
のアライメント精度を更に向上させることを技術的課題
として本発明が創作された。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては、基板上に形成されたアライメン
トマークの波形データのうち、一対の内スロープ部分、
及び外スロープ部分のデータからそれぞれアライメント
マークの中心位置を求める。実際に座標誤差パラメータ
を各々別々に算出する。そして、算出された誤差パラメ
ータの中の両者（内スロープ法、外スロープ法）のスケ
ーリング計測結果を比較し、その比較結果に基づいて何
れか一方の誤差パラメータ、あるいは両者の平均誤差パ
ラメータを選択する。

【０００５】すなわち、基板上に形成されたマークから
の光情報に基づき、このマークのエッジ部分でピークを
もつ波形データを形成する。次に、この波形データのピ
ークの内側に形成された一対の内スロープ波形部分に基
づいてマークの位置を決定すし、これに基づいて、基板
の伸縮度を示す内スロープ・スケーリング値を含んだ第
１の誤差パラメータ情報を算出する。これと同時に、波
形データのピークの外側に形成された一対の外スロープ
波形部分に基づいてマークの位置を決定し、これに基づ
いて、基板の伸縮度を示す外スロープ・スケーリング値
を含んだ第２の誤差パラメータ情報を算出する。次に、
内スロープ・スケーリング値と外スロープ・スケーリン
グ値との差を求め、当該差が所定の基準値以下の場合に
は、第１及び第２の誤差パラメータ情報の平均に基づい
て基板のアライメント座標を求める。一方、その差が基
準値以上の場合に、第１または第２の誤差パラメータ情
報の何れか一方に基づいて基板のアライメント座標を求
める。

【０００６】

【発明の作用及び効果】上記のように、本発明において
は、内スロープ部分、及び外スロープ部分のデータか
ら、実際に座標誤差パラメータを各々別々に算出し、こ
れに基づいて誤差パラメータ情報を得ているため、常に
最適な誤差パラメータ情報が得られる。そして、この誤
差パラメータ情報に基づいて基板の座標を求めた場合に
は、従来に比べて設計座標からの残留誤差を更に減少さ
せることが出来る。

【０００７】

【実施例】次に、本発明を実施例に基づいて詳細に説明
する。図１は、本発明に係る投影露光装置の構成を示
す。図１において、レチクル１０上のパターン領域１２
の像は投影レンズ１４を介してウエハ１６上に結像投影
される。ウエハ１６はＸ、Ｙ方向にステップ・アンド・
リピート方式で移動するステージ１８上に載置される。
ステージ１８の座標位置は干渉計２０、２２で計測され
る。レチクル１０はパターン領域１２の両脇に設けられ
たレチクルアライメントマーク２４、２６をレチクルア
ライメント顕微鏡２８、３０に対して位置決めすること
で、装置（投影レンズ１４の光軸）に対してアライメン
トされる。また、パターン領域１２の周囲のストリート
ライン相当領域には、ダイ・バイ・ダイアライメント用
のマーク（窓）が形成されており、各マーク（窓）は、
ウエハ１６上の１つのショット領域に付随したダイ・バ
イ・ダイ用のウエハマークと共に、ＴＴＲ（スルーザレ
チクル）方式のアライメント顕微鏡３２、３４、３６、
３８によって検出される。

【０００８】本発明による方法は、ウエハ１６上のマー
クのみをオフ・アクシス方式で検出するウエハアライメ
ントセンサーに適用される。このウエハアライメントセ
ンサーは、投影レンズ１４の下部直近に配置されたミラ
ー４０と、対物レンズ４１と、ビームスプリッタ４２
と、結像レンズ４３と、共役指標板４４と、撮像レンズ
４５と、ＣＣＤ２次元撮像素子４６とによって構成され
る。更に、ウエハ１６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等からの広帯域
波長の光を導くオプチカルファイバー４８と、コンデン
サレンズ４９と、照明視野絞り５０と、レンズ系５１
と、先のビームスプリッタ４２とで構成される照明光学
系が設けられている。

【０００９】以上の構成において、ウエハ１６は対物レ
ンズ４１と結像レンズ４３との合成系に関して指標板４
４と共役に配置されている。また、指標板４４とＣＣＤ
４６の受光面とは撮像用レンズ２０に関して共役に配置
される。従って、ＣＣＤ４６はウエハ１６上のマークの
拡大像と指標板４４上の固定（参照）マークの拡大像と
を同時に撮像する。また、照明光学系のオプチカルファ
イバ４８の射出端面は２次光源として、対物レンズ４１
とレンズ系５１との間の瞳面（開口絞り位置）にリレー
され、ウエハ１６に対してケーラ照明を行う。視野絞り
５０は対物レンズ４１とレンズ系５１との合成系によっ
てウエハ１６と共役になっており、視野絞り５０のアパ
ーチャ像がウエハ１６上に投影される。本実施例では、
少なくとも対物レンズ４１、結像レンズ４３、撮像用レ
ンズ４５の各々に対して色消しが成されており、色収差
による結像特性の劣化を抑えている。

【００１０】ステージ１８上には、基準マーク５２が設
けられ、ウエハアライメントセンサ内の指標板４４上の
指標マークのウエハ１６への投影点と、レチクル１０上
のレチクルアライメントマーク２４、２６あるいはダイ
・バイ・ダイ用のマークの投影点との間の距離（ベース
ライン）を計測するのに使用される。

【００１１】次に、図２を参照してＣＣＤ４６からのビ
デオ信号の処理回路について説明する。ＣＣＤ４６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）がマトリックス状に配列されている。
本実施例においては、ＣＣＤ４６の水平走査方向をウエ
ハ１６上のマークのエッジを横切る方向に一致させる。

【００１２】ＣＣＤ４６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５４を介してアナログ−ディジタル変換器（Ａ／
Ｄ）５６に送られる。ＣＣＤ４６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
６０に送信される。制御回路６０はＣＣＤ４６の水平同
期信号に基づき、１画素の電気走査（読み出し走査）が
１つのクロックパルスに対応するクロック信号を出力す
る。

【００１３】クロック信号は、比較部６２とアドレスカ
ウンタ６４とに供給される。比較部６２は、ＣＣＤ４６
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）に達したか否かを検出す
る。アドレスカウンタ６４は、Ａ／Ｄ回路５６の出力デ
ータを記憶するメモリ（ＲＡＭ）５８に対してアドレス
値を供給する。このため、ＲＡＭ５８中にはＣＣＤ４６
の所定の水平走査線から指定された本数分だけのディジ
タル波形データが記憶される。ＲＡＭ５８中の波形デー
タは、アドレスバス１００とデータバス２００を介して
プロセッサ６６に読み込まれ、所定の波形処理演算が行
われる。アドレスバス１００とデータバス２００には、
ステージ１８の位置を制御するためのステージコントロ
ーラ６８が接続されている。ステージコントローラ６８
は、干渉計２０、２２の座標計測値に基づいてステージ
駆動用のモータ７０を制御する。

【００１４】図３はウエハ１６上のショット配列を示
す。各ショット領域７２に対して、レチクルのパターン
領域１２がアライメントされる。露光時においては、各
ショット領域７２の中心ＣＣにおいて直行する中心線
が、ウエハステージ１８の直行座標系Ｘ軸、Ｙ軸と並行
になる。

【００１５】各ショット領域７２には、ダイ・バイ・ダ
イ用のウエハマーク７４−１、７４−２、７４−３、７
４−４が形成されている。この実施例では、これらのマ
ークをオフ・アクシス方式のウエハアライメントセンサ
（４０〜５１）で検出する。各マーク７４−ｎは、図４
（Ａ）に示すように、４本のバーマーク７６−１、７６
−２、７６−３、７６−４が同一間隔で平行に並んだマ
ルチマークである。各バーマークは、図４（Ｂ）に示す
ように、ウエハ下地に対して凸状に形成されている。各
マーク７４−ｎの中心Ｃｌは、バーマーク７６−２と７
６−３との間に存在する。

【００１６】図５は共役指標板４４上の指標マーク７
８、８０の配置を示す。各指標マーク７８、８０は、透
明ガラス板の上にクロム層で形成された２本の細線から
構成される。アライメントの際には、２つの指標マーク
７８、８０の間にウエハマーク７４−ｎを挟み込むよう
にステージ１８を位置決めする。この状態で得られるビ
デオ信号波形の様子が図６に示されている。

【００１７】図６において、ウエハマーク７４の中心Ｃ
ｌと指標マーク７８、８０の中心Ｃｔとが僅かにずれて
いる。このずれ量は、プロセッサ６６によって正確に算
出される。図６（Ｂ）に示すように、ＣＣＤ４６の水平
走査線ＳＬに沿って得られるビデオ信号波形は、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、各マークのエッジ位置でのみボトム（極小値）
になる。図６（Ｂ）において、指標マーク７８、８０を
構成するバーマークは微細であるため、バーマーク１本
にていて１つのボトム波形ＢＬ１、ＢＬ２、ＢＲ１、Ｂ
Ｒ２が得られる。また、ウエハマーク７４の４本のバー
マーク７６−１〜７６−４の各エッジ位置では、計８つ
のボトム波形ＷＬ１、ＷＲ１、ＷＬ２、ＷＲ２、ＷＬ
３、ＷＲ３、ＷＬ４、ＷＲ４が得られる。

【００１８】指標マーク７８、８０の位置で現れるボト
ム波形とウエハマーク７４の各エッジ位置で現れるボト
ム波形とでは、光学的な現象が全く異なる。すなわち、
指標マーク７８、８０は、ウエハ１６の表面で反射した
照明光によって透過照明されるために、ＣＣＤ４６上で
暗部として撮像される。これに対して、ウエハマーク７
４の各エッジは、照明光が対物レンズ４１等の開口数
（ＮＡ）よりも大きな角度で散乱されてＣＣＤ４６への
結像光路中に戻ってこないために暗部（暗線）として撮
像される。図６（Ｂ）の信号波形は、図６（Ａ）に示す
ように、Ｎ本の走査線ＳＬに沿って得られる信号波形を
垂直方向の画素列で加算平均したものである。この加算
平均は、プロセッサ６６がＲＡＭ５８からＮ本分の波形
データを読み出すことによって実行される。

【００１９】プロセッサ６６には、予め以下のようなパ
ラメータが設定されている。（１）指標マーク７８、８０の中心アドレス値ＡＣＣ（２）指標マーク７８、８０のウエハ１６上での間隔Ｌ
ｔ（μｍ）（３）指標マーク７８、８０の各々の本数Ｋｔ（４）ウエハマーク７４の本数Ｋｍ（５）指標マーク７８、８０の中心アドレス値ＡＣＣか
らのポイント（番地）数ＨＬ、ＨＲ（６）指標マーク７８、８０の各処理幅のポイント（番
地）数Ｐｔ（７）ウエハマーク７４の中心アドレス値ＡＣＣからの
処理幅のポイント（番地）数Ｐｍ

【００２０】次に、本実施例によるアライメント方法に
ついて、図７及び図８の各ステップに基づいて説明す
る。なお、この実施例においては、ウエハマーク７４と
して凹状のマークを使用し、当該マークの左右非対称性
がが所定の許容範囲外の場合に、外スロープ処理を選択
するように設定されている。［ステップ１、２］ウエハ１６をステージ１８にロード
し、ウエハ１６のサーチアライメント（グローバルアラ
イメント）を行い、ウエハのステージ１８上でのラフな
位置検出を行う。このように、ウエハ１６上のショット
配列の設計値のみに基づいてステージ１８を位置決めす
ると、アライメント誤差△Ｘが存在する。このアライメ
ント誤差は、指標マーク７８、８０とウエハマーク７４
−ｎとを検出したときの、残留誤差（＝１μｍ以下）
分、ショット配列の僅かな不規則性、又はウエハ１６の
伸縮分等を含む。このアライメント誤差△Ｘは、図６に
示した、指標マーク７８、８０の中心位置Ｃｔとウエハ
マーク７４の中心位置Ｃｌとの差である。

【００２１】［ステップ３］次に、ウエハアライメント
センサを用いてより精密な位置検出を行う。ＣＣＤ４６
によりウエハアライメントマークを撮像し、そのデータ
をＲＡＭ５８に記憶する。ＣＣＤ４６で撮像された走査
線Ｎ本分の波形データがＲＡＭ５８に取り込まれると、
プロセッサ６６は図８に示す手順で波形処理を実行す
る。

【００２２】［ステップ３０１］ＲＡＭ５８に取り込ま
れたＮ本分の原波形データから任意の本数を選んで垂直
方向に画素毎の加算平均を行い、１本の平均波形データ
を作成する。この平均波形データは、ＲＡＭ５８中に一
時的に記憶される。なお、加算平均すべき走査線は、必
ずしも垂直方向に連続している必要はなく、１本又は２
本のインターバルをもって加算しても良い。

【００２３】［ステップ３０２］次に、平均波形データ
をスムージングする。このスムージングは、平均波形デ
ータを数値フィルタに通すことによって行われる。図９
（Ａ）は、ＲＡＭ５８中の平均波形データの一例を示
し、横軸はＲＡＭ５８のアドレスポイント、縦軸はレベ
ルを表す。この波形に対して図９（Ｂ）のような数値フ
ィルタＦＮａをかけることによって、平均波形データ中
に存在する高周波成分が除去されたスムージング波形デ
ータＲ（ｎ）が得られる。このスムージング波形データ
Ｒ（ｎ）もＲＡＭ５８中に一時的に記憶される。

【００２４】［ステップ３０３］次に、平均波形データ
Ｒ（ｎ）を微分する。この微分は、図９（Ｃ）に示した
ように傾きが一定の数値フィルタＦＮｂに平均波形デー
タを通すことによって行われる。これによって、図９
（Ａ）のようなボトム波形は図９（Ｄ）のような微分波
形データＰ（ｎ）になる。この微分波形データＰ（ｎ）
上でボトム点となるアドレスポイントＰＸＤは、平均波
形データ（又はスムージング波形データ）上のダウンス
ロープ部ＤＷＳの中点位置と一致し、微分波形データ上
でピーク点となるアドレスポイントＰＸＵは、平均波形
データ上でのアップスロープ部ＵＰＳの中点位置と一致
する。

【００２５】従って、微分処理を行うことによって、ス
ムージング波形データ上での全てのスロープ位置が特定
できる。なお、図９（Ｄ）において、アドレスポイント
ＰＸＤとＰＸＵの間で微分波形がゼロクロスする点は、
図９（Ａ）の波形中でのボトム点に一致する。

【００２６】［ステップ３０４］次に、微分波形データ
Ｐ（ｎ）中の全てのピーク点とボトム点、及びそれらの
位置を抽出する。この場合、図９（Ｄ）に示すように、
本来のボトム、ピーク以外の小さなボトム、ピークＤｕ
ｐ、Ｄｕｂも抽出される。

【００２７】［ステップ３０５］小さなボトム、ピーク
Ｄｕｐ、Ｄｕｂは、小さい順に切り捨て、指標マークの
本数Ｋｔとウエハマークの本数Ｋｍとに対応した数のボ
トム点とピーク点を選ぶ。図６に示したように、左右の
指標マーク７８、８０に対応した波形処理幅Ｐｔ内で
は、スムージング波形データＲ（ｎ）上で２つのボトム
波形が得られることが解っている（指標マーク本数Ｋｔ
＝２）。従って、処理幅Ｐｔ内では、微分波形データＰ
（ｎ）上での２つのピーク点と２つのボトム点とが得ら
れる。一方、ウエハマーク７４−ｎに対応した処理幅２
Ｐｍ内では、スムージング波形データＲ（ｎ）上で８つ
（２Ｋｍ）のボトム波形が得られる。従って、処理幅２
Ｐｍ内では微分波形データＰ（ｎ）上で８つのピーク点
と８つのボトム点が得られる。

【００２８】以上の処理によって、スムージング波形デ
ータ上の各マークに対応したダウンスロープ部とアップ
スロープ部とが特定されたことになる。図１０はその様
子を示し、図１０（Ａ）は、スムージング波形データを
表し、同図（Ｂ）は微分波形データを表す。図１０の横
軸は、スムージング波形データのアドレスポイントを表
す。微分波形データ上のピーク点、ボトム点に対応し
て、スムージング波形データ中の各スロープの中心位置
が求められる。

【００２９】左側の指標マーク７８に対応したスムージ
ング波形（ＢＬ１、ＢＬ２）上の各スロープ中心位置
は、ダウンスロープＲＤ（１）、ＲＤ（２）の２つと、
アップスロープＲＵ（１）、ＲＵ（２）の２つである。
また、右側の指標マーク８０に対応したスムージング波
形（ＢＲ１、ＢＲ２）上の各スロープ中心位置は、ダウ
ンスロープＲＤ（３）、ＲＤ（４）の２つと、アップス
ロープＲＵ（３）、ＲＵ（４）の２つである。同様に、
４本のバーマークの各エッジで生じたスムージング波形
上の各スロープの中心位置は、ダウンスロープＷＤ
（１）〜ＷＤ（８）とアップスロープＷＵ（１）〜ＷＵ
（８）である。

【００３０】ところで、ダウンスロープやアップスロー
プを特定する手法として、実際にはスムージング波形を
微分波形との各コントラスト値（レベル）を用いてコン
トラストリミットを定め、そのリミット値に基づいてス
ムージング波形中の各スロープ位置を特定することが望
ましい。

【００３１】図１１（Ａ）は、図１０（Ａ）中のボトム
波形ＷＬ１を拡大して示し、図１１（Ｂ）は図１１
（Ａ）の微分波形を拡大して示す。微分波形データ中の
ボトム位置ＷＤ（１）に対応した微分レベル（コントラ
スト値）ＣＷＤ（１）の絶対値を求め、位置ＷＤ（１）
に対応するスムージング波形中のレベルＣＤＳ（１）を
求める。このレベルＣＤＳ（１）は、位置ＣＷＤ（１）
で決まるダウンスロープ中のレベルよりも若干小さな値
として取り込まれる。プロセッサ６６により、以下の式
によってコントラスト値ＣＶＷ（１）が算出される。

【数１】

【００３２】同様に、微分波形データ中のピーク位置Ｗ
Ｕ（１）に対応した微分レベルＣＷＵ（１）の絶対値を
求め、更に位置ＷＵ（１）に対するスムージング波形中
のレベルＣＵＳ（１）を求める。そして、以下の式によ
ってコントラスト値ＣＶＷｕ（１）を算出する。

【数２】ここで、Ａ、Ｂは定数であるが、ノイズを区別する場合
には、Ａ＝１、Ｂ＝０．５程度に設定する。

【００３３】以上の動作を、ウエハマークの信号処理範
囲内で行うと共に、指標マークの信号波形に対しても全
く同様に行う。指標マークについては、図１０（Ａ）中
のボトム波形ＢＬ１を例に採ると、その微分波形中のボ
トム位置はＲＤ（１）、ピーク位置はＲＵ（１）とな
る。そこで、位置ＲＤ（１）での微分波形中のレベル
（ボトム）ＣＦＤ（１）、位置ＲＵ（１）での微分波形
中のレベル（ピーク）をＣＦＵ（１）、そしてスムージ
ング波形中のボトム波形ＢＬ１でのダウンスロープの中
心付近のレベルをＣＤＲ（１）、アップスロープの中心
付近のレベルをＣＵＲ（１）とすると、指標マークのコ
ントラスト値ＣＶＲｄ（１）、ＣＶＲｕ（１）は、それ
ぞれ以下の式によって求められる。

【数３】

【数４】

【００３４】そして、プロセッサ６６は、指標マークに
対するウエハ１６のコントラスト比ＧＧを以下の何れか
一方の式によって求める。

【数５】

【数６】そして、このコントラスト比ＧＧが所定の値以下になっ
ている場合は、ウエハマークのエッジに対応したボトム
波形ではないと判断する。

【００３５】［ステップ３０６］次に、スムージング波
形中の各スロープ部を所定のスライスレベルと比較し
て、その交点を求める。このステップは、場合によって
は省略しても良い。それは、図１０のようにして求めた
スムージング波形上の各スロープの中心位置をそのまま
以降の処理に使える場合があるからである。ここでは、
各スロープ毎に最適なスライスレベルを定める。スライ
スレベルの決定においては、先に図１０で求めた指標マ
ークのアップスロープ位置ＲＵ（１）〜ＲＵ（４）、ダ
ウンスロープ位置ＲＤ（１）〜ＲＤ（４）、ウエハマー
クのアップスロープ位置ＷＵ（１）〜ＷＵ（８）、ダウ
ンスロープ位置ＷＤ（１）〜ＷＤ（８）の各々を用い
る。

【００３６】そこで、具体的な例を図１２を参照して説
明する。先ず、図１２（Ａ）のように、スムージング波
形上の１つのボトム波形ＷＬ１のダウンスロープ位置Ｗ
Ｄ（１）から一定のポイント数（アドレス）分だけ波形
データを前後にサーチする。そして、ダウンスロープ下
部の最小値ＢＴとダウンスロープの肩の部分の最大値Ｓ
Ｐｄとを求め、図１２（Ｂ）に示すように最小値ＢＴと
最大値ＳＰｄとの間を所定の比率で分割するところにス
ライスレベルＳ１を決定する。その比率をα（％）とす
ると、スライスレベルＳ１は以下の式で求められる。

【数７】

【００３７】次に、このスライスレベルＳ１と一致する
ダウンスロープ部のレベルの位置を求める。この際、ス
ライスレベルＳ１と一致するレベルがサンプリング点の
間に存在する場合は、直線補間等の手法で交点位置ＳＷ
Ｄ（１）を求める。この位置ＳＷＤ（１）は、例えば、
アドレスポイントの間を１／１０で補間した実数で表
す。同様にして、スムージング波形上のボトム波形ＷＬ
１のアップスロープについても、位置ＷＵ（１）から前
後にサーチ（ここでは、最小値ＢＴが分かっているの
で、サーチは１方向のみでも良い）を行い、以下の式に
よってスライスレベルＳ２を決定する。

【数８】そして、このスライスレベルＳ２と一致するアップスロ
ープ部の位置ＳＷＵ（１）を実数で算出する。以下、同
様にして、スムージング波形中の各ボトム波形について
最適なスライスレベルを決めて、その交点位置ＳＲＵ
（１）〜ＳＲＵ（４）、ＳＲＤ（１）〜ＳＲＤ（４）、
ＳＷＵ（１）〜ＳＷＵ（８）、ＳＷＤ（１）〜ＳＷＤ
（８）を求める。

【００３８】［ステップ３０７］次に、ウエハアライメ
ントセンサの光学系の倍率誤差等をキャンセルするため
に、ＣＣＤ４６の１画素（スムージング波形データのサ
ンプリング間隔）がウエハ１６面上で何μｍに相当する
のかを算出し、その換算値ＵＮＴ（μｍ／ポイント）を
実数で求めておく。ここでは、安定性の良い指標マーク
７８、８０の設計上の間隔Ｌｔ（μｍ）を用いるものと
する。間隔Ｌｔは、ウエハ１６面上の値として登録され
ているので、以下の式によって換算値ＵＮＴを演算す
る。なお、指標マーク７８、８０は共にＫｔ本（本実施
例ではＫｔ＝２）とする。

【数９】

【００３９】［ステップ３０８］次に、指標マーク７
８、８０の中心位置Ｃｔ（μｍ）を次式に基づいて実数
で求める。

【数１０】

【００４０】［ステップ３１０］内スロープ法によって
ウエハマークの中心位置ＣｌＩＮ(μｍ）を実数で算出
する。ここで、先の図９を参照すると、ウエハマークの
は形状の内スロープ位置は、ＳＷＵ（１）、ＳＷＤ
（２）、ＳＷＵ（３）、ＳＷＤ（４）、ＳＷＵ（５）、
ＳＷＤ（６）、ＳＷＵ（７）、ＳＷＤ（８）である。従
って、ウエハマークの本数をＫｍ（本実施例ではＫｍ＝
４）として、次式に基づいてウエハマークの中心位置Ｃ
ｌＩＮを求める。

【数１１】

【００４１】［ステップ３１１］外スロープ法によって
ウエハマークの中心位置ＣｌＯＵＴ(μｍ）を実数で算
出する。ここで、先の図１０を参照すると、ウエハマー
クのは形状の内スロープ位置は、ＳＷＤ（１）、ＳＷＵ
（２）、ＳＷＤ（３）、ＳＷＵ（４）、ＳＷＤ（５）、
ＳＷＵ（６）、ＳＷＤ（７）、ＳＷＵ（８）である。従
って、次式に基づいてウエハマークの中心位置ＣｌＯＵ
Ｔを求める。

【数１２】

【００４２】［ステップ４］内スロープ法によって求め
られたウエハマークの中心位置ＣｌＩＮ及び外スロープ
法によって求められたウエハマークの中心位置ＣｌＯＵ
Ｔに基づいて、ＦＩＡ（Field Image Alignment）−Ｅ
ＧＡ（Enhanced Global Alignment）によりファインア
ライメントを行う。まず、ウエハマークの中心位置Ｃｌ
ＩＮ及びＣｌＯＵＴの各々に基づいて、ウエハ１６の
ローテーション、直交度、スケーリング（ウエハの線形
伸縮）等のＥＧＡの誤差パラメータを求める。なお、Ｅ
ＧＡの詳細については、特開昭６１−４４４２９号公報
に記載されているため、ここでは詳細な演算方法につい
ての説明は省略する。

【００４３】［ステップ５］内スロープ法によるウエハ
マーク中心位置ＣｌＩＮに基づいて求められたウエハ
１６のスケーリング計測結果をＳＩＸ、ＳＩＹとし、外
スロープ法によるウエハマーク中心位置ＣｌＯＵＴに
基づいて求められたウエハ１６のスケーリング計測結果
をＳＯＸ、ＳＯＹとする。

【００４４】［ステップ６］Ｘ方向のスケーリング計測
結果ＳＩＸとＳＯＸとの差、及びＹ方向のスケーリング
計測結果ＳＩＹとＳＯＹとの差を各々設定値ＳＬと比較
する。この設定値ＳＬは、内スロープ、外スロープ法に
よって生じると考えられるスケーリング計測結果の差の
許容値である。主に、アライメントマークの計測再現性
や、要求するアライメント精度などから決定する。ま
た、この値は、装置毎、プロセス毎などに設定される。

【００４５】［ステップ７］比較の結果、Ｘ方向のスケ
ーリング計測結果ＳＩＸとＳＯＸとの差の絶対値、及び
Ｙ方向のスケーリング計測結果ＳＩＹとＳＯＹとの差の
絶対値が両方とも設定値ＳＬ以下の場合には、内スロー
プ法、外スロープ法によって各々求めた各誤差パラメー
タの平均を求める。そして、それらの平均誤差パラメー
タに基づいて、ウエハ１６のアライメント座標を算出す
る。

【００４６】［ステップ８］一方、比較の結果、Ｘ方向
のスケーリング計測結果ＳＩＸとＳＯＸとの差の絶対
値、またはＹ方向のスケーリング計測結果ＳＩＹとＳＯ
Ｙとの差の絶対値の何れか、または両方が設定値ＳＬよ
り大きい場合には、予め設定してある外スロープ法によ
って各々求めた各誤差パラメータに基づいて、ウエハ１
６のアライメント座標を算出する。

【００４７】［ステップ９］上記のように求められたア
ライメント座標に従ってウエハ１６をステップ・アンド
・リピートにより駆動し、レチクル１０に形成されたパ
ターン（図示せず）を各ショット領域に投影露光する。

【００４８】［ステップ１０］ウエハ１６の全てのショ
ット領域の露光が終了した時点で、ウエハ１６をアンロ
ードする。

【００４９】以上、本発明の実施例について説明してき
たが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、
特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内で変更
可能なものである。例えば、非対称判定時の処理モード
の選択を、予め、アライメントマークの凹凸形状等に基
づいて設定するのではなく、アライメントマークの凹、
凸の状態のみを設定しておき、これに基づいて内スロー
プ処理、外スロープ処理、両スロープ処理の処理モード
選択をするようにしても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明を適用した投影露光装置の一実
施例の概略構成を示す斜視図である。

【図２】図２は、図１の投影露光装置の制御部分の構成
を示すブロック図である。

【図３】図３は、図１の投影露光装置に使用されるウエ
ハの様子を示す概略説明図である。

【図４】図４は、図１の投影露光装置のウエハに形成さ
れたマークを示し、（Ａ）が平面図、（Ｂ）が断面図で
ある。

【図５】図５は、図１の投影露光装置に使用される共役
指標板の構成を示す概略図である。

【図６】図６は、図４及び図５に示されたウエハのマー
クと指標板上のマークとの位置関係を示し、（Ａ）が平
面図、（Ｂ）が検出される信号レベルを示すグラフであ
る。

【図７】図７は、本発明の実施例の全体の動作を示すフ
ローチャートである。

【図８】図８は、図７のフローチャート中のステップＳ
Ｐ３の詳細を示すフローチャートである。

【図９】図９は、本発明の実施例の動作の説明を補足す
るグラフである。

【図１０】図１０は、本発明の実施例の動作の説明を補
足するグラフである。

【図１１】図１１は、本発明の実施例の動作の説明を補
足するグラフである。

【図１２】図１２は、本発明の実施例の動作の説明を補
足するグラフである。

【符号の説明】

１０・・・レチクル１４・・・投影光学系１６・・・ウエハ１８・・・ステージ４４・・・指標板４６・・・ＣＣＤ５８・・・ＲＡＭ６０・・・制御回路６２・・・比較回路６６・・・プロセッサ７４・・・アライメントマーク７６・・・バーマーク（アライメントマーク）７８、８０・・・指標マーク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成されたマークを光電検出
し、この検出結果に基づいて前記基板のアライメントを
行うアライメント方法において、前記マークからの光情報に基づき、前記マークのエッジ
部分でピークをもつ波形データを形成する第１工程と；
前記波形データのピークの内側に形成された一対の内ス
ロープ波形部分に基づいて前記マークの位置を決定する
第２工程と；前記第２工程において求められた前記マー
クの位置に基づいて、前記基板の伸縮度を示す内スロー
プ・スケーリング値を含む第１の誤差パラメータ情報を
算出する第３工程と；前記波形データのピークの外側に
形成された一対の外スロープ波形部分に基づいて前記マ
ークの位置を決定する第４工程と；前記第４工程におい
て求められた前記マークの位置に基づいて、前記基板の
伸縮度を示す外スロープ・スケーリング値を含む第２の
誤差パラメータ情報を算出する第５工程と；前記内スロ
ープ・スケーリング値と前記外スロープ・スケーリング
値との差を求め、当該差を所定の基準値と比較する第６
工程と；前記差が前記基準値以下の場合に、前記第１及
び第２の誤差パラメータ情報の平均値情報に基づいて前
記基板のアライメント座標を求める第７工程と；前記差
が前記基準値以上の場合に、前記第１または第２の誤差
パラメータ情報の何れか一方に基づいて前記基板のアラ
イメント座標を求める第８工程とを含むことを特徴とす
る基板のアライメント方法。
【請求項２】前記第８工程において、前記マークが凸
状マークの場合には、前記第１の誤差パラメータ情報を
選択し、前記マークが凹状マークの場合には前記第２の
誤差パラメータ情報を選択することを特徴とする請求項
１記載のアライメント方法。
【請求項３】前記第３及び第５工程において、前記基
板の第１及び第２の誤差パラメータ情報を算出するに際
し、前記基板状に形成された複数のマークの位置情報に
基づき、最小自乗法を用いた統計的演算手法を用いるこ
とを特徴とする請求項１記載のアライメント方法。
【請求項４】基板上に形成されたマークを光電検出
し、この検出結果に基づいて前記基板のアライメントを
行うアライメント装置において、前記マークからの光情報に基づき、前記マークのエッジ
部分でピークをもつ波形データを形成する波形データ形
成手段と；前記波形データのピークの内側に形成された
一対の内スロープ波形部分に基づいて前記マークの位置
を決定する第１演算手段と；前記第１演算手段で求めら
れた前記マークの位置に基づいて、前記基板の伸縮度を
示す内スロープ・スケーリング値を含む第１の誤差パラ
メータ情報を算出する第２演算手段と；前記波形データ
のピークの外側に形成された一対の外スロープ波形部分
に基づいて前記マークの位置を決定する第３演算手段
と；前記第３演算手段で求められた前記マークの位置に
基づいて、前記基板の伸縮度を示す外スロープ・スケー
リング値を含む第２の誤差パラメータ情報を算出する第
４演算手段と；前記内スロープ・スケーリング値と前記
外スロープ・スケーリング値との差を求め、当該差を所
定の基準値と比較する比較手段と；前記差が前記基準値
以下の場合に、前記第１及び第２の誤差パラメータ情報
の平均値情報に基づいて前記基板のアライメント座標を
求め、前記基準値以上の場合に、前記第１または第２の
誤差パラメータ情報の何れか一方に基づいて前記基板の
アライメント座標を求める第５演算手段とを含むことを
特徴とするアライメント装置。
【請求項５】基板上に形成されたマークを光電検出
し、この検出結果に基づいて前記基板のアライメントを
行う露光装置において、マスクのパターンを前記基板上に露光する露光手段と；
前記マークからの光情報に基づき、前記マークのエッジ
部分でピークをもつ波形データを形成する波形データ形
成手段と；前記波形データのピークの内側に形成された
一対の内スロープ波形部分に基づいて前記マークの位置
を決定する第１演算手段と；前記第１演算手段で求めら
れた前記マークの位置に基づいて、前記基板の伸縮度を
示す内スロープ・スケーリング値を含む第１の誤差パラ
メータ情報を算出する第２演算手段と；前記波形データ
のピークの外側に形成された一対の外スロープ波形部分
に基づいて前記マークの位置を決定する第３演算手段
と；前記第３演算手段で求められた前記マークの位置に
基づいて、前記基板の伸縮度を示す外スロープ・スケー
リング値を含む第２の誤差パラメータ情報を算出する第
４演算手段と；前記内スロープ・スケーリング値と前記
外スロープ・スケーリング値との差を求め、当該差を所
定の基準値と比較する比較手段と；前記差が前記基準値
以下の場合に、前記第１及び第２の誤差パラメータ情報
の平均値情報に基づいて前記基板のアライメント座標を
求め、前記基準値以上の場合に、前記第１または第２の
誤差パラメータ情報の何れか一方に基づいて前記基板の
アライメント座標を求める第５演算手段とを含むことを
特徴とする露光装置。
【請求項６】前記波形データ形成手段が、前記マーク
からの光情報をオフアクシス方式によって撮像する撮像
装置と、前記基板及び前記撮像装置の受光面の双方に対
して共役な位置に配置された指標手段とを含むことを特
徴とする請求項４または５記載の装置。