JPH10242041A

JPH10242041A - 位置検出方法及びその装置並びに露光装置

Info

Publication number: JPH10242041A
Application number: JP9058488A
Authority: JP
Inventors: Naomasa Shiraishi; 直正白石
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-02-26
Filing date: 1997-02-26
Publication date: 1998-09-11
Also published as: US6101267A

Abstract

(57)【要約】【課題】基板上に形成されたマークの位置をより短時
間で且つ高精度に検出する。【解決手段】基板上のマークを光電検出し、検出した
光電信号（図３（Ａ）のＳｉｇＡ）とそのシフト信号
（図３（Ｃ）のＳｉｇＲ、図３（Ｂ）のＳｉｇＬ）との
加算信号（図３（Ｄ）のＳｉｇＳ）を作成した後、その
加算信号（ＳｉｇＳ）と基準信号（図３（Ｅ）のＴmp）
との相互相関を求め、その相関値が極大（又は極小）と
なる位置をマーク位置として検出する。このため、ピー
クの数が少なく検出方向の幅の狭い基準信号を使用する
ことが可能となり、相互相関の算出に際しての積和演算
の回数が、マークの数と同じピーク数で同じ繰り返し周
期の基準信号を用いていた場合に比べて減少し、マーク
位置の検出に際して、演算時間の短縮が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、位置検出方法及び
その装置並びに露光装置に係り、さらに詳しくはウエハ
等の基板上に形成されたマークの位置を所定の基準信号
を用いて相関法により検出する位置検出方法及びその装
置、並びにこの位置検出装置を被露光基板上のマーク位
置検出用として具備した露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】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を製造する
ためのリソグラフィ工程（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）の基板上に
露光する投影露光装置（ステッパー等）、あるいはマス
クのパターンを直接基板上に転写するプロキシミティ方
式の露光装置等が使用されている。

【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、露光に先立ってマスク（又
はレチクル）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】実際のアライメント工程は、ウエハ上の２
から３個の比較的大きなマークをラフに検出し、ショッ
ト配列のおおまかな位置を検出するラフアライメント工
程と、その後にウエハ上の１０ヵ所程度のマークを精密
に位置検出するファインアライメント工程の２段階より
なる。

【０００５】このうちラフアライメント工程に用いられ
るアライメントセンサには、例えばアライメントマーク
の近傍にレーザビームを照射且つスキャンし、その散乱
・回折光の強度変化に基づいてマーク位置を検出するも
の（レーザビームスキャン式センサ）や、アライメント
マークの近傍に単色光又はブロードバンド光を照射して
検出光学系を介してその像を撮像し、その撮像信号に基
づいてマーク位置を検出するもの（結像式センサ）など
がある。

【０００６】ラフアライメントに際しては、例えばウエ
ハ外形基準で位置決めされ、１００μｍ程度の誤差を持
ってウエハホルダ上に載置されるウエハから、数μｍ以
内の精度でアライメントマークを位置検出する必要があ
る。また、ウエハ上にはアライメントマークと区別の付
きにくい回路パターンも存在するため、これらのパター
ンとアライメントマークを正確に区別して位置検出する
必要がある。

【０００７】このような理由から、ラフアライメントの
１つの方法として、検出方向に特定の周期を持たせたマ
ークを使用し、上記センサによるそのマークの検出信号
に所定の信号処理を施すことによって、マーク位置を検
出する方法が採用されている。このマーク位置の検出の
具体的な手法として、従来は検出信号波形を所定のスラ
イスレベルでスライスし、各波形とスライスレベルのラ
インとの両交点の中点位置を用いてマーク位置を検出す
るスライス法が採用されていたが、このスライス法で
は、例えば低段差なマーク等の低コントラストな信号し
か得られないマークの場合、Ｓ／Ｎ比があまり良くない
ためマーク位置の検出精度が低下するという不都合があ
った。

【０００８】かかる不都合を改善する手法として、近時
においては、上記センサによる上記マークの検出信号に
対して、その特定の周期性と同じ周期性を持たせた基準
信号（テンプレート）との相関を求め、その相関値の最
も高い位置をマーク位置として検出する検出方法（相関
法）が採用されるようになった。この相関法によると、
Ｓ／Ｎ比良くマークを検出することが可能であるため、
例えば低段差なマーク等であっても精度良く位置検出が
できる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ここで、図４を用いて
従来の相関法について簡単に説明する。図４（Ａ）には
ウエハ上に形成された、間隔（繰り返し周期）Ｄ１，Ｄ
２を有する３本の格子パターンＭ１，Ｍ２，Ｍ３から成
るアライメントマークＲＭが示されており、図４（Ｂ）
には、マークＲＭを従来のレーザビームスキャン式セン
サにて検出し、メモリに取り込まれた検出信号Ｓｉｇ
Ａ’の波形が示されている。また、図３（Ｃ）には、テ
ンプレートＴmcの例が示されている。このテンプレート
Ｔmcは信号ＳigＡ’と同様に（すなわちアライメントマ
ークＲＭと同様に）、ウエハ上で間隔Ｄ１，Ｄ２に相当
するアドレスだけ離れた３ヵ所にそれぞれピークを持つ
ものである。

【００１０】例えば、Ｄ１＝２０μｍ、Ｄ２＝３０μｍ
とし、信号ＳｉｇＡの取り込みの際の横軸の分解能を０
・１μｍとすると、信号ＳｉｇＡ’のメモリ上の１アド
レスは、ウエハ上の長さに換算すると、上記の０．１μ
ｍに相当する。信号ＳｉｇＡ’の取り込み範囲Ｒｓｃ
は、上記Ｄ１，Ｄ２の間隔の和に、ウエハの外形基準等
による位置決めの精度（１００μｍ程度）を加えたもの
となる。従って、信号ＳｉｇＡ’のデータ数は、（１００＋２０＋３０）／０．１＝１５００個程度となる。

【００１１】また、テンプレートＴmcのウエハ上の長さ
換算での範囲は、上記Ｄ１，Ｄ２の間隔の和に、ピーク
１個分の広がり（例えば１０μｍ程度）を加えた程度で
ある、従って、テンプレートＴmcのデータ数は、（１０＋２０＋３０）／０．１＝６００個程度となる。

【００１２】従って、信号ＳｉｇＡ’とテンプレートＴ
mcの相関の算出に際しては、各相対位置での相関値の算
出にテンプレートＴmcのデータ数と同数の６００回の積
和演算が必要であり、かつ、それをウエハ上換算で１０
０μｍの範囲で、すなわちデータ上のアドレスとして１
０００回繰り返し行わなければならない。これには、合
計６０万回の積和演算が必要である。

【００１３】このように、上記従来の相関法では、検出
したマーク信号の全領域（全データ）とそれとほぼ同じ
データ数のテンプレートとの相関を求める必要があった
ため、膨大な量のデータの処理（図４の例の場合には、
６０万回の積和演算）に費やされる時間が比較的長く、
高性能かつ高価な演算処理装置が必要になるという不都
合があった。

【００１４】また、例えば上記６０万回の積和演算には
相当高速なコンピュータを用いても０．１秒程度の時間
を要し、特にデバイスの大量生産を目的とする露光装置
では、この０．１秒という時間はスループット（処理能
力）の低下の一因となる。

【００１５】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、請求項１ないし３に記載の発明の目的は、基板上に
形成されたマークの位置をより短時間で且つ高精度に検
出することができる位置検出方法を提供することにあ
る。

【００１６】また、請求項４に記載の発明の目的は、基
板上に形成されたマークの位置をより短時間で且つ高精
度に検出することができる位置検出装置を提供すること
にある。

【００１７】また、請求項５に記載の発明の目的は、ラ
フアライメントに要する時間を短縮してスループットの
向上を図ることができる露光装置を提供することにあ
る。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、基板（Ｗ）上に検出方向（例えばＸ方向）とほぼ直
交する方向（Ｙ方向）に伸びて形成されるパターン（例
えばＭ１、Ｍ２、Ｍ３）が前記検出方向（Ｘ方向）に沿
って所定の繰り返し周期（例えばＤ１、Ｄ２）で配置さ
れて成るマーク（ＲＭ）の位置を所定の基準信号を用い
て検出する位置検出方法であって、前記マーク（ＲＭ）
に光を照射して、前記検出方向に関する光電信号（Ｓｉ
ｇＡ）を検出する工程と；前記検出した光電信号（Ｓｉ
ｇＡ）と、該光電信号（ＳｉｇＡ）を前記所定の繰り返
し周期（Ｄ１、Ｄ２）だけ前記検出方向にずらしたシフ
ト信号（ＳｉｇＲ、ＳｉｇＬ）とを加算して加算信号
（ＳｉｇＳ）を作成する工程と；前記加算信号（Ｓｉｇ
Ｓ）と所定の基準信号（Ｔmp）との相関値に基づいて、
前記マーク（ＲＭ）の位置を検出する工程とを含むこと
を特徴とする。

【００１９】これによれば、検出した光電信号（Ｓｉｇ
Ａ）とそのシフト信号（ＳｉｇＲ、ＳｉｇＬ）との加算
信号（ＳｉｇＳ）を作成した後、その加算信号（Ｓｉｇ
Ｓ）と基準信号（Ｔmp）との相互相関を求め、その相関
値が極大（又は極小）となる位置をマーク位置として検
出するので、基準信号としてピークの数が少なく検出方
向の幅の狭い基準信号（例えば図３（Ｅ）のＴmp）を使
用することが可能となり、このため相互相関の算出に際
しての積和演算の回数が、マークの数と同じピーク数で
同じ繰り返し周期の基準信号（例えば図４（Ｃ）のＴm
c）を用いていた従来例に比べて減少する。このため、
マーク位置の検出に際して、演算時間の短縮が可能とな
るとともに、高性能かつ高価な演算処理装置を用いる必
要がなくなり、コストの低減が可能になる。

【００２０】この場合において、マークを構成するパタ
ーンの本数がｎ本（ｎは２以上の整数）である場合に
は、請求項２に記載の発明の如く、前述のシフト信号を
（ｎ−１）個作成すればよい。例えば、パターンの本数
が５本であり、その間隔が一方の端（座標系としてマイ
ナス側の端）のマークを起点としてそれぞれＤ０１、Ｄ
０２、Ｄ０３，Ｄ０４であるとする。この場合、前述の
シフト信号は、光電信号（ＳｉｇＡ）をそれぞれ、＋Ｄ
０２、＋（Ｄ０１＋Ｄ０２）、−Ｄ０３、−（Ｄ０３＋
Ｄ０４）シフトさせた４個（すなわち５−１個）の信号
とすればよい。また、パターンの本数が多い場合には、
前述のシフト信号を必ずしも（ｎ−１）個作成する必要
はなく、例えば（ｎ−２）個でもよい。

【００２１】このようにすれば、マークを構成するパタ
ーンの繰り返し周期が一定である場合は勿論、それぞれ
異なる場合、すなわちパターン間の間隔が全て異なる場
合であっても、基準信号として例えば図３（Ｅ）に示さ
れるようなパターン１本の光電信号に相当する程度の検
出方向の幅の狭い基準信号を用いることが可能になり、
相互相関の算出に際しての積和演算の回数が一層減少す
る。これに加え、基準信号のデータを格納するメモリの
低容量化及びこれに伴うコスト低減も可能である。

【００２２】これらの場合において、請求項３に記載の
発明の如く、前記所定の基準信号は、前記所定の繰り返
し周期と同じ周期性を有していることが望ましい。

【００２３】請求項４に記載の発明は、基板（Ｗ）上に
検出方向（例えばＸ方向）とほぼ直交する方向（Ｙ方
向）に伸びて形成されるパターン（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３）
が前記検出方向（Ｘ方向）に沿って所定の繰り返し周期
（例えばＤ１、Ｄ２）で配置されて成るマーク（ＲＭ）
の位置を所定の基準信号を用いて検出する位置検出装置
であって、前記マーク（ＲＭ）に光を照射して、前記検
出方向に関する光電信号（ＳｉｇＡ）を検出する検出系
（１０〜１６）と；前記検出した光電信号（ＳｉｇＡ）
と、該光電信号を前記所定の繰り返し周期（Ｄ１、Ｄ
２）だけ前記検出方向にずらしたシフト信号（Ｓｉｇ
Ｒ、ＳｉｇＬ）とを加算して加算信号（ＳｉｇＳ）を算
出するとともに、前記加算信号（ＳｉｇＳ）と前記所定
の基準信号（Ｔmp）との相関値に基づいて、前記マーク
の位置を演算する演算手段（１７）とを有することを特
徴とする。

【００２４】これによれば、検出系（１０〜１６）によ
り、マーク（ＲＭ）に光が照射され、検出方向に関する
光電信号（ＳｉｇＡ）が検出されると、演算手段（１
７）では、検出された光電信号（ＳｉｇＡ）と、該光電
信号（ＳｉｇＡ）を所定の繰り返し周期（Ｄ１、Ｄ２）
だけ検出方向にずらしたシフト信号（ＳｉｇＲ、Ｓｉｇ
Ｌ）とを加算して加算信号（ＳｉｇＳ）を算出するとと
もに；加算信号（ＳｉｇＳ）と所定の基準信号（Ｔmp）
との相関値に基づいて、マークの位置を演算する。この
ように、本発明では検出した光電信号（ＳｉｇＡ）とそ
のシフト信号（ＳｉｇＲ、ＳｉｇＬ）との加算信号（Ｓ
ｉｇＳ）を作成した後、その加算信号（ＳｉｇＳ）と基
準信号（Ｔmp）との相互相関を求め、その相関値が極大
（又は極小）となる位置をマーク位置として検出するの
で、基準信号としてピークの数が少なく検出方向の幅の
狭い基準信号（例えば図２（Ｅ）のＴmp）を使用するこ
とが可能となり、このため相互相関の算出に際しての積
和演算の回数が、マークの数と同じピーク数で同じ繰り
返し周期の基準信号（例えば図４（Ｃ）のＴmc）を用い
ていた従来例に比べて減少する。このため、マーク位置
の検出に際して、演算時間の短縮が可能となるととも
に、高性能かつ高価な演算処理装置を用いる必要がなく
なり、コストの低減が可能になる。

【００２５】請求項５に記載の発明は、マスク（Ｒ）に
形成されたパターンを感応基板（Ｗ）上に露光する露光
装置であって、前記請求項４に記載の位置検出装置を前
記感応基板（Ｗ）の位置検出用として具備することを特
徴とする。

【００２６】これによれば、前記の如く、位置検出装置
によればマーク位置の検出に際して、演算時間の短縮が
可能となることから、例えば、この位置検出装置を感応
基板（Ｗ）上に形成されたアライメントマークの位置検
出に用いることにより、ラフアライメント処理に要する
時間を短縮することが可能となり、結果的にスループッ
トの向上を図ることができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
ないし図３に基づいて説明する。

【００２８】図１には位置検出装置としてのＴＴＬ（Th
rough The Lens）方式のアライメント光学系を備えた一
実施形態に係る露光装置１００の構成が概略的に示され
ている。この露光装置１００は、ステップ・アンド・リ
ピート方式の縮小投影型露光装置（いわゆるステッパ
ー）である。

【００２９】露光装置１００は、露光用の照明光でマス
クとしてのレチクルＲを照明する照明光学系ＩＯＰ、照
明光学系ＩＯＰの下方でレチクルＲを保持するレチクル
ステージＲＳＴ、レチクルステージＲＳＴの下方に配置
された投影光学系ＰＬ、投影光学系ＰＬの下方で感応基
板（及び基板）としてのウエハＷを保持して２次元移動
するウエハステージＷＳＴ、及びアライメントセンサ
（１０〜１６）等を備えている。

【００３０】照明光学系ＩＯＰは、例えばコリメータレ
ンズ、フライアイレンズ等から成る照度均一化光学系、
リレーレンズ系、レチクルブラインド、コンデンサレン
ズ等（いずれも図示省略）を含んで構成され、不図示の
光源からの照明光によりほぼ均一な照度でレチクルＲ上
のレチクルブラインドで規定された所定の矩形領域を上
方から照明する。照明光としては、例えばＫｒＦエキシ
マレーザ光やＡｒＦエキシマレーザ光等のエキシマレー
ザ光、銅蒸気レーザやＹＡＧレーザの高調波、あるいは
超高圧水銀ランプからの紫外域の輝線（ｇ線、ｉ線等）
等が用いられる。

【００３１】レチクルステージＲＳＴ上にはその下面に
回路パターン（微細パターン）等が描画されたレチクル
Ｒが、例えば真空吸着により固定されている。また、こ
のレチクルステージＲＳＴは、レチクルＲの位置決めの
ため、照明光学系ＩＯＰの光軸（後述する投影光学系Ｐ
Ｌの光軸に一致）に垂直な平面内で２次元的に（Ｘ軸方
向及びこれに直交するＹ軸方向及びＸＹ平面に直交する
Ｚ軸回りの回転方向に）微少駆動可能に構成されてい
る。

【００３２】前記投影光学系ＰＬは、レチクルステージ
ＲＳＴの図１における下方に配置され、その光軸（照明
光学系の光軸に一致）の方向がＺ軸方向とされ、ここで
は両側テレセントリックな光学配置となるように光軸Ａ
Ｘ方向に沿って所定間隔で配置された複数枚のレンズエ
レメントから成る屈折光学系が使用されている。この投
影光学系ＰＬは所定の投影倍率、例えば１／５（あるい
は１／４）を有する縮小光学系である。このため、照明
光学系ＩＯＰからの照明光によってレチクルＲが照明さ
れると、このレチクルＲを通過した照明光により、投影
光学系ＰＬを介してレチクルＲの回路パターンの縮小像
が表面にフォトレジストが塗布されたウエハＷ上に形成
され、このようにしてレチクルＲ上の微細パターンがウ
エハＷ上に露光転写される。

【００３３】ウエハステージＷＳＴは、不図示のベース
上を、例えば不図示のリニアモータ等の駆動系によりＸ
軸方向（図１における左右方向）及びこれに直交するＹ
軸方向（図１における紙面直交方向）に移動可能に構成
されている。このウエハステージＷＳＴ上には、ウエハ
テーブル６が載置され、このウエハテーブル６上に不図
示のウエハホルダを介してウエハＷが真空吸着等によっ
て固定されている。

【００３４】ウエハテーブル６は、ウエハステージＷＳ
Ｔ上にＸＹ方向に位置決めされかつＺ軸方向の移動及び
傾斜が許容された状態で取り付けられている。そして、
このウエハテーブル６は、異なる３点の支持点で不図示
の３本の軸によって支持されており、これら３本の軸が
不図示の駆動装置によって独立してＺ軸方向に駆動さ
れ、これによってウエハテーブル６上に保持されたウエ
ハＷの面位置（Ｚ軸方向位置及びＸＹ平面に対する傾
斜）が所望の状態に設定されるようになっている。

【００３５】ウエハテーブル６上にはレーザ干渉計８か
らのレーザビームを反射する移動鏡７が固定され、外部
に配置されたレーザ干渉計８により、ウエハテーブル６
のＸＹ面内での位置、すなわちウエハＷの位置が例えば
０．０１μｍ程度の分解能で常時検出されている。

【００３６】ここで、実際には、ウエハテーブル６上に
はＹ軸方向に直交する反射面を有する移動鏡とＸ軸方向
に直交する反射面を有する移動鏡とが設けられ、レーザ
干渉計はＹ軸方向に１軸、Ｘ軸方向には２軸設けられて
いるが、図１ではこれらが代表的に移動鏡７、レーザ干
渉計８として示されている。ウエハテーブル６の位置情
報は主制御装置１７に送られ、主制御装置１７では前記
位置情報に基づいて不図示の駆動系を介してウエハステ
ージＷＳＴを位置制御する。

【００３７】ウエハＷ上には、それまでの工程で形成さ
れた回路パターンが形成されておりレチクルパターンの
転写に際しては、この既存パターンと新たに転写するパ
ターンの位置関係を正確に合わせる必要がある。このた
め、一般にウエハＷ上には、既存の回路パターンの位置
を検出するためのアライメントマークが形成されてい
る。

【００３８】前記アライメント光学系１０〜１６は、ウ
エハＷ上のこのアライメントマークを検出するための光
学系であり、本実施形態ではレーザビームスキャン式セ
ンサが用いられている。このアライメント光学系は、レ
ーザ光源１０、シリンドリカルレンズ１１、整形レンズ
群１２，１３、折り曲げミラー１４、分岐ミラー１５、
及びディテクタ１６を含んで構成されている。分岐ミラ
ー１５は、中央部に開口が形成された平面鏡である。

【００３９】ここで、ウエハＷ上のアライメントマーク
の位置検出の際のアライメント光学系の構成各部の作用
を説明する。ここでは、ウエハＷ上には、前述した従来
技術の欄で説明したのと同様の図２に示されるような、
ラフアライメント用のアライメントマークＲＭが形成さ
れているものとする。このアライメントマークＲＭは、
１辺が数μｍ程度の正方形パターンが、Ｙ軸方向（図２
における上下方向）にその１辺の２倍程度の間隔で並
ぶ、デューティ比１の３本の格子状のパターンＭ１，Ｍ
２，Ｍ３より成る。そしてその間隔Ｄ１，Ｄ２はそれぞ
れ２０μｍ、３０μｍとなっているものとする。

【００４０】レーザ光源１０から発せられたレーザ光を
シリンドリカルレンズ１１、整形レンズ群１２，１３、
折り曲げミラー１４を経て、投影光学系ＰＬを介してウ
エハＷ上に入射せしめる。この場合、レーザ光源１０か
ら発せられたレーザ光は、シリンドリカルレンズ１１の
作用により、図２に示されるような楕円上のビームＡＢ
となってアライメントマークＲＭ又はその近傍のウエハ
Ｗ上に入射する。

【００４１】この状態でウエハステージＷＳＴをパター
ンＭ１，Ｍ２，Ｍ３に直交する検出方向（この場合Ｘ方
向）に移動させると、楕円上のビームＡＢがウエハＷ面
上でＸ方向に走査され、各格子状パターンＭ１，Ｍ２，
Ｍ３上に順次照射される。そして、各パターンのＹ軸方
向の周期性のために回折光が発生する。この回折光Ｌ
ｐ、Ｌｍ（図１参照）は、投影光学系ＰＬ及び折り曲げ
ミラー１４、整形レンズ群１２，１３を経て分岐ミラー
１５で反射され、ディテクタ１６により受光され、光強
度に応じた電気信号に光電変換される。その光電信号
（電気信号）は、主制御装置１７に送られ、主制御装置
１７によって後述するようにしてアライメントマークＲ
Ｍの検出方向（Ｘ軸方向）の位置が検出される。

【００４２】次に、アライメント光学系（１０〜１６）
により上記アライメントマークＲＭを光電検出した光電
信号（検出信号）の主制御装置１７による信号処理方法
について、説明する。

【００４３】主制御装置１７では、上述したアライメン
ト光学系によるアライメントマークＲＭの光電検出の際
に、レーザ干渉計８の干渉計パルスに同期して回折光Ｌ
ｐ，Ｌｍの光量信号のＡ／Ｄ変換値をメモリに取り込ん
でいる。すなわち、本実施形態の場合、レーザ干渉計８
の分解能が０．１μｍであるから、ウエハステージＷＳ
Ｔが０．１μｍずれる毎に回折光Ｌｐ，Ｌｍの光電信号
のＡ／Ｄ変換値が不図示のメモリに取り込まれている。
この結果、主制御装置１７内部のメモリ（図示省略）内
には、例えば、図３（Ａ）に示されるような回折光Ｌ
ｐ，Ｌｍの強度信号ＳｉｇＡが取り込まれている。この
強度信号ＳｉｇＡは、先に従来技術の欄で説明した光電
信号ＳｉｇＡ’とほぼ同じ信号である。その理由は、検
出対象として同一のアライメントマークＲＭを用い、ア
ライメント光学系も従来のレーザビームスキャン式セン
サと同様の構成のものを用いているからである。

【００４４】従って、信号ＳｉｇＡのメモリ上の１アド
レスは、ウエハＷ上の長さに換算すると上記のレーザ干
渉計８の分解能である０．１μｍに相当する。

【００４５】また、信号ＳｉｇＡの取り込み範囲Ｒｓｃ
は、上記Ｄ１，Ｄ２の間隔の和に、ウエハＷの外形基準
等による位置決めの精度（１００μｍ程度）を加えたも
のとなる。従って、信号ＳｉｇＡのデータ数は、（１００＋２０＋３０）／０．１＝１５００個程度となる点も従来技術の場合と同様である。

【００４６】しかしながら、本実施形態の場合は、テン
プレート（基準信号）として、図３（Ｅ）に示されるよ
うなピークが１つのテンプレートＴmpを用いる点が、従
来技術の場合と大きく異なる。このテンプレートＴmpと
の相互相関に基づいてアライメントマークＲＭの位置を
検出するために、本実施形態では、次のような工夫をし
ている。

【００４７】すなわち、主制御装置１７では、図３
（Ａ）に示される信号ＳｉｇＡに対し、これを左にウエ
ハＷ上の長さ換算でＤ２だけシフトさせた信号ＳｉｇＬ
（図３（Ｂ））と、同じく右にＤ１だけシフトさせた信
号ＳｉｇＲ（図３（Ｃ））とを作成し、かつこれら３つ
の信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＲ，ＳｉｇＬを加算した加算信
号（合成信号）ＳｉｇＳ（図３（Ｄ））を演算により作
成する。次に、主制御装置１７ではこの加算信号Ｓｉｇ
Ｓと、テンプレートＴmpとの相互相関を算出し、その相
関値が最も高くなる位置をマーク位置として検出する。

【００４８】本実施形態の場合、ピークが１つのテンプ
レートＴmpが用いられ、そのウエハＷ上の長さ換算での
範囲は、１０μｍ程度であるから、そのデータ数は、１０／０．１＝１００程度となる。

【００４９】一般に、テンプレートと光電信号との相互
相関を算出する場合、テンプレートの各データについ
て、当該各データの縦軸の値と、そのデータのメモリ上
のアドレスに対応する光電信号の縦軸の値（信号強度）
との積を計算し、その積を合計に対して加算する積和演
算を行ない、このような積和演算を、テンプレートを順
次１アドレス分づつずらしながら所定の処理範囲（本実
施形態の場合は、ウエハＷの外形基準等による位置決め
の精度範囲である１００μｍの範囲）について行なう必
要がある。従って、処理範囲が同じであると考えた場
合、テンプレートのデータ数の大小は、積和演算の回数
に大きく影響を与えることになる。

【００５０】具体的には、本実施形態の場合、合成信号
ＳｉｇＳとテンプレートＴmpとの相互相関のためには、
１０００×１００＝１０００００回の積和演算を行なえ
ば良いことになる。この点、前述した従来技術の場合
に、６０万回の積和演算が必要であったことと比べれ
ば、積和演算の回数が約１／６に激減することになる。

【００５１】但し、本実施形態の場合は、初めの３つの
信号ＳｉｇＡ，ＳｉｇＲ，ＳｉｇＬの加算のために新た
に２×１５００＝３０００回の演算が追加されるが、こ
の３０００回という演算の数の増加は、微々たるもので
ある。

【００５２】相関関係の演算全体に必要な演算回数を見
ても、本実施形態の場合、２×１５００＋１０００×１
００＝１０万３千回で済むことになり、従来の６０万回
に比べて大幅な演算時間の短縮が可能になる。

【００５３】ここで、本実施形態の場合にも信号ＳigＳ
の処理範囲はウエハＷの外形基準等による位置決めの精
度範囲であるから、従来と同様に１０００データ分であ
ることに変わりはない。また、相関法により、アラメン
トマークＲＭの位置を検出しているので、高精度にマー
ク位置を検出することができる。

【００５４】以上説明したように、本実施形態による
と、ウエハＷ上に形成されたアライメントマークの位置
を高精度に検出することができるとともに、その検出の
ための演算時間を著しく短縮することができる。また、
本実施形態に係る露光装置１００のようなステッパーの
ラフアライメントの場合、ウエハＷ上に形成されたＸ計
測マーク２個及びＹ計測マーク１個又はＸ計測マーク１
個及びＹ計測マーク２個の少なくとも合計３個のラフア
ライメント用のマークの位置を、ウエハ１枚について検
出することが必要であるから、従来に比べ、ラフアライ
メントの処理時間を大幅に短縮することができ、これに
よりスループットの向上を図ることが可能になる。

【００５５】さらに、本実施形態によると、テンプレー
トＴmpのデータ数が著しく小さくなるので、これを格納
するメモリとして小容量のものを使用することができ、
その分小型化とコスト低減を図ることも可能である。

【００５６】なお、上記実施形態では、位置検出装置と
してＴＴＬ方式のレーザスキャン型センサから成るアラ
イメント光学系を装備した投影露光装置について説明し
たが、本発明の適用範囲がこれに限定されるものではな
く、本発明に係る位置検出方法及びその装置は、ＴＴＬ
以外の、即ち専用のオフアクシスアライメント光学系を
構成するレーザスキャン型センサや、結像式センサに対
しても好適に適用することができるものである。但し、
本発明を結像式センサに適用する場合には、使用するア
ライメンとマークとしては図２のＭＲの如き格子状パタ
ーンから成るマークではなく、図２中の上下方向に伸び
るような線状パターンから成るマルチバーマークを使用
した方が好都合である。

【００５７】また信号ＳｉｇＡは、各パターンＭ１，Ｍ
２，Ｍ３相当の位置で必ずしも強くなるわけではなく、
例えば結像式センサを使用する場合には、その位置で他
より弱くなることもある。従って、実施に当たっては、
上記の如くその相関値が最も高くなる位置をマーク位置
として検出するのみではなく、その相関値が最も小さく
なる位置をマーク位置として検出するような検出アルゴ
リズムをも備えておくことが望ましい。

【００５８】また、位置検出マークＲＭを形成する各パ
ターンの本数及び間隔も、上記のような３本のパター
ン、従って各パターン間の間隔もＤ１，Ｄ２のように異
なる２値に限定される訳ではなく、ｎ（ｎは２以上の整
数）本のパターンを任意の（ｎ−１）の異なる値の間隔
より成るものとしても構わない。従って、これに対応す
るために、主制御装置１７による上記加算信号ＳｉｇＳ
の算出に際しては、信号ＳigＬ生成のための左シフト量
及び信号ＳigＲ生成のための右シフト量をオペレータの
指示によって設定可能なようにしておくことが望まし
く、また、シフト信号（ＳigＬ，ＳigＲ）も上記２通り
だけではなく（ｎ−１）だけ作成可能なようなハードウ
ェア、又はソフトウェア構成とすることが望ましい。

【００５９】なお、上記実施形態では、本発明に係る位
置検出方法及びその装置が、ステップ・アンド・リピー
ト方式の縮小投影型露光装置に適用された場合について
説明したが、これに限らず、ステップ・アンド・スキャ
ン方式等の走査型の投影露光装置は勿論、プロキシミテ
ィ露光装置や、電子ビーム露光装置等の他の露光装置
や、露光装置以外の装置であってもマークの位置を正確
に検出する必要のある装置には、本発明に係る位置検出
方法及びその装置は同様に適用できるものである。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１ないし３
に記載の発明によれば、基板上に形成されたマークの位
置をより短時間で且つ高精度に検出することができると
いう優れた位置検出方法が提供される。

【００６１】また、請求項４に記載の発明によれば、基
板上に形成されたマークの位置をより短時間で且つ高精
度に検出することができ、これにより高性能かつ高価な
演算処理装置を用いる必要がなくなり、コストの低減が
可能になるという従来にない優れた効果がある。

【００６２】また、請求項５に記載の発明によれば、ラ
フアライメントに要する時間を短縮してスループットの
向上を図ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図
である。

【図２】ウエハ上に形成されたアライメントマークの一
例を示す図である。

【図３】アライメントマークを光電検出した光電信号の
主制御装置による信号処理方法を説明するための図であ
って、（Ａ）は光電信号の一例を示す図、（Ｂ）及び
（Ｃ）はシフト信号を示す図、（Ｄ）は加算信号を示す
図、（Ｅ）はテンプレートを示す図である。

【図４】従来の相関法を説明するための図である
（（Ａ）〜（Ｃ））。

【符号の説明】

１０レーザ光源１１シリンドリカルレンズ１２，１３整形レンズ群１４折り曲げミラー１５分岐ミラー１６ディテクタ１７主制御装置１００露光装置ＷウエハＲレチクル（マスク）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に検出方向とほぼ直交する方向に
伸びて形成されるパターンが前記検出方向に沿って所定
の繰り返し周期で配置されて成るマークの位置を所定の
基準信号を用いて検出する位置検出方法であって、前記マークに光を照射して、前記検出方向に関する光電
信号を検出する工程と；前記検出した光電信号と、該光
電信号を前記所定の繰り返し周期だけ前記検出方向にず
らしたシフト信号とを加算して加算信号を作成する工程
と；前記加算信号と所定の基準信号との相関値に基づい
て、前記マークの位置を検出する工程とを含むことを特
徴とする位置検出方法。
【請求項２】前記マークは前記所定の繰り返し周期で
配置されたｎ（ｎは２以上の整数）本のマークであり、前記シフト信号は（ｎ−１）個作られることを特徴とす
る請求項１に記載の位置検出方法。
【請求項３】前記所定の基準信号は、前記所定の繰り
返し周期と同じ周期性を有していることを特徴とする請
求項１又は２に記載の位置検出方法。
【請求項４】基板上に検出方向とほぼ直交する方向に
伸びて形成されるパターンが前記検出方向に沿って所定
の繰り返し周期で配置されて成るマークの位置を所定の
基準信号を用いて検出する位置検出装置であって、前記マークに光を照射して、前記検出方向に関する光電
信号を検出する検出系と；前記検出した光電信号と、該
光電信号を前記所定の繰り返し周期だけ前記検出方向に
ずらしたシフト信号とを加算して加算信号を算出すると
ともに、前記加算信号と前記所定の基準信号との相関値
に基づいて、前記マークの位置を演算する演算手段とを
有することを特徴とする位置検出装置。
【請求項５】マスクに形成されたパターンを感応基板
上に露光する露光装置であって、前記請求項４に記載の位置検出装置を前記感応基板の位
置検出用として具備することを特徴とする露光装置。