JPS61128106A - 位置検出方法及び装置 - 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】 （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（ＬＳ　Ｉ　）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は装置としてマスク（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（以下単にクエ・・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
ト方法が各穐提案されている。

それらアライメント方法の大部分は、ウェノ・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、ウェノ・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犬キくなり、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（Ａｔ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全
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、ウェノ・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。

（＃、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） 本発明は、位置合わせすべき基板上に、回折格子状のマ
ークと直線的に伸びた段差エツ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（回折光とエツジ散乱光
、又は回折光と正反射光）と走査位置とに基づいて基板
の位置を横比することを技術要点としている。さらに本
発明は上記のような２他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、段差エツ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
出手段とｔ−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。

（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は２つの回折格子状のマー
クＭａ１Ｍｂ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
方向の位置検出に適するように、微小な矩形パターンＰ
ａ１Ｐｂを夫々Ｘ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Ｘ
方向の幅はｄｌであり、Ｘ方向の幅はｄ２である。まだ
矩形パターンＰａ同志の間隔はｄ、である。これらの幅
ｄ＋、　ｄｉ、間隔（ｈｉｄ、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Ｘ方向に連続して伸びた段差エツジＥｌ、Ｅ２を
２町し、本実施例では矩形領域Ｐｃの高さとマーク１ｖ
１ａ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Ｘ方向に伸びたマークｔｖ
ｉ　ｂ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バターｙＰｂ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
本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Ｍ　ａ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ｔ。

とじ、マークＭａの中心軸と段差エツジＥ２　　との間
隔を６１、マークＭｂの中心軸と段差エツジＥＩ、Ｅ２
　　との間隔をＬｓ、Ｌｚとする。

さて、以上のようなマークＭａ、ＮＩｂ、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〜Ｖに対するｇ　１１価（ファースト・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、バー）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Ｘ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
れるものであシ、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。ただしチップ領域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人いる場合（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、Ｘ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、□Ｌｂｘ％矩形領域Ｐｃｘで構
成され、Ｘ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Ｍａｙ、Ｍｂｙ、矩形領域Ｐａｙ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＠がマークＭａｘとＭｂｘの距離１．ｏを長さｘＩで
２等分する位置を通シ、Ｘ軸がマークＭａｙ、Ｍｂ７の
距離ｔ０を長さ７＋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
。また本実施列では同一形状、寸法で凹凸が反転した回
折格子状のマークＭ　＆　ｓＭｂの一対をウェノ４上に
形成するが、これはウェハグ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）
塗布時の厚みひら等により　光電検出の際の光′亀信号
の波形歪みに起因した検出棺肛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でも
、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は方が異なるた
め、凸状、凹状の一方のマークが大きく変形したとして
も、曲刃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′Ｆ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噴出装置に好適な縮
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ば、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１１５
、又は１／１゜に縮小して、ウェハＷ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の直焚
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、＃ｍ１８）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−桃）を検出する。

さて、本装置には投影Ｖンズ１を介してウェノ・Ｗ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Ｌ
ＳＡと呼ぶ）光学系が設けられている。不Ｍ示のレーザ
光源から発生して、不図示のエクスパンダ−、シリンド
リカルレンズ等ヲ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−
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−
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はウヱハＷ上でＸ方向に伸び
た回折格子状のマークＩＶｌａＹｓ　ｔＶＴｏｙ、又は
矩形領域ｐａｙの段差エツジＥ、、Ｅ、を相対的にｙ方
向に走査して、Ｘ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Ｘ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−３４に戻υ、ビームスプリッ
タ−３４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に入射する。

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、ビームスグリツタ−３２、結像レン
ズ群３３、ミラー３４．３５、レンズ群３６、ミラー３
７、及び光電検出部３８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、Ｙ−ＬＳＡ系と呼ぶ）を構成
する。

一方、ビームスグリツタ−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
全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−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ば、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
ンピユータ等の演算処理部を備えておプ、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ＬＹＳ１ＬＸＳ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）ｌｆ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、レチクル凡の
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に内接する太きさまでとることができる。ここで
、光軸ＡＸがステージ３の移動座標系（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Ｌ
ＸＳ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＠ＡＸから距ｎｘｐ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、段差エツジ
Ｅ　ｌ　、Ｅ２　、又はマークＭａｘ１Ｍｂｘのエツジ
ＥＩ−Ｅｘと平行な段差部からの散乱光り。とが含まれ
さらに正反射光も含まれている。その光情報はビームス
グリツタ−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６
１で散乱光Ｄｏ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、ター６０からの他方の光情報からは
、投影レンズ１の入射臘と共役に配置された空間フィル
ター６４によって、マークＭａｘ１Ｍｂｘからの回折光
子りのみが開口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’ｉ有するプ
リズム状のガラスブロック６５に至る。反射面６５ａで
は回折光＋Ｄ（＋１仄光、２次光、＋３次光）が反射さ
れ、その回折光子〇は集光レンズ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−りは集光レンズ６８を介して光１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。、１１６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’ははレーザ光の送光糸にシリンドリカ
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と直交する方向に糺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が段差エツ
ジＥ＋　、Ｅｘを照射したとき等に生じる散乱光り。を
透過するような開口６１ａ１６１ｂｔ−有する。この開
口６１ａ１６１ｂｆｆスボ、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１．空
間フィルター６４上でスポット光ＬＸＳと直交する方向
Ｋｉ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Ｍａ１Ｍｂからの回折光±
Ｄを透過するような開口６４　ａ、　６４　ｂを有する
。開口６４ａはマークＭａ、Ｍｂからの＋１次光（＋Ｄ
Ｉ）、＋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
クへ’Ｉａ、Ｍｂからの一１次光（−Ｄｉ）、−２次光
（−０２）、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。このように回折光子りを正
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１両光電素子６７．６９からの光電
信号５Ａ１ＳＢ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５Ａ１
ＳＢ１８Ｃ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ｆｉ　５０　ＩＣ９ケ
らハ、マイクロコンピュータやミニコンビーータ等の演
算処理部と協同して、マークＭａ、Ｍｂ％段差エツジＥ
ｌ　、Ｅ＝の位置を検出する。第８図において、光電信
号ＳＡけ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）８
１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、ＡＧ０８３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信号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、その大きさくレ
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Ａｉ）
Ｃ８５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１
０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０．０２
ｊｍ）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、ＡＧ０８８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
ミニコンビーータ等の演算処理部（以下ＣＰ（Ｊ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、段差エツジ１、　、Ｅ２の位置を
検出するための演算処理をソフトウェアにより実行する
。本実施例においては、最終的にはレチクルＲの投影像
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ツジ位置
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、ＲＡＭ８６にはマークＭａ
ｘ、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、段差エツジＥ、、Ｅ。

あるいはマークＭａｘ、ＭｂＸのエツジ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段階程度で利得を切替えられるアンプにし
ておくとよい。一方、ＡＧＣ８１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。これは先にも述
べたように、ウェハＷ上の回折格子パターン（マークＭ
　ａ。

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、Ｍ　ｂ　ｘ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５
Ａ１ＳＢ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５Ａ１ＳＢの位置ずれ）さらに両光型信号の
ガウス波形の歪み具合が異なる場合もある。本実施例の
ようにマークＭａ、Ｍｂが面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５Ａ１ＳＢの波形の大きさが異なるような場合、Ａ
ＧＣ８１，８３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Ｋ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、
プＣＰ毎のアライメント（イーチアラメノ／ト、又はス
テップアライメント）２行なう段階について説明する。

ｉｆ、ＣＰＵＩ　００は、露光すべきチップＣＰ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）このときの状態を巣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。この段階におけ
る位置決めは、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ＣＰ
Ｕ１００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＠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Ｌ
ｒとｔｚとは共に間隔Ｘ、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
エツジ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ム（ステップ２０
１）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ＬＸＳがマークＭ　ａ　ｘ　、段差エツジＥ２
、マークＭｂＸ１及び段差エツジＥ、を横切るのに十分
な距離だけ行なわれる。その距離はＬＩ、ｔｚ、ｔ３の
合計の長さによって決まるが、−例としては１００μｍ
程度である。そ、してステージスキャンの間、ＡＤＣ８
５，８９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１００μｍ１サンプリ
ング間隔（単位移動量）ｔｌ−０，０２μｍとすると、
サンプリング点数は５ｏｏｏ（ｏ〜５ｏｏｏ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、ＲＡ
Ｍ８６には第１１図（ＩＬ）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）、（１））とも横
軸は位置Ｘを表わすが、これはＲＡＭ８６．９０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）■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ＩＩＩはピーク（理、１す的にはガウス波形のピー
ク点）になり、さらにスポット光ＬＸＳとマークＭ　ｂ
　ｘ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Ｍ　ａ　ＸＳＭｂｘはそもそもウェ
／ＳＷ上に存在する凹凸パターンとの認識率を高めるた
めに回折格子としだので、マーク形状の劣化が少なけれ
ば、それらピーク波形のＳ／Ｎ比はかなり良好である。

次にＣＰＵＩ　ＯＯは、ＲＡＭ８（３に記憶された分布
波形を読み込んで、位置Ｃ，とＣ！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Ｃ，、Ｃ２として検出する方法、分布
波形を一次徽分セして微分波形上のゼロクロス点を位ｅ
ｃ、、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Ｃ
，、Ｃ，とじ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ＣＰＵＩ　００はマークＭ　ａ　ｘ　、　１４　ｂ
ｚがプロセスによって変形、劣化しているＮ（レイヤ）
なのか歪かを判断する。（ステップ２０３　）この判断
はオペレーターが経験的に知シ得えたことを予めＣＰＵ
Ｉ　００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Ｍ
ａｘ（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Ｍ　ａ　ｘは著しく劣化し、マー
クＭ　ｂ　ｘ　（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Ｍａ！、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
Ｍ　ｂ　ｘ以外に段差エツジＢ　＋　、Ｅ　＊も使うよ
うな判断情報が記憶される。また、マークＭａｘ、Ｍｂ
ｘ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な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Ｍ　ａ　ｘ、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Ｍａ
ｘ、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
が良好であるのため変形、劣化がなければ高い位装置検
出精度が得られる。そこで、２つのマークＭａｘ１Ｍｂ
ｘ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ｒＶＩ　ｂ　ｘ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′ｆ、ｌｉＬ出する。

またマークＭ　ａ　ｘ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Ｘｓ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ＶＣ＋　Ｘ　
Ｉ（１，ｔ　）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。

Ｘ　ｅ　＝　Ｃｚ　　　　ｘ　１ 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Ｍａｘ、Ｍｂｘの位置Ｃ３Ｃ２と、マークＭａｘ
、Ｍｂ　ｘから段差エツジ肌、Ｃ２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
エツジＥ１、Ｃ２によって生じたピーク点に対応する走
査位置Ｃｓ。

Ｃｍ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Ｍ　ａ　ｘ　ｓＭ　ｂ　
ｘのｙ方向に微小に伸びた段差エツ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、ＭｂｘＫ対応したピーク波形も得られる。

さらにウェノ・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Ｍ　ａ　Ｘ　ｓ　
Ｍ　ｂ　ｘが変形、劣化するほどのプロセスの影響があ
ると、散乱光強度工の分布波形は、第１１図（ｂ）のよ
うにＳ／Ｎ比のよい形では得られず、全体的にビークの
レベルが憶くなり、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ツジ部
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ツ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、段差エツジε８、Ｅ８によるピ
ーク波形が小さくなシ、ノイズとなるピーク波形の中に
・うも−れてしまうこともめる。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
表面上の段差エツジＥ１１Ｅｘの位置Ｃ３Ｃ＠を誤りな
く検出することは、ノ・−ドウエアあるいはン７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、プ２０７において、ＣＰＵ
１００け甘ずマークＭａｘ１又はＭｂｘの位［Ｃ，、Ｃ
２に対する段差工、７ジ＆、Ｅ２の設計上の位置を算定
する。例えば段差エツジＥ２は位ｆｉｔ　（Ｃ１＋ｔ　
＋　）　。

又は（Ｃ２−ｚｔ）の近傍に存在するはずだし、段差エ
ツジＥ１に位置（Ｃ２＋　ｔｓ　）又は（Ｃ，＋ム＋１
２＋　Ａｇ　）の近傍に存在するはずである。次にＣＰ
Ｕ１００はその算定した位置、ここでは説明を簡単にす
るためエツジ乙については位置Ｃ２４２）　、エツジＥ
、については位置（Ｃｒ＋−４ｓ）ｆ用い、その算定位
＃全中心に前勲微小区間±ΔＸについて第１１図（ｂ）
に示した散乱光強度の分布波形ヲ調べる。すなわち、こ
の微小区間士Δχ内に何らかのピークが存在すればそれ
はエツジＥ、、Ｅ、、ＩＣよって生じたものと判断され
、そのピーク点をエツジＥ＋　、　Ｆ／）位置Ｑ、Ｃｓ
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ｆＥ、、Ｃ。

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、かつ藁速くエツジＥ＋、＆の位置が検出
できる。尚、微小区間上ΔＸは、例えばスポット光ＬＸ
ＳのＸ方向の幅程度だすることが望ましい。

次にＣＰＵ１００け検出した位ｔ　Ｃｓ　１Ｃｍに基づ
いて、矩形パターンＰαＸのＸ方向の中心位ＩＥｔＸｇ
ｆｔ次の式により求める。（ステップ２０８） Ｃｓ＋Ｃｓ ｘｇ＝□ もし、段差エツジＥ１とマークＭｂｘとの距離ムを距離
ｔ１と等しく定めたのなら、位置ＸｇけマークＭｂｘの
位ｆｅ、ｃ、でもある。ただし、位置Ｃ２ハマークＭｂ
ｘの変形、劣化が著しく回折光強度の分布波形上、ビー
クが小さく、歪みが多い場合には必らずしもマークＭｂ
ｘの正確な中心位置とは一致していない。ところが段差
エツジＥｌｆ、　、Ｅ、の中心を求める方法で検出した
位ＲＸｇ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
た直線的な段差エツジＩｔ　Ｎ　Ｅ　２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、ｌ■ｂｘの微小矩形パターンＰａ１Ｐｂが変
形し、矩形パターンＰｃｘの段差エツジ砺、Ｅ２が微小
な不整を伴なって変形したものとする。ただし段差エツ
ジ島、ＦＪｘについては本来の位置から共に検ト量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
ェノ・プロセスにおいてたびたび見られ、特別な現象で
はなへこの場合、回折光強ＥＩの分布波形上でマークＭ
ａｘｓＭｂｘ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Ｍａｘ１
Ｍｂｘの位置は設言１上の位置疋対して微小童Δβ、Δ
〆だけンフトしてしまう。一方、エツジ）！＋１、Ｅ　
＊　ニついては微小な不整が伴なうものの、スポット光
ＬＸＳがＸ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、エツジの位置検出精度は
それ程低下しない。従ってエツジＥ１、Ｅ２の検出位置
の中心を求めることによって、両エツジの細り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■、Ｘｇが求″！りたら、ＣＰＵ１
００はＸ方向アライメントマークの位＃Ｘｅを次の式に
よって算出する。（ステ、プ２０８） Ｘｅ＝ＸＩ７７２ 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、その結末はＣＰＵ１００がモータ
５を如１ａＬ、て、ステー・／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
クル凡の回路パターンの投影領−ｔｔＰｒ（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
仕う。尚、Ｘ方向に関してもスポット光ＬＹＳとＸ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、及び位置合わぜが行なわれる。

本実施例の動作のように、マーク１ｖｉａｘｓ〜ｉｂｘ
の変形が少ないときは、そのマークｆ：使って位置検出
し、変形があるときはさらに段差エツジを便って位置検
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ＡＧＣ８Ｌ　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、その両信号の太きさも異なることがある。第
１３図は回折格子状のマーλ直格子）の変形の−？１」
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Ｐ
ａがＸ方向に集合したものとする。回折光±Ｄの発生に
寄与するエツジｇＰｈεＰ２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
の進行方向がエツジＥＰＩ、ＥＰ２　と斜めに交差する
方向だと、微小矩形パターンＰａは例えば第１３図（ｂ
）のように全体的に角がなまり、エツジｇｐＨＥＰｚも
プロセスの進行方向に沿うように斜めになってしまう。

このように変形してマークにレジストが塗布され、エツ
ジＥ　Ｐ　ｌ側とＥＰｚ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５Ａ１ＳＢ
は第１４図（ａ）、（ｂ）に示すように位置すれと大き
さくピークレベル）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からずれた位置Ｘ
ａにてピークとなシ、そのピーク値はＩａである。一方
光電信号ＳＢは位置Ｘｏかられ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、ＣＰＵ
Ｉ　ＯＯ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’をより［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の る。このように２つの波形の夫々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シ、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１
４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Ｓ
Ａ、ＳＨのレベルを揃えることによって、変形したマー
クに対しても高精肛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は方が異なる場合
もあるので、ウェハＷ上のチップの配列座標位置に対応
付けて八〇Ｃ８１，８３の各ゲインをＣＰＵＩ　ＯＯで
調整するようにすれば、ウェノ・〜Ｖ上の各チップ毎の
アライメントが匝めて正確になるという利点がある。

そのためには予めＣＰＵＩ　００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、本発明の詳細な説明したが、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−１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、あるいは直線走査するように
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６１ａｔ
ｌ−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、
ｓｃｂ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で段差エツジＥ１の位置を検出すると
きに、例えば受光素子６３ａからの光な信号の波形を使
い、段差エツジＥ２の位置全検出するときけ受光素子６
３ｂからの光電信号の波形を使う。このようにすると、
段差エツジの位置検出Ｈｒ＜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４体基板上に回
折光子〇と−Ｄとを別々に受けるような２つの受光面７
５ａと７５ｂ’５形成したプーアル・タイプの光電素子
７５　ｆｔ、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のウェノ・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に入射する光消報知
は回折光と散乱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と一〇とを夫々別々に受ける受光面７６ａ
、７６ｂを形成し、散乱光Ｄｏ’ｚ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）を形成したフォード・タイプの光電素子７６
をプリズム６０の代りに投影レンズ１の入射瞳と共役忙
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？Ｊ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７
５ａ、７５ｂ１７６ａ、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、その面位置の平均値（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、又は段差エツ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＆ｉ第１７図のようになる。

プリアノス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、増幅てれた光電信号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に大刀
して加算された後、位相同期検波回路（以下、ＰｓＤと
呼ぶ）に出方される。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に大刀する。ｐ−ｐ回路１６３．１６
４は夫々交流波形上の最大値と最小値との差の絶体値忙
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が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ｔ−調整するための制御信号（電圧）を出方す
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に波形上の位置すれとレベル差
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、段差エツジＥ　１１Ｅ　＊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＠
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の入射滝上におけ
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
エツジＥ、、Ｅ、やその他の凹凸の段差部でレベルが極
小（ボトム）となシ、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
ツジ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、回折光情報に基ついて正反射
光情報にゲートをかけることによって極めて容易に段差
エツジＥ、、Ｅ、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Ｍ　
ｂ　Ｌかないので、段差エツジｈ＋＋１Ｅｘ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。また段差エツジＥｒ、Ｅｘを得る
だめの矩形パター７ｐｃのかわりに第１９図に示すマー
ク、■２のように単純な線状マーク（バーマーク）Ｋし
てもよく、その配置も回折格子パターンの付近ならどこ
に形成してもよい。さらに、その段差エツジと回折格子
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〈斜めにしてもよい。その
−例を第１９図に示す。第１９図忙おいて、マークＩＶ
Ｉ＋はＸ１ｙ方向て対して４５パ傾いた回折格子パター
ンであり、微小線資累ｉｉＸ方向に伸びている。マーク
ｉｖｌ　ｚ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５Ｐａ１ＳＰｂは
９０’で交差するような帯状スポットであシ、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。その走査方向け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Ｍ　
＋を横切るとき、スポット光ＳＰａとマークＭ１の方向
か一致しているので回折光±Ｄが発生する。さら九走査
が進みスポット光ＳＰａ、ＳＰｂがマークＭ、を横切る
とき、スボッｈ＋ｓｐｂとマークＭ！の方向が−ｉして
いるので、マークＭ１の直線エツジから散乱光Ｄｏが発
生する。そこで先の実施例の処理力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） 以上本発明によれば、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ツジとを設け、格子
マークからの回折光情報と、段差エツジによってレベル
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
光電検出器とを別々に設けたので、回折光情報と散乱光
情報とを独立に処理でき、それぞれのマーク形状（回折
格子や段差エツジ）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。

【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１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、そのと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は
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）ｉ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〕 Ｍａｔ　ｍｂ、　Ｍａｘｑ　Ｍｂｘｔ　Ｍａｙｓ　Ｖｉ
ｂ７１Ｍｌ　・・−・−・−回折格子マーク ｈ＋１１Ｅｔ・・・・・・・・・・・・・・・・・・　
　　　段差エツジＬＸＳ、ＬＹＳ・・・・・・・・・・
・・　　　　帯状スポット光ＤＯ・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・−・・・・・　　　　散乱光上
Ｄ　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・　　　　回折光６３．６７．６９・・・・・・
・・・　　　　光′胤素子１００　　・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・　　　　演算処理回路（Ｃ
ＰＵ）出願人　　日本光学工業株式会社 代理人　　　　　　渡　辺　隆　男 第１３図 （２）　　　　　　　　　　（享） 第１４図 第１５図 第１６図 第１７図 第１３図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）位置合わせすべき基板上に、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と走査位置に
   関する情報と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方法。
2. （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。
3. （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。
4. （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
   ポット光を前記基板に照射する手段と；該帯状スポット
   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光電演出器が反射
   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。
5. （５）前記マーク位置検出手段は、前記第１光電検出器
   からの時系列的な第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の波形に基づいて前記第２走
   査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。