JPS6165436A

JPS6165436A - 位置検出装置

Info

Publication number: JPS6165436A
Application number: JP59187765A
Authority: JP
Inventors: Yuji Imai; 裕二今井; Shigeo Murakami; 成郎村上
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1984-09-07
Filing date: 1984-09-07
Publication date: 1986-04-04

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〕本発明は対重物上く形成された位置合せ、位セ決め用の
マーク等の特定パターンに応じた検出信号に基づいて対
象物の位置を検出する装置に関し、特に半導体ウェハや
フォトマスク等の基板の位置を検出する装置に関する。

〔発明の背景〕

近年、半導体素子の集積度の向上けめざ咬し２く、素子
製造用の露光装置にもよ、ｂｇい位置合せ精度が要求さ
れてきた。現在、半導体メモリ（ランダムアクセスメモ
リ）の主流である６４に−ＲＡＭの最小線幅はｔｌぼ１
．５μｍ〜２　ｐｍ程（ｆである。ところがさらに簗拶
度の高いメモリ、２５６に−ＲＡＭ、　ｌｈｌ・ＲＡＭ
　になると、最小線幅はそれぞれ１．Ｏｕｍ〜１．２゛
μｍ、　　０．８μｍ〜１．０μｍ程度になる。一般に
露光装置に要求される位置合せ籾゛度は最小線＋１Ｑの
］／１０程度と言われているので、１Ｍ−ＲＡＭ　’ｊ
での露光を行なう装ｖｉでは０．０８μｍ以下の位置合
せ誤差しか許容されないことに々る。

ところでその位置合せは、半導体ウニ・・（以下、単に
つ、ハとする）上に形成された位置合せ用のマーク（ア
ライメントマーク）の位置’：　亮ｆａｔ　ｆｌ　Ｉｃ
検出することがら始せる。マークの位置検出には各種の
方法があるが、多くの露光装置では光学的にマークを検
出する方式が裏用化きれている。光学的マーク検出には
、マークを光学顕微鏡で拡大検出し、その光学像（明暗
像）を撮像管（テレビカメラ）で撮像して、その時系列
的なｉｉ！ｊ像信号からマークの位置を検出する形式、
その光学像とスリットとを相対的に走査して時系列的な
画像係号を得る形式、又はマークとコヒーレントなスポ
ット光とを相対走査してマークの形状に応じた時系列的
な検出信号を得る形式等がある。上記のような検出方式
において、マークの位置検出の時間全短縮するには、マ
ークとスリット（又はスポット光）との相対走査の速度
を上げて、画像信号や検出信号（以下、総称してアライ
メント信号と呼ぶ）を信号処理回路に高速に読み込１な
ければならない。この場合、マークからの光情報を光ｉ
！変換する光電素子の応答の遅れ、信号処理系での応答
の遅れ、嘔らに、マークとスリ、ト（又はスポット光）
との走査速度の変動等がアライメント信号に歪みを与え
る。すなわち、高速処理になればなるほど、アライメン
ト信号の歪みが増えて、位置検出の精度が低下するとい
う欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明は位置検出のシステムの応答遅れ、システムに含
まれる非線形要素等により歪んだ検出信号（アライメン
ト信号）を補償して、高速処理においても精度を上げる
ことのでさる位置検出装置を得ることを目的とする、〔発明の概要〕本発明は第１図に示すように、特定パターン（アライメ
ントマークｓｘ、ｓｙ等）５００を有する対象物（ウェ
ハＷ等）５０１と、検出子（レーザビームのスポット光
ＬＸＳ、ＬＹＳやスリットｑ−）　５０２とを相対走査
する手段（ステージ１２゜振動ミラー、スリット駆動部
等）５０３と、特定パターン５００の走査方向に対応し
た時系列的な検出信号（アライメント信号Ａ）５０４ｔ
−出力する信号検出手段（光電素子Ｊｏｂと増幅器１０
０）５０５とを備え、検出信号５０４に基づいて対象物
５０１の位置を検出する装置において、信号検出手段５
０５の伝達関数（周波数領域においてＨ（ｊω）で訝わ
される）を記憶する手段（、ＣＰＵ１０７内のメモ＋Ｊ
　）　５０６と；検出信号５０４を、例えば発振器５０
７からのクロックパルスＣ単位時間毎に実サンプリング
したり、又は走査手段５０３の副長器（レーザ干渉計１
７．１８）５０ｇから単位走査量毎に発生するパルス信
号（Ｐｓ）　ｓ　０９に応答してゆ出信号５０４を実サ
ンプリングしたときは、発擾器５０７からのクロックパ
ルスに基づいて、演算によって単位時間毎のサンプリン
グデータに１換することにより、検出信号５０４を時間
関数の第１信号（アライメント信号Ａ’）５１０に変ｔ
する第１変換手段（ステップ２０５．２０６又は０３Ｃ
Ｉ２０．ＡＤＣＩＯＩ　　）５１１と；その第１仇呆５
１０の４ｇ号検出手段５０５の応答特性に起因した歪み
を、伝？！関数ＣＨ（ｊω）］に基づいてミニして、時
間関数の第２信号（アライメント信号ｙ（ｔ））　ｓ　
ｔ　ｚを出力する歪み補正手段（ステップ２０７，２０
８，２０９）５１３と；第２伯号５１２を単位走査量毎
に演算上でサンプリングして、位置関数の検出信号（ア
ライメント信号ｙ（ｘ））５１４に変換する第２変換手
段（ステ、プ２１Ｏ）５１５とを設け、検出信号５１４
に基づいて、位置検出手段（ステップ２１１）５１６に
より！Ｐｒ定パターン５００と検出子５０２との相対位
置関係、すなわち対象物５０１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２図は本発明の実施例による位置検出装置に好適な縮
小投影型露光装置（所謂ステ、バー）の概略的４ｔ：（
成を示す斜視図でおる。不図示のレーザ光源（ｈｅ　　
Ｎｅ８）、シリンドリカルレンズからのレーザ光束Ｌ　
Ｂはピームクプリッタ−１で２分掌］さｌし、その一方
のレーザ光束はミラー２ａで反射さｈた後、ビームスプ
リッタ３ａ、結像１／ンズ群４ａ’（通り、ミラー５ａ
に至る。ミラー５ａにレーザ光束をレチクルＲの方に折
り曲げる。そのレーザ光速はレチクルＲの有効パターン
領域（回路・・ターン領夙ジの投影光路を遮光しなＶ・
ように配Ｅさ１Ｌ＋ミラー６ａに入射し、投影レンズ７
の入佑籟の中上に向けて反射する。投影レンズ７を通っ
たレーザ光束はウニ・・Ｗ上に４状のスポット光ＬＹＳ
　として結佇さｉする。スポット光ＬＹＳはシリンドリ
カルレンズの働きで直交座標系ｘｙのＸ方向に細長く伸
びている。このスポット光ＬＹＳ　　がウェハＷ上の回
折格子パターンによる位置合せ用のマークを照射すると
、そのマークからは０次光（正反射光）と高次回折光と
が生じる。

それら０次光、高次回折光は再び投影レンズ７、ミラー
６ａ、　　ミラー７ａ、（吉Ｆレンズ群４ａを連ってビ
ームスプリッタ−３ａに戻り、ここで反射されて集光レ
ンズ８ａ、ミラー９ａを介（、て光〒素子１０ａに集光
される、ただし、集光レンズ８ａ：ｎ・らミラーＯｎ、
及び：Ｘ、ｖ、素子」０３の受光面に至る光路中には２
間フィルターが設けらｔ、マークからの高次回折光（±
１次光、±２次光）グ）みが光電素子１０ａに螢光され
る。上記ミラー２ａ、　　ビーノ、スプリッター３丸、
結像レンズ群４Ａ、　　ミラー５ａ、６ａ、％光レンズ
８，１、ミラー９λ、及び光電立子１０ａによって、ウ
ェノ・）へ。

のＸ方向の位置検出を行なうアライメント系（しＪ下Ｙ
アライ、ｌント系と呼ぶ）が構成される、一方、ビーム
スプリッタ−１で分割され几〜；＋Ｈｔｖレーザ光束は
、Ｙアライメント系と全く同様に構成されたアライメン
ト系（坩下Ｘアライメ′／ト系と呼ぶ）を通ってウニ・
・Ｗ上にＸ方向に相曳く伸ヒタスポット光ＬＸＳとして
結像される。このＸアライメント系はＹアライメント系
を投影レンズ７の光軸ＡＸのまわりに９０・回転させた
位置に配置さハるｃＸアライメント系もミラー２ｂ、ビ
ームスプリッタ−３ｂ、結はレンズ群４ｂ、　　ミラー
５ｂ、６ｂ、グ光レンズ８ｈ、ミラー９ｂ、及びっｔ；
素子ＩＱｂを有し、ウニかＷ上の回折格子パターン（・
こよるマークからの高次回折光のみを検出ｔ、て、ウニ
・・ＷのｘＴ７５向の位置検出を行なう、さて、ウェハ
Ｗけ１哲系ｘｙのＸ方向とＸ方向とに８はセする２次元
ステー；シ１２に載支される。ステー　＞−’　１２に
はその直交す３２辺に干渉計用の反射ミラー１３．１４
ｆ；直角に固定でれでいる。そしてクテージ１２１１モ
ータ１５とモータ］６によって率Ｓ動されるとどもに、
その１ｇｆｒＩｉの２次元的な位置はレーザ光を用いた
一Ａ、波、干渉計（以下、虚に干渉計とする）１７．１
８によって検出される。制句仁買２０は本発明の実施例
による位置検出装置を有し、光電寧子Ｊｌｌａ、ｌｏｂ
からの光電信号と、干渉計１７．１８からの２次元的な
位置情報とを入力して、ウェハＷのマークの位置検出を
行な）と＃、に、モー；１５．＋ｆｉの、′ｙ７動全制
御してステージ１２の位置決めを行なう。ところで、Ｘ
アライメント系、Ｙアライメント系による２つのスポッ
ト光ＬＸＳ、ＬＹＳＦｉ投影レンズ７の投影有効視野（
イメージフィールド）内で、かつレチクルＲの回路パタ
ーン領域の投影領域外に定められている。さらにスポッ
ト光ＬＸＳのｅｘＸ方向幅方向）の中心線（ｙ軸と平行
）の延長は投影レンズ７の光軸ＡＸと交差し、スポット
光ＬＹＳのＸ方向く＠方向）の中心線（ｙ軸と平行）の
延長も光軸ＡＸと交差するように定められている。

第３図は本発明の実施例による位置検出装置の具体的な
構成を示す回路ブロック図である。第３図においては、
Ｘアライメント系の光電信号を処理する回路のみを示す
が、Ｙアライメント系の光電信号を処理する回路も全く
同様の構成でおる。

光電素子１０ｂからの時系列的な光電信号Ａは可変利得
制御回路（ＡＧＣ）付きの増幅器１００に入力して、９
「定のレベル１で増幅される。この増幅器１００の利得
は出力レベルが一定になるように連続的に変化するので
は々く、外部からの制御信号に応答［２て、何段階かに
＋７′Ｉ替わる。増慴器１００かもの光電信号はアナロ
グ・デジタル変換器（以下、ＡＤＣとする）＋０１に入
力して、元雷、伯号のレベルに応じたデジタル値に変換
さｆ］る。ＡＩ）ＣＩＯｌの変挽ゴリー作（す／ブリン
ク）は十渉言１１７からの位隨情報、具体的にはステー
ジ１２がＸ方向に単位！（例えば０．０２μｍ）だけ移
動するたびに出力されるパルス信号ＰＳＫ応答して行な
われる。

また、そのパルス信号ＰＳはアドレスカウンタ１０２に
入力し、ステージ１２が単位量だけ移動するたひに計１
ヶ値が１だけ増加（インクリメント）５）又は減少（デ
ィクリメント）される。アドレヌカウ／り１０２の計数
１山はランダム・アクセス１メモリ（以下ＲＡＭとする
）１０３，１０４にアドレス（番地）情報として印加さ
れる。従ってＲＡＭ１０３は、ステージ１２が１方向に
単位量だけ移動すると、アドレス値を１だけ更新づれる
とともに、その金またなアドレスにＡＤＣＩＯＩ　　で
サンプリングされたデジタル１直を格納して記憶する。

さて、発振器（以下Ｏ６Ｃとする）１ｏ５は基準時間を
作り出すために、一定時間間隔でクロ。

クバルスを発生する。このＯ８Ｃ１５け、時間計測にお
ける′ｎｔ度を高めるため、なるべく善い周波数でクロ
、り・Ｚルスを発生する。計時回路１０６は干渉計１７
からのパルス信−ｉｍｐｓに応答して、Ｏ８Ｃ１５から
のクロ、クパルスを言土Ｖすることによっテ、パルスｔ
Ｌ４Ｐｓのパルスとパルスの時間間隔を検出する。従っ
てＲＡＭＩｎ４の各アドレスには、ステージ１２の単位
移＠看に要した時間が、ステージ１２の位Ｉに対応して
順次記憶される。またマイクロ・コンピュータやミニ拳
コンピュータ等のコンピュータ（以下巣にＣＰＵと呼ぶ
ことにする）１０７は、ＲＡＭ１０３，１０４に記憶さ
れたデータを入力して、光電信号の波形歪み全補償する
だめのＭ箕と位Ｍ検出のだめの演算を行なう７本冥施例
では波形歪みの補償演算にフ＋　リエ肇換、フーリエ逆
変換の演算を必要とするので、専用の高速フーリエ変ｐ
演ｎ回路（ＣＩ下、ＦＦＴ回路とする）ｔｏｓｆ：設け
、ＣＰＵ１０７と協同Ｉ、て上記演算処理の高速化を計
るものとする。このＦＦＴ回路１０８としては例えばビ
ットスライスプロセッサー等を持った高速処理のものが
好適である。尚、ＣＰＵ１０７は第１図に示したモータ
１５，１６の駆動制御を行なうとともに、干渉計１７．
１８からの位褌雫訃もで、み込んで、ステージ１２の庁
ｔＰ位隅を検出する仔シ能を備えている。

填４ｙけウェハ■７上に形トせされたチップパターンＣ
Ｐｎとそれに付随したマークＳＸｎ、　ＳＹｎとの配置
の一例を示す平面図でちる。第４図ではウェハｗｉ−に
マトリックス状に配列した１数のチップパターンのうち
、−列の内で隣９合った３つのチップｃｐ、、　ｃｐ、
、　ｃｐ、のみを示す、′またチップｃｐ、　。

ｃｐ、　、　ｃｐ、の各チップ中心をＣ，、Ｃ，、Ｃ，
としたとき、チップパターンの配列座標αβ（座標系ｘ
ｙ）の原点がチップ中心Ｃ２と一致しているものと定め
る。各チップに付随したマークＳＸｎ、　ＳＹｎは巨視
的には線状でちや、マークＳＸｎは配列座−αβのβ方
中に伸び、マークＳＹｎはα方向に伸びている。

さらに３つのマークＳＹはα軸上に位置し、３つのマー
クＳＸはβ軸と平行な線上に位置する。そしてこれらマ
ークＳＸｎ、　ＳＹｎにおいて、・マークＳＸｎはスポ
ット光ＬＸＳによるＸ方向（α方向）って検出される。

第５図はマークＳＸｎとスボ、）ＬＸＳとの位置検出時
における配ｆ＃を示寸拡大図である、マークＳＹｎとス
ポット光ＬＹＳについても同様である。

マークＳＸｎはβ方向（Ｘ方向）に微小な矩形要素ｅを
凸状又は凹状にして一例に並べたものでちる。

マークＳＸｎの幅方向（Ｘ方向）の中心線ＣＸｎの延長
はチップ中心Ｃｎ　、ｆ通る。従って、マークＳＸｎが
第４図の位置からスポット光Ｌ　Ｘ　Ｓ　ｆ　Ｘ方向に
横切るようにステージ１２を移動させ、スポット光ＬＸ
Ｓの幅方向の中、（３）ｃｔとマークＳＸｎの中心線Ｃ
Ｘｎとが一致したとき、投影レンズ７の光軸ＡＸけβ軸
（ｙ＠）と平行でチップ中心Ｃｎを通る線分と直交する
。尚、本実施例ではマーク５Ｘｎ（ＳＹｎ　）の幅とス
ポット光ＬＸＳ　（ＬＹＳ　）の幅とはほぼ等し、いも
のとし、スポット光の多さはマークの長さよりも短いも
のとする。

次に本宙繞例による位Ｐ検出装置の動作を第６図のフロ
ーチャート図に基づいて駅間する。ここではウェハＷの
Ｘ方向の位置検出についてのみ説明するが、Ｘ方向につ
いても全く同様である。壕だレチクルＲ１−を予め所定
の位置に正確に位置決めさね、ウェハＷも配列座梗αβ
と座標系ｘｙとが回←誤差々くステージ１２にｅＮされ
てＶ、るものとする。

まず、ステップ２００でＣＰＵ　Ｉ　Ｏ７は、マークＳ
Ｘとスポット光Ｌ　Ｘ　Ｓとが拭ｉｆコ第５図に示すよ
う々状態に整列する如く、干渉計１７．１８の位置情報
を１介み取りつつ、モータ１５，１６を駆動してステー
ジ１２を位置決めする。ステージ１２が（Ｆ　ｉ決めさ
れたら、ＣＰＵ１０７は次のステ、プ２０１でアドレス
カウンタ１０２の計！Ｐ値を零にクリアす′Ｌ、、、こ
のとき、ＣＰＵ１０７はステージ１２のＸ方向の位Ｉｔ
！’、　ｘ４を記憶する。そして次のステップ２０２で
ＣＰＵ１０７はステージ１２がＸ方向に所定の速２（例
えば１　ｍｎ　／　ｓｅｅ　’）で送られるようにモー
タ１６を駆動する。ステージ１２のＸ方向の移動（ステ
ージスキャン）に伴って、アドレ７カウン、ｔｒ　１＋
）２の計数値は増加し、ＲＡ　：、１１０３の０番地目
から、Ａｒ）ＣＩＯＬのデジタル値がｌ’４次配情され
ていく。同様にＲＡＭＩ−ｏ４の０番地目からは、干渉
計１７のパルス信号ＰＳの各パルスのＱ生間隔の詩開に
応じたデジタル値（計１青回路１０６の出力）がｌｌｌ
ｆｉ次記厖されていく。

次のステ、プ２０３で、マークＳＸがスポット光ＬＸＳ
を横切るのに十分な距離（例えば５０μｍ程度）だけ移
動したと判断されると、ＣＰＵ１０７は次のステ、プ２
０４に進むが、きもなけｔ’ｕブステ、プ２０２のステ
ージスキャンとＲＡＭ１０３゜１０４へのデータ読み込
みが引き続き行なわれる。

ステージスキャンが一定距離だけ行々われたら、ＣＰＵ
１０７はステップ２０４で、ステージ１２の移動を停止
させる。

Ｊ−）上までの各ステップ２００〜２０４で、マークＳ
Ｘの卸系列的な光電信号の〆Ｃみ込みが完了する。この
ときＲＡＭＩ　Ｏ３，ｌ　Ｏ４に記憶された各データの
様子を第７図に示す。第７図（ａ）はＲＡＭ１０３に記
ｔ？′きれた光電信号（アライメント信号）Ａ′の誇張
された波形図であり、ｊ、１６．柚はステージ１２のＸ
方向の位置（赤青イーγｍ＞−＋表わし、各サンプリン
グ点Ｘ。＋　”ｌ＋　Ｘ：・・・・・・けＲＡＭ１０３
の番地−（アドレヌイ＋１．）に相当する。また縦軸は
アライメント信号の太ささくサンプリング値）を表わす
。

Ｚ７１１ｄ（ｂ）は第７図（ａ）のような波形データが
ＲＡＭ１０３に記憶されている様子を示し、ＲＡＭ１０
３のＯ番地は、第７図（２）の位置勘に相当し、１番地
は位置Ｘ。から４′１１位ぜ、動部、（０，０２μｍ）
だけ難れたＣ１１Ｊｔｘ、に相当する。筒７図（ｃ）は
ＲＡ　Ｍ　Ｉ　Ｑ　４に配憶色ｆ１．ている各サンプリ
ング点間の時間値（タイマーｆｉ！７　＞の位置を示し
、１番地のタイマー値Ｔ、けステージ１２が位置ｘ０か
らＸｌ　’４で移動するのに要した時間であり、２番地
のタイマー値Ｔ２はステージ１２が位Ｅ：＜１からＸ２
まで移］ｈするのに要した時間である。、各番地のタイ
マー（ｒ（Ｚは、ステージ１２の走査速度が正確に一定
であれば、全て同一・の（＋ｆｆになるが、ステージ１
２の加速度が完全に零になることはなく、何らかの速度
変動が生じるので、タイマー値は若干異なる値に々る。

−例として、ステージ１２の走査速度を１　ｙｎ　／　
ｙ２ｙ、パルス信号ＰＳのパルス間隔に相当する単位移
動量を０．０２μｍ、そして計訣回路１０６のタイマー
用クロ、り信号の周波数を２０ル）Ｚとすると、単位移
動量に要する正規のタイマー値Ｔは、となる。従って、ＲＡＭ１０４に記憶された各タイマー
値Ｔ、　、　Ｔ、、　Ｔｓ・・・・・・がともに４００
であれば速度変動がないとちえる。１次各タイマー値が
４００に対して±１だけ異なっているとすると、約±０
．２５％の精度で速度変動率が計測できるととＫなる。

以上までの動作により、位置検出に必要なデータの読み
偽みが完了し、以後のステップ２０５からの処理は全て
ＣＰＵ１０７とＦＦＴ回路ｉｏｓによるデジタル演算で
行なわれる。ステップ２０５からの具体的な処理につい
て説明する前に、本発明の詳細な説明を第８図を用いて
説明する。第８図は伝達関砂ｈ　（ｔ）（同波数細切で
表わすと、Ｈ（Ｊω）となる。）で表わさねるシステム
１５０のモデルを示す。本実施例ではシステム１５（ｌ
として≦３図中の尤」ス子Ｊｏｂと増聴器１００を考え
るものとする。従ってシステム１５０に入力する信号Ｅ
、はｙｔ電素子ｔａｂに入射するマークＳＸからの回折
光に相当する、そこで以後の原理説明全簡単にするため
、ステージスキャンによって得を位ｆ（ｘにおける回折光り度コ・（ｘｉは（１）式で表
わさｎる。

ただしσはガウス波形の広がり全表わすパラメータであ
る８寸た、ステー・、ン１２−；−官１東用二ｖで移動
するとき、做小な距離Ｘと時間ｔとの間には、ｘ＝＝ｙ
＊ｔ　　　　　　　　・・・・・・・・・　（２）の関
係がある。従って（１）式は（３）式のように書きかえ
ることができる。

さらに、ステージ１２の速度が、糸幅α、切間位相θ、
角周波数ω、任意速度ｖｃの固有撮動を伴って変動する
場合、ステージ１２の速度Ｖは（４）式％式％従って、（２）式より、ｚ＝ｖｃ（ｔ＋−■（θ−ω１））　　・・・・・・　
（５）となり、この結果を（３）式に代入するとｉＧｔ
式を得る。

・・・・・・　　　１６）上記１３）式、又は（６）式からも明ら〃・なように、
位４Ｘの関数で表わされる回折光強度ｙ　（ｘ）は、時
間ｔの関数で表わされる回折光強度Ｙ　（ｔ、＞に檜？
［できる。

この（３１式、又は（６）式で表わされる信号Ｅ１が云
ふ関ｐ　ｈ　（ｔ）のシステム１５０に入力し、その出
力信号Ｅ、がＡＤＣ１０２でサンプリングされてデータ
として取り込まれることになる。そこで出力信号鶏の強
度を時間間数ｚ（ｔ）で表わすものとすると、任意の時
間ｔ、における信号強度２・（，１，）は（７）式で表
このように、本来の回折光強度ｙ　（ｔ）に対して、デ
ータとして得らねる信号強度ｚ（ｔ＋）は伝達関数ｈ　
（ｔ）すなわちシステム１５０の応答特性の影響で歪ん
だものとなっている。この（７）式から元の（３）。

（６）式を得て、さらに〔１）式を得るには、上述の逆
操作を施せばよいが、（７１式から（１）式を導ひき出
すのは容易ではかい。

そこで（７）式を（８）式のように変形する。

（８）式において、伝達関数ｈ　（ｔ）が例えば−次遅
れの場合、第２項目はほぼ零とみなせるから、結局（８
）式は（９）式のように近似できる。

この（９）式はさらにフーリエＶ換金用いて時間領域か
ら周波数９斌に変換することができ、０σ式のようＫＷ
わされる。

Ｚ　　（ｊｏ＋）＝Ｈ（ｊａ＋）・Ｙ（ｊω）　　　　
　　　　＝曲　　Ｑ（１である。

従って、Ｚ（ｊω）で表わされるデータから、回折光強
ｆｌｙ（ｔ）で表わされる元儒？を得るためには、１１
式から００式を閏た後、それをフーリエ逆夕換すればよ
い。

Ｙ（ｊω）＝Ｚ（ｊω）／Ｈ（コω）　　　　・・・・
−０１１・更こうして、フーリエ逆子換で得られた回折光強度ｙ　（
ｔ）の波形データからけ、／ステム１５０の伝導関数ｈ
Ｂ）９ごよる応答遅れに起因し、た歪入分が除去される
ーそ【７て、得られた回折光強度ｙ　ＣＬ）の波形デー
タを、プら（て晴間ｔの関数から位＠Ｘの関数に１枦ず
にとによって、（１）式で表わされるガウス波形ｙ　（
Ｘ）のデータがモ實られる。このｙ　（ｘ）のデータを
使って、例えばガウス波元の中心・位１斤、すなわちマ
ークＳＸの中心立置を求めノ１ば、システムの応答遅れ
やステージの速度変動による波形歪みが精工されて、極
めて漏り度な位置ｔ′々出ができＢ０尚、本ア施◇１１
においては、ステージ１２の単位移動奮毎に、増幅器１
００からの光１電信号をサンプリングし、その後の補正
演算では、位置に対応した光電信丹を時［イ１領域、又
は周波領域に変換し、歪み補正が終った時間関数の信号
を再び巣位移動ｆｒｔ！５の光Ｔ：傷信号アライメント
信号）に変換しているので、ステージの固有振動に起因
した位置ずれは除去さｈたものになっている。

また、本実施例では千渉計１７からのパルス信号ＰＳの
各パルス間隔の時間（タイマー値）を計時目跡１ｎ６で
求めたが、パルス信号ＰＳのパルスの発止位ｂ、汐１１
えは仁を置Ｘ。３ｒ基車に１立粒ＸＩ　＋　ｘ２９１６
．の膿にｇ鍋胱間をサンプリングしてお微、後う、ら演
算１てよ−８てバルク６渭Ｃ時間に変ｒすることも矛λ
られる。し７かし々がら、ステージ１２のホ査方向に２
ける振動が無駅できないときは、そのようにすると？−
パルス間での吐間肘側に手抄が差が含甘りでしでい、必
らず（、も正ｊｉイ々タイマー値を得ることができない
こともある、きて、縫６図Ｊ）フーーチャートシ１により、上記原理
に基つぐ具体的な説明をＦｐける。原理説明で・らも明
らかなように、システム１５０の伝達関数ｈ　（ｔ）、
又はＨ（ｊω）は予めわかっていなければならない。伝
達関数ｈ　（ｔ）、Ｈ（、ｊω）は例えばスペクトラム
・アナライザー等を使って、ステ、ブ応答の特性を計油
１することによって容思知求ダ）ることができる。従っ
てＣＰＵ　１０７は光Ｔ：、素子ｔａｂとＷＩｖ！、Ｎ
　１００　ｆ　含メた総計的ｆｌ　テ゛達！ＪＭ　Ｚ＋
　ｈ　（ｆ　）、Ｈ（ｊω）を予め記憶している。ステ
ップ２０５でＣＰＵ１０７はＲＡＮｉｌ　Ｏ３，１０４
に記憶されたデータから、アライメント信号人を時間関
数に変換する。この１半の様子を第９図を用いて説明す
る。坑９図は第７図（ａ）の波形の部分拡大図であり、
横軸は位置Ｘ全、縦軸は光電信号の強度（す／ブリング
値）を表わす。位置”６＋　ｘｌ＋　”２・・・・の−
各サンプリング点の間隔は単位移動ｔ　Ｄ　ｘ（０，０
２μｍ）に定められている。まず、位置式とＸ、につい
て見てみると、この区間は極めて微小な距離なので。

−次近似を行ない、差位時間Ｔｒ　中に位置ｘ０から進
むステージ１２の距離ｌＸｌを求める。単位時間Ｔｒと
はステージ１２の速度が一定であるものとしたとき、単
位移動ｔＤｘだけ進むのに要する時間のことであり、先
に掲げた一例によれば、計時回路１０６のタイマー値が
４００になったときに相当する。距離ΔＸ、は次の０２
式のように表わでれる。

Ｔｒ　　　　・・・・・・・・・　α２′Ｘ・＝Ｄｘ″
ゴＥタイマー値Ｔ１はＲＡＭ１０４の１番地に記憶されてい
るものである。さらに、位Ｐ−からΔＸ、だけ移動し７
だときの光電信号（アライメント信器）強度Ｔｌけ（ｌ
ｊ５ｔで表わされる。

Ｇ　＝　Ｉ。＋　ΔＩ、　　・・・・・・・・・　ロ３
萱たΔＸ、とΔＩ、との関係は１式で表わされる。

そこで、０４式に０３式を代入して、その結果を０３式
に代入すれば、位置式から４Ｌ岱時間Ｔｒ緑過鼓の光ｚ
Ｒ１，信号シｋＬがし式のよりにして求められる。

この０５式をさらに一般的に曹さダえれば、のようにな
る。ただしｎは１，２，３．・・・・・・の整数を表わ
し、アライメント信号Ａのサンプリング点の数に対応す
る。ＣＰＵ１０７は、ＲＡ八へ１０３゜１０４から次々
にデータを読み込み、［１６１式によって、アライメン
ト信号Ａの単位時間Ｔ？毎の傷号強変Ｉ’ｎを順渾ｌす
る。またＣＰＵ１０７　　は次のステップ２０６で曜位
時間Ｔｒ毎のステージスキャン位置もＳＸする。例えば
位＃為から単位時間Ｔｒが経過したときの位置ｘ１′　
　はα９式で表を慴る。

ｘ、’＝ｘ（、＋ΔＸ、　　　・・・・・・・・・・・
　０７１よって、Ｕ：！・式を代入して一般的にオき換
えねば、となる。たてし２、ｎｌ’ｆｌ、　　２．　３
．　・・・・・・の整数を衣わし、恥−１（ｉｎが１だ
け増えると、単（立移動量Ｄｘだけ増加する。

さて、ａｅ、　ａｓ式で算出された強度Ｉｎ’と対応位
置Ｘｎ’は第１０図に示ずようにＣＰＵＩ　０７内のメ
モリに番地（アドレス）　ｌ１ｊｌに記憶される。この
碧合、アドレス値は巣位時間Ｔｒ毎に±１だけ増加する
ことを表わし、位［＋ＸｋＲ，ｉｊとするアライメント
信号人は時間を全関数とするアライメント信号Ａ’（式
（９）で表わされる信号）に変換される。

本実施例では位置Ｘ０とサンプリング値■。と金、ｉｓ
にするので、強度Ｉｎ’と対応位置ｘｎ’の一番初めの
データは、それぞれＬｌｌｘ６になる。

次のステップ２０７で、ＣＰ　Ｕ　１０７は第１０図の
ように変換されたアライメント信号Ａ′のデータをＦＦ
Ｔ回路１０８に送り出し、アライメント１ｇ号Ａ′のフ
ーリエ２楡を行ない、周波数領域で扱える信号Ｚ（ｊω
）に変換する。

次にＣＰＵ１０７はステ、プ２０８において、００式で
示した演算全行ない、システムの応答遅れに起因した波
形歪みを補償した信号Ｙ（ｊω）を求める。

次にステップ２０９でＣＰＵ１０７は信号Ｙ（コω）の
データをＦＦＴ回路１０８に送り出し、信号Ｙ　（ｊω
）のフーリエ逆変換を行なわせる。これによって、信＋
＋１−（ｊω）は再び単位時開Ｔｒ毎に表わされるアラ
イメント信号ｙ　（ｔ）に変換される。

アライメント信号ｙ（Ｌ）とアライメント信号Ａ′をく
らべてみると、アライメント信号ｙ　（ｔ／）の波形は
、／ヌテムの応答遅れによる歪み分が完全に除去きりし
たものになる。アライメント信号ｙ　（ｔ）の各時間毎
のデータは、第１０図に示した強ず値Ｉｎ’のデータと
対応して、ＣＰＵ１０７のメモリに記憶さｔしる　。

次にＣＰＵ１０７はステップ２１０において、先のステ
ップ２０６で求めておいた対応位［ｚｎ’とアライメン
ト信号ｙ　（ｔ）、とに某づいて、本位移動針Ｄｘ毎の
アライメント信号ｙ　（ｘ）を算出する。

このｆＪ、％処理はステ、ブ２０５の逆の；１算Ｑｈ作
でちり、七・７）様子）ｉｌｌ；シ１をｆ戸（７て止明
する。

第１１図はアライメント信ａ　ｙ　（ｔ）の波形の部分
拡大図であり、を−軸は民０間ｔ、δ軸はアライメント
信号：ｙ（ｔ）の強度Ｊｎを表わす。アライメント信号
ｙ　（ｔ）のｆＬ位時間Ｔｒ円の強度は巣調（直線）変
化するものとし７て、坩後の演ｐでは一次近似を行なう
。第１１７．から（、町らかなように、例えば時刻ｔｏ
　（＜”ｒ、　ｉ）？　ｘｏＯ時点）から単位時間Ｔｒ
Ｒ過後の時９’ｌ　ｔ、における強度を３１とし、蒔刻
ｔ０における強度ＪＱ　（サンプリンゲイ直工。と等し
い）に対して、次のサンプリング位Ｍ　：（、での増分
をΔＪ１とすると、６１式のように々る。ここでＴ、　
ｆｒｔ　Ｗ　７　ｕ　（ｃ）に示したタイマー値である
。また距離と時間は微小区間では直線的な比例関係にあ
るものとすると、■式の関係が成り立つ。

従って鱈、■式から、位蟹ズ、における強度、■、′け
、（４）式のように表わされる。これ全一般的な式、す
なわち位ｆｉｌ　ｘ　ｎにおける補償された強度Ｊｎ’
の算出式に書き換えれば（４）式のようになるつただし
、ｎは１．　２．　３．　　・・・・・・の整数を表わ
し、拘′は−と等しく、Ｊｏは■。と等しいものとする
。

この四式に基づいてＣＰＵ１０７は順次強度値、、１ｎ
１を算出して、メモリに番地順に記憶する。こうして得
られたアライメント信号ｙ　（ｘ）の波形データは第７
図＜＆’）Ｋ示したアライメント信４Ａの波形とイ」フ
たものとなるが、時間的な変動要素（システムの応答遅
れやステージの振動等）が増り除かねたもの（ガウス波
形）にな−、ている。

次にＣＰ　Ｕ　Ｉ　０７はステ、ブ？１１で、−１−り
ＳＸのＸ方向の中心・位１ｉ！’を検出する、これはイ
用１ｒ。

されたアライメント信号ｙ　（ｘＩのデータを使って、
例えば波形上のピークに対応する位′〃を求ｉ？）る方
法、波形上の重Ｉシ・に７・１応する装置を求める方法
、又はあるスライスレベルでアライメント信号ｙ　（ｘ
ｉの波形をスライスしたとき、戸Ｊ’ｒ；七２、ライス
レベルとが一致する２点間の中心に対応する位置１を求
める方法等によって行なわれる。ｊν上までＣ″）動作
により、マークＳＸとスポ、ｌ光ＬＸＳとの各中心う；
一致したときのステージ１２のＸ方向の（，７，？が検
出されるので、以後ＣＰＵ１０７はその検量位置にステ
ージＩ２が位置決めされるようにモータ１６をサーボ制
御する。

以上のような演算処理をデジタル計′ＪＬ機によりシミ
ュレートした一例を表に示す。この表には比較のために
、ステージスキャンの速度を変えて、第６図のステップ
２０５〜２１０の補正を実行しなかった場合の位置ずれ
量と、実行したときの位置ずれ借とを記憶した。寸だ、
このシミュレーフヨンの条件として、シス５ムの伝達関
数ＩＴ　（ｊω）は時定工″ｌｌＯμ穴の−ｆ、　；Ｆ
ｒれとし、プＪつ２波形の広がりン・夛わす走航σけ２
．５μｍとした。

表この表からもわかるように、普通は／ステ二の応答連れ
社でステージ７キーンの速度が高くなればなる程、位ｆ
ずｔＬ僻は多くなる。ところが太ア施例のように、デジ
タル的に読み込んだ゛た信号から時−：的な閉動ぞＪ棄
を取り除く演算処理を行々うことにより、高速なステー
ジスキャンにおいても、位置ずれ量は冴と人ど増す１１
せず、位！検出の杯変はレーザ干渉計の検出分解ｔ１−
・（ｎ、ｏ　２μｍ）場下に押え込むことが可能である
。（すなわちレーザ干渉計の分解訃が位置検出精度にな
る。）壇上、木実施例では元信号の波形としてガウス波
形を想定１７ｔづ：、その州Ｊのいか々るＴ庁刑でをン
つても全ぐβ１様の効ツが律もねる。

盗で、上記実施例においては、ウェノ・Ｗの装置（′ニ
ヤする２次を的な位（を検出する７’（−ｋｆ＋に、ス
ボ７ト光ＬＸＳ；ＬＹＳ’に町してウェノ・Ｗ力；移動
するような噴出方法でちったが、スボ、ト光ＬＸＳ。

ＬＹＳがウニ・・ＷＫ対して一次元移動しても［司様の
効果が得られる。その場合は、スボ、ト光を走萱す已だ
めの走査うｔ学系（（Ｃ曲用振動ミラー、又に１ｒｋ−
ヂリコンミラー等）に、スボ、、ト骨の忙位炬五′ち４
Ｆにパルスを発生するようなロータリーエンコータ等を
設け、このエンフーダ力・らのパルス信号で、マークか
らの回折光、ヌは散乱光に応じたう゛（！信号（アライ
メント信号）をサンプリングする二うにすり、　（プよ
い。

ｒ！’、　ＩこＨ５：５ｆ　２月の社）２の実炉Ｊ伊：
について、愼１２図の［ｌ：ｉ′ｌ路士にシ゛・図を表
、照してｉ菅θＢする。第１２図において竿２図中に示
した回路ブロックと同様の作用を有するものについては
同一の符号を付しである。

芭２の実施例が筑１の実施例と具なるのは、一定の巳波
計のクロックパルス信号ＣＬＫを発、生する発振器（Ｏ
ＥＣ）１２０を設け、このりＩ：＋７クパルヌ俳号ＣＬ
Ｋをアドレスカウンタ１０２．ＡＤＣｌｏｌに供給する
とと本に％”泪）ｌ什器（レーザ干渉計や工／コーダ等
）１７′からの位置情報Ｐ　Ｓ’の入力に基づ１ハてス
テージ１２の予そ缶貧を検出するカウンタ１２１にも供
給する点である。ＡＤＣｌｏｌのデジタル信号はＲＡＭ
１０３に単位時間（クロ、クパルス信号ＣＬＫの冬パル
ス間隔）毎にアドレスｌ１ｇ　＋／（サンプリングさね
て記憶され、ＲＡＭ１０４にｄ艮位式間毎のステージ１
２の位ｒがアドレス！晒に言己憶される。すなわち、Ｒ
ＡＭ　　　　’１０３．１０４＋ｃサンプリングされた
各種データづ；記憶さ）また段階で、第６図に示したス
テップ２０６ブでの動作が完了し７たことになる。そし
て、ＣＰＵ１０７全使った演算処理は識６図中のステッ
プ２０７から実行される。このように￥２の実施例では
アライメント信号Ａを回路上、実際にすンプリングして
時間関数の信号に変換したものが直接得られるので、軍
１の実施例における演算ステップ２０５，２０６が省略
でき、高速処理が期待できる。

すた、本発明はウェハＷのみの位置検出に利用するだけ
でなく、レチクルＲとウェハＷとの位置合せのときにも
応用できる。例えば、レチクルＲ（マスクでも同じ）と
ウェハＷとを同一のレーザ光速で走査して、レチクルＲ
に設けられたマークからの光情報と、ウェハＷのマーク
からの光情報とを別々の光電素子で受光して、それら２
つの光電信号に基づいてレチクルＲとウェハＷとの位置
検出を行なう場合に本発明は特に有効である。

さらに本発明はウェハＷ（又はレチクルＲ）上のマーク
を顕−ｒ鏡で拡大し、その拡大像をスリット走査するよ
うな方式の位置検出装置に応用しても同様の効果が？υ
られる。この場合はスリ、トの走査［ｆｆ？％を検出す
るエンコーダ等からのパルス信号によって、スリットを
透溝してきたマークの拡大像の明暗Ｋｌ応した光電信号
（アライメント信号）をサンプリングすればよい。

〔発明の効果〕

以上、本発明によれば、位ＩＰ？検出装置自体に含憧れ
る応答ゼれや走査系の７ＴＴｆ変勧等の時間的な変動（
穿設）要因によるアライメント信号（検出信号）の歪み
が低減され、棲めて帽度の高い位置検出が可卵となろ。

また本発明は縮小投影型露光装置、等倍ブロジェクンヨ
ンアライナー以外に光電的なアライメント検出系を有す
るＸＩＲ露光装置に区、用しても全く同様の効果が得ら
れる・

【図面の簡単な説明】

Ｆ１図は本発明の特徴を最もよく表わすフレイム対応図
、第２（２）は本発明の実施例に好適な縮小投影型露光
装置の概略的な構成を示す図、第３図は本発明の第１の
実施例による位置検出装置の回路ブロック図、第４図は
ウェハ上のチップとアライメントマークの配置を示す平
面図、第５図はアライメントマークとスポット光との配
置の一例を示す平面図、第６図は本発明の第１の実施例
による動作、及び演算処理の流れを示すフローチャート
図、第７図（ａ）は単位走査量毎にサンプリングされた
アライメント信号Ａの波形図、第７図（ｂ）はアライメ
ント信号Ａのサンプリング値のＲＡ　Ｍ　（メモ’Ｊ　
）ｌ　０３への記憶状態を示す図、第７図（ｃ）は各サ
ンプリング間隔のタイマー僅のＲＡＭ（メモＩＩ　）　
１０４への記憶状態を示す図、第８図は伝達関数ｎ（ｊ
ω）の／ヌテムのモテルを便って信号の変（Ｐを説明す
るり１、第９図は位置Ｎ１数として読み込ゴれたアライ
メント信号を緋間関舷の信号に変換するダ子を駅明する
１′／１、第１０図は時間開Ｖにｖ換された信号がメモ
リのアドレス１１＠にサンプリングされて記憶される様
子を示すり１、第１１図は時間関数の信号を位贅間数の
へ号に変換する様子を説明する図、第１２図は本発明の
第２の実施例による位置検出装置の回路プロ、クスであ
る。〔主要部分の符号の説明〕Ｗ°ウェハ　　Ｒレチクル　　７：投影レンズ１０ａ　
、ｌＯｂ　：光電素子　　１２．ステージ２０：制御装
置　　１００：増幅器１０１　アナログ・デジタルｆｂ％器１０６；計時回路　　１０７：ＣＰＵ１０８：７アースト・フーリエ変換回路ＬＸＳ　、ＬＹ
Ｓ　ニスポット光ＳＸｎ、ＳＹｎ　：　？−り

Claims

【特許請求の範囲】

（１）特定パターンを有する対象物と検出子とを相対走
査する手段と、該特定パターンの走査方向に対応した時
系列的な検出信号を出力する信号検出手段とを備え、該
検出信号に基づいて前記対象物の位置を検出する装置に
おいて、前記信号検出手段の伝達関数を記憶する手段と
；前記検出信号を単位時間毎にサンプリングして、時間
関数の第１信号に変換する第１変換手段と；該第１信号
の前記信号検出手段の応答特性に起因した歪みを、前記
伝達関数に基づいて補正して、時間関数の第２信号を出
力する歪み補正手段と；該第２信号を単位走査量毎にサ
ンプリングして、位置関数の検出信号に変換する第２変
換手段とを備え、該位置関数の検出信号に基づいて前記
対象物の位置を検出することを特徴とする位置検出装置
。
（２）前記歪み補正手段け、前記時間関数の第１信号を
周波数領域の信号Ｚ（ｊω）に変換するフーリエ変換手
段と、前記伝達関数を周波数領域でＨ（ｊω）としたと
き、Ｙ（ｊω）＝Ｚ（ｊω）／Ｈ（ｊω）の補正演算を
行ない、周波数領域の信号Ｙ（ｊω）を算出する手段と
、該信号Ｙ（ｊω）を前記時間関数の第２信号に変換す
るフーリエ逆変換手段とを含むことを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の装置。