DE19619280A1 - Positionsdetektierverfahren mit der Beobachtung oder Überwachung von Positionsdetektiermarkierungen - Google Patents

Description

Ausgangspunkt a) Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Detetektieren einer Relativposition einer Maske und eines Wafers und auf eine Positionsdetektiermarkierung (eine Ausrichtungsmarkierung). Noch genauer bezieht sich die Erfindung auf ein Positionsdetektierverfahren (ein Ausrichtungsverfahren) das geeignet ist, den Durchsatz von kontaktloser Belichtung zu verbessern und auf eine Positionsdetektiermarkierung.

b) Beschreibung des Standes der Technik

Ein vertikales Detektierverfahren und ein schräges bzw. schiefes Detektierverfahren sind als ein Verfahren zum Detektieren der Positionen eines Wafers und eine Maske unter Verwendung einer Ausrichtungsvorrichtung mit einem Linsensystem kombiniert mit einem Bildverarbeitungssystem bekannt. Das vertikale Detektierverfahren überwacht eine Ausrichtungsmarkierung entlang einer Richtung senkrecht zu der Ebene der Maske und das schräge Detektierverfahren überwacht es schräg.

Ein chromatisches Bifokusverfahren ist als ein Fokusier­ verfahren bekannt, das durch das vertikale Detektierver­ fahren verwendet wird. Das chromatische Bifokusverfahren überwacht Ausrichtungsmarkierungen, die auf eine Maske und einem Wafer ausgebildet sind, unter Verwendung von Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen und chromati­ schen Aberrationen des Linsensystems, und fokusiert die Bilder der Masken auf dieselbe flache Ebene. Eine absolu­ te Präzision der Positionsdetektierung durch das chroma­ tische Bifokusverfahren kann hoch gemacht werden, da die optische Auflösung des Linsensystems im Prinzip hoch ein­ gestellt werden kann.

Da jedoch eine Ausrichtungsmarkierung vertikal beobachtet wird, tritt ein Teil des optischen Systems in den Belich­ tungsbereich ein. Da das optische System das Belichtungs­ licht abschirmt, ist es notwendig, das optische System aus dem Belichtungsbereich zurückzuziehen, wenn das Be­ lichtungslicht angelegt wird. Eine Zeit, die notwendig ist zum Zurückziehen des optischen Systems verringert den Durchsatz. Die Ausrichtungsmarkierung kann nicht während der Belichtung beobachtet werden, was einer der Gründe für das Absinken einer Ausrichtungspräzision während der Belichtung ist.

Bei dem schrägen Detektierverfahren ist die optische Achse des optischen Systems schräg bezüglich der Ebene der Maske angeordnet und das System kann ohne Abschirmen des Belichtungssystems angeordnet werden. Es ist daher nicht notwendig, das optische System während der Belich­ tung zurückzuziehen, was die Beobachtung einer Ausrich­ tungsmarkierung selbst während der Belichtung ermöglicht. Dadurch wird der Durchsatz nicht verringert und eine Po­ sitionsfehlausrichtung kann während der Belichtung ver­ hindert werden.

Ein herkömmliches schräges Detektierverfahren verwendet schräge Fokusierung, bei der reguläres Reflektionslicht, das von der Markierung reflektiert wird, schräg fokusiert wird, um das Bild bzw. die Abbildung der Markierung zu detektieren. Eine absolute Präzision der Positionsdetek­ tierung wird somit durch Bildverzerrung abgesenkt. Da ferner reguläres Reflektionslicht in eine Beobachtungs­ linse einfällt, kann die optische Achse des Beleuchtungs- oder Illuminationslichtes nicht mit der optischen Achse des Beobachtungslichtes zusammenfallen. Da die optischen Achsen des Beleuchtungs- und des Beobachtungslichtes not­ wendigerweise getrennt sind, wird, wenn es nur eine leichte Verschiebung zwischen beiden Achsen gibt, die De­ tektierpräzision abgesenkt und die Installation des op­ tischen Systems wird kompliziert.

Die Erfindung

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein Ausrich­ tungsverfahren vorzusehen, das in der Lage ist, eine Po­ sition mit hoher Ausrichtungspräzision zu detektieren, und zwar selbst während der Belichtung und ohne Absenken des Durchsatzes.

Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Halbleiter­ substrat und eine Belichtungsmaske mit Ausrichtungsmar­ kierungen vorzusehen, die in der Lage sind, eine Position mit hoher Ausrichtungspräzision zu detektieren, und zwar selbst während der Belichtung und ohne Absenken des Durchsatzes.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Positionsdetektierverfahren vorgesehen, das die folgenden Schritte aufweist: Anordnen eines Wafers mit einer Belichtungsoberfläche und einer Belichtungsmaske. Richten der Belichtungsoberfläche zu der Belichtungsmas­ ke, und zwar mit einem dazwischen liegenden Spalt, wobei der Wafer eine Positionsausrichtungswafermarkierung auf der Belichtungsoberfläche ausgebildet besitzt, wobei die Wafermarkierung eine Linear- oder Punktstreuquelle zum Streuen von einfallendem Licht aufweist und wobei die Be­ lichtungsmaske eine Positionsausrichtungsmaskenmarkierung mit einer Linear- oder Punktstreuquelle zum Streuen von einfallendem Licht aufweist; und Detektieren einer Rela­ tivposition des Wafers und der Belichtungsmaske durch An­ legen von Beleuchtungslicht an die Wafermarkierung und die Maskenmarkierung und Beobachten des gestreuten Lich­ tes von den Streuquellen der Wafermarkierung und der Mas­ kenmarkierung.

Wenn im allgemeinen die Beleuchtungs- und Beobachtungs­ achsen koaxial sind und die Achsen schräg zu der Belich­ tungsebene eingestellt sind, kehrt reguläreres Reflekti­ onslicht von der Wafermarkierung und der Maskenmarkierung nicht entlang der optischen Beobachtungsachse zurück.

Daher können die Bilder bzw. Abbildungen dieser Markie­ rungen nicht beobachtet werden. Reguläre Reflektion be­ deutet eine Reflektion, bei der, wenn parallele Licht­ ströme oder -strahlen angelegt werden, das reflektierte Licht auch parallel ist und eine Reflektion, bei der der Einfallswinkel und der Reflektionswinkel derselbe sind. Wenn Streuquellen zum Streuen von einfallendem Licht an der Wafermarkierung und der Maskenmarkierung ausgebildet sind, dann bilden Lichtströme zwischen gestreuten Licht­ strömen in der Apertur einer Objekt- bzw. Objektivlinse des optischen Beobachtungssystems ein Bild, so daß das gestreute Licht beobachtet werden kann.

Gemäß einem weitern Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Halbleitersubstrat vorgesehen, das folgendes auf­ weist: eine Belichtungsebene, die mit einer Positionsaus­ richtungswafermarkierung ausgebildet ist, die eine Viel­ zahl von Streuquellen zum Streuen von einfallendem Licht des Kanten- oder Punkttyps aufweist, wobei die Streuquel­ len in der Richtung senkrecht zu der Einfallsebene des einfallenden Lichtes angeordnet sind.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung, ist eine Be­ lichtungsmaske vorgesehen, die folgendes aufweist: eine Positionsausrichtungsmaskenmarkierung mit einer Vielzahl von Streuquellen zum Streuen von einfallendem Licht, des Kanten- oder Punkttyps, wobei die Streuquellen in der Richtung senkrecht zu der Einfallsebene des einfallenden Lichtes angeordnet sind.

Wenn eine Vielzahl von Streuquellen der Wafermarkierung und der Maskenmarkierung in einer Richtung senkrecht zu der Einfallsebene angeordnet sind, dann können zur selben Zeit Bilder des gestreuten Lichts von einer Vielzahl von Streuquellen gebildet werden. Wenn eine Position detek­ tiert wird durch gleichzeitige Beobachtung bzw. Überwa­ chung der Bilder von gestreutem Licht von der Vielzahl von Streuquellen, kann ein Positionsdetektierfehler, der durch eine Variation der Formen jeder Streuquelle beim Herstellungsvorgang bewirkt wird, reduziert werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Wafers, die eine Reflektion von einer Wafermarkierung und Kantenstreulicht zeigt;

Fig. 2A eine schematische Querschnittsansicht einer Po­ sitionsdetektiervorrichtung, die in Ausfüh­ rungsbeispielen der Erfindung verwendet wird;

Fig. 2B eine Draufsicht auf Wafermarkierungen und eine Maskenmarkierung;

Fig. 2C ein Diagramm, das Bilder zeigt, die durch Kan­ tenstreulicht von Wafer- und Maskenmarkierungen gebildet werden, und eine Lichtintensitätsver­ teilung in einer Bildebene;

Fig. 2D eine Querschnittsansicht, die die Wafer und Maskenoberflächen in der Nähe der Objektiv- oder Objektoberfläche zeigen;

Fig. 3A eine Draufsicht auf eine Wafermarkierung, die für Beobachtungsexperimente von Kantenstreu­ licht verwendet wird,

Fig. 3B und 3C Querschnittsansichten der Wafermarkierung, die für Beobachtungsexperimente von Kanten­ streulicht verwendet werden;

Fig. 4A ein Diagramm, das von einer Fotografie eines Kantenstreulichtbildes der in Fig. 3B gezeigten Wafermarkierung gezeichnet wurde;

Fig. 4B ein Diagramm, das von einer Fotografie eines vertikal detektierten Bildes der in Fig. 3B ge­ zeigten Wafermarkierung gezeichnet wurde;

Fig. 5 ein Diagramm, das ein Bildsignal eines Kanten­ streulichtbildes der in Fig. 3B gezeigten Wa­ fermarkierung zeigt;

Fig. 6A und B Graphen, die die Ergebnisse von Verset­ zungsmessungen durch Bildsignalverarbeitung zeigen;

Fig. 7A eine Draufsicht auf eine Wafermarkierung oder Maskenmarkierung gemäß einem zweiten Ausfüh­ rungsbeispiel;

Fig. 7B bis 7D Querschnittsansichten von Wafern mit Wa­ fermarkierungen;

Fig. 7E eine Querschnittsansicht einer Maske mit einer Maskenmarkierung;

Fig. 7F ein Diagramm, das von einer Metallmikroskopie­ fotografie von Kantenstreulicht von der in Fig. 7A gezeigten Wafermarkierung gezeichnet wurde;

Fig. 7G ein Diagramm, das von einem Bild von Kanten­ streulicht von der in Fig. 7A gezeigten Wafer­ markierung gezeichnet wurde, wobei das Bild durch eine Fernsehkamera aufgenommen wurde;

Fig. 8A bis 8F Diagramme, die Signalwellenformen bei je­ der Scanlinie des wie in Fig. 7 gezeigt durch die Fernsehkamera aufgenommenen Bildes zeigen;

Fig. 9A eine Draufsicht auf eine Ausrichtungsmarkierung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;

Fig. 9B eine Querschnittsansicht entlang einer Strich­ punktlinie B9-B9 in Fig. 9A;

Fig. 9C eine Querschnittsansicht entlang einer Strich­ punktlinie C9-C9 in Fig. 9A;

Fig. 9D1-9D3 Diagramme, die Bildsignale von Bildern des Kantenstreulichts zeigen;

Fig. 9E ein Graph, der eine Korrelationsfunktion des in Fig. 9D3 gezeigten Bildsignales zeigt;

Fig. 10A eine Querschnittsansicht von Ausrichtungsmar­ kierungen gemäß einem vierten Ausführungsbei­ spiel;

Fig. 10B ein Diagramm, das ein Bildsignal eines Bildes des Kantenstreulichtes zeigt;

Fig. 10C ein Graph, der eine Korrelationsfunktion des in Fig. 10B gezeigten Bildsignales zeigt;

Fig. 11A, 11C und 11E perspektivische Ansichten eines Kan­ tenmusters, das eine Wafermarkierung bildet;

Fig. 11B und 11D Diagramme, die Bilder durch Kantenstreu­ licht von den in den Fig. 11A und 11C gezeigten Kanten zeigen;

Fig. 12 ein Graph, der ein Signal eines Punktbildes bzw. einer Punktabbildung zeigt, das durch Streulicht von einer Spitze bzw. einem Schei­ telpunkt gebildet wird;

Fig. 13A bis 13C Draufsichten auf Wafer- und Maskenmar­ kierungen mit einer Spitze bzw. einem Scheitel­ punkt, von dem Beleuchtungslicht gestreut wird;

Fig. 14A eine Querschnittsansicht von Ausrichtungsmar­ kierungen gemäß einem fünften Ausführungsbei­ spiel;

Fig. 14B ein Diagramm, das ein Signal eines Bildes zeigt, das durch Kantenstreulicht gebildet wurde;

Fig. 15A eine Draufsicht auf eine Wafermarkierung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel;

Fig. 15B eine schematische Querschnittsansicht der in Fig. 15A gezeigten Wafermarkierung und eines optischen Beobachtungssystems, in dem die Wa­ fermarkierungen schräg beobachtet werden;

Fig. 15C ein Graph, der eine Abhängigkeit der detektier­ ten Position von Waferpositionen darstellt, wo­ bei die in Fig. 15A gezeigte Wafermarkierung durch das in Fig. 15B dargestellte Verfahren beobachtet wird, um die Positionen jeweiliger Kanten zu detektieren;

Fig. 16 eine Querschnittsansicht von Wafermarkierungen und einer Maskenmarkierung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel;

Fig. 17A bis 17C Draufsichten, die die Anordnung von op­ tischen Systemen relativ zu einem Belichtungs­ bereich darstellen.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbei­ spiele

Zuerst wird das Kantenstreulicht, das durch die Ausfüh­ rungsbeispiele der Erfindung beobachtet wird, unter Be­ zugnahme auf Fig. 1 beschrieben.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Positions­ ausrichtungswafermarkierung, die auf der Waferoberfläche 1 ausgebildet ist. Eine Projektion bzw. ein Vorsprung 2 mit einer rechteckigen Oberflächenform ist auf der Wafer­ oberfläche 1 ausgebildet. Es sei auf das Koordinatensy­ stem mit einer x-Achse und y-Achse parallel zu den jewei­ ligen Seiten des Rechteckes hingewiesen. Wenn Beleuch­ tungs- oder Illuminationslicht mit einer Einfallsebene senkrecht zu der y-Achse schräg auf die Waferoberfläche 1 gerichtet wird, wird Licht 3, das auf die Spiegelfläche des Vorsprungs 2, wie z. B. eine obere flache Oberfläche auftrifft, in regulärer Weise reflektiert, wohingegen Licht 4, das auf den Kantenteil auftrifft, gestreut wird. In dieser Beschreibung bezieht sich der Begriff reguläre Reflektion auf eine Reflektion, bei der, wenn parallele Lichtströme bzw. Strahlen angelegt werden, die reflek­ tierten Lichtströme auch parallel sind, und eine Reflek­ tion, bei der der Einfallswinkel gleich dem Reflektions­ winkel ist.

Wir nehmen nun an, daß die Waferoberfläche 1 mit einem optischen System mit einer Objektivlinse 5 beobachtet wird, dessen optische Achse koaxial mit der einfallenden optischen Achse (d. h. koaxial mit der optischen Achse des einfallenden Lichtes) ist. Licht, das regulär von der oberen flachen Oberfläche oder ähnlichem des Vorsprungs 2 reflektiert wird, fällt nicht auf die Objektivlinse 5 und ein Bild der Wafermarkierung wird nicht durch regulär re­ flektiertes Licht fokusiert. Im Gegensatz dazu wird von einer Kante gestreutes Licht in alle Richtungen abge­ strahlt und ein Teil der gestreuten Lichtstrahlen fällt auf die Objektivlinse. Daher kann dieses gestreute Licht in derselben Richtung wie die Einfallsrichtung des Be­ leuchtungslichtes beobachtet werden. Bei einem Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung wird die Position eines Wa­ fers detektiert durch die Beobachtung von Licht, das von einer Kante gestreut wird.

Fig. 2A ist eine schematische Querschnittsansicht einer Positionsdetektiervorrichtung, die durch die Ausführungs­ beispiele der Erfindung verwendet wird. Die Positionsde­ tektiervorrichtung ist aufgebaut durch eine Wa­ fer/Maskenhalteeinheit 10, ein optisches System 20, und einen Controller bzw. eine Steuerung 30.

Die Wafer/Maskenhalteeinheit 10 wird gebildet durch einen Waferhalter 15, einen Maskenhalter 16 und einen Antriebs­ mechanismus 17. Zur Positionsausrichtung wird ein Wafer 11 auf der Oberseite des Waferhalters 15 gehalten und ei­ ne Maske 12 wird auf der Unterseite des Maskenhalters 16 gehalten. Der Wafer 11 und die Maske 12 sind parallel an­ geordnet, und bilden einen konstanten bzw. gleichmäßigen Spalt zwischen der Belichtungsoberfläche des Wafers 11 und der Unterseite (Maskenoberfläche) der Maske 12. Posi­ tionsausrichtungswafermarkierungen 13 sind auf der Be­ lichtungsoberfläche des Wafers 11 ausgebildet, und eine Positionsausrichtungsmaskenmarkierung 14 ist auf der Mas­ kenoberfläche der Maske 12 ausgebildet. Die Wafermarkie­ rungen und die Maskenmarkierung werden nachfolgend kol­ lektiv als Ausrichtungsmarkierungen gezeichnet.

Die Wafermarkierungen 13 und die Maskenmarkierung 14 wei­ sen Kanten auf, die einfallendes Licht streuen. Wenn Lichtstrahlen auf diese Markierungen einfallen, wird das auf die Kante einfallende Licht gestreut und das auf die anderen Bereiche auftreffende bzw. einfallende Licht wird regulär reflektiert.

Der Antriebsmechanismus 17 kann eine Relativbewegung zwi­ schen dem Waferhalter 15 und dem Maskenhalter 16 erzeu­ gen. Nehmen wir eine X-Achse entlang der Links-Rechts­ richtung in Fig. 2A, eine Y-Achse entlang der Richtung senkrecht zu dem Zeichnungsblatt von der Vorderseite zu der Rückseite davon und eine Z-Achse entlang der Richtung senkrecht zu der Belichtungsoberfläche an, dann kann eine Relativbewegung zwischen dem Wafer 11 und der Maske 12 in den X-, Y- und Z-Richtungen und in der Drehrichtung (θ_z Richtung) um die Z-Achse realisiert werden. Eine Relativ­ bewegung kann auch in den Drehrichtungen (θ_x und θ_y Rich­ tungen) um die X- und Y-Achsen realisiert werden.

Das optische System 20 wird durch einen Bilddetektor 21, eine Linse 22, einen Halbspiegel 23, und eine Lichtquelle 24 gebildet.

Die optische Achse 25 des optischen Systems 20 ist schräg bezüglich der Belichtungsoberfläche eingestellt. Beleuch­ tungslicht, das von der Lichtquelle 24 abgegeben wird, wird durch den Halbspiegel 23 reflektiert, bewegt sich als Lichtströme oder Strahlen entlang der optischen Achse 25 und wird über die Linse 22 schräg auf die Belichtungs­ oberfläche gerichtet bzw. angelegt. Die Lichtquelle 24 ist in dem Brennpunkt auf der Bildseite der Linse 22 an­ geordnet, so daß das von der Lichtquelle 24 abgestrahlte Beleuchtungslicht durch die Linse 22 gesammelt wird, und in parallele Lichtströme bzw. Strahlen umgewandelt wird. Die Lichtquelle 24 ist in der Lage, die Intensität des Beleuchtungslichtes einzustellen.

Von dem Licht, das an den Kanten der Wafermarkierungen 13 und der Maskenmarkierung 14 gestreut wird, wird Licht, das in die Linse 22 einfällt durch die Linse 22 konver­ giert und auf die Lichtaufnahmeoberfläche des Bilddetek­ tors 21 fokusiert. Bei diesem optischen System 20 ist die Beleuchtung bzw. Illumination eine telezentrische Be­ leuchtung und die optischen Beleuchtungs- und Beobach­ tungsachsen sind dieselbe optische Achse.

Der Bilddetektor 21 wandelt die Bilder der Wafer und Mas­ kenmarkierungen, die auf die Lichtaufnahme bzw. Rezepti­ onsebene fokusiert sind fotoelektrisch in Bildsignale um. Die Bildsignale werden in die Steuerung 30 eingegeben.

Die Steuerung 30 verarbeitet die Bildsignale, die von dem Bilddetektor 21 geliefert wurden, zum Detektieren einer Relativposition der Wafermarkierungen 13 und der Masken­ markierung 14 in Richtung der Y-Achse. Die Steuerung 30 schickt Steuersignale an den Antriebsmechanismus 17, um die Wafermarkierungen 13 und die Wafermarkierung 14 so einzustellen, daß sie eine vorbestimmte Relativposition besitzen. Ansprechend auf dieses Steuersignal bewegt der Antriebsmechanismus 17 den Waferhalter 15 oder den Mas­ kenhalter 16.

Fig. 2B ist eine Draufsicht, die die Beziehung einer Re­ lativposition zwischen den Wafermarkierungen 13 und der Maskenmarkierung 14 zeigt. Drei rechteckige Muster mit jeweils vier Seiten parallel zu der X- oder Y-Achse sind in der X-Achsrichtung angeordnet, um eine Markierung zu bilden. Eine Markierung kann durch vier oder mehr recht­ eckige Muster gebildet sein, wie nachfolgend beschrieben wird. Die Maskenmarkierung 14 ist zwischen einem Paar von Wafermarkierungen 13 angeordnet.

Die Wafermarkierungen 13 und die Maskenmarkierung 14 wei­ sen den in Fig. 2A gezeigten Querschnitt auf, der entlang einer Strichpunktlinie A2-A2 in Fig. 2B genommen wurde. Beleuchtungslicht des auf die Wafermarkierungen 13 und die Maskenmarkierung 14 auftrifft bzw. auf diese ein­ fällt, wird an den Kanten der rechteckigen Muster gemäß Fig. 2B gestreut, die zu der optischen Achse weisen. Licht, das zu anderen Bereichen, d. h. nicht auf die Kan­ ten auftrifft, wird regulär reflektiert und geht nicht in die Linse 22. Daher kann der Bilddetektor 21 nur das Licht detektieren, das durch die Kanten gestreut wurde und in die Linse 22 eingetreten ist.

Als nächstes wird die Natur eines Bildes beschrieben, das durch das Kantenstreulicht gebildet wird.

Die Lichtintensitätsverteilung I eines Bildes, das durch inkohärentes monochromes Licht gebildet wird, ist wie folgt:

I(x, y) = ∫∫O(x-x′, y-y′)PSF(x′, y′)dx′dy′ . . . (1)

wobei O(x, y) eine Intensitätsverteilung von Licht dar­ stellt, das von der Oberfläche eines Beobachtungsgegen­ standes reflektiert wird, wobei PSF(x, y) eine Punktver­ teilungsfunktion der Linse darstellt und wobei die Inte­ gration für die gesamte Oberfläche des Beobachtungsgegen­ standes durchgeführt wird.

Jede Kante des in Fig. 2B gezeigten rechteckigen Musters kann als eine Serie von feinen Punkten angesehen werden, die parallel mit der Y-Achse angeordnet sind, und von de­ nen Licht reflektiert wird. Es wird angenommen, daß die Intensitätsverteilung des reflektierten Lichts für jeden feinen Punkt eine Dirack Delta-Funktion δ ist. Die Inten­ sitätsverteilung des von einem feinen Punkt gestreuten Lichtes kann in der Praxis zu der Delta-Funktion angepaßt bzw. geschätzt werden. Nehmen wir an, daß sich die Kanten in die Y-Achsrichtung erstrecken und zwar innerhalb des Bereichs, der den Isoplanatismus der Linse erfüllt, dann gilt O(x, y) = δ(x). Die Gleichung (1) kann in die fol­ gende Gleichung transformiert werden:

I(x) = ∫∫δ(x-x′ )PSF(x′, y′)dx′dy′ = ∫PSF(x, y′)dy′ . . . (2)

wobei I(x) eine Linienverteilungsfunktion der Linse ist, die wie folgt ausgedrückt werden kann:

I(x) = LSF(x) . . . (3)

wobei LSF(x) eine Linienverteilungsfunktion der Linse darstellt.

Wenn das Beleuchtungslicht ein kontinuierliches Spektrum aufweist, dann ist I(x) durch die folgende Gleichung ge­ geben:

I(x) = ∫LSFλ(x-Δxλ)dλ . . . (4)

wobei λ eine Wellenlänge des Lichtes darstellt, LSFλ eine Linienverteilungsfunktion bei der Wellenlänge λ dar­ stellt, Δxλ eine laterale Versetzungs- bzw. Verschie­ bungsgröße eines Linienbildes darstellt, die bewirkt wird durch die chromatische Aberration der Linse bei der Wel­ lenlänge λ, und wobei die Integration für den gesamten Wellenlängenbereich durchgeführt wird.

Aus der Gleichung (4) ist zu erkennen, daß das von einer Kante gestreute Beobachtungslicht gleich zur Beobachtung der Linienverteilungsfunktion der Linse ist. Daher kann ein stabiles Bild erhalten werden durch Beobachtung oder Observation von Licht, das von einer Kante gestreut wird, ohne durch die Ebenen-Intensitätsverteilung von Licht, das von dem Beobachtungsgegenstand reflektiert wird, be­ einflußt zu werden.

Die linke Seite in Fig. 2C zeigt die Bilder fokusiert auf der Lichtrezeptions- bzw. Aufnahmeebene des Bilddetektors 21 gemäß Fig. 2A. Nimmt man die Schnittrichtung der Ein­ fallsebene, die die optische Beobachtungsachse umfaßt, mit der Lichtaufnahmeebene als die x-Achse und die Rich­ tung senkrecht zu der x-Achse in der Lichtaufnahmeebene als die y-Achse, dann nimmt das Bild einer Kante eine ge­ rade Linienform an, die parallel zu der y-Achse verläuft. Daher weist das Bild jeder Markierung drei gerade Linien­ formen auf, die parallel zu der y-Achse sind und in der x-Achsrichtung angeordnet sind.

Zwischen einem Paar von Bildern 13A, die durch Licht ge­ bildet werden, das an den Kanten der Wafermarkierungen 13 gestreut wurde, befindet sich ein Bild 14A, das durch Licht gebildet wurde, das an den Kanten der Maskenmarkie­ rung 14 gestreut wurde. Da die optische Beobachtungsachse schräg zu der Belichtungsebene ist, werden die Wafermar­ kierungsbilder 13A und das Maskenmarkierungsbild 14A an unterschiedlichen Positionen entlang der x-Achsrichtung detektiert. Die rechte Seite in Fig. 2C zeigt eine Inten­ sitätsverteilung von Wafermarkierungen 13A und einer Mas­ kenmarkierung 14A entlang der y-Achsrichtung. Der Abstand zwischen der Mitte eines der Wafermarkierungsbilder 13A und der Mitte des Maskenmarkierungsbildes 14A in der y-Achsrichtung wird durch y1 und der Abstand zwischen der Mitte dem anderen der Wafermarkierungsbilder 13A und der Mitte des Maskenmarkierungsbildes 14A in die y-Achsrich­ tung wird durch y2 dargestellt. Durch die Messung der Ab­ stände y1 und y2 ist die Beziehung einer Relativposition in der y-Achse zwischen den Wafermarkierungen 13 und der Maskenmarkierung 14 bekannt.

Wenn z. B. die Maskenmarkierung nicht zwischen einem Paar von Wafermarkierungen in der y-Achsrichtung zentriert ist, wird entweder der Wafer oder die Maske relativ zu dem anderen bewegt, um y1 gleich y2 zu machen. Auf diese Art und Weise kann eine Positionsausrichtung in der Y-Achse wie in Fig. 2B dargestellt ist, erreicht werden. Durch Präparieren von drei Sätzen von Positionsausrich­ tungsmarkierungen und durch das in den Fig. 2A und 2B ge­ zeigte optische System kann eine Positionsausrichtung in den X und Y-Achsrichtungen und in der Θ-Richtung erreicht werden. In Fig. 2A sind die optischen Achsen des Beleuch­ tungs- und des Beobachtungslichtes koaxial. Die koaxiale Anordnung ist nicht unbedingt notwendig, wobei andere An­ ordnungen möglich sind, solange reguläres Reflektions­ licht nicht in die Objektivlinse des optischen Beobach­ tungssystems eintritt, und nur gestreutes Licht in die Objektivlinse eintritt.

Als nächstes wird ein Meßverfahren eines Spaltes zwischen der Belichtungsebene und der Maskenebene beschrieben. Ein Gegenstands- oder Objektpunkt der auf der Lichtaufnahmee­ bene des Bilddetektors 21 fokusiert ist, befindet sich auf der Ebene senkrecht zu der optischen Achse in dem Objekt- oder Objektivraum des optischen Systems 20. Diese Ebene wird nachfolgend als "Objektoberfläche" bezeichnet.

Von den Kanten der Wafer- und Maskenmarkierungen wird die Kante an der Objektoberfläche auf der Lichtaufnahmeebene fokusiert. Die Kante, die nicht auf der Objektoberfläche ist, wird jedoch weniger fokusiert, wenn sie sich von der Objektoberfläche wegbewegt. Daher wird von den Kanten je­ der Markierung das Bild auf der Objektoberfläche das deutlichste und die Bilder werden in der Position, die in x-Achsrichtung weiter weg ist, weniger fokusiert. In die­ sem Fall ist das Bild der Kante auf der Objektoberfläche nicht ein schräg fokusiertes Bild, sondern ein vertikal fokusiertes Bild.

In Fig. 2C entspricht ein Abstand x1 einem Abstand in der x-Achsrichtung zwischen dem Wafermarkierungsbild 13A auf der Objektoberfläche und dem Maskenmarkierungsbild 14A auf der Objektoberfläche. Dieser Abstand x1 ist im allge­ meinen gleich dem Abstand zwischen den Punkten, die er­ halten werden durch vertikales Projizieren der Bilder auf der Bildoberfläche, die der Wafermarkierung und der Mas­ kenmarkierung auf der Objektoberfläche entsprechen, und zwar auf die Einfallsebene.

Fig. 2D ist eine Querschnittsansicht, die die Einfalls­ ebenen der Waferoberfläche 11 und der Maskenoberfläche 12 in der Nähe der Objektoberfläche zeigen. Ein Punkt Q₂ be­ findet sich auf einer Linie, die die Waferoberfläche 11 mit der Objektoberfläche schneidet und ein Punkt Q₁ be­ findet sich auf einer Linie, die die Maskenoberfläche 12 mit der Objektoberfläche schneidet. Das Liniensegment Q₁- Q₂ ist gleich x1/N, wobei N eine Fokusiervergrößerung ist.

Wenn wir die Länge des Liniensegmentes Q₁-Q₂ durch L(Q₁Q₂) darstellen, dann wird der Spalt 6 zwischen der Waferoberfläche 11 und der Maskenoberfläche 12 durch die folgende Gleichung gegeben:

δ= L(Q₁Q₂) x sin(α) . . . (5)

wobei α einen Winkel zwischen der senkrechten Richtung bezüglich der Waferoberfläche 11 und der optischen Achse 25 darstellt. Daher ist der Spalt δ bekannt durch Erhal­ ten der Länge des Liniensegmentes Q₁-Q₂, und zwar aus dem gemessenen Abstand X1 in Fig. 2C. Um den Spalt 6 genau zu kennen, wird es bevorzugt, den Abstand x1 genau zu mes­ sen. Daher ist die Tiefenschärfe der Linse vorzugsweise flach.

Ein enger Spalt zwischen der Waferoberfläche 11 und der Maskenoberfläche 12 kann auf einen gewünschten Wert ein­ gestellt werden durch Steuern des Antriebsmechanismus 17 in der Z-Achse, damit der gemessene Wert x1 einen Ziel­ wert des Abstandes x1 einnimmt, der durch die Steuerung 30 eingestellt wurde.

Als nächstes wird ein erstes Ausführungsbeispiel be­ schrieben, bei dem Licht, das von einer Wafermarkierung gestreut wurde, beobachtet wird.

Fig. 3A ist eine Draufsicht auf eine Wafermarkierung, die in dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet wird. Eine Wafermarkierung wird durch drei rechteckige Muster, die parallel zueinander angeordnet sind, gebildet. Die Breite des rechteckigen Musters ist 6 µm und die Länge davon ist gleich 100 µm. Jedes rechteckige Muster wird gebildet aus einer Stufe, die auf der Oberfläche eines Wafers ausge­ bildet ist und besitzt Kanten, von denen einfallendes Licht gestreut wird. Im folgenden werden solche rechtec­ kigen Muster mit Kanten, die einfallendes Licht streuen, Kantenmuster genannt.

Die Fig. 3B und 3C sind Querschnittsansichten entlang der Strichpunktlinie B3-B3 in Fig. 3A. In dem Fall des in Fig. 3B gezeigten Wafers ist ein Resist-Muster 41 (Microposit 2400 hergestellt von Shipley Co.) auf der Oberfläche eines Siliziumsubstrats 40 ausgebildet. Die Höhe H1 des Resist-Musters 41 beträgt 1,2 µm und die Breite W davon beträgt 6 µm.

Die Abstände zwischen der Mittellinie des mittleren Kan­ tenmusters und den Mittellinien der Kantenmuster auf bei­ den Seiten des mittleren Kantenmusters werden durch y3 und y4 dargestellt. Es wurden 10 Arten von Wafermarkie­ rungen mit y3 bis y4 auf 0 nm, 20 nm, 40 nm, 60 nm, . . . , 180 nm Abstand auf dem verwendeten Wafer gebildet. Der Wert y3-y4 wird nachfolgend als eine Verschiebungsgröße des mittleren Kantenmusters bezeichnet. Jede Markierung besitzt einen Wert y3+y4 von 26 µm.

In dem Fall des in Fig. 3C gezeigten Wafers sind Silizi­ umvorsprünge 44 auf einem Siliziumsubstrat 40 ausgebil­ det. Die Höhe H2 des Vorsprungs 44 beträgt 0,5 µm. Zum Abdecken der Oberfläche des Siliziumsubstrats 40 sind ein Phosphorsilikatglasfilm 42 (PSG)-Film mit einer Dicke von 0,7 µm und ein Resist-Film 43 mit einer Dicke von 1,45 µm in dieser Reihenfolge aufgetragen. Die Breite und die In­ tervalle der Vorsprünge 44 sind dieselben wie bei dem in Fig. 3B gezeigten Resist-Mustern 41.

Fig. 4A zeigt Bilder von Wafermarkierungen, die durch die in Fig. 3B gezeigten Resist-Muster gebildet wurden, wobei das Bild schräg beobachtet wurde, wie in Fig. 2A darge­ stellt ist. Ein für die Beobachtung verwendetes Mikroskop weist eine Objektivlinse mit einer numerischen Apertur oder Blende NA von 0,4 und einer Detektiervergrößerung von 100 auf. Ein optisches System (optisches System mit koaxialer Beobachtung/Beleuchtung), bei dem die optische Beobachtungsachse koaxial mit der optischen Beleuchtungs­ achse ist, wurde für die Beobachtung verwendet, wobei die Einfallsebene der optischen Beleuchtungsachse parallel zu der Längsrichtung (X-Richtung) jedes in Fig. 3A gezeigten Kantenmusters war, und wobei der Winkel zwischen der Ein­ fallsebene und der senkrechten zu der Waferoberfläche 30° betrug. Bei dem in Fig. 4A gezeigten Beispiel werden die Bilder von drei Wafermarkierungen beobachtet. Jede Wafer­ markierung weist drei nebeneinander liegende Linienbilder auf, die den Bildern entsprechen, die gebildet werden durch Licht, das von den kürzeren Seiten der in Fig. 3A gezeigten Kantenmuster gestreut wurde.

Bilder unterhalb der drei benachbarten Linienbilder (entsprechend der Linienverteilungsfunkion der Linse) werden gebildet durch Kantenstreulicht von Seriennummer­ markierungen, die unter den Wafermarkierungen ausgebildet sind. Der Einfluß dieser Seriennummernmarkierungsbilder kann abgeschwächt werden, wenn der Bilddetektor lateral beziehungsweise seitlich scant, wie in Fig. 4A zu sehen ist, und die Bildsignale nur von den Scanlinien detek­ tiert, die über die drei nebeneinander liegenden Linien­ bilder fährt.

Fig. 4B zeigt Bilder der Wafermarkierungen, der in Fig. 3B gezeigten Resist-Muster, wie sie durch ein herkömmli­ ches Mikroskop entlang der senkrechten Richtung zu der Belichtungsebene beobachtet wurden. In Fig. 4B sind Bil­ der für die drei Wafermarkierungen gezeigt. Das in Fig. 4A beobachtete Kantenstreulicht wird an den kürzeren Sei­ tenkanten jeder in Fig. 4B gezeigten Wafermarkierung er­ zeugt. Die numerische Markierung unterhalb jeder Markie­ rung ist eine Seriennummer der Wafermarkierung.

Fig. 5 zeigt ein Bildsignal der Linienbilder, die durch gestreutes Licht von den Kanten der in Fig. 4A gezeigten mittleren Wafermarkierung gebildet wurden. Die Abzisse stellt eine Position auf der Waferoberfläche entlang der Y-Richtung in Fig. 3A dar, und die Ordinate stellt eine Lichtintensität dar. Drei scharfe rechteckige Signale (Spitzen) treten in Übereinstimmung mit den drei Linien­ bildern auf. Auf diese Art und Weise kann ein Bildsignal, das die rechteckigen Signale (Spitzen) darstellt, die der Kante entsprechen, erhalten werden durch Detektierung des Kantenstreulichtes.

In den Fig. 4A, 4B und 5 sind die Bilder und das Bildsi­ gnal gezeigt, das durch die Beobachtung der in Fig. 3B gezeigten Wafermarkierungen der Resist-Muster erhalten wurden. In gleicher Weise wurden auch in dem Fall der Wa­ fermarkierungen mit der in Fig. 3C gezeigten Lami­ natstruktur scharfe Bilder und ein scharfes Bildsignal mit einem hohen S/N-Verhältnis erhalten.

Die Fig. 6A und 6B zeigen die Meßergebnisse der Verschie­ bungsgrößen y3-y4 der mittleren Kantenmuster, die erhal­ ten wurde durch Bildsignalverarbeitung. Fig. 6A verwendet die in Fig. 3B gezeigten Wafermarkierungen des Resist-Mu­ sters und Fig. 6B verwendet die in Fig. 3C gezeigten Wa­ fermarkierungen der Laminatstruktur. Die Abzisse stellt eine Seriennummer der Wafermarkierung dar. Die Verschie­ bungsgröße y3-y4 der Wafermarkierung mit der Seriennummer n ist n×20 nm. Die Ordinate stellt die Verschiebungs­ größe y3-y4 in der Einheit nm dar, wie sie durch Experi­ mente erhalten wurde.

In den Fig. 6A und 6B stellt ein Symbol ⬩ eine Verschie­ bungsgröße dar, die durch vertikale Detektierung mit koa­ xialer Beobachtung/Beleuchtung erhalten wurde und ein Symbol ⬩ stellt eine Verschiebungsgröße dar, die durch schräge Detektierung mit Kantenstreulicht erhalten wurde. Die Verschiebungsgröße, die durch Kantenstreulicht beob­ achtet wurde, wurde durch gleiche Musteranpassung berech­ net (japanische Offenlegungsschrift Nr. 2-91502 von der 14. Zeile in der unteren linken Spalte auf Seite 4 zu der dritten Zeile in der oberen linken Spalte auf Seite 7).

Ein Verfahren zum Messen einer Verschiebungsgröße durch gleiche Musteranpassung wird nachfolgend kurz beschrie­ ben. Zuerst wird ein Differentialbildsignal, das den Kon­ trast des in Fig. 5 gezeigten Bildsignales heraushebt bzw. verstärkt erhalten. Die Differentialwellenform des mittleren rechteckigen Signals (Spitze) wird nach links bewegt, um es über die Differentialwellenform des linken rechteckigen Signals (Spitze) zu überlagern und die Ver­ schiebungsgröße mit einem maximalen Korrelationswert wird auf den Abstand y3 eingestellt. In gleicher Weise wird die Differentialwellenform des mittleren rechteckigen Si­ gnals (Spitze) nach rechts bewegt, um es über die Diffe­ rentialwellenform des rechten rechteckigen Signals (Spitze) zu überlagern und die Verschiebungsgröße mit ei­ nem maximalen Korrelationswert wird auf den Abstand y4 eingestellt. Aus den erhaltenen Abständen y3 und y4 wird die Verschiebungsgröße y3-y4 berechnet.

Um die Abstände y3 und y4 noch genauer zu messen und den Korrelationswert zu erhöhen, wird es bevorzugt, daß die Wellenform jedes rechteckigen Signals (Spitze) analog ge­ macht wird.

Wie in Fig. 6A gezeigt ist, sind bei dem Fall der Wafer­ markierungen der Resist-Muster, die durch Detektieren des Kantenstreulichtes erhaltenen Verschiebungsgrößen y3-y4 im allgemeinen gleich zu denen, die durch vertikale De­ tektierung erhalten wurden, und zwar für die Wafermarkie­ rungen aller Seriennummern 0 bis 9.

Wie in Fig. 6B gezeigt ist, sind in dem Fall der Wafer­ markierungen der Siliziumvorsprünge die Verschiebungsgrö­ ßen y3-y4, die durch Detektierung des Kantenstreulichtes erhalten wurden etwas größer als die, die durch vertikale Detektierung erhalten wurden, und zwar für die Wafermar­ kierungen aller Seriennummern 0 bis 9. Eine Erhöhung der beobachteten Verschiebungsgröße betrug ungefähr 13 nm. Wie später bei nachfolgenden Ausführungsbeispielen be­ schrieben wird, kann diese Erhöhung klein gemacht werden durch Ausbilden einer Wafermarkierung mit einer Vielzahl von Kantenmustern, oder durch andere Maßnahmen.

Als nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel be­ schrieben, bei dem Licht beobachtet wird, das von Wafer- und Maskenmarkierungen mit Ausrichtungspräzisionsauswer­ tungs-Vernier-Mustern gestreut wird.

Fig. 7A ist eine Draufsicht auf eine zu beobachtende Wa­ fermarkierung und eine Maskenmarkierung. Rechteckige Mu­ ster, die gemäß Fig. 7A seitlich lang sind, sind in der vertikalen Richtung angeordnet und zwar mit einem Abstand von 4 µm.

Beobachtungen wurden durchgeführt für Wafer mit Wafermar­ kierungen aus Resist-Polysilizium oder Aluminium, wie sie in Fig. 7A gezeigt sind, und für Masken mit einer Masken­ markierung wie in Fig. 7A gezeigt ist. Die Fig. 7B bis 7E sind Teilquerschnittsansichten des Wafers und der Maske, und zwar entlang einer Strichpunktlinie B7-B7 in Fig. 7A.

Fig. 7B zeigt einen Wafer mit Wafermarkierungen aus Resi­ st. Auf der Oberfläche eines Siliziumsubstrats 40 sind Resistmuster 41 ausgebildet. Die Höhe der Resist-Nuster beträgt 1,8 µm.

Fig. 7C zeigt einen Wafer mit Wafermarkierungen aus Poly­ silizium. Ein SiO₂ Film 51 wird auf der Oberfläche eines Siliziumsubstrats 50 ausgebildet. Es wird eine Wafermar­ kierung 52 aus Polysilizium auf der Oberfläche des SiO₂ Films 51 ausgebildet. Ein die Oberfläche des SiO₂ Films 51 und der Wafermarkierung 52 abdeckender Resist-Film 53 wird aufgebracht. Die Dicke des SiO₂ Films 51 beträgt 102,6 nm, die Dicke der Wafermarkierung beträgt 198,6 nm und die Dicke des Resist-Films 53 beträgt 1,8 µm. Nehmen wir an, daß dieses Substrat durch MOSFET Herstellungsver­ fahren ausgebildet wird, dann entspricht der SiO₂ Film 51 dem gate-Isolierfilm, und die Polysiliziumwafermarkierung 52 entspricht der gate-Elektrode.

Fig. 7D zeigt einen Wafer mit Wafermarkierungen, die aus Aluminium hergestellt sind. Ein SiO₂- Film 61 wird auf der Oberfläche eines Siliziumsubstrates 60 ausgebildet. Eine Wafermarkierung 62 aus Aluminium wird auf der Ober­ fläche des SiO₂ Films 61 ausgebildet. Die Oberfläche des SiO₂ Films 61 und der Wafermarkierung 62 ist mit einem darüber angebrachten Resist-Film 63 abgedeckt. Die Dicke der Wafermarkierung beträgt 523 nm und die Dicke des Re­ sist-Films 63 beträgt 1,8 µm. Auf der Oberfläche der Wa­ fermarkierung 62 ist ein dünner Siliziumfilm ausgebildet, und zwar als ein Antireflektionsfilm.

Fig. 7E zeigt eine Maske mit einer Maskenmarkierung. Eine Maskenmarkierung 71 ist auf der Bodenseite eines Röntgen­ strahlübertragungsfilmes (Membran 70) ausgebildet, der aus SiN ausgebildet ist, wobei die Maskenmarkierung aus Tantal ausgebildet ist, das als ein Röntgenstrahlabsorp­ tionsglied dient. Die Dicke des Röntgenstrahlübertra­ gungsfilmes 70 beträgt zwei µm und die Höhe der Masken­ markierung 71 beträgt 0,75 µm.

Kantenstreulicht von den in Fig. 7B bis 7E gezeigten Pro­ ben wurden entlang der Richtung (die Richtung, die durch den Pfeil 42 in Fig. 7B angezeigt ist) mit einem Winkel nach unten um 30° bezüglich der normalen bzw. senkrechten Richtung der Waferoberfläche (Zeichnungsoberfläche) gemäß Fig. 7A beobachtet. Streulicht von den Wafermarkierungen in den Fig. 7B bis 7D wurde durch die Membran der Rönt­ genstrahlmaske detektiert. Ein Metallmikroskop, das für die Beobachtung verwendet wurde, weist eine Objektivlinse mit einer numerischen Apertur oder Blende NA von 0,4 und einer Detektiervergrößerung von 100 auf. Das Beleuch­ tungslicht ist weißes Licht, das von einer Halogenlampe abgestrahlt wird und die Beleuchtung erfolgt koaxial Be­ obachtung/Beleuchtung mit telezentrischer Beleuchtung.

Fig. 7F ist ein Diagramm, das von einer Fotografie von fokusiertem Licht, das von den Kanten des Wafers gestreut wurde (Fig. 7C) gezeichnet wurde, wobei die Wafermarkie­ rungen aus Polysilizium hergestellt waren. In ungefähr dem unteren Bereich des oberen Drittels des in Fig. 7F gezeigten Bildes sind zwei Bilder des Kantenstreulichtes in der Ebene der Objektoberfläche deutlich fokusiert. Die Bilder von Licht, die von den oberen und unteren Kanten gestreut wurden, sind unscharf, da die Kanten von der Ob­ jektoberfläche beabstandet sind. Wie zuvor kann das Licht, das von der Kante in der Ebene der Objektoberflä­ che gestreut wurde, deutlich fokusiert werden, was equi­ valent zu vertikaler Detektion ist, und Bildverzerrungen werden bei der schrägen Detektierung nicht erzeugt. Da weißes Licht .als das Beleuchtungslicht verwendet wird, wird eine Lichtinterferenz zwischen der Maske und dem Wa­ fer nicht beobachtet. Deutliche Bilder wurden von den in den Fig. 7B, 7D und 7E gezeigten Masken oder Wafern detek­ tiert, und zwar ähnlich zu dem in Fig. 7C gezeigten Wa­ fer.

Fig. 7G zeigt Bilder, die durch eine Fernsehkamera aufge­ nommen wurden, und zwar mit einer optischen Vergrößerung von 100 und einer elektrischen Vergrößerung von 9,3. Die horizontale Scanrichtung liegt in seitlicher Richtung (Y-Richtung) in Fig. 7A. Der Abstand zwischen den Scanlinien beträgt 15 µm, und zwar zum Abstand auf der Objektober­ fläche umgewandelt. Das heißt, der Abstand zwischen den Scanlinien beträgt nur in dem geraden Feld 30 nm. Wie in Fig. 7G gezeigt ist, sind die Bilder im Mittelbereich deutlich fokusiert und die oberen und unteren Bilder un­ scharf. Deutliche Bilder wurden auch für andere Proben detektiert, und zwar ähnlich zu den in Fig. 7C gezeigten Wafern.

Fig. 8A bis 8F zeigen Signalwellenformen, die Scanlinien entsprechen, die der Aufnahme eines deutlichen oberen dritten Bildes entsprechen. Fig. 8A bis 8F sind Signal­ wellenformen, die den 120zigsten bis 124zigsten Scanli­ nien in dem geraden Feld entsprechen. Die Abzisse stellt die seitliche Richtung (Y-Richtung) in Fig. 7A dar und die Ordinate stellt die Lichtintensität dar.

Wie in Fig. 8B bis 8E gezeigt ist, treten rechteckige Si­ gnale (Spitzen) in dem Mittelbereich der vier Scanlinien von der 121zigsten bis zur 124zigsten auf. Diese Signale (Spitzen) entsprechen dem Bild, das durch Kantenstreu­ licht gebildet wurde.

Abzüglich der rechteckigen Signale (Spitzen) auf beiden Seiten entspricht das mittlere rechteckige Signal (Spitze) horizontalen Syne-Signalen des Videosignals.

Die Signalwellenformen ähnlich wie die des dritten Bildes wurden auch von den oberen in Fig. 7G gezeigten vierten und fünften Bildern erhalten. Rechteckige Signale (Spitzen) bei den fünf Scanlinien wurden für das vierte Bild detektiert und rechteckige Spitzen wurden bei den vier Scanlinien für das fünfte Bild detektiert. Für die in Fig. 7G gezeigten drei deutlichen Bilder wurden somit deutliche rechteckige Signale detektiert, und zwar durch insgesamt 13 Scanlinien.

Wenn Scanlinien in dem ungeraden Feld in Betracht gezogen werden, werden deutliche rechteckige Wellenformen durch insgesamt 26 Scanlinien detektiert. Der Abstand der Scan­ linien beträgt 15 µm und die optische Vergrößerung be­ trägt 100. Daher bedeutet das Detektieren der rechtecki­ gen Signal-(spitzen) Wellenform bei jeder Scanlinie das Detektieren einer Markierung, die in dem Bereich 26 [Li­ nien]×15 [µm/Linie]/100 = 3,9 [µm] auf der Objektober­ fläche entlang der X-Richtung in Fig. 7A angeordnet ist. Dieser Größenbereich ist im allgemeinen derselbe wie der detektierbare Bereich bei dem herkömmlichen chromatischen Bifokusverfahren. Um den detektierbaren Bereich zu ver­ größern, wird der Abstand entlang der X-Richtung zwischen rechteckigen Mustern verkleinert wie in Fig. 7A darge­ stellt ist.

Wenn eine Signalwellenform mit einem deutlichen rechtec­ kigen Signal (Spitze) beobachtet wird, kann die Position durch ähnliche Musteranpassungstechniken detektiert wer­ den.

Bei dem obigen Verfahren wird eine Position unter Verwen­ dung von gestreutem Licht und nur einem Satz von Kanten der Wafer- und Maskenmarkierungen detektiert. Wenn sich die scharfe Kante jeder Markierung infolge Variationen eines Maskenformvorgangs oder eines Waferherstellungsvor­ gangs verändert, wird die Positionsdetektierpräzision verringert. Als nächstes wird ein drittes Ausführungsbei­ spiel beschrieben, bei dem die Anzahl von Kantenmustern erhöht wird, um zu verhindern, daß die Positionsdetek­ tierpräzision verringert wird.

Fig. 9A ist eine Draufsicht auf Ausrichtungsmarkierungen eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Wir nehmen das Koordinatensystem an, mit der Waferoberfläche als eine X-Y-Ebene und die senkrechte Richtung dazu als Z-Achse. Ein Paar von Wafermarkierungen 52A und 52B ist entlang der Y-Achsrichtung angeordnet und eine Maskenmar­ kierung 62 ist zwischen den Wafermarkierungen 52A und 52B angeordnet. Andere folgende Ausführungsbeispiele werden mit demselben Koordinatensystem beschrieben.

Jede der Wafermarkierungen 52A und 52B besitzt die Struk­ tur des Maskenmusters wie es in Fig. 7A gezeigt ist, und zwar mit drei Spalten, die in Y-Achsrichtung angeordnet sind. Das heißt rechteckige Muster (Kantenmuster) 51 mit Kanten zum Streuen von einfallendem Licht sind in einer Matrixform entlang der X- und Y-Achsen angeordnet. In Fig. 9A sind drei Kantenmuster 51 entlang der Y-Achse an­ geordnet und fünf Kantenmuster 51 sind entlang der X-Achse angeordnet. In gleicher Weise ist die Maskenmarkie­ rung 62 gebildet durch Kantenmuster 61, die in einer Ma­ trixform angeordnet sind. Fig. 9B ist eine Querschnitts­ ansicht einer Strichpunktlinie B9-B9 in Fig. 9A. Kanten­ muster 51 sind auf der Oberfläche eines Wafers 50 ausge­ bildet. Kantenmuster 61 sind auf der Bodenseite einer Maske 60 ausgebildet.

Fig. 9C ist eine Querschnittsansicht entlang einer Strichpunktlinie C9-C9 in Fig. 9A. Bei jeder Ausrich­ tungsmarkierung sind Kantenmuster 51 oder 61 mit einer Länge W in der Y-Achsrichtung entlang der Y-Achse ange­ ordnet, und zwar mit einem Abstand P. Der Abstand zwi­ schen den Mitten der Wafermarkierung 52A und der Masken­ markierung 62 wird durch y5 dargestellt und der Abstand zwischen den Mitten der Wafermarkierung 52B und der Mas­ kenmarkierung 62 wird durch y6 dargestellt.

Fig. 9D1 zeigt ein Bildsignal, das durch Beobachtung von Kantenstreulicht von den Wafermarkierungen 52A und 52B, die in den Fig. 9A bis 9C gezeigt sind, beobachtet wur­ den, und zwar entlang der schrägen optischen Achse, die die X-Z Ebene enthält. Fig. 9D2 zeigt ein Bildsignal, das erhalten wurde durch Beobachtung von Kantenstreulicht von der Maskenmarkierung 62 mit demselben optischen System. Fig. 9D3 zeigt ein zusammengesetztes Bildsignal, das aus den zwei in den Fig. 9D1 und 9D2 gezeigten Bildsignalen zusammengesetzt ist. Abzisse stellt eine Position entlang der Y-Achsrichtung dar und die Ordinate stellt eine Si­ gnalintensität dar. Bei jeder Ausrichtungsmarkierung sind drei Kantenmuster, die in der Y-Achsrichtung angeordnet sind auf der flachen Ebene senkrecht zu der schrägen op­ tischen Achse. Daher können die drei Kantenmuster, die in der Y-Achsrichtung angeordnet sind, auf der Objektober­ fläche des optischen Beobachtungssystems ausgerichtet werden, und Kantenstreulicht von jedem Kantenmuster kann ein deutliches Bild bilden. Drei rechteckige Signale (Spitzen) erscheinen bei jeder der Positionen, die den Wafermarkierungen 52A und 52B und der Maskenmarkierung 62 entsprechen. Die Breite des rechteckigen Signals (Spitze) ist gleich der Länge W des Kantenmusters in der Y-Rich­ tung und der Abstand zwischen den rechteckigen Signalen (Spitzen) ist gleich dem Abstand P zwischen den Kantenmu­ stern, die in der Y-Achsrichtung angeordnet sind.

Fig. 9E zeigt Korrelationswerte zwischen den Differen­ tialwellenformen der Wafermarkierung 52A und der Masken­ markierung 62, die erhalten wurden von einem Differen­ tialbildsignal des in Fig. 9D3 gezeigten Bildsignals. Die Abzisse stellt eine Verschiebungsgröße Δy in der y-Achs­ richtung dar und die Ordinate stellt einen Korrelations­ wert dar. In Fig. 9D3 wird die Differentialwellenform der Wafermarkierung 52A parallel bewegt, und zwar in die po­ sitive y-Achsrichtung. Wenn das rechte rechteckige Signal (Spitze) der Wafermarkierung 52A auf dem linken rechtec­ kigen Signal (Spitze) der Maskenmarkierung 62 überlagert wird, wird der Korrelationswert groß und eine Spitze a1, die in Fig. 9E gezeigt ist, tritt auf.

Wenn die Differentialwellenform ferner in die positive y-Achsrichtung bewegt wird, und zwar um den Abstand P, dann sind die rechten und mittleren zwei rechteckigen Signale (Spitzen) der Wafermarkierung 52A überlagert, und zwar jeweils über den mittleren und linken zwei rechteckigen Signalen (Spitzen) der Maskenmarkierung 62. Da die zwei Paare von rechteckigen Signalen (Spitzen) überlagert sind, wird der Korrelationswert größer als wenn ein Paar von rechteckigen Signalen (Spitzen) überlagert ist, und ein rechteckiges Signal (Spitze) a2, das höher ist als das rechteckige Signal (Spitze) a1, tritt auf.

Wenn die Differentialwellenform weiter in die positive y-Achsrichtung bewegt wird, und zwar um den Abstand P, dann sind drei rechteckige Signale (Spitzen) der Wafermarkie­ rung 52A überlagert, und zwar jeweils auf den drei recht­ eckigen Signalen (Spitzen) der Maskenmarkierung 62. Der Korrelationswert nimmt einen Maximum an und die höchste Spitze a3 tritt auf. Wenn die Wellenform weiter bewegt wird, dann treten Spitzen mit im allgemeinen denselben Höhen wie den Spitzen a2 und a1 sequentiell auf. Die Ver­ schiebungsgröße Δy, die die höchste Spitze a3 erzeugt, entspricht dem Mittenabstand y5 zwischen den Wafer- und Maskenmarkierungen 52A und 62. Der Mittenabstand y6 zwi­ schen den Wafer- und Maskenmarkierungen 52B und 62 kann in gleicher Weise erhalten werden.

Wie oben bemerkt, erlauben drei Kantenmuster, die in der Y-Achsrichtung angeordnet sind, daß zur selben Zeit Kan­ tenstreulicht von drei Kantenmustern detektiert werden kann. Dies bedeutet, daß selbst dann, wenn die Form von einem Kantenmuster von einer Idealform abweicht infolge von Variationen des Herstellungsvorgangs oder ähnlichem, daß Beobachtungen von Kantenstreulicht von den anderen Kantenmustern, die nicht verformt sind, eine hohe Präzi­ sionspositionsdetektierung erlauben. Die Anzahl der Kan­ tenmuster, die in der y-Achsrichtung angeordnet sind, ist nicht auf drei beschränkt, aber es wird erwartet, daß zwei oder mehr Kantenmuster ähnliche Effekte wie oben be­ schrieben vorsehen.

Bei der Verwendung von in den Fig. 9A und 9C gezeigten Ausrichtungsmarkierungen treten etwas kleinere Spritzen a2 auf beiden Seiten der maximalen Spitze a3 auf, wie in Fig. 9E gezeigt ist. Wenn die Spitze a2 fehlerhafterweise als die maximale Spitze betrachtet wird, dann ist eine korrekte Positionsdetektierung unmöglich. Diese Fehlein­ schätzung wird wahrscheinlich, wenn die Anzahl von Kan­ tenmustern, die in der y-Achsrichtung angeordnet sind, erhöht wird, oder wenn sich das S/N-Verhältnis des Bild­ signals verringert.

Nun wird ein viertes Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem Ausrichtungsmarkierungen verwendet werden, die die Spitzenfehleinschätzung unterdrücken. Fig. 10A ist eine Querschnittsansicht von Ausrichtungsmarkierungen des vierten Ausführungsbeispiels. Die ebene Anordnung bzw. das Layout der Ausrichtungsmarkierungen ist dasselbe wie bei dem in Fig. 9A gezeigten dritten Ausführungsbeispiel. Jede der Ausrichtungsmarkierungen 52A, 52B und 62 besitzt drei Kantenmuster, die in der Y-Achsrichtung angeordnet sind. Bei jeder Ausrichtungsmarkierung ist die Kanten­ länge des Kantenmusters entlang der Y-Achsrichtung nicht gleichförmig. Jedes Kantenmuster ist so ausgebildet, daß wenn eine Ausrichtungsmarkierung parallel in die Y-Achs­ richtung bewegt wird und über einer anderen Ausrichtungs­ markierung überlagert wird, daß die Längen der entspre­ chenden Kanten des Kantenmuster miteinander zusammenfal­ len.

Die Kantenlänge des mittleren Kantenmusters jeder in Fig. 10A gezeigten Ausrichtungsmarkierung beträgt W2 und die Kantenlängen von Kantenmustern auf beiden Seiten des mittleren Kantenmusters betragen W1. Bei dem in Fig. 10A gezeigten Ausführungsbeispiel ist W1 < W2. Bei jeder Aus­ richtungsmarkierung ist der Abstand von Kantenmustern in der Y-Achsrichtung P. Der Mittenabstand zwischen den Wa­ fer- und Maskenmarkierungen 52A und 62 ist y5 und der Mittenabstand zwischen den Wafer- und Maskenmarkierungen 52B und 62 ist y6.

Fig. 10B zeigt ein Bildsignal, das durch Beobachtung der in Fig. 10A gezeigten Ausrichtungsmarkierungen entlang der schrägen Achse in der X-Z-Ebene erhalten wurde. Drei rechteckige Signale (Spitzen) wurden an Positionen detek­ tiert, die den jeweiligen Wafermarkierungen 52A und 52B und der Maskenmarkierung 62 entsprechen. Bei jeder Aus­ richtungsmarkierung beträgt die Breite des mittleren rechteckigen Signals (Spitze) W2 und die Breiten der rechteckigen Signale (Spitzen) auf beiden Seiten des mittleren rechteckigen Signals (Spitze) beträgt W1. Bei jeder Ausrichtungsmarkierung ist der Abstand zwischen rechteckigen Signalen (Spitzen) derselbe wie der Abstand P zwischen Kantenmustern in der Y-Achsrichtung.

Fig. 10C zeigt einen Korrelationswert zwischen Differen­ tialwellenformen der Wafer- und Maskenmarkierungen 52A und 62 eines Differentialbildsignals des in Fig. 10B ge­ zeigten Bildsignals. Ähnlich zur Fig. 9E erscheinen fünf rechteckige Signale (Spitzen). Ein rechteckiges Signal (Spitze) b1 entspricht dem Fall, wenn das rechte rechtec­ kige Signal (Spitze) der Wafermarkierung 52A über dem linken rechteckigen Signal (Spitze) der Maskenmarkierung 62 überlagert ist. Ein rechteckiges Signal (Spitze) b2 entspricht dem Fall, wenn die rechten und mittleren rechteckigen Signale (Spitzen) der Wafermarkierung 52A über den mittleren und linken rechteckigen Signalen (Spitzen) der Maskenmarkierung 62 überlagert sind. Ein rechteckiges Signal (Spitze) b3 entspricht dem Fall, wenn die drei rechteckigen Signale (Spitzen) der Wafermarkie­ rung 52A über den drei rechteckigen Signalen (Spitzen) der Maskenmarkierung 62 überlagert sind.

In dem Zustand, wo das rechteckige Signal (Spitze) b2 auftritt, ist der Korrelationswert kleiner als in dem Fall, wo alle rechteckigen Signale (Spitzen) dieselbe Breite besitzen, da die Breiten der überlagerten rechtec­ kigen Signale (Spitzen) unterschiedlich sind (W1 < W2). Infolgedessen ist die Höhe des rechteckigen Signals (Spitze) b2 kleiner als die Höhe des rechteckigen Signals (Spitze) a2, die in Fig. 9E gezeigt ist. Da das Verhält­ nis der Höhe des höchsten rechteckigen Signals (Spitze) b3 zu den Höhen der rechteckigen Signale (Spitzen) b2 auf beiden Seiten des höchsten rechteckigen Signals (Spitze) groß wird, ist es schwer, daß das höchste rechteckige Si­ gnal (Spitze) fehlerhaft eingeschätzt wird.

Bei dem in Fig. 10A gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Kantenlängen der Kantenmuster jeder Ausrichtungsmar­ kierung unregelmäßig ausgebildet. Statt dessen könnten die Kantenlängen gleichförmig ausgebildet sein und die Ab­ stände zwischen den Kantenmustern könnten unregelmäßig ausgebildet sein. Alternativ könnten sowohl die Kanten­ längen als auch die Abstände unregelmäßig ausgeführt sein. Um die Erzeugung von Fehlausrichtung zu unterdrüc­ ken, ist der irreguläre Grad der Kantenlängen oder Ab­ stände vorzugsweise auf +/- 10% oder höher eingestellt.

In den Fig. 9E und 10C wird das Bildsignal der Wafermar­ kierung oder der Maskenmarkierung parallel bewegt, um das Bildsignal mit dem anderen Bildsignal zu überlagern und um die Relativposition zu detektieren. Andere Verfahren können verwendet werden zum Detektieren der Relativposi­ tion. Zum Beispiel können die Bildsignale der Wafermar­ kierung und der Maskenmarkierung an einer Vielzahl von Punkten in der Nähe der Mitten der Bildsignale gefaltet oder zurückgebogen werden. Der Faltpunkt mit dem höchsten Korrelationskoeffizienten wird als die Mitte der Markie­ rung verwendet. Auf diese Art und Weise können die Mit­ telpositionen der Wafer und Maskenmarkierungen erhalten werden und die Position jeder Markierungen kann detek­ tiert werden. In diesem Fall ist jede Markierung so auf­ gebaut, daß beide Seiten der Mitte symmetrisch werden.

Als nächstes wird ein fünftes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Fig. 11A bis 11E, 12, 13A bis 13C und 14A und 14B beschrieben.

Fig. 11A ist eine perspektivische Ansicht eines Kantenmu­ sters einer Wafermarkierung. Beleuchtungslicht wird schräg entlang der schrägen optischen Achse in der X-Z-Ebene angelegt und Licht, das von der Kante gestreut wird und sich in die Y-Achsrichtung erstreckt, wird beobach­ tet. Auf diese Art und Weise besitzt das durch das ge­ streute Licht gebildete Bild eine Intensitätsverteilung, die durch die Gleichung (4) gegeben ist. Daher wird ein langes Linienbild wie in Fig. 11B gezeigt ist, erhalten, das der Linienverteilungsfunktion der Linse entspricht.

Wie in Fig. 11C gezeigt ist, ist die Länge der Kante in der Y-Achsrichtung kürzer. Wenn die Kantenlänge kürzer wird als die Auflösung der Linse, dann kann die Intensi­ tätsverteilung O(x,y) des reflektierten Lichtes, die durch Gleichung (1) gegeben ist durch δ(x,y) substituiert werden. Daher kann die Gleichung (1) wie folgt umgewan­ delt werden:

I(x, y) = ∫∫δ(x-x′, y-y′)PSF(x′, y′)dx′dy′ = PSF(x,y) (6)

wobei PSF(x,y) eine Punktverteilungsfunktion der Linse darstellt.

Wenn Beleuchtungslicht ein kontinuierliches Spektrum be­ sitzt, kann dies wie folgt ausgedrückt werden:

I(x, y) = ∫PSFλ(x-Δxλ, y-Δyλ)dλ . . . (7)

wobei λ eine Wellenlänge des Lichtes darstellt, PSFλ eine Punktverteilungsfunktion bei der Wellenlänge λ darstellt, Δxλ eine seitliche Verschiebungsgröße eines Punktbildes in der X-Achsrichtung darstellt, die durch die chromati­ sche Aberration der Linse bei der Wellenlänge λ bewirkt wird, wobei Δyλ eine seitliche Verschiebungsgröße eines Punktbildes in der Y-Achsrichtung darstellt, die bewirkt wird durch die chromatische Aberration der Linse bei der Wellenlänge λ, und wobei die Integration für den gesamten Wellenlängenbereich durchgeführt wird.

Wie oben kann, wenn die Kantenlängen gleich oder kürzer gemacht werden als die Auflösung der Linse, ein Punktbild wie es in Fig. 11D gezeigt ist, erhalten werden, das ana­ log zu der Punktverteilungsfunktion der Linse ist.

Fig. 11E ist eine perspektische Ansicht eines Kantenmu­ sters, bei dem Beleuchtungslicht in der Nähe des Schei­ telpunktes an dem sich drei Ebenen schneiden, gestreut wird. In dieser Beschreibung wird ein Muster mit einer Kante, die Beleuchtungslicht streut und ein Muster mit einem Scheitelpunkt der Beleuchtungslicht streut, kollek­ tiv als Kantenmuster bezeichnet.

Das Bild, dar durch das gestreute Licht in der Nähe des in Fig. 11E gezeigten Scheitelpunkts gebildet wird, kann auch analog zu der Punktverteilungsfunktion, die durch die Gleichungen (6) und (7) gegeben ist, angesehen werden. Auf einem SiO₂-Film auf einem Siliziumwafer wird eine Aluminiumwafermarkierung gebildet, die eine quadratische ebene Form besitzt, mit einer Seitenlänge von 40 µm und einer Dicke von 523 nm. Ein Resistfilm ist über der Wa­ fermarkierung angeordnet, und zwar mit einer Dicke von 1,8 µm. Gestreutes Licht von dem Scheitelpunkt der Wafer­ markierung wurde beobachtet und ein Punktbild, wie es z. B. in Fig. 11D gezeigt ist, konnte beobachtet werden. Der Winkel zwischen der senkrechten Richtung bezüglich des Wafers und der optischen Beleuchtungs- und Beobachtungs­ achsen wurde auf 30° eingestellt.

Fig. 12 zeigt ein Bildsignal eines Punktbildes, das durch Streulicht von dem Scheitelpunkt gebildet wurde. Eine Zacken- bzw. spikeförmige Spitze in der Mitte entspricht dem Punktbild, das durch gestreutes Licht gebildet wird. Wie in Fig. 12 gezeigt ist, wurde eine scharfe Spitze mit sehr geringen Wellenformverzerrungen erhalten.

Die Fig. 13A bis 13C sind Draufsichten auf Maskenmarkie­ rungen und Wafermarkierungen mit einem Scheitelpunkt der Beleuchtungslicht streut. Eine Maskenmarkierung 62 ist zwischen Wafermarkierungen 52A und 52B angeordnet.

Die Ausrichtungsmarkierungen 52A, 52B und 62, die in Fig. 13A gezeigt sind, werden jeweils gebildet durch Kantenmu­ ster mit einer quadratisch ebenen Form, die in drei Rei­ hen angeordnet sind, und zwar mit einem Abstand P in der X-Achsrichtung und in zwei Zeilen in Y-Richtung. Ein Scheitelpunkt jedes Kantenmusters einer quadratisch ebe­ nen Form ist in positive X-Achsrichtung gerichtet, d. h. in Richtung der optischen Beobachtungsachsrichtung.

Ein in Fig. 13B gezeigtes Kantenmuster besitzt eine Form eines ebenen, gleichschenkeligen rechtwinkligen Dreiecks und sein Scheitelpunkt ist zu der positiven X-Achsrich­ tung gerichtet. Ein ein Fig. 13C gezeigtes Kantenmuster besitzt eine Ebene Chevron- bzw. Zickzack-Form und dessen Scheitelpunkt ist zu der positiven X-Achsrichtung gerich­ tet. Die Anordnungen von Kantenmustern, die die in Fig. 13B und 13C gezeigten Ausrichtungsmarkierungen bilden, sind ähnlich zu den in Fig. 13A gezeigten Ausrichtungs­ markierungen.

Eine Positionsausrichtung zwischen einem Wafer und einer Maske kann erreicht werden durch ein Verfahren ähnlich dem Verfahren, das unter Bezugnahme auf die Fig. 9A bis 9E beschrieben wurde, und zwar durch Beobachtung von Streulicht von den Scheitelpunkten der gemäß den Fig. 13A bis 13C angeordneten Kantenmustern. Bei dem unter Bezug­ nahme auf die Fig. 9A bis 9E beschriebenen Verfahren wird das Bildsignal differenziert, um einen Korrelationswert zu erhalten. Bei diesem Ausführungsbeispiel besitzt das Bildsignal, das durch Streulicht von dem Scheitelpunkt gebildet wird, jedoch schon eine scharfe Spitze, so daß das Bildsignal selbst verwendet werden kann zum Erhalten eines Korrelationswerts, ohne Differenzieren.

Die dreieckige ebene Form, wie sie in Fig. 13B gezeigt ist, kann den Abstand P in der X-Achsrichtung im Ver­ gleich zu der quadratischen ebenen Form verringern. Bei der in Fig. 13C gezeigten ebenen Chevron-Form kann der Abstand noch weiter verringert werden.

Die Faktoren zum Erzeugen von Positionsdetektierfehlern, die in einem Linienbild und einem Punktbild analog zu der Linienverteilungsfunktion und der Punktverteilungsfunk­ tion enthalten sind, werden unterschiedlich angesehen. Wenn ein Fehlerfaktor die Tendenz besitzt, daß Fehlerkom­ ponenten akkumuliert werden, wenn ein Bild, das durch Streulicht erzeugt wird, in der Längsrichtung (d. h. Y-Richtung in Fig. 11A) integriert wird, dann kann dieser Fehlerfaktor das Linienbild erheblich beeinflussen, ob­ wohl er das Punktbild nicht beeinflussen kann. Wenn dem­ entgegen ein Fehlerfaktor die Tendenz besitzt, daß Feh­ lerkomponenten ausgelöscht werden, wenn ein durch Streu­ licht gebildetes Bild in der Längsrichtung integriert wird, dann kann dieser Fehlerfaktor das Punktbild erheb­ lich beeinflussen, obwohl er das Linienbild nicht beein­ flußt. Es wird somit angenommen, daß der Positionsdetek­ tierfehler reduziert werden kann, wenn ein Linienbild verwendet wird oder wenn ein Punktbild verwendet wird.

Es kann erwartet werden, daß der Gesamtpositionsdetek­ tierfehler reduziert werden kann, wenn sowohl eine Kante, die ein Linienbild als auch eine Kante oder ein Scheitel­ punkt, der ein Punktbild bildet, in einer Ausrichtungs­ markierung verwenden werden.

Fig. 14A ist eine Querschnittsansicht von Ausrichtungs­ markierungen gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel. Die Wafermarkierungen 52A und 52B sind auf der Oberfläche ei­ nes Wafers 50 ausgebildet und eine Maskenmarkierung 62 ist auf der Bodenseite einer Maske 60 ausgebildet. Jede Ausrichtungsmarkierung wird gebildet durch fünf Kantenmu­ ster, die entlang der Y-Achsrichtung angeordnet sind. Von den fünf Kantenmustern besitzen die Kantenmuster an ent­ gegengesetzten Enden Kantenlängen in Y-Achsrichtung, die kürzer sind als die Auflösung der Linse, wie z. B. in Fig. 11C gezeigt ist oder sie besitzen Scheitelpunkte zum Streuen von Beleuchtungslicht, wie in Fig. 11E gezeigt ist.

Fig. 14B zeigt ein Bildsignal, das durch Beobachtung von Kantenstreulicht von den in Fig. 14A gezeigten Ausrich­ tungsmarkierungen entlang der schrägen optischen Achs­ richtung in der X-Z-Ebene erhalten wurden.

Es treten fünf Spitzen auf an jeder der Positionen, die den Wafermarkierungen 52A und 52B und der Maskenmarkie­ rung 62 entsprechen. Von diesen fünf Spitzen sind die Spitzen an den gegenüberliegenden Enden schmal und können analog zu einer Punktverteilungsfunktion der Linse ange­ sehen werden. Dieses Bildsignal wird differenziert und das Differentialbildsignal wird verwendet zur gleichen Musteranpassung, um die Relativposition zu detektieren. Die Positionsdetektierung kann daher durchgeführt werden unter Verwendung von sowohl den Punkt- als auch Linien­ bildern.

Bei den ersten bis fünften Ausführungsbeispielen wurde das Verfahren zum Reduzieren eines Positionsdetektierfeh­ lers beschrieben durch Anordnen von Kantenmustern entlang der senkrechten Richtung der Einfallsebene. Als nächstes wird ein Verfahren zum Detektieren einer Position be­ schrieben, das nicht durch einen Spalt zwischen einem Wa­ fer und einer Maske beeinflußt wird, und bei dem die Kan­ tenmuster parallel zu der Einfallsebene angeordnet sind.

Fig. 15A ist eine Draufsicht auf eine Wafermarkierung ge­ mäß dem sechsten Ausführungsbeispiel. Einundzwanzig rechteckige Kantenmuster 70 sind in der X-Achsrichtung angeordnet und zwar mit einem Abstand von 4 µm. Diese Kantenmustersäule ist in drei Spalten in der Y-Achsrich­ tung angeordnet.

Fig. 15B ist eine schematische Querschnittsansicht einer Wafermarkierung und eines optischen Systems, in dem die Wafermarkierung entlang der optischen Achsrichtung mit einem Einfallswinkel von 30° in der X-Z-Ebene beobachtet wird. Kantenmuster 70 werden auf der Oberfläche des Wa­ fers 71 ausgebildet. Beleuchtungslicht wird koaxial mit der schrägen optischen Achse 73 angelegt und gestreutes Licht von den Kanten der Kantenmuster 70 wird beobachtet. Eine unterbrochene Linie 72 zeigt die Objektoberfläche der Objekt- bzw. Objektivlinse des optischen Beobach­ tungssystems an.

Wenn der Wafer 71 in der Position u1 ist, dann ist das fünfte Kantenmuster von links in Fig. 15B auf der Objekt­ oberfläche 72 positioniert.

Wenn als nächstes der Wafer 71 parallel entlang der opti­ schen Achse 73 zu den Positionen u2 und u3 bewegt wird, dann sind das dritte Kantenmuster von links und das im weitesten links liegende Kantenmuster auf der Objektober­ fläche 72 positioniert.

Wenn der Abstand der Kantenmuster 70 in der X-Achsrich­ tung 4 µm beträgt, dann kommen die Kantenmuster eins nach dem anderen auf die Objektoberfläche, wenn der Wafer 71 zu einem Zeitpunkt um 2 µm entlang der optischen Achse bewegt wird. Wenn somit die Tiefenschärfe der Linse 1 µm beträgt, befindet sich immer ein Kantenmuster auf der Ob­ jektoberfläche und ein deutliches Bild kann erhalten wer­ den.

Fig. 15C zeigt eine Abhängigkeit einer Detektierpräzision von einer Waferposition, wobei die Kantenmusterposition detektiert wird durch Beobachtung von in Fig. 15A gezeig­ ten Wafermarkierungen und durch das unter Bezugnahme auf Fig. 15B beschriebene Verfahren. Die Abzisse stellt eine Seriennummer eines fokusierten Kantenmuster dar und die Ordinate stellt einen detektierten Wert in der Einheit nm dar. Der detektierte Wert ist definiert als eine Hälfte einer Differenz zwischen Abständen oder Räumen zwischen einem Kantenmuster in der Mitte in Y-Achsrichtung und dem einen und dem anderen der Kantenmuster auf beiden Seiten des erstgenannten Kantenmusters.

Die Bewegungsdistanz des Wafers entlang der optischen Achse von dem Beobachtungszustand des ersten Kantenmu­ sters zu dem Beobachtungszustand des einundzwanzigsten Kantenmusters beträgt 40 µm. Wie in Fig. 15C gezeigt ist, liegt der detektiert Wert innerhalb des Bereich von - 17Nm bis + 25 nm, selbst wenn der Wafer um 40 µm bewegt wird.

Selbst wenn der Wafer entlang der optischen Achsrichtung bewegt wird, kann die Position eines Kantenmusters rela­ tiv präzise detektiert werden. Wenn der Wafer auch ent­ lang der senkrechten Richtung zu der Oberfläche des Wa­ fers bewegt wird, kann er relativ präzise detektiert wer­ den. Der Hauptvariationsfaktor bei detektierten Werten kann die Variation der Formen der Kantenmuster sein. Da­ her kann eine präzisere Positionsdetektierung, wie bei dem beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel, erwartet werden, wenn eine Vielzahl von Sätzen von Kantenmustern in der Y-Achsrichtung angeordnet ist, und eine Vielzahl von Kantenmustern zur selben Zeit beobachtet wird.

Die Merkmale dieses Verfahrens, die sich aus den obigen Experimentalergebnissen ergeben, werden unter Bezugnahme auf Fig. 16 beschrieben.

Fig. 16 ist eine Querschnittsansicht von Wafer- und Mas­ kenmarkierungen mit einer Vielzahl von Kantenmustern, die parallel zur Einfallsebene angeordnet sind. Eine unter­ brochene Linie 72 zeigt die Objektoberfläche einer Objek­ tivlinse des optischen Beobachtungssystems an.

Wenn ein Wafer 71 in einer Position v1 oder v2 gemäß Fig. 16 ist, befindet sich eines der Kantenmuster auf der Ob­ jektoberfläche 72. Daher kann selbst, wenn sich der Wafer 71 bei irgendeiner der Positionen v1 und v2 befindet, ein Kantenbild durch Streulicht von dem Wafer und der Masken­ markierung deutlich detektiert werden. Da die Maskenmar­ kierung eine Vielzahl von Kantenmustern in der X-Achs­ richtung angeordnet aufweist, kann das Kantenbild durch Streulicht von der Maskenmarkierung deutlich detektiert werden, selbst wenn die Z-Achsenposition der Maske ver­ schoben wird. Der Abstand zwischen Kantenmustern ist so ausgewählt, daß ein Kantenmuster in den Tiefenschärfenbe­ reich der Linse eintritt, wobei das Kantenmuster deutlich detektiert werden kann, selbst wenn sich die Kante gerade nicht mehr auf der Objektoberfläche befindet.

Eine stabile Positionsdetektierung kann daher durchge­ führt werden, selbst wenn sich die Positionen des Wafers und der Maske in der Z-Achsrichtung innerhalb eines be­ stimmten Bereichs verschieben. Der Spalt zwischen dem Wa­ fer und der Maske kann durch ein Verfahren ähnlich dem unter Bezugnahme auf die Fig. 2C und 2D beschriebenen er­ halten werden.

In Fig. 15 und 16 wurde die Beobachtung von Streulicht von einer geraden Linienkante beschrieben. Auch durch die Beobachtung von Streulicht von einem Scheitelpunkt kann eine stabile Positionsdetektierung sichergestellt werden durch Anordnen einer Vielzahl von Kantenmustern in der X-Achsrichtung mit einem vorbestimmten Abstand und zwar selbst dann, wenn sich die Wafer und die Maske in der Z-Achsrichtung verschieben. Der Spalt zwischen dem Wafer und der Maske kann auch erhalten werden.

Bei den ersten bis sechsten Ausführungsbeispielen kann die Positionsausrichtung in der Kantenlängsrichtung durchgeführt werden durch schräge Beobachtung der Wafer- und Maskenmarkierungen. Da das optische System nicht in dem Belichtungsbereich plaziert werden muß, ist die Posi­ tionsdetektierung sogar während der Belichtung, nach der Positionsausrichtung möglich. Da die optischen Beleuch­ tungs- und Beobachtungsachsen koaxial sind, tritt keine Achsenfehlausrichtung auf, so daß immer ein stabiles Bild erhalten werden kann.

Da telezentrische Beleuchtung verwendet wird, kann eine Veränderung eines Bildes durch Kantenstreulicht unter­ drückt werden, wenn sich die Kante in dem Tiefenschärfen­ bereich verschiebt.

Reguläres Reflektionslicht des Beleuchtungslichtes tritt nicht in das optische Beobachtungssystem ein, sondern nur gestreutes Licht. Daher kann durch Einstellen der Inten­ sität des Beleuchtungslichtes ein S/N-Verhältnis eines durch Streulicht gebildeten Bildes eingestellt werden. Da reguläres Reflektionslicht nicht eintritt, beeinflußt ei­ ne untere Schicht auf einem Wafer nicht nachteilig die Positionsdetektierung. Kantenstreulicht verwendet ein Streuphänomen auf unebenen Oberflächen. Daher kann der Einfluß von Lichtinterferenzphänomenen und ähnlichem in einem Resist-Film eliminiert werden, so daß eine stabile Positionsdetektierung möglich ist. Da inkohärentes Be­ leuchtungslicht verwendet werden kann, tritt keine Licht­ interferenz an dem Spalt zwischen einer Waferoberfläche und einer Maskenoberfläche auf. Kantenstreulicht kann selbst dann beobachtet werden, wenn kohärentes Licht ver­ wendet wird.

Bei den obigen Ausführungsbeispielen ist der Winkel zwi­ schen der optischen Beobachtungsachse und der Senkrechten zu der Belichtungsoberfläche auf 30° eingestellt. Ein deutliches Bild durch Streulicht wurde in dem Winkelbe­ reich von 15-45° erhalten.

Bei den obigen Ausführungsbeispielen wurden die optischen Beleuchtungs- und Beobachtungsachsen koaxial eingestellt. Die Positionsbeziehung zwischen den optischen Beleuch­ tungs- und Observationsachsen muß nicht notwendigerweise koaxial sein, wenn wie zuvor beschrieben, reguläres Re­ flektionslicht des Beleuchtungslichtes nicht in das opti­ sche Beobachtungssystem eintritt. Zum Beispiel können die optischen Beleuchtungs- und Beobachtungsachsen so einge­ stellt sein, daß ein Winkel zwischen zwei, vertikal auf die Belichtungsoberfläche projizierten Linienbildern, kleiner als 90° ist.

Fig. 17A ist eine schematische Draufsicht, die die Posi­ tionsbeziehung zwischen Positionsausrichtungsmarkierun­ gen, ein optisches Beleuchtungssystem, und ein optisches Beobachtungssystem zeigt, wobei die optischen Beleuch­ tungs- und Beobachtungsachsen so eingestellt sind, daß ein Winkel zwischen zwei, vertikal auf die Belichtungs­ oberfläche projizierten Linienbildern, kleiner als 90° ist. In einem Belichtungsbereich EA sind eine X-Achsenpo­ sitionsausrichtungsmarkierung M_x und Y-Achsenpositions­ ausrichtungsmarkierungen M_y1 und M_y2 angeordnet. In Fig. 17A sind die Wafer- und Maskenmarkierungen als eine Mar­ kierung dargestellt.

Mit diesen drei Markierungen M_x, M_y1 und M_y2 ist eine Po­ sitionsausrichtung in X- und Y-Achsrichtungen und in der Rotationsrichtung (θ_z-Richtung) in der X-Y-Ebene möglich.

Beleuchtungslicht wird von einem optischen Beleuchtungs­ system L_x an die Markierung M_x angelegt und Kantenstreu­ licht von der Markierung M_x wird durch ein optisches Be­ obachtungssystem D_x beobachtet. Da ein Winkel α_x zwischen zwei, vertikal auf die Belichtungsoberfläche projizierten Linienbildern der optischen Beleuchtungs- und Beobach­ tungsachsen, kleiner als 90° ist, können beide der optis­ chen Systeme D_x und L_x auf einer Seite des Belichtungsbe­ reichs EA gesetzt werden.

Die optischen Beleuchtungssysteme L_y1 und L_y2 und die optischen Beobachtungssysteme D_y1 und D_y2 der Markierun­ gen M_y1 und M_y2 können auch auf eine Seite des Belich­ tungsbereichs bzw. der Belichtungsfläche EA gesetzt wer­ den.

Die vertikal auf die Belichtungsoberfläche projizierten Bilder der optischen Beleuchtungsachse und der optischen Beobachtungsachse können übereinander überlagert werden und nur die Winkel zwischen beiden Achsen und der Z-Achse unterschiedlich eingestellt sein.

Fig. 17B zeigt eine weitere Anordnung, bei der die optis­ chen Achsen der optischen Beleuchtungssysteme L_x, L_y1 und L_y2, die in Fig. 17A gezeigt sind, koaxial mit den optis­ chen Achsen der optischen Beobachtungssysteme D_x, D_y1 und D_y2 gesetzt sind unter Verwendung von Halbspiegeln HM_x, HM_y1 und HM_y2. Die Koaxialanordnung der optischen Achsen der optischen Beleuchtungs- und Beobachtungssysteme er­ möglicht die Einstellung von optischen Systemen.

Fig. 17C ist eine schematische Draufsicht, die die Posi­ tionsbeziehung zwischen Positionsausrichtungsmarkierun­ gen, einem optischen Beleuchtungssystem und einem optis­ chen Beobachtungssystem zeigt, bei dem, wie bei herkömm­ licher Positionsausrichtung das Beleuchtungslicht schräg zu der Belichtungsoberfläche angelegt wird und das Bild einer Markierung beobachtet wird unter Verwendung von re­ gulärem Reflektionslicht von der Markierung. Ähnlich zu Fig. 17A sind in einem Belichtungsbereich EA eine X-Ach­ senpositionsausrichtungsmarkierung M_x und Y-Achsenpositi­ onsausrichtungsmarkierungen M_y1 und M_y2 angeordnet.

Um regulär reflektiertes Licht von einer Markierung zu beobachten, müssen die optischen Beleuchtungs- und Beo­ bachtungsachsen notwendigerweise im allgemeinen symmetrisch zu einer Senkrechten der Belichtungsoberfläche sein. Zum Beispiel wird Beleuchtungslicht von einem optischen Be­ leuchtungssystem L_x nach unten auf einer Markierung M_x angelegt und reguläres Reflektionslicht wird durch ein optisches Detektiersystem an einer tieferen Position in Fig. 17C beobachtet. Es ist daher notwendig, das optische Beleuchtungssystem und das optische Beobachtungssystem so anzuordnen, daß sie durch den Belichtungsbereich zueinan­ der weisen. Um eine Verschiebung der Relativposition zwi­ schen den optischen Beleuchtungs- und Beobachtungsachsen zu verhindern, wird es bevorzugt, die optischen Beleuch­ tungs- und Beobachtungssysteme L_x und D_x an einer Fest­ leg- bzw. Halteinheit F_x anzubringen.

Die optischen Beleuchtungssysteme L_y1 und L_y2 und die op­ tischen Beobachtungssysteme D_y1 und D_y2 der Markierungen M_y1 und M_y2 müssen auch durch den Belichtungsbereich zu­ einander weisen. Es wird auch bevorzugt, die optischen Beleuchtungs- und Beobachtungssysteme L_y1 und D_y1 an ei­ ner Halteeinheit F_y1 anzubringen und die optischen Be­ leuchtungs- und Beobachtungssysteme L_y2 und D_y2 an einer Halteeinheit F_y2 anzubringen. Die Einstellung der optis­ chen Systeme um den Belichtungsbereich EA herum wird so­ mit aufwendig und das ganze System wird recht groß bzw. sperrig.

Im Gegensatz dazu können die in Fig. 17A und Fig. 17B ge­ zeigten Positionsausrichtungssysteme die optischen Be­ leuchtungs- und Beobachtungssysteme auf einer Seite des Belichtungsbereichs EA anordnen, was die Einstellung der optischen Systeme vereinfacht. Es ist daher möglich, das gesamte System kompakt zu machen und die Einstellung der optischen Achse zu erleichtern. Wenn die optischen Achsen der optischen Beleuchtungs- und Beobachtungssysteme, wie in Fig. 17B gezeigt ist, koaxial gemacht werden, ist die Einstellung der optischen Achsen nicht notwendig.

Die vorliegende Erfindung wurde in Verbindung mit den be­ vorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben. Die Erfin­ dung ist nicht nur auf die obigen Ausführungsbeispiele beschränkt. Es ist für den Fachmann deutlich zu erkennen, daß unterschiedliche Modifikationen, Verbesserungen, Kom­ binationen und ähnliches durchgeführt werden können, ohne vom Umfang der Ansprüche abzuweichen.

Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor:
Es werden ein Wafer mit einer Belichtungsoberfläche und eine Belichtungsmaske angeordnet, wobei die Belichtungs­ oberfläche zu der Belichtungsmaske gerichtet wird und zwar mit einem Spalt dazwischen angeordnet, wobei der Wa­ fer eine Positionsausrichtungswafermarkierung auf der Be­ lichtungsoberfläche ausgebildet besitzt, wobei die Wafer­ markierung eine Linear- oder Punktstreuquelle zum Streuen von einfallendem Licht aufweist, und wobei die Belich­ tungsmaske eine Positionsausrichtungsmarkierung mit einer Linear- oder Punktstreuquelle zum Streuen von einfallen­ dem Licht aufweist. Eine Relativposition des Wafers und der Belichtungsmaske wird detektiert durch Anlegen von Beleuchtungslicht auf die Wafermarkierung und die Masken­ markierung und durch Beobachten bzw. Observieren von ge­ streutem Licht von den Streuquellen der Wafermarkierung und der Maskenmarkierung.

Claims (25)

1. Verfahren zum Detektieren einer Position, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Anordnen eines Wafers mit einer Belichtungsoberflä­ che und einer Belichtungsmaske, Anordnen bzw. Rich­ ten der Belichtungsoberfläche zu der Belichtungsmas­ ke mit einem dazwischen angeordneten Spalt, wobei der Wafer eine Positionsausrichtungsmarkierung auf der Belichtungsoberfläche ausgebildet besitzt, wobei die Wafermarkierung eine Linear- oder Punktstreu­ quelle zum Streuen von einfallendem Licht aufweist, und wobei die Belichtungsmaske eine Positionsaus­ richtungsmaskenmarkierung mit einer Linear- oder Punktstreuquelle zum Streuen von einfallendem Licht aufweist; und
Detektieren einer Relativposition des Wafers und der Belichtungsmaske durch Anlegen von Beleuchtungslicht an die Wafermarkierung und die Maskenmarkierung und durch Beobachten von Streulicht von den Streuquellen der Wafermarkierung und der Maskenmarkierung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei in dem Detektier­ schritt der Relativposition das Streulicht mit einem optischen System beobachtet wird, das eine optische Beobachtungs- bzw. Observationsachse aufweist, die schräg zu der Belichtungsebene ist, und wobei das Beleuchtungslicht entlang einer Richtung angelegt wird, die nicht erlaubt, daß reguläres Reflektions­ licht von der Wafermarkierung und der Maskenmarkie­ rung in das optische System einfällt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei bei dem De­ tektierschritt der Relativposition ein Winkel zwi­ schen einem vertikal auf die Belichtungsebene proji­ ziertem Linienbild der optischen Beleuchtungsachse und einem vertikal auf die Belichtungsebene proji­ ziertem Linienbild der optischen Beobachtungsachse kleiner als 90° ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optische Beleuchtungsachse und die opti­ sche Beobachtungsachse koaxial zueinander sind.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Beleuchtungslicht parallel gerichtetes bzw. kollimiertes Licht ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Streuquellen der Wafermarkierung und der Maskenmarkierung eine lineare Kantenform aufweisen, und wobei der Detektierschritt für die Relativposi­ tion eine Relativposition in Längsrichtung der Kan­ tenform detektiert.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Detektierschritt der Relativposition die folgenden Schritte aufweist:
Messen eines Abstandes bzw. einer Distanz zwischen zwei vertikal auf die Einfallsebene projizierten Bildern, die die optischen Achsen des optischen Sy­ stems enthalten, wobei die zwei Bilder ein Bild auf­ weisen, das durch die Streulichtquelle der Wafermar­ kierung in einer fokusierten Position des optischen Systems und ein Bild durch die Streuquelle der Mas­ kenmarkierung in einer fokusierten Position des op­ tischen Systems gebildet wird; und
Erhalten eines Abstandes zwischen der Belichtungs­ ebene und der Belichtungsmaske gemäß dem durch den Abstandsmeßschritt gemessenen Abstand.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Vielzahl von Streuquellen der Wafermar­ kierung und eine Vielzahl von Streuquellen der Mas­ kenmarkierung jeweils auf einer ersten und einer zweiten geraden Linie senkrecht zu der Einfallsebene des Beleuchtungslicht angeordnet ist, und wobei der Detektierschritt für die Relativposition den Schritt des gleichzeitigen Beobachtens von Streulicht von der Vielzahl von Streuquellen der Wafermarkierung auf der ersten geraden Linie und dem Streulicht von der Vielzahl von Streuquellen der Maskenmarkierung auf der zweiten geraden Linie aufweist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Streuquellen der Wafermarkierung und die Streuquellen der Maskenmarkierung so angeordnet sind, daß wenn die Streuquellen von entweder der Maskenmarkierung oder der Wafermarkierung parallel zu den Streuquellen der anderen, d. h. der Wafermar­ kierung oder der Maskenmarkierung bewegt werden, die Streuquellen über den anderen Streuquellen überla­ gert sind, und zwar in einem vollständigen Positi­ onsausrichtungszustand.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vielzahl von Streuquellen der Wafermarkie­ rung und der Maskenmarkierung symmetrisch bezüglich einer Ebene parallel zu der Einfallsebene des Be­ leuchtungslichtes angeordnet sind.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens drei Streuquellen der Wafermarkie­ rung und mindestens drei Streuquellen der Maskenmar­ kierung jeweils auf den ersten und zweiten geraden Linien angeordnet sind, und zwar mit einem unregel­ mäßigen Abstand zwischen den Streuquellen.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens drei Streuquellen der Wafermarkie­ rung und mindestens drei Streuquellen der Maskenmar­ kierung jeweils auf den ersten und zweiten geraden Linien angeordnet sind, und zwar mit einem unregel­ mäßigen Abstand zwischen Streuquellen.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wafermarkierung und die Maskenmarkierung jeweils sowohl eine Streuquelle des Kantentyps als auch eine Streuquelle eines Punkttyps aufweisen und wobei der Detektierschritt für die Relativposition gleichzeitig Streulicht von sowohl den Streuquellen des Kantentyps als auch des Punkttyps der Wafermar­ kierung und der Maskenmarkierung beobachtet.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Vielzahl von Streuquellen der Wafermar­ kierungen und eine Vielzahl von Streuquellen der Maskenmarkierung in der Richtung parallel zu der Einfallsebene des Beleuchtungslichtes angeordnet ist.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wafermarkierung eine Vielzahl von Streu­ quellen des Kantentyps aufweist, deren Längen nicht gleichförmig sind und wobei die Maskenmarkierung ei­ ne Vielzahl von Streuquellen des Kantentyps auf­ weist, deren Längen nicht gleichförmig sind.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Detektierschritt für die Relativpositi­ on das Streulicht mit einem optischen System mit ei­ ner Objektivlinse beobachtet wird, wobei die Wafer­ markierung und die Maskenmarkierung jeweils eine Vielzahl von Streuquellen des Kantentyps aufweisen und wobei mindestens eine der Streuquellen des Kan­ tentyps der Wafermarkierung und mindestens eine Streuquelle des Kantentyps der Maskenmarkierung eine Länge aufweisen, die gleich oder kürzer als die Auf­ lösung der Objektivlinse ist.

17. Halbleitersubstrat, das folgendes aufweist:
eine Belichtungsebene, die mit einer Positionsaus­ richtungswafermarkierung mit einer Vielzahl von Streuquellen zum Streuen von einfallendem Licht des Kantentyps oder des Punkttyps ausgebildet ist, wobei die Streuquellen in der Richtung senkrecht zu der Einfallsebene des einfallenden Lichts angeordnet sind.

18. Halbleitersubstrat nach Anspruch 17, wobei die Streuquellen mindestens zwei oder mehr Streuquellen des Kantentyps, deren Längen nicht gleichförmig sind, aufweisen.

19. Halbleitersubstrat nach Anspruch 17 oder 18, wobei mindestens drei Streuquellen in der Richtung senk­ recht zu der Einfallsebene des einfallenden Lichts angeordnet sind, wobei die Längen der Streuquellen nicht gleichförmig sind.

20. Halbleitersubstrat nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei mindestens drei Streuquellen in der Rich­ tung senkrecht zu der Einfallsebene des einfallenden Lichts angeordnet sind, wobei die Längen der Streu­ quellen nicht gleichförmig sind.

21. Halbleitersubstrat nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei eine Vielzahl von Streuquellen in der Richtung parallel zu der Einfallsebene des einfal­ lenden Lichts angeordnet ist.

22. Belichtungsmaske, die folgendes aufweist:
eine Positionsausrichtungsmaskenmarkierung mit einer Vielzahl von Streuquellen zum Streuen von einfallen­ dem Licht des Kantentyps oder des Punkttyps, wobei die Streuquellen in der Richtung senkrecht zu der Einfallsebene des einfallenden Lichtes angeordnet sind.

23. Belichtungsmaske nach Anspruch 22, wobei die Streu­ quellen mindestens zwei oder mehr Streuquellen des Kantentyps aufweisen, deren Längen nicht gleichför­ mig sind.

24. Belichtungsmaske nach Anspruch 22 oder 23, wobei mindestens drei Streuquellen in der Richtung senk­ recht zu der Einfallsebene des einfallenden Lichts angeordnet sind, wobei die Längen der Streuquellen nicht gleichförmig sind.

25. Belichtungsmaske nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei eine Vielzahl von Streuquellen in der Richtung parallel zu der Einfallsebene des einfallenden Lichts angeordnet ist.