JP2000353647A

JP2000353647A - マスクとウエハの倍率補正量検出方法及び位置合わせ装置

Info

Publication number: JP2000353647A
Application number: JP11165646A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Miyatake; 勤宮武
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-06-11
Filing date: 1999-06-11
Publication date: 2000-12-19

Abstract

(57)【要約】【課題】斜方検出法にも適用可能な倍率補正量の検出
方法を提供する。【解決手段】ウエハとマスクとの粗い位置合わせを行
う。ウエハの表面に平行なｘｙ直交座標系を考えたと
き、ウエハの表面上のｘ座標の異なる位置に、位置合わ
せ用の２つのｘ軸用マークが配置され、ｙ座標の異なる
位置に２つのｙ軸用マークが配置されている。マスクに
も、これらのマークの各々に対応する位置にマークが配
置されている。１つのｘ軸用マークとそれに対応するマ
スクのマークとのｘ軸方向の位置合わせ誤差Δｘ₁に基
づいてｘ軸方向の相対位置を調節する。２つのｙ軸用マ
ークとそれに対応するマスクのマークとのｙ軸方向の位
置合わせ誤差Δｙ₁及びΔｙ₂に基づいてｙ軸方向の相対
位置を調節する。他のｘ軸用マークとそれに対応するマ
スクのマークとのｘ軸方向の位置合わせ誤差Δｘ₂に基
づいて、マスクのｘ軸方向の倍率補正量を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウエハとマスクの
位置合わせ用のマークを観測し、マスクの倍率補正量を
検出する方法、及び倍率補正量を検出できる位置合わせ
装置に関し、特に斜方からアライメントマークを観測す
る斜方検出法に適した倍率補正量検出方法及び位置合わ
せ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レンズ系と画像処理系とを組み合わせた
アライメント装置を用いてウエハとマスクとの位置合わ
せを行う方法として、垂直検出法と斜方検出法が知られ
ている。垂直検出法は、アライメントマークをマスク面
に垂直な方向から観測する方法であり、斜方検出法は、
斜めから観測する方法である。

【０００３】垂直検出法で用いられる合焦方法として、
色収差二重焦点法が知られている。色収差二重焦点法
は、マスクに形成されたマスクマークとウエハに形成さ
れたウエハマーク（ウエハマークとマスクマークとを総
称してアライメントマークと呼ぶ。）とを異なる波長の
光で観測し、レンズ系の色収差を利用してウエハマーク
とマスクマークの像を同一平面上に結像させる方法であ
る。色収差二重焦点法は、原理的にレンズの光学的な分
解能を高く設定できるため、絶対的な位置検出精度を高
めることができる。

【０００４】一方、アライメントマークを垂直方向から
観測するために、観測のための光学系が露光領域に入り
込む。このままで露光すると、光学系が露光光を遮るこ
とになるため、露光時には光学系を露光領域から退避さ
せる必要がある。退避させるための移動時間が必要にな
るため、スループットが低下する。また、露光時にアラ
イメントマークを観測できないため位置検出ができなく
なる。これは、露光中のアライメント精度低下の原因に
なる。

【０００５】斜方検出法は、光軸がマスク面に対して斜
めになるように光学系を配置するため、露光光を遮らな
いように配置することができる。このため、露光中に光
学系を退避させる必要がなく、露光中でもアライメント
マークを観測することができる。従って、スループット
を低下させることなく、かつ露光中の位置ずれを防止す
ることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】斜方検出法を用いた位
置合わせにおいて、マスクの倍率誤差を測定し、倍率補
正を行う技術は、未だ十分に確立されているとはいえな
い。

【０００７】本発明の目的は、斜方検出法にも適用可能
な倍率補正量の検出方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、ウエハとマスクとを、両者がある間隙を隔てて対向
するように配置して、粗い位置合わせを行う工程であっ
て、該ウエハの表面に平行なｘｙ直交座標系を考えたと
き、該ウエハの表面上のｘ座標の異なる位置に、位置合
わせ用の第１のｘ軸用ウエハマークと第２のｘ軸用ウエ
ハマークが配置され、ｙ座標の異なる位置に第１のｙ軸
用ウエハマークと第２のｙ軸用ウエハマークが配置さ
れ、該マスクの、前記第１及び第２のｘ軸用ウエハマー
ク、前記第１及び第２のｙ軸用ウエハマークの各々に対
応する位置にマスクマークが配置されており、各マスク
マークが、対応するウエハマークの位置にほぼ整合する
ように粗い位置合わせを行う工程と、前記第１のｘ軸用
ウエハマークとそれに対応するマスクマークとのｘ軸方
向の位置合わせ誤差Δｘ₁、前記第１のｙ軸用ウエハマ
ークとそれに対応するマスクマークとのｙ軸方向の位置
合わせ誤差Δｙ₁、及び前記第２のｙ軸用ウエハマーク
とそれに対応するマスクマークとのｙ軸方向の位置合わ
せ誤差Δｙ₂を検出する第１の検出工程と、前記第１の
検出工程で検出された誤差Δｘ₁に基づいて、前記ウエ
ハとマスクとのｘ軸方向の相対位置を調節し、前記第１
の検出工程で検出された誤差Δｙ₁及びΔｙ₂に基づい
て、前記ウエハとマスクとのｙ軸方向の相対位置を調節
する第１回目の微細位置合わせ工程と、前記第２のｘ軸
用ウエハマークとそれに対応するマスクマークとのｘ軸
方向の位置合わせ誤差Δｘ₂を測定し、測定された誤差
Δｘ₂に基づいて、前記マスクのｘ軸方向の倍率補正量
を求める工程とを有する倍率補正量検出方法が提供され
る。

【０００９】２つのｘ軸用マークのうち一方のマークを
基準としてｘ軸方向の位置合わせを行うことにより、他
方のマークのずれ量から容易に倍率補正量を求めること
ができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を説明する前に、
実施例に関連する本願発明者の先の提案について説明す
る。

【００１１】図１は、先の提案による位置検出装置の概
略図を示す。先の提案による位置検出装置はウエハ／マ
スク保持部１０、光学系２０、及び制御装置３０を含ん
で構成されている。

【００１２】ウエハ／マスク保持部１０は、ウエハ保持
台１５、マスク保持台１６、駆動機構１７及び１８を含
んで構成されている。位置合わせ時には、ウエハ保持台
１５の上面にウエハ１１を保持し、マスク保持台１６の
下面にマスク１２を保持する。ウエハ１１とマスク１２
とは、ウエハ１１の露光面とマスク１２のウエハ側の面
（マスク面）との間に一定の間隙が形成されるようにほ
ぼ平行に配置される。ウエハ１１の露光面には、位置合
わせ用のウエハマークが形成され、マスク１２のマスク
面には位置合わせ用のマスクマークが形成されている。

【００１３】駆動機構１７は、ウエハ１１とマスク１２
との露光面内に関する相対位置が変化するように、ウエ
ハ保持台１５若しくはマスク保持台１６を移動させるこ
とができる。駆動機構１８は、ウエハ１１の露光面とマ
スク１２のマスク面との間隔が変化するように、ウエハ
保持台１５を移動させることができる。図の左から右に
ｘ軸、紙面に垂直な方向に表面から裏面に向かってｙ
軸、露光面の法線方向にｚ軸をとると、駆動機構１７
は、ウエハ１１とマスク１２の、ｘ軸方向、ｙ軸方向、
ｚ軸の回りの回転方向（θｚ方向）に関する相対位置を
調整し、駆動機構１８は、ｚ軸方向、ｘ軸及びｙ軸の回
りの回転（あおり）方向（θｘ及びθｙ方向）の相対位
置を調整する。

【００１４】光学系２０は、像検出装置２１Ａ、２１
Ｂ、レンズ２２、２８、ハーフミラー２３、２６Ａ、光
ファイバ２４、ミラー２６Ｂを含んで構成される。光学
系２０の光軸２５は、ｘｚ面に平行であり、かつ露光面
に対して斜めになるように配置されている。

【００１５】光ファイバ２４から放射された照明光はハ
ーフミラー２３で反射して光軸２５に沿った光線束とさ
れ、レンズ２２を通して露光面に斜入射される。レンズ
２２を透過した照明光は平行光線束もしくは収束光線束
になる。

【００１６】ウエハ１１及びマスク１２に設けられたウ
エハマーク及びマスクマークがエッジ若しくは頂点を有
する場合には、エッジ若しくは頂点で照明光が散乱され
る。散乱光のうちレンズ２２に入射する光はレンズ２２
で収束され、その一部がハーフミラー２３と２６Ａを透
過して像検出装置２１Ａの受光面２９Ａ上に結像する。
受光面２９Ａ上への結像倍率は、例えば２０倍である。
散乱光のうちハーフミラー２６Ａで反射した光は、ミラ
ー２６Ｂで反射し、リレーレンズ２８で収束されて像検
出装置２１Ｂの受光面２９Ｂ上に結像する。受光面２９
Ｂ上への結像倍率は、例えば８０〜１００倍である。こ
のように、相互に倍率の異なる２つの観測光学系が配置
されている。

【００１７】像検出装置２１Ａ及び２１Ｂは、それぞれ
受光面２９Ａ及び２９Ｂ上に結像したウエハ１１及びマ
スク１２からの散乱光による像を光電変換し画像信号を
得る。これらの画像信号は制御装置３０に入力される。

【００１８】制御装置３０は、像検出装置２１Ａ及び２
１Ｂから入力された画像信号を処理して、ウエハ１１と
マスク１２との相対位置を検出する。さらに、ウエハ１
１とマスク１２が所定の相対位置関係になるように、駆
動機構１７及び１８に対して制御信号を送出する。駆動
機構１７は、この制御信号に基づいてマスク保持台１６
をｘｙ面内で平行移動させ、ｚ軸の回りに回転させる。
駆動機構１８は、この制御信号に基づいてウエハ保持台
１５をｚ軸方向に平行移動させ、ｘ軸とｙ軸の回りに微
小回転させる。

【００１９】図２（Ａ）は、図１のウエハ１１及びマス
ク１２に形成された位置合わせ用のウエハマーク１３
Ａ、１３Ｂ、及びマスクマーク１４の相対位置関係を示
す平面図である。長方形パターンをｙ軸方向に３個、ｘ
軸方向に１４個、行列状に配列して各ウエハマーク１３
Ａ及び１３Ｂが形成されている。同様の長方形パターン
をｙ軸方向に３個、ｘ軸方向に５個、行列状に配置して
１つのマスクマーク１４が形成されている。位置合わせ
が完了した状態では、マスクマーク１４は、ｙ軸方向に
関してウエハマーク１３Ａと１３Ｂとのほぼ中央に配置
される。

【００２０】ウエハマーク１３Ａ、１３Ｂ、及びマスク
マーク１４の各長方形パターンの長辺はｘ軸と平行にさ
れ、短辺はｙ軸と平行にされている。各長方形パターン
の長辺の長さは例えば２μｍ、短辺の長さは例えば１μ
ｍであり、各マーク内における長方形パターンのｘ軸及
びｙ軸方向の配列ピッチは４μｍである。ウエハマーク
１３Ａと１３Ｂとの中心間距離は５６μｍである。

【００２１】図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の一点鎖線Ｂ２
−Ｂ２における断面図を示す。ウエハマーク１３Ａ及び
１３Ｂは、例えば露光面上に形成したＳｉＮ膜、ポリシ
リコン膜等をパターニングして形成される。マスクマー
ク１４は、例えばＳｉＣ等からなるメンブレン１２のマ
スク面上に形成したＴａ₄Ｂ膜をパターニングして形成
される。

【００２２】図２（Ｃ）は、図２（Ａ）の一点鎖線Ｃ２
−Ｃ２における断面図を示す。光軸２５に沿ってウエハ
マーク１３Ａ、１３Ｂ及びマスクマーク１４に入射した
照明光は、図２（Ｃ）の各長方形パターンの短辺側のエ
ッジで散乱される。エッジ以外の領域に照射された光は
正反射し、図１のレンズ２２には入射しない。従って、
像検出装置２１Ａ及び２１Ｂでエッジからの散乱光のみ
を検出することができる。ここで、正反射とは、入射光
のうちほとんどの成分が、同一の反射方向に反射するよ
うな態様の反射をいう。

【００２３】図１の光学系２０の物空間において光軸２
５に垂直な１つの平面上の複数の点からの散乱光が、像
検出装置２１Ａ及び２１Ｂの受光面２９Ａ及び２９Ｂ上
に同時に結像する。受光面２９Ａ及び２９Ｂ上に結像し
ている物空間内の物点の集合した平面を「物面」と呼ぶ
こととする。

【００２４】図２（Ｃ）において、ウエハマーク１３
Ａ、１３Ｂ及びマスクマーク１４の各エッジのうち、物
面２７上にあるエッジからの散乱光は受光面上に合焦す
るが、物面上にないエッジからの散乱光は合焦せず、エ
ッジの位置が物面から遠ざかるに従って当該エッジから
の散乱光による像のピントが合わなくなる。従って、各
マークのエッジのうち物面に最も近い位置にあるエッジ
からの散乱光による像が最も鮮明になり、物面から離れ
た位置にあるエッジからの散乱光による像はぼける。

【００２５】図３は、エッジからの散乱光による受光面
上の像のスケッチである。図３のｕ軸が図２（Ｃ）にお
ける物面２７とｘｚ面との交線方向に相当し、ｖ軸が図
２（Ｃ）におけるｙ軸に相当する。ウエハマーク１３Ａ
及び１３Ｂからの散乱光による像４０Ａ及び４０Ｂがｖ
軸方向に離れて現れ、その間にマスクマーク１４からの
散乱光による像４１が現れる。

【００２６】各長方形パターンの前方のエッジと後方の
エッジによる散乱光が観測されるため、１つの長方形パ
ターンに対して２つの点状の像が現れる。各像におい
て、図２（Ｃ）の物面２７近傍のエッジからの散乱光に
よる像がはっきりと現れ、それからｕ軸方向に離れるに
従ってぼけた像となる。また、図２（Ｃ）に示すよう
に、観測光軸２５が露光面に対して傾いているため、ウ
エハマークからの散乱光による像４０Ａ及び４０Ｂの最
もピントの合っている位置とマスクマークからの散乱光
による像４１の最もピントの合っている位置とは、ｕ軸
方向に関して一致しない。

【００２７】マスクマークからの散乱光による像４１
が、ｖ軸方向に関して像４０Ａと４０Ｂとの中央に位置
するように、図１のウエハ保持台１５とマスク保持台１
６とを移動させることにより、ｙ軸方向、即ち物面と露
光面との交線方向に関してウエハ１１とマスク１２との
位置合わせを行うことができる。

【００２８】図１に示す位置検出装置では、ウエハマー
ク及びマスクマークを斜方から観測するため、光学系２
０を露光光４０の光路内に配置する必要がない。このた
め、露光時に光学系２０を露光範囲外に退避させる必要
がない。また、位置合わせ完了後にウエハを露光する場
合、露光中も常時位置検出が可能である。さらに、照明
光軸と観察光軸を同軸にしているため、軸ずれがなく常
に安定した像を得ることができる。

【００２９】図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、像検出装置
２１により得られた画像信号を示す。横軸は図３のｖ軸
に対応し、縦軸は光強度を表す。なお、この画像信号
は、図３に示す受光面を走査して得られた画像信号のう
ち、像４０Ａ及び４０Ｂの最もピントの合っている位置
の走査線と像４１の最もピントの合っている位置の走査
線に対応する画像信号を合成したものである。

【００３０】図４（Ａ）は、ウエハマークがポリシリコ
ンで形成されている場合、図４（Ｂ）はウエハマークが
ＳｉＮで形成されている場合を示す。なお、マスクマー
クは、共に、Ｔａ₄Ｂで形成されている。図４（Ａ）及
び図４（Ｂ）に示すように、ほぼ中央にマスクマークに
対応する３本のピークが現れ、その両側にウエハマーク
に対応する３本のピークが現れている。

【００３１】以下、図４（Ａ）または図４（Ｂ）に示す
波形から、マスクマークとウエハマークとの相対位置を
検出する方法の一例を簡単に説明する。まず、マスクマ
ークに対応するピーク波形をｖ軸方向にずらせながら２
つのウエハマークの各々に対応するピーク波形との相関
係数を計算する。最大の相関係数を与えるずらし量が、
ウエハマークとマスクマークとの中心間距離に対応す
る。

【００３２】マスクマークに対応するピーク波形とその
両側のウエハマークの各々に対応するピーク波形との間
隔が等しくなるように、ウエハとマスクとを移動するこ
とにより、図１のｙ軸方向に関して位置合わせを行うこ
とができる。

【００３３】なお、図３に示す２次元の画像信号を、ｕ
軸方向及びｖ軸方向に平行移動し、マスクマークの像と
ウエハマークの像との相似性パターンマッチングを行う
ことにより、ウエハとマスクとの相対位置を求めてもよ
い。２次元画像のパターンマッチングを行うことによ
り、ｕ軸方向とｖ軸方向に関する像間の距離を求めるこ
とができる。

【００３４】次に、ウエハとマスクとの間隔を測定する
方法について説明する。図３において、ウエハマークか
らの散乱光による像４０Ａ、４０Ｂ内のｕ軸方向に関し
て最もピントの合っている位置ｕ０が、図２（Ｃ）にお
ける物面２７と露光面との交線Ｐ０に相当する。また、
図３において、マスクマークからの散乱光による像４１
のうち、ｕ軸方向に関して最もピントの合っている位置
ｕ₁が、図２（Ｃ）における物面２７とマスク面との交
線Ｐ₁に相当する。例えば、図３に示す２次元画像のパ
ターンマッチングにより位置ｕ₀とｕ₁間の距離を求める
ことができる。

【００３５】線分Ｐ₀Ｐ₁の長さをＬ（Ｐ₀Ｐ₁）で表す
と、ウエハ１１とマスク１２との間隔δは、

【００３６】

【数１】δ＝Ｌ（Ｐ₀Ｐ₁）×ｓｉｎ（α）と表される。ここで、αは露光面の法線方向と光軸２５
とのなす角である。従って、図３におけるｕ軸上の位置
ｕ₀とｕ₁間の距離Ｌ（ｕ₀ｕ₁）を測定して線分Ｐ ₀Ｐ₁の
長さを求めることにより、間隔δを知ることができる。

【００３７】なお、観測された像同士のパターンマッチ
ングを行うのではなく、基準となる像とのパターンマッ
チングを行ってもよい。この場合、所望の相対位置関係
を満たすようにウエハとマスクとを配置した状態におけ
る基準画像信号を、予め記憶しておく。観測されたウエ
ハマークと予め記憶されているウエハマークの像同士の
相似性パターンマッチングを行うことにより、ウエハの
基準位置からのずれ量を求める。同様にマスクの基準位
置からのずれ量を求める。このずれ量から、ウエハとマ
スクの相対位置を知ることができる。

【００３８】図１に示すｙ軸方向に関する位置合わせに
要求される精度は、集積回路装置の集積度向上に伴って
厳しくなっている。例えば、１６Ｇビットの記憶容量を
有するダイナミックＲＡＭの場合、１２．５ｎｍ程度の
位置合わせ精度が要求される。

【００３９】図４に示す画像信号に基づいて位置合わせ
を行うためには、ウエハとマスクとの相対位置合わせが
ある程度の誤差範囲内に納まっていることが好ましい。
しかし、図１に示すウエハ１１をウエハ保持台１５に保
持し、マスク１２をマスク保持台１６に、この誤差範囲
内に納まる精度で保持することは困難である。このた
め、ウエハ１１とマスク１２とを保持した後、この誤差
範囲内に納まるように粗い位置合わせ（コースアライメ
ント）を行うことが好ましい。

【００４０】結像倍率の低い受光面２９Ａ上の像による
画像信号に基づいて、このコースアライメントを容易に
行うことができる。コースアライメントが完了した後、
結像倍率の高い受光面２９Ｂ上の像による画像信号に基
づいて、より高精度の位置合わせ（ファインアライメン
ト）を行うことができる。ファインアライメントを行う
前にコースアライメントを行うことにより、ウエハとマ
スクとを保持する時に要求される位置合わせ精度が緩和
される。

【００４１】また、集積度向上に伴い、ウエハ１１とマ
スク１２との間隔も一定に保つことが要求される。この
間隔は、例えば、線幅０．１μｍのＸ線露光の場合に
は、１０〜２０μｍ程度であり、±１μｍ程度の精度が
要求される。結像倍率の低い受光面２９Ａ上の像による
画像信号に基づいて、ウエハとマスクとの間隔を検出す
る。

【００４２】図１では、照明光の光軸と観測光学系の光
軸とが一致する場合について示したが、照明光の正反射
光が観測光学系２０のレンズ２２に入射しないような構
成であれば、必ずしも２つの光軸を一致させる必要はな
い。

【００４３】次に、図５を参照して、本発明の実施例に
よる倍率補正量検出方法ついて説明する。

【００４４】図５は、位置合わせすべきウエハ１１とマ
スク１２、及び光学系の概略平面図を示す。ウエハの露
光すべき表面内に、ｘｙ直交座標系を考える。ウエハ１
１の表面上に、第１及び第２のｘ軸用ウエハマークＵｘ
₁及びＵｘ₂が形成されている。両者は、ｘ軸方向に関し
て相互に異なる位置に配置されている。さらに、ウエハ
１１の表面上に、第１及び第２のｙ軸用ウエハマークＵ
ｙ₁及びＵｙ₂が配置されている。両者は、ｙ軸方向に関
して相互に異なる位置に配置されている。

【００４５】マスク１２には、第１及び第２のｘ軸用マ
スクマークＭｘ₁及びＭｘ₂、第１及び第２のｙ軸用マス
クマークＭｙ₁及びＭｙ₂が形成されている。第１及び第
２のｘ軸用マスクマークＭｘ₁及びＭｘ₂は、それぞれ第
１及び第２のｘ軸用ウエハマークＵｘ₁及びＵｘ₂に対応
する位置に配置され、第１及び第２のｙ軸用マスクマー
クＭｙ₁及びＭｙ₂は、それぞれ第１及び第２のｙ軸用ウ
エハマークＵｙ₁及びＵｙ₂に対応する位置に配置されて
いる。

【００４６】これらのウエハマーク及びマスクマーク
は、図２（Ａ）に示したものと同様の構成を有する。光
学系２０ｘ₁が、第１のｘ軸用ウエハマークＵｘ₁及び第
１のｘ軸用マスクマークＭｘ₁のｘ軸方向のずれ量Δｘ₁
を観測する。光学系２０ｘ₂が、第２のｘ軸用ウエハマ
ークＵｘ₂及び第２のｘ軸用マスクマークＭｘ₂のｘ軸方
向のずれ量Δｘ₂を観測する。光学系２０ｙ₁が、第１の
ｙ軸用ウエハマークＵｙ ₁及び第１のｙ軸用マスクマー
クＭｙ₁のｙ軸方向のずれ量Δｙ₁を観測する。光学系２
０ｙ₂が、第２のｙ軸用ウエハマークＵｙ₂及び第２のｙ
軸用マスクマークＭｙ₂のｙ軸方向のずれ量Δｙ₂を観測
する。これら光学系２０ｘ₁〜２０ｙ₂の各々は、図１に
示す光学系２０と同様の構成を有する。

【００４７】次に、マスク１２の倍率補正量を検出する
方法を説明する。まず最初に、各ウエハマークＵｘ₁〜
Ｕｙ₂と、それらに対応するマスクマークＭｘ₁〜Ｍｙ₂
を観測し、粗い位置合わせを行う。

【００４８】次に、ずれ量Δｘ₁、Δｙ₁、及びΔｙ₂を
測定する。ずれ量Δｘ₁に基づいて、ウエハ１１とマス
ク１２とのｘ軸方向の相対位置を調節する。より具体的
には、ずれ量Δｘ₁が０になるように、ウエハ１１に対
してマスク１２をｘ軸方向に移動させる。

【００４９】ずれ量Δｙ₁及びΔｙ₂に基づいて、ウエハ
１１とマスク１２とのｙ軸方向の相対位置を調節する。
例えば、（Δｙ₁＋Δｙ₂）／２が０になるように、ウエ
ハ１１に対してマスク１２をｙ軸方向に移動させる。さ
らに、ずれ量Δｙ₁及びΔｙ₂に基づいて、ウエハ１１と
マスク１２との面内回転方向の相対位置を調節する。例
えば、ｔａｎ^-1〔（Δｙ₁−Δｙ₂）／Ｌｘ〕から求まる
角度だけ、マスク１２を面内方向に回転させる。

【００５０】ここまでの操作により、ｘ軸方向に関して
は、第１のｘ軸用ウエハマークＵｘ ₁が形成されている
位置において、ウエハ１１とマスク１２との位置が整合
する。マスク１２が熱膨張等により変形している場合、
その他の位置においては、両者の位置がマスクの変形量
だけずれる。ｙ軸方向に関しては、第１のｙ軸用ウエハ
マークＵｙ₁と第２のｙ軸用ウエハマークＵｙ₂とが配置
されている位置のほぼ中央の位置に置いて、ウエハ１１
とマスク１２との位置が整合する。

【００５１】次に、ずれ量Δｘ₂を測定する。ずれ量Δ
ｘ₂が０でない場合には、長さＬｘに対してずれ量Δｘ₂
だけ、マスク１２がｘ軸方向に歪んでいることになる。
すなわち、Δｘ₂／Ｌｘから、ｘ軸方向の倍率補正量を
求めることができる。

【００５２】次に、ずれ量Δｘ₁、Δｘ₂、及びΔｙ₁を
測定する。なお、ここまでの工程で、ずれ量Δｘ₁を０
とし、そのときのずれ量Δｘ₂を測定しているため、再
度測定し直さなくてもよい。ｙ軸方向に関しては、ずれ
量Δｙ₁を測定した後、マスク１２をｙ軸方向に移動さ
せているため、再度ずれ量Δｙ₁を測定する必要があ
る。

【００５３】ずれ量Δｙ₁に基づいて、ウエハ１１とマ
スク１２とのｙ軸方向の相対位置を調節する。より具体
的には、ずれ量Δｙ₁が０になるように、ウエハ１１に
対してマスク１２をｙ軸方向に移動させる。

【００５４】ずれ量Δｘ₁及びΔｘ₂に基づいて、ウエハ
１１とマスク１２とのｘ軸方向の相対位置を調節する。
例えば、（Δｘ₁＋Δｘ₂）／２が０になるように、ウエ
ハ１１に対してマスク１２をｘ軸方向に移動させる。さ
らに、ずれ量Δｘ₁及びΔｘ₂に基づいて、ウエハ１１と
マスク１２との面内回転方向の相対位置を調節する。例
えば、ｔａｎ^-1〔（Δｘ₁−Δｘ₂）／Ｌｙ〕から求まる
角度だけ、マスク１２を面内方向に回転させる。

【００５５】ここまでの操作により、ｙ軸方向に関して
は、第１のｙ軸用ウエハマークＵｙ ₁が形成されている
位置において、ウエハ１１とマスク１２との位置が整合
する。マスク１２が熱膨張等により変形している場合、
その他の位置においては、両者の位置がマスクの変形量
だけずれる。ｘ軸方向に関しては、第１のｘ軸用ウエハ
マークＵｘ₁と第２のｘ軸用ウエハマークＵｘ₂とが配置
されている位置のほぼ中央の位置に置いて、ウエハ１１
とマスク１２との位置が整合する。

【００５６】次に、ずれ量Δｙ₂を測定する。ずれ量Δ
ｙ₂が０でない場合には、長さＬｙに対してずれ量Δｙ₂
だけ、マスク１２がｙ軸方向に歪んでいることになる。
すなわち、Δｙ₂／Ｌｙから、ｙ軸方向の倍率補正量を
求めることができる。

【００５７】ｘ軸方向及びｙ軸方向の倍率補正量が求ま
ると、この補正量に基づいてマスク１２倍率補正を行
う。

【００５８】倍率補正は、例えば、マスクを局所的に加
熱して熱変形させることにより行われる。加熱部位を適
当に選択することにより、ｘ軸方向またはｙ軸方向にほ
ぼ独立に変形させることができる（島津らによる「Ｘ線
マスク熱変形補正による合わせ法の提案」、１９９７年
秋期第５８回応用物理学会学術講演予稿集、講演番号４
ｐ−ＺＬ−８、第７００頁参照）。または、マスクに外
部から応力を加えてマスクを変形させてもよい。

【００５９】マスクの倍率補正を行った後、露光を行
う。なお、倍率補正後に、再度微細な位置合わせを行っ
てもよい。

【００６０】上記実施例で説明した位置合わせ方法の効
果を説明する前に、図６を参照して、参考例による位置
合わせ方法について簡単に説明する。

【００６１】図６は、参考例によるウエハ及びマスクの
アライメントマークの配置を示す。露光エリアＥＡ内
に、ｘ軸用マークＭｘ₃及びＭｘ₄が配置され、ｙ軸用マ
ークＭｙ₁及びＭｙ₂が配置されている。ｘ軸用マークＭ
ｘ₃とＭｘ₄は、ｘ軸に平行な仮想直線Ｌ₂上に配置さ
れ、ｙ軸用マークＭｙ₁とＭｙ₂は、ｙ軸に平行な仮想直
線Ｌ₁上に配置されている。

【００６２】ｘ軸用マークＭｘ₃及びＭｘ₄を、それぞれ
光学系２０ｘ₃及び２０ｘ₄で観測することにより、ｘ軸
方向の倍率補正量を求めることができる。ｙ軸用マーク
Ｍｙ ₁及びＭｙ₂を、それぞれ光学系２０ｙ₁及び２０ｙ₂
で観測することにより、ｙ軸方向の倍率補正量を求める
ことができる。

【００６３】ところが、これら４つのマークからでは、
面内回転方向の位置ずれを検出することができない。５
番目のｙ軸用マークＭｙ₅を、仮想直線Ｌ₁から離れた位
置に配置し、ｙ軸用マークＭｙ₁とＭｙ₅とを観測するこ
とにより、面内回転方向の位置ずれを検出することが可
能になる。

【００６４】この場合には、光学系を５個配置しなけれ
ばならない。しかし、位置合わせ装置のウエハ及びマス
クの周辺の空間は限られているため、５個の光学系を相
互に干渉することなく配置することは困難である。

【００６５】ｘ軸用マークＭｘ₃とＭｘ₄とを１つの光学
系で観測する方法も考えられる。この場合には、マーク
Ｍｘ₃を観測した後、ウエハ及びマスクをｘ軸方向に平
行移動して、同じ光学系でマークＭｘ₄を観測する。観
測中にウエハとマスクとを平行移動しなければならない
ため、位置合わせに必要な時間が長くなる。

【００６６】本発明の実施例の場合には、光学系を４個
配置することにより、ウエハとマスクとを平行移動させ
ることなく、倍率補正量を求め、かつ位置合わせを行う
ことが可能になる。

【００６７】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
ｘ軸方向の位置合わせ用の１つのマークと、ｙ軸方向の
位置合わせ用の２つのマークを用いてｘ軸方向とｙ軸方
向の位置合わせを行う。その後、ｘ軸方向の位置合わせ
用の他のマークを観測することにより、ｘ軸方向の倍率
補正量を求めることができる。同様の方法でｙ軸方向の
倍率補正量を求めることも可能である。このように、光
学系を４つ配置することにより、ｘ軸及びｙ軸方向の倍
率補正量を求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例及び先の提案による位置合わせ
装置の概略を示す断面図である。

【図２】ウエハマークとマスクマークの平面図及び断面
図である。

【図３】ウエハマークとマスクマークからの散乱光によ
る像をスケッチした図である。

【図４】図１に示す位置検出装置により得られた散乱光
による像の画像信号の一例を示すグラフである。

【図５】実施例による位置検出装置におけるウエハ、マ
スク及び光学系の配置を説明するための平面図である。

【図６】参考例による位置検出装置におけるウエハ、マ
スク及び光学系の配置を説明するための平面図である。

【符号の説明】

１０ウエハ／マスク保持部１１ウエハ１２マスク１３Ａ、１３Ｂウエハマーク１４マスクマーク１５ウエハ保持台１６マスク保持台１７、１８駆動機構２０光学系２１Ａ、２１Ｂ像検出装置２２レンズ２３、２６Ａハーフミラー２４光ファイバ２５光軸２６Ｂミラー２７物面２８リレーレンズ２９Ａ、２９Ｂ結像面３０制御装置３１変形補償手段４０Ａ、４０Ｂウエハマークからの散乱光による像４１マスクマークからの散乱光による像

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ウエハとマスクとを、両者がある間隙を
隔てて対向するように配置して、粗い位置合わせを行う
工程であって、該ウエハの表面に平行なｘｙ直交座標系
を考えたとき、該ウエハの表面上のｘ座標の異なる位置
に、位置合わせ用の第１のｘ軸用ウエハマークと第２の
ｘ軸用ウエハマークが配置され、ｙ座標の異なる位置に
第１のｙ軸用ウエハマークと第２のｙ軸用ウエハマーク
が配置され、該マスクの、前記第１及び第２のｘ軸用ウ
エハマーク、前記第１及び第２のｙ軸用ウエハマークの
各々に対応する位置にマスクマークが配置されており、
各マスクマークが、対応するウエハマークの位置にほぼ
整合するように粗い位置合わせを行う工程と、前記第１のｘ軸用ウエハマークとそれに対応するマスク
マークとのｘ軸方向の位置合わせ誤差Δｘ₁、前記第１
のｙ軸用ウエハマークとそれに対応するマスクマークと
のｙ軸方向の位置合わせ誤差Δｙ₁、及び前記第２のｙ
軸用ウエハマークとそれに対応するマスクマークとのｙ
軸方向の位置合わせ誤差Δｙ₂を検出する第１の検出工
程と、前記第１の検出工程で検出された誤差Δｘ₁に基づい
て、前記ウエハとマスクとのｘ軸方向の相対位置を調節
し、前記第１の検出工程で検出された誤差Δｙ₁及びΔ
ｙ₂に基づいて、前記ウエハとマスクとのｙ軸方向の相
対位置を調節する第１回目の微細位置合わせ工程と、前記第２のｘ軸用ウエハマークとそれに対応するマスク
マークとのｘ軸方向の位置合わせ誤差Δｘ₂を測定し、
測定された誤差Δｘ₂に基づいて、前記マスクのｘ軸方
向の倍率補正量を求める工程とを有する倍率補正量検出
方法。
【請求項２】前記第１回目の微細位置合わせ工程が、
さらに、誤差Δｙ₁及びΔｙ₂に基づいて、前記ウエハと
マスクとの面内回転方向の相対位置を調節する工程を含
む請求項１に記載の倍率補正量検出方法。
【請求項３】前記ｘ軸方向の倍率補正量を求めた後、
さらに、前記第１のｙ軸用ウエハマークとそれに対応するマスク
マークとのｙ軸方向の位置合わせ誤差Δｙ₁を検出する
第２の検出工程と、前記第２の検出工程で検出された誤差Δｙ₁に基づい
て、前記ウエハとマスクとのｙ軸方向の相対位置を調節
し、誤差Δｘ₁及びΔｘ₂に基づいて、前記ウエハとマス
クとのｘ軸方向の相対位置を調節する第２回目の微細位
置合わせ工程と、前記第２のｙ軸用ウエハマークとそれに対応するマスク
マークとのｙ軸方向の位置合わせ誤差Δｙ₂を測定し、
測定された誤差Δｙ₂に基づいて、前記マスクのｙ軸方
向の倍率補正量を求める工程とを有する請求項１または
２に記載の倍率補正量検出方法。
【請求項４】前記し、第２回目の微細位置合わせ工程
が、さらに、誤差Δｘ₁及びΔｘ₂に基づいて、前記ウエ
ハとマスクとの面内回転方向の相対位置を調節する工程
を含む請求項３に記載の倍率補正量検出方法。
【請求項５】前記第２回目の微細位置合わせ工程にお
いて、誤差Δｘ₁として０を採用し、誤差Δｘ₂として、
前記マスクのｘ軸方向の倍率補正量を求める工程で測定
された誤差Δｘ₂を採用する請求項３または４に記載の
倍率補正量検出方法。
【請求項６】前記第１回目の微細位置合わせ工程にお
いて、（Δｙ₁＋Δｙ₂）／２が０になるように、前記ウ
エハとマスクとのｙ軸方向の相対位置を調節する請求項
１〜５のいずれかに記載の倍率補正量検出方法。
【請求項７】ウエハとマスクとを、両者がある間隙を
隔てて対向するように保持し、該ウエハとマスクとの相
対位置関係を調節することができるステージと、前記ステージに保持されたウエハの表面に平行なｘｙ直
交座標系を考えたとき、該ウエハの表面上のｘ軸方向の
ある位置に形成された第１のｘ軸用ウエハマークと、前
記マスクの該第１のｘ軸用ウエハマークに対応する位置
に形成されたマスクマークとを観測し、両者のｘ軸方向
のずれ量Δｘ₁を検出する第１の光学系と、前記ウエハの表面の、前記第１のｘ軸用ウエハマークと
はｘ座標の異なる位置に形成された第２のｘ軸用ウエハ
マークと、前記マスクの該第２のｘ軸用ウエハマークに
対応する位置に形成されたマスクマークとを観測し、両
者のｘ軸方向のずれ量Δｘ₂を検出する第２の光学系
と、前記ウエハの表面上のｙ軸方向のある位置に形成された
第１のｙ軸用ウエハマークと、前記マスクの該第１のｙ
軸用ウエハマークに対応する位置に形成されたマスクマ
ークとを観測し、両者のｙ軸方向のずれ量Δｙ₁を検出
する第３の光学系と、前記ウエハの表面の、前記第１のｙ軸用ウエハマークと
はｙ座標の異なる位置に形成された第２のｙ軸用ウエハ
マークと、前記マスクの該第２のｙ軸用ウエハマークに
対応する位置に形成されたマスクマークとを観測し、両
者のｙ軸方向のずれ量Δｙ₂を検出する第４の光学系
と、前記ずれ量Δｘ₁に基づいてウエハとマスクとのｘ軸方
向のずれ量を決定し、前記ずれ量Δｙ₁とΔｙ₂とに基づ
いてウエハとマスクとのｙ軸方向のずれ量を決定し、前
記ずれ量Δｘ₁、Δｙ₁、及びΔｙ₂に基づいてウエハと
マスクとの面内回転方向のずれ量を決定し、決定された
ずれ量に基づいて、前記ステージを駆動し、ウエハとマ
スクとの相対位置関係を調節する制御手段と、前記ずれ量Δｘ₂に基づいて、前記マスクのｘ軸方向の
倍率補正量を決定する補正量決定手段とを有する位置合
わせ装置。