JP2001332478A - 原板アライメント方法、露光方法および露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 原板に大きなパターン位置ずれがある場合で
も原板のアライメントを容易に行うことができるように
する。 【解決手段】 露光装置に搬入された露光パターンを有
する原板を、該原板上のアライメントマークを観察手段
により観察してアライメントする場合に、あらかじめ、
観察手段により原板のアライメントマークを観察してそ
の位置を計測し（ステップ５１）、この計測結果を原板
に付随するデータとして記憶しておく（ステップ５
２）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子製造用
の露光装置において、マスクやレチクル（以下「マス
ク」という）等の原板上に形成されている微細な電子回
路パターンをウエハ等の基板面上に露光転写する際に、
原板を露光装置（ウエハステージ座標系）に位置決め
（アライメント）する場合に好適な原板アライメント方
法およびこれを用いた露光方法ならびに露光装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体製造用の露光装置において
は、マスクとウエハの相対位置合せは性能向上を図るた
めの重要な一要素となっている。特に最近の露光装置に
おける位置合せにおいては、半導体素子の高集積化のた
めに、例えばサブミクロン以下の位置合せ精度を有する
ものが要求されている。その際、マスクとウエハとの間
隔を面間隔測定装置等で測定し、所定の間隔となるよう
に制御した後に、マスクおよびウエハ面上に設けた位置
合せ用の所謂アライメントパターンにより得られる位置
情報を利用して、双方のアライメントを行っている。こ
のアライメント方法としては、例えば双方のアライメン
トパターンのずれ量を、画像処理を行うことにより検出
するものや、米国特許第４０３７９６９号や特開昭５６
−１５７０３３号公報で提案されているように、アライ
メントパターンとしてゾーンプレートを用い、該ゾーン
プレートに光束を照射し、このときゾーンプレートから
射出した光束の所定面上における集光点位置を検出する
ものがある。さらに、マスクを装置座標系（ウエハステ
ージ座標系）に位置合せするマスクアライメント方法で
は、マスクとウエハのアライメント時に使用する方法と
同じ方法が用いられている。すなわち、マスク側に複数
のアライメントパターンを配置しておき、ウエハステー
ジ上の基準マーク台にウエハのアライメントパターンと
同様のパターンを設け、双方のパターン間の位置ずれを
検出するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、量産用
のマスクにおいてはマスクの製造コスト削減のため、マ
スクフレームの外形基準に対するマスク回路パターンお
よびアライメントマークの位置ずれの許容値が緩和され
ており、例えば、Ｘ／Ｙが２００μｍ、θが１ｍｒａｄ
もずれているマスクなども製造されるようになってい
る。従来のマスクとウエハをアライメントする方式で
は、数ｎｍといった非常に高い分解能が要求されるた
め、その計測レンジは高々１０μｍ程度しかないのが一
般的であり、２００μｍ以上もの位置ずれのあるマスク
をアライメントすることができない。そこで本発明は、
原板アライメント方法、露光方法および露光装置におい
て、原板に大きなパターン位置ずれがある場合でも原板
のアライメントを容易に行うことができるようにするこ
とを課題とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するた
め、本発明の第１の原板アライメント方法は、露光装置
に搬入された露光パターンを有する原板を、該原板上の
アライメントマークを観察手段により観察して位置合せ
する原板アライメント方法において、あらかじめ、前記
観察手段により前記原板のアライメントマークを観察し
てその位置を計測し、この計測結果を前記原板に付随す
るデータとして記憶する計測記憶工程を具備することを
特徴とする。

【０００５】第２の原板アライメント方法は、第１の原
板アライメント方法において、前記計測記憶工程は、前
記原板に付随するデータが記憶されていない場合に行う
ことを特徴とする。

【０００６】第３の原板アライメント方法は、第１また
は第２の原板アライメント方法において、前記計測記憶
工程における位置計測は、観察位置を変えながら前記観
察手段により前記原板のアライメントマークからの光を
受光し、各観察位置のうち受光した光の強度が最大であ
る観察位置を決定し、そして、決定された観察位置にお
いて前記観察手段により観察される前記アライメントマ
ークの観察結果に基づいて前記アライメントマークの位
置を検出することにより行うことを特徴とする。

【０００７】第４の原板アライメント方法は、第１〜第
３のいずれかの原板アライメント方法において、前記ア
ライメントマークは、前記原板上に、その所定位置から
みた方向が９０度ずつ異なる少なくとも３個所に配置し
てあり、前記観察手段は、前記計測記憶工程における位
置計測に際しては、各アライメントマークに対応して配
置された少なくとも３つのアライメントスコープによ
り、各アライメントマークの一軸方向のみの位置を検出
することを特徴とする。

【０００８】第５の原板アライメント方法は、第１〜第
４のいずれかの原板アライメント方法において、前記ア
ライメントマークは反射型回折格子で構成されているこ
とを特徴とする。

【０００９】第６の原板アライメント方法は、第１〜第
５のいずれかの原板アライメント方法において、前記原
板に付随するデータに基づいて、前記原板のアライメン
トマークと、被露光基板を位置決めするための基板ステ
ージに設けられたアライメントマークとの間の位置ずれ
量を検出するずれ量検出工程を有することを特徴とす
る。

【００１０】第７の原板アライメント方法は、第６の原
板アライメント方法において、前記ずれ量検出工程は、
前記原板に付随するデータに基づいて、前記原板のアラ
イメントマークと、被露光基板を位置決めするための基
板ステージに設けられたアライメントマークとが前記観
察手段により同一観察位置で同時に観察し得るように前
記観察手段、原板および基板ステージの位置関係を設定
する工程と、その後、前記観察手段により前記原板のア
ライメントマークと前記基板ステージのアライメントマ
ークとを同時に観察してそれらの間の位置ずれ量を検出
する工程とを有することを特徴とする。

【００１１】第８の原板アライメント方法は、第６また
は第７の原板アライメント方法において、前記ずれ量検
出工程は、前記位置ずれ量の検出を行う前に、前記原板
に付随するデータに基づいて、前記原板の回転方向位置
における所定の基準位置からのずれが補正されるよう
に、前記原板を回転させる工程を有することを特徴とす
る。

【００１２】第９の原板アライメント方法は、第６〜第
８のいずれかの原板アライメント方法において、前記ず
れ量検出工程は、前記位置ずれ量の検出を行う前に、前
記原板に付随するデータに基づいて、前記観察手段の観
察位置を前記原板のアライメントマークが観察し得るよ
うに設定する工程と、前記基板ステージのアライメント
マークを前記原板のアライメントマークの下に位置決め
する工程とを有することを特徴とする。

【００１３】第１０の原板アライメント方法は、第６〜
第９のいずれかの原板アライメント方法において、前記
ずれ量検出工程で検出された位置ずれ量における回転方
向の位置ずれが所定の許容範囲内にない場合に、その回
転方向の位置ずれが補正されるように前記原板を回転さ
せる工程と、前記ずれ量検出工程で検出された位置ずれ
量における回転方向の位置ずれが所定の許容範囲内にあ
る場合に、前記ずれ量検出工程で検出された位置ずれ量
を記憶する工程とを有することを特徴とする。

【００１４】第１１の原板アライメント方法は、第１０
の原板アライメント方法において、前記記憶された位置
ずれ量のうち並進方向についてのものは、前記原板と被
露光基板とのアライメントに用いられることを特徴とす
る。

【００１５】第１２の原板アライメント方法は、第６〜
第１１のいずれかの原板アライメント方法において、前
記原板のアライメントマークは、前記原板上の所定位置
からみた方向が９０度ずつ異なる少なくとも３個所に配
置してあり、前記基板ステージのアライメントマーク
は、前記原板のアライメントマーク位置に対応する少な
くとも３個所に配置してあり、前記観察手段は、前記ず
れ量検出工程において、前記原板のアライメントマーク
位置に対応して配置された少なくとも３つのアライメン
トスコープにより、それぞれ前記原板および基板の各ア
ライメントマーク間の一軸方向のみの位置ずれ量を検出
することを特徴とする。

【００１６】第１３の原板アライメント方法は、第６〜
第１２のいずれかの原板アライメント方法において、前
記原板のアライメントマークは、前記計測記憶工程にお
ける位置計測に際して観察される第１のアライメントマ
ークと、前記ずれ量検出工程において観察される第２の
アライメントマークとで構成されていることを特徴とす
る。

【００１７】第１４の原板アライメント方法は、第１３
の原板アライメント方法において、前記第２アライメン
トマークは反射型回折格子で構成されていることを特徴
とする。

【００１８】そして、第１５の原板アライメント方法
は、第１３の原板アライメント方法において、前記第２
アライメントマークおよび前記基板ステージのアライメ
ントマークはグレーティングレンズで構成されているこ
とを特徴とする。

【００１９】また、本発明の露光方法は、前記第１〜第
１５のいずれかの方法により原板のアライメントを行っ
た後、前記原板と被露光基板のアライメントマークを観
察して前記原板と被露光基板のアライメントを行い、前
記原板のパターンを前記被露光基板上に露光転写するこ
とを特徴とする。

【００２０】また、本発明の第１の露光装置は、本発明
の露光方法を行う手段を具備することを特徴とする。そ
して、本発明の第２の露光装置は、アライメントスコー
プを用い、原板上のアライメントマークと基板上のアラ
イメントマークの位置を検出して、前記原板と基板の位
置合せを行った後、前記原板のパターンを前記基板上に
露光転写する露光装置であって、前記原板を保持して回
転可能な原板保持手段と、前記アライメントスコープを
搭載するステージと、このステージを基準とする所定位
置からの前記原板のアライメントマークの第１の位置ず
れ量（ｄｘ１、ｄｙ１、ｄθ１）を記憶する手段と、前
記基板を位置決めするための基板ステージと、この基板
ステージ上に設けられたアライメントマークと、前記ア
ライメントスコープにより前記原板のアライメントマー
クと前記基板ステージのアライメントマークの位置を検
出してそれらの間の位置ずれ量（ｄｘ２、ｄｙ２、ｄθ
２）を検出し、その位置ずれ量のうち回転方向のもの
（ｄθ２）が所定の許容値以下であるか否かを判断する
手段と、前記回転方向の位置ずれ量（ｄθ２）が所定の
許容値以下である場合に、前記第２の位置ずれ量（ｄｘ
２、ｄｙ２）を記憶する手段とを具備することを特徴と
する。

【００２１】これら本発明の構成において、露光装置に
搬入された原板をアライメントする際、原板のパターン
およびこれに付随するアライメントマークが設計値から
かなりずれている場合、設計値に従ってアライメントマ
ークを観察手段により観察してアライメントを行おうと
しても、アライメントマークが観察手段の観察範囲から
外れていて観察できず、アライメントを行うことができ
ない場合がある。しかし、本発明では、あらかじめ、観
察手段により原板のアライメントマークを観察してその
位置を計測し、この計測結果をその原板に付随するデー
タとして記憶するようにしているため、原板のアライメ
ントに際しては、その原板のパターンがかなりずれてい
る場合でも、その原板に付随する前記データが読み出さ
れ、これに基づいてその原板のアライメントマークが直
ちに観察される。したがって、原板のアライメントが容
易かつ迅速に行われることになる。

【００２２】

【実施例】図１は本発明の一実施例に係るＸ線半導体露
光装置の主要部を示す。同図において、１Ｕおよび１Ｄ
はアライメントマークを検出するためのアライメントス
コープ、２Ｕおよび２Ｄはアライメントスコープ１Ｕお
よび１Ｄを移動させるためのアライメントスコープステ
ージ（以下、「ＡＳステージ」という。）、３はアライ
メントスコープステージ２Ｕおよび２Ｄが設けられたマ
スクチャックベース、４はマスクチャックベース３に設
けられたマスクθステージ、５はマスクθステージ４に
保持されたマスク、６はマスク５のパターンが露光され
るウエハ、８はウエハ６を保持するウエハチャック、９
はマスクθステージ４をＸ、Ｙ、Ｚ、θ方向に微動させ
る微動ウエハステージ、７は微動ウエハステージ９上に
設けられた基準マーク台、１０は微動ウエハステージ９
をＸ、Ｙ方向に粗動させる粗動ステージである。アライ
メントスコープ１Ｕおよび１Ｄは、ＡＳステージ２Ｕお
よび２Ｄにより、Ｘ、Ｙ方向に駆動可能である。これら
２組のアライメントスコープおよびＡＳステージの他
に、これらに対し９０度回転したＸ軸のプラス側位置
に、図示していないアライメントスコープ１Ｒとアライ
メントスコープステージ２Ｒがある。したがって、アラ
イメントスコープおよびＡＳステージを合計３組備え
る。

【００２３】マスク５は、図２および図３に示すよう
に、メンブレン上に第１のアライメントマーク１１Ｕ、
１１Ｄおよび１１Ｒと、第２のアライメントマーク１２
Ｕ、１２Ｄおよび１２Ｒを、それぞれ上辺、下辺および
右辺に有する。図４は、アライメントマーク１１Ｕおよ
び１２Ｕを拡大して示す。第１のアライメントマーク１
１Ｕと第２のアライメントマーク１２Ｄは近接して配置
されている。第１のアライメントマーク１１Ｕは２組の
回折格子パターンで構成され、アライメントスコープ１
Ｕのアライメント光の回折光が直接アライメントスコー
プ１Ｕ内のセンサで受光できる設計になっている。回折
格子のピッチや大きさについては後述する。第１のアラ
イメントマーク１１Ｄおよび１１Ｒと、第２のアライメ
ントマーク１２Ｄおよび１２Ｒも同様の構成を有し、ア
ライメントスコープ１Ｄおよび１Ｒで検出される。第２
のアライメントマーク１２Ｕ、１２Ｄ、１２Ｒは後述す
る基準マーク７上のアライメントマークと組み合わせて
使用するものであり、後で詳細に説明する。

【００２４】図５はアライメントスコープ１（１Ｕ、１
Ｄ、１Ｒ）の光学系を示す。同図に示すように、半導体
レーザ１５から照射した光は、コリメータレンズ１６に
より概略平行光に成形され、さらにレンズ１７、パター
ンミラー１８および受光レンズ１９を経て縮小され、そ
してマスク５上を照射する。これによって生じるアライ
メントマーク１１（１１Ｕ、１１Ｄ、１１Ｒ）や１２
（１２Ｕ、１２Ｄ、１２Ｒ）からの回折光は、受光レン
ズ１９、パターンミラー１８、視野絞り２０およびレン
ズ２１を経て、ラインセンサ２２により受光される。パ
ターンミラー１８は、中央部にのみ反射膜が成膜してあ
り、その両脇をアライメントマーク１１や１２からの回
折光が通過するようになっている。また、視野絞り２０
はマスク５のほぼ結像面に位置し、かつアライメントマ
ーク１２の像に比べて若干大きいサイズを有し、アライ
メントマーク１２の近傍からの不要な散乱光を除去す
る。マスク５への投光角と受光角（図５ではＹＺ平面
内）は共にαであり、等しい。

【００２５】次に第１のアライメントマーク１１とその
検出原理について詳細に説明する。図４の、上辺に配置
されたアライメントスコープ１Ｕ用のアライメントマー
ク１１Ｕについて説明すると、アライメントマーク１１
Ｕは、Ｙａ軸に対してミラーイメージで対になって構成
された斜めの直線回折格子を備え、この回折格子のＹ方
向のピッチＰｙおよびＸ方向のピッチＰｘは、アライメ
ントスコープ１Ｕの光源であるＬＤ（レーザダイオー
ド）１５の波長をλとして、次式のように設計してあ
る。 ２Ｐｙｓｉｎα＝λ （１） Ｐｘｓｉｎβ＝λ （２）

【００２６】ここで、αは入射角（＝受光角）であり、
βはＸ軸方向の回折角である。例えばＬＤ光源１５の波
長を７８５ｎｍ、入射角α＝１５度、回折角β＝５度と
すると、Ｐｙ＝１．５２μｍ、Ｐｘ＝９μｍとなる。こ
のアライメントマーク１１Ｕのピッチは、使用するアラ
イメント検出系に合わせて設計すればよい。

【００２７】図６はアライメントスコープ１における受
光系を示す。同図で示されるように、マスク５上のアラ
イメントマーク１１で回折した光は、受光レンズ１９、
視野絞り２０およびレンズ２１を介してラインセンサ２
２上に到達する。ラインセンサ２２は、マスク５の結像
位置からずれており、アライメントマーク１１を形成す
る２つの回折格子からの回折光が２分されてビームスポ
ットＡおよびＢを形成する。本実施例では、まず２つの
ビームスポットＡおよびＢのピーク位置を検出し、それ
ぞれのピーク位置から所定画素分の領域で重心位置Ａｏ
およびＢｏを算出し、その平均値ＭｏをＭｏ＝（Ａｏ＋
Ｂｏ）／２として算出する。そして平均値Ｍｏの、ライ
ンセンサ２２の中心画素位置Ｓｏからのずれ量を求める
ことにより、アライメントスコープ１の位置に対するア
ライメントマーク１１の位置ずれを検出する。すなわ
ち、位置ずれ量εは、受光系の倍率をＭとすれば、次式
により求めることができる。 ε＝（Ｍｏ−Ｓｏ）／Ｍ （３）

【００２８】次に、マスク５が装置に対して大きくずれ
ている場合のアライメント方法について図７および図８
を用いて説明する。図７は、設計上のアライメントマー
クの位置Ｏに対して、実際のアライメントマーク１１の
位置がずれている様子を示している。図中のａはアライ
メントスコープ１内の視野絞り２２のＸ方向の幅、ｂは
視野絞り２２のＹ方向の幅である。

【００２９】マスク５がマスクチャック４上に搬送され
ると、ＡＳステージ２は図７中の位置ＡＳ１に位置決め
される。そしてＬＤ１５が発光され、センサ２２の光強
度が検出され、記憶される。続いてＡＳステージ２は位
置ＡＳ２に位置決めされ、同様にＬＤ１５が発光され、
センサ２２の光強度が検出され、記憶される。このよう
に、Ｘ方向にピッチａｐ、Ｙ方向にピッチｂｐで繰り返
し移動しながら、位置ＡＳ１，ＡＳ２，…，ＡＳｎにお
いてセンサ２２による光強度の検出を行う。所定の回数
の検出が終わると、検出された全データのうち光量が最
大の位置ＡＳｍを求め、その位置に再度ＡＳステージ２
を移動させる。そして、ＬＤ１５を発光させ、先に説明
した方法で（３）式により、アライメントマーク１１の
位置ずれεを検出する。位置ずれεと、アライメントマ
ークの設計位置Ｏから位置ＡＳｍまでのＸ向距離Ｅとを
合計したＵｘ１＝（Ｅ＋ε）が、アライメントマーク１
１の合計ずれ量となる。

【００３０】他のアライメントスコープ１Ｄおよび１Ｒ
についても同様の計測を行い、アライメントスコープ１
ＤによりＸ方向のマーク１１Ｄのずれ量Ｄｘ１、アライ
メントスコープ１ＲによりＹ方向のマーク１１Ｒのずれ
最Ｒｙ１を求める。３つの計測値Ｕｘ１、Ｄｘ１および
Ｒｙ１に基づき、マスク５のアライメントスコープ座標
系に対するシフト成分のずれ量ｄｘ１およびｄｙ１と、
回転成分のずれ量ｄθ１を次式により求める。 ｄｘ１＝（Ｕｘ１＋Ｄｘ１）／２ （４） ｄｙ１＝Ｒｙ１ （５） ｄθ１＝（Ｕｘ１−Ｄｘ１）／ｒ１ （６）

【００３１】ここで、ｒ１はアライメントマーク１１Ｕ
と１１Ｄの間の距離である。これにより、各アライメン
トスコープ１Ｕ、１Ｄおよび１Ｒの位置において約２μ
ｍのアライメントマーク１１の位置の計測精度が得られ
る。

【００３２】続いて、ｄθ１だけマスク５をマスクθス
テージ４により回転させた後、マスク５のシフト分ｄｘ
１およびｄｙ１を考慮して、アライメントスコープ１
Ｕ、１Ｄ、１Ｒをそれぞれアライメントマーク１２Ｕ、
１２Ｄ、１２Ｒ上に位置合せする。基準マーク台７に
は、図１２に示すように、マスク側のアライメントマー
ク１２Ｕ、１２Ｄ、１２Ｒに対応するウエハ側のアライ
メントマーク３２Ｕ、３２Ｄ、３２Ｒが形成されてい
る。次に、マスク５のシフト分ｄｘ１およびｄｙ１を考
慮して、アライメントマーク１２Ｕと３２Ｕが重なるよ
うに、ウエハステージ９を駆動し、アライメントスコー
プ１Ｕでアライメントマーク１２Ｕと３２Ｕの位置ずれ
を計測する。同様に、アライメントマーク１２Ｄと３２
Ｄが重なるようにウエハステージ９を駆動し、アライメ
ントスコープ１Ｄでアライメントマーク１２Ｄと３２Ｄ
の位置ずれを計測する。さらに、アライメントマーク１
２Ｒと３２Ｒが重なるようにウエハステージ９を駆動
し、アライメントスコープ１Ｒでアライメントマーク１
２Ｒと３２Ｒの位置ずれを計測する。

【００３３】次に、この場合のアライメント検出原埋
を、アライメントスコープ１Ｕの場合について、図１０
および図１１を用いて詳しく説明する。図１０に示すよ
うに、マスク５上には、凸レンズの作用をする透過型フ
レネルゾーンプレート（グレーティングレンズ）３０ａ
と、凹レンズの作用をする透過型フレネルゾーンプレー
ト３１ａとが近接して配置してあり、この２つでマスク
側のアライメントマーク１２を形成している。一方、基
準マーク台７上には、凹レンズの作用をする反射型フレ
ネルゾーンプレート３０ｂと、凹レンズの作用をする反
射型フレネルゾーンプレート３１ｂとが近接して配置し
てあり、この２つで基準マーク台７側のアライメントマ
ーク３２を構成している。

【００３４】次に、図１１を用いて基本原理の説明を行
う。実際には基準マーク台７で反射回折する光を用いる
が、同図においては、それと等価な透過型レンズの配置
により、マスク側のアライメントマークで１次回折さ
れ、基準マーク台側のアライメントマークで１次回折さ
れ、そしてマスク５を透過する光を示している。マスク
５上のアライメントマーク３０ａは、Ｘ方向にのみパワ
ーをもつフレネルゾーンプレートからなり、その透過１
次回折光は集光作用を受ける。基準マーク台７上のアラ
イメントマーク３０ｂは、Ｘ方向のみにパワーをもつフ
レネルゾーンプレートからなり、これにより反射回折光
（図１１では透過）は発散作用を受ける。回折光はマス
ク５を透過して、センサ２２に集光する。このように、
マスク側で凸レンズ作用を受け、ウエハ側で凹レンズ作
用を受けるようなゾーンプレートの組み合せ３０ａと３
０ｂを、以下、凸凹系と呼ぶことにする。

【００３５】マスク５と基準マーク台７のアライメント
マーク３１ａおよび３１ｂは凸凹系のアライメントマー
ク３０ａおよび３０ｂの近傍に設けられており、Ｘ方向
にのみパワーをもつフレネルゾーンプレートからなる。
アライメントマーク３１ａはその透過１次回折光に発散
作用を与え、アライメントマーク３１ｂはその反射回折
光（図１１では透過）に集光作用を与える。このように
マスク側で凹レンズ作用を受け、ウエハ側で凸レンズ作
用を受けるようなゾーンプレートの組み合せ３１ａと３
１ｂを以下では凹凸系と呼ぶ。凹凸系を通った光は、凸
凹系を通った光と同様にセンサ２２上に集光する。

【００３６】マスク５のアライメントマーク３０ａおよ
び３１ａの各焦点距離をＦｍ１およびＦｍ２、基準マー
ク台７のアライメントマーク３０ｂおよび３１ｂの各焦
点距離をＦｗ１およびＦｗ２、マスク５と基準マーク台
７の間隔をｇ、マスク５からセンサ２２の位置と共役な
集光面までの距離をＬとすると、マスク１と基準マーク
台７のＸ方向のずれｘにより、集光面におけるＸ方向の
凸凹系および凹凸系の集光点の位置Ｓ１およびＳ２はそ
れぞれ、次式となる。

【００３７】 Ｓ１＝（１−Ｌ／（Ｆｍ１−ｇ））・ｘ （７） Ｓ２＝（１−Ｌ／（Ｆｍ２−ｇ））・ｘ （８）

【００３８】また、センサ２２の位置と共役な集光面に
集光させるために、次式の条件が必要である。 １／（Ｆｍ１−ｇ）＋１／Ｌ＝−１／Ｆｗ１ （９） １／（Ｆｍ２−ｇ）＋１／Ｌ＝−１／Ｆｗ２ (10)

【００３９】本実施例では、Ｓ１のマスク５と基準マー
ク台７の位置ずれｘに対する倍率が１００倍になるよう
に、Ｌ＝１８．７ｍｍ、ｇ＝３０μｍ、Ｆｍ＝２１４μ
ｍ、Ｆｗ＝−１８４μｍとしている。一方、Ｓ２の倍率
については、マスク５と基準マーク台７の位置ずれｘに
対する倍率が−１００倍になるように、アライメントマ
ーク３１ａ、３１ｂの焦点距離の設計値Ｆｍ２、Ｆｗ２
をそれぞれ−２４０μｍ、２７０μｍとしている。した
がって、センサ上の２つのスポットＳ１およびＳ２間の
間隔は、マスク５と基準マーク７のずれ量ｘを２００倍
に拡大した値で変化することになり、マスク５と基準マ
ーク７のずれを約１ｎｍの分解能で検出できる。アライ
メントスコープ１Ｕによるｘ方向のアライメントマーク
１２Ｕのアライメントマーク３２Ｕに対するずれ量Ｕｘ
２は、Ｕｘ２＝（Ｓ１−Ｓ２）／２００として求めるこ
とができる。

【００４０】他のアライメントスコープ１Ｄおよび１Ｒ
についても同様の計測を行い、アライメントスコープ１
Ｄにより、Ｘ方向のアライメントマーク１２Ｄのアライ
メントマーク３２Ｄに対するずれ量を求め、アライメン
トスコープ１ＲによりＹ方向のアライメントマークマー
ク１２Ｒのアライメントマークマーク３２Ｒに対するず
れ量を求める。これら３つの計測値Ｕｘ２、Ｄｘ２およ
びＲｙ２に基づき、マスク５の基準マーク台７（ウエハ
ステージ）に対するシフト成分のずれ量ｄｘ２およびｄ
ｙ２と回転成分のずれ量ｄθ２を次式により求める。 ｄｘ２＝（Ｕｘ２＋Ｄｘ２）／２ （１１） ｄｙ２＝Ｒｙ２ （１２） ｄθ２＝（Ｕｘ２−Ｄｘ２）／ｒ２ （１３）

【００４１】ここで、ｒ２はアライメントマーク１２Ｕ
と１２Ｄの間の距離である。続いてｄθ２分マスク５を
回転させて、θ方向の回転成分が所定の許容値以下にな
るようにマスク５をアライメントする。シフト成分ｄｘ
２およびｄｙ２に関しては装置に記憶させておいて、続
いて行われるウエハアライメントの際にマスク５の位置
として利用する。なお、ウエハアライメントでは、ウエ
ハ６上に、基準マーク台７上に配置したアライメントマ
ーク３２Ｕ、３２Ｄおよび３２Ｒを配置することによ
り、先に説明した方法で、マスク５に対するウエハ６の
アライメントが可能である。

【００４２】以上説明したマスクのアライメント方法に
ついて、全体の流れを図９を用いて説明する。アライメ
ントを開始すると、まず、ステップ５０において、ロー
ドすべきマスクのマスクＩＤについてパターンの位置ず
れ量ｄｘ１、ｄｙ１およびｄθ１を保有しているかどう
かを判断する。保有している場合はステップ５３に進
み、保有していない場合はステップ５１に進む。

【００４３】ステップ５１では、ＡＳステージ２の軸に
対するマスク５の位置ｄｘ１、ｄｙ１およびｄθ１を測
定する。さらに、ステップ５２において、測定した位置
ｄｘ１、ｄｙ１、ｄθ１をマスクＩＤに対応させて記憶
し、ステップ５３へ進む。

【００４４】ステップ５３では、マスク５の回転成分ｄ
θ１だけマスク５を回転させる。次に、ステップ５４に
おいて、アライメントスコープ１の目標位置およびウエ
ハステージの目標位置に、マスクのシフト量ｄｘ１およ
びｄｙ１を反映させる。次にステップ５５において、基
準マーク台７（ウエハステージ軸）に対するマスク５の
位置ｄｘ２、ｄｙ２およびｄθ２を測定する。次に、ス
テップ５６において、ｄθ２がマスクアライメントの回
転誤差の許容範囲内か否かを判断する。許容範囲外であ
ればステップ５７へ進み、許容範囲内であればステップ
５８へ進む。

【００４５】ステップ５７では、マスク５をｄθ２だけ
回転させてから、ステップ５５へ戻る。ステップ５８で
は、マスク５のシフト量ｄｘ２およびｄｙ２を記憶し
て、マスクアライメントシーケンスを終了する。

【００４６】図１３は本発明の他の実施例に係るＸ線半
導体露光装置におけるマスクアライメントに関係する部
分を示す。図中の５は露光パターンを有するマスク、７
はウエハステージ９上の基準マーク台である。基準マー
ク台７上にはアライメントマーク６７が形成されてい
る。マスク５にもアライメントマーク６６が形成されて
おり、アライメントマーク６６と６７のＹ軸方向の位置
ずれが計測される。６４はこの計測を行うためのアライ
メントスコープであり、図示していないアライメントス
コープステージによりマスク５上を所定の範囲内で駆動
できるようになっている。アライメントスコープ６４
は、光源６０、ハーフミラー６１、受光レンズ６２、お
よびＣＣＤカメラ６３から構成されており、光源６０か
らの光は、ハーフミラー６１および受光レンズ６２を介
してマスク５上のアライメントマーク６６および基準マ
ーク台７上のアライメントマーク６７に照射されるよう
になっている。アライメントマーク６６からの回折光
は、受光レンズ６２およびハーフミラー６１を介して、
ＣＣＤカメラ６３の受光面に結像される。アライメント
光の投光角度αは３０度としており、図１の実施例の場
合と同様に、露光光であるＸ線の照射領域から外れてい
る。

【００４７】図１３では、アライメントスコープ６４と
して１つ（６４Ｄ）のみ示されているが、図１の実施例
の場合と同様に、この他にも、１８０度および９０度回
転させた位置にアライメントスコープ６４Ｕおよび６４
Ｒが設けられており、それぞれアライメントスコープス
テージにより駆動できるようになっている。すなわち合
計３組のアライメントスコープとアライメントスコープ
ステージを備える。マスク５のアライメントマーク６６
は、図１６（ａ）に示すように、メンブレン上の上辺、
下辺および右辺に位置されたアライメントマーク６６
Ｕ、６６Ｄおよび６６Ｒで構成されている。

【００４８】図１４（ａ）は、アライメントスコープ６
４Ｄ用のアライメントマーク６６を拡大して示す。この
アライメントマーク６６は回折格子パターンで構成さ
れ、回折格子のピッチＰｙ１は、アライメント光の入射
角α＝３０度、受光角α＝３０度、光源６０の中心波長
λ＝６００ｎｍとし、３次回折光を利用するとすれば、
Ｐｙ１＝３＊λ／（２ｓｉｎα）により、Ｐｙ１＝１．
８μｍとなる。

【００４９】図１４（ｂ）は、アライメントスコープ６
４Ｄ用のアライメントマーク６６のＣＣＤカメラ６３上
でのマーク画像６６１を示す。マーク画像６６１につい
て、ＣＣＤカメラ６３の中心（０，０）からのずれ量△
Ｘ１が計測される。このずれ量に基づき、アライメント
スコープ６４Ｄに対するアライメントマーク６６の位置
ずれが測定される。

【００５０】なお、アライメントスコープ６４Ｄの有効
視野から外れるほどアライメントマーク６６（マスク
５）がずれている場合には、先の実施例で示したよう
に、Ｘ方向およびＹ方向に所定ピッチで計測を繰り返
し、ＣＣＤ６３で光強度の検出を行う。所定回数測定し
た後、検出した全データから光量が最大になるアライメ
ントスコープ６４Ｄの位置ＡＳｍを求め、その位置に再
度アライメントスコープ６４Ｄを移動し、アライメント
マーク６６の位置ずれ△Ｘ１を検出する。そして△Ｘ１
と、アライメントマーク６６の設計位置から位置ＡＳｍ
までを合計してアライメントマーク６６の合計ずれ量Ｄ
ｘ１を求めればよい。

【００５１】他のアライメントスコープ６４Ｕおよび６
４Ｒについても同様の計測を行い、アライメントスコー
プ６４ＵによりＸ方向のアライメントマーク６６Ｕのず
れ量Ｕｘ１を求め、アライメントスコープ６４Ｒにより
Ｙ方向のアライメントマーク６６Ｒのずれ量Ｒｙ１を求
める。これら３つの計測値Ｄｘ１、Ｕｘ１およびＲｙ１
に基づき、マスク５のアライメントスコープ座標系に対
するシフト成分のずれ量ｄｘ１およびｄｙ１と回転成分
のずれ量ｄθ１を、上述の式（４）〜（６）により求め
る。

【００５２】続いて、ｄθ１だけマスク５をマスクθス
テージにより回転させた後、マスクのシフト分ｄｘ１お
よびｄｙ１を考慮して、アライメントスコープ６４Ｕ、
６４Ｄ、６４Ｒを、アライメントマーク６６Ｕ、６６
Ｄ、６６Ｒ上に位置合せする。基準マーク台７には、図
１６（ｂ）に示すように、マスク側のアライメントマー
ク６４Ｕ、６４Ｄ、６４Ｒに対応するウエハ側のアライ
メントマーク６７Ｕ、６７Ｄ、６７Ｒが形成されてい
る。そこで、次に、マスク５のシフト分ｄｘ１およびｄ
ｙ１を考慮して、アライメントマーク６６Ｕと６７Ｕが
重なるようにウエハステージを駆動してから、アライメ
ントスコープ６４Ｕでアライメントマーク６６Ｕと６７
Ｕの位置ずれを計測する。また、アライメントマーク６
６Ｄと６７Ｄが重なるようにウエハステージを駆動し
て、アライメントスコープ６４Ｄでアライメントマーク
６６Ｄと６７Ｄの位置ずれを計測する。また、アライメ
ントマーク６６Ｒと６７Ｒが重なるようにウエハステー
ジを駆動して、アライメントスコープ６４Ｒでアライメ
ントマーク６６Ｒと６７Ｒの位置ずれを計測する。

【００５３】次に、図１５を用いてアライメントスコー
プ６４Ｄによるアライメントマーク６６と６７の相対ず
れ量の測定方法を説明する。図１５（ａ）に示すよう
に、マスク５上のアライメントマーク６６の両側に基準
マーク台７上のアライメントマーク６７がアライメント
マーク６６を挟み込むように位置決めした後、計測が開
始される。アライメントマーク６７は２つの回折格子か
らなり、そのＹ方向のピッチＰｙ２は、マスク側のアラ
イメントマーク６６と等ピッチ（Ｐｙ２＝Ｐｙ１）とし
ている。図１５（ｂ）は、このときのアライメントスコ
ープ６４Ｄで撮影した像を示す。マスク５上のアライメ
ントマーク６６の像６６１と基準マーク台７上のアライ
メントマーク６７の像６７１が観察される。このＣＣＤ
画像を処理して、同図に示すように、像６６１と像６７
１のＸ方向の中心ずれＤｘ２を検出する。他のアライメ
ントスコープ６４Ｕおよび６６Ｒについても、同様の計
測を行い、アライメントスコープ６４ＵでＸ方向のアラ
イメントマーク６６Ｕのアライメントマーク６７Ｕに対
するずれ量Ｕｘ２を検出し、アライメントスコープ６４
ＲでＹ方向のアライメントマーク６６Ｒのアライメント
マーク６７Ｒに対するずれ量Ｒｙ２を求める。これら３
つの計測値Ｄｘ２、Ｕｘ２およびＲｙ２に基づいて、マ
スク５の基準マーク台７（ウエハステージ）に対するシ
フト成分のずれ量ｄｘ２およびｄｙ２と、回転成分のず
れ量ｄθ２を、上述の式（１１）〜（１３）により求め
る。

【００５４】次に、ｄθ２分マスク５を回転させて、θ
方向の回転成分が所定の許容値以下になるようにマスク
５をアライメントする。シフト成分ｄｘ２およびｄｙ２
に関しては装置に記憶させておいて、続いて行われるウ
エハアライメントの際にマスク５の位置として利用す
る。なお、ウエハアライメントでは、ウエハ上に、基準
マーク台７上に配置したアライメントマーク６７Ｕ、６
７Ｄ、６７Ｒを配置することにより、先に説明した方法
で、マスク５に対するウエハのアライメントが可能であ
る。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の原板アラ
イメント方法によれば、原板に大きなパターン位置ずれ
がある場合においても、容易かつ迅速に原板をアライメ
ントすることが可能となる。また、本発明の露光方法に
よれば、原板のコスト削減と半導体製造の高スループッ
ト化を図ることができる。また、本発明の露光装置によ
れば、別途原板のパターンずれを計測する必要が無いた
め、人為的なミスなどの発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係るＸ線半導体露光装置
の主要部を示す図である。

【図２】 図１の装置に使用されるマスクを示す平面図
である。

【図３】 図２のマスクの断面図である。

【図４】 図２のマスクのアライメントマークを示す平
面図である。

【図５】 図１の装置におけるアライメントスコープの
投光系を示す図である。

【図６】 図５のアライメントスコープの受光系を示す
図である。

【図７】 図１の装置におけるアライメント方法を説明
するための図である。

【図８】 図７のアライメント方法におけるアライメン
トスコープの位置に対する信号強度変化を示すグラフで
ある。

【図９】 図１の装置におけるアライメントシーケンス
を示すフローチャートである。

【図１０】 図１の装置におけるアライメント原理を説
明するための図である。

【図１１】 図１の装置におけるアライメント原理を説
明するための別の図である。

【図１２】 図１の装置におけるマスクと基準マーク台
の関係を示す図である。

【図１３】 本発明の他の実施例に係るＸ線半導体露光
装置におけるマスクアライメントに関係する部分を示す
図である。

【図１４】 図１３の装置におけるマスク側アライメン
トマークおよびその像を示す図である。

【図１５】 図１３の装置におけるマスク側アライメン
トマークと基準マーク台上のアライメントマークの関係
および像を示す図である。

【図１６】 図１３の装置におけるマスク側および基準
マーク台上のアライメントマークの配置図である。

【符号の説明】

１Ｕ，１Ｄ，６４：アライメントスコープ、２Ｕ，２
Ｄ：アライメントスコープステージ、４：マスクθステ
ージ付きマスクチャック、５：マスク、６：ウエハ、
７：基準マーク台、８：ウエハチャック、９：ステー
ジ、１１，１１Ｕ，１１Ｄ，１１Ｒ：第１のアライメン
トマーク、１２，１２Ｕ，１２Ｄ，１２Ｒ：第２のアラ
イメントマーク、１５：半導体レーザ、１６：コリメー
タレンズ、１７：レンズ、１８：パターンミラー、１
９：受光レンズ、２０：視野絞り、２１：レンズ、２
２：センサ、３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３１ｂ：グレー
ティングレンズ、３２Ｕ，３２Ｄ，３２Ｒ：基準マーク
台上のアライメントマーク、６０：光源、６１：ハーフ
ミラー、６２：受光レンズ、６３：ＣＣＤカメラ、６
６，６６Ｕ，６６Ｄ，６６Ｒ：マスク側アライメントマ
ーク、６７，６７Ｕ，６７Ｄ，６７Ｒ：ウエハ側アライ
メントマーク、６６１，６６７：像。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F031 CA02 CA07 HA57 HA59 JA02 JA22 JA27 JA49 JA51 KA06 KA08 MA27 5F046 DB05 EB02 ED03 FA09 FA18 FB12 FC04 FC06

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 露光装置に搬入された露光パターンを有
   する原板を、該原板上のアライメントマークを観察手段
   により観察して位置合せする原板アライメント方法にお
   いて、あらかじめ、前記観察手段により前記原板のアラ
   イメントマークを観察してその位置を計測し、この計測
   結果を前記原板に付随するデータとして記憶する計測記
   憶工程を具備することを特徴とする原板アライメント方
   法。
2. 【請求項２】 前記計測記憶工程は、前記原板に付随す
   るデータが記憶されていない場合に行うことを特徴とす
   る請求項１に記載の原板アライメント方法。
3. 【請求項３】 前記計測記憶工程における位置計測は、
   観察位置を変えながら前記観察手段により前記原板のア
   ライメントマークからの光を受光し、各観察位置のうち
   受光した光の強度が最大である観察位置を決定し、そし
   て、決定された観察位置において前記観察手段により観
   察される前記アライメントマークの観察結果に基づいて
   前記アライメントマークの位置を検出することにより行
   うことを特徴とする請求項１または２に記載の原板アラ
   イメント方法。
4. 【請求項４】 前記アライメントマークは、前記原板上
   に、その所定位置からみた方向が９０度ずつ異なる少な
   くとも３個所に配置してあり、前記観察手段は、前記計
   測記憶工程における位置計測に際しては、各アライメン
   トマークに対応して配置された少なくとも３つのアライ
   メントスコープにより、各アライメントマークの一軸方
   向のみの位置を検出することを特徴とする請求項１〜３
   のいずれか１項に記載の原板アライメント方法。
5. 【請求項５】 前記アライメントマークは反射型回折格
   子で構成されていることを特徴とする請求項１〜４のい
   ずれか１項に記載の原板アライメント方法。
6. 【請求項６】 前記原板に付随するデータに基づいて、
   前記原板のアライメントマークと、被露光基板を位置決
   めするための基板ステージに設けられたアライメントマ
   ークとの間の位置ずれ量を検出するずれ量検出工程を有
   することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記
   載の原板アライメント方法。
7. 【請求項７】 前記ずれ量検出工程は、前記原板に付随
   するデータに基づいて、前記原板のアライメントマーク
   と、被露光基板を位置決めするための基板ステージに設
   けられたアライメントマークとが前記観察手段により同
   一観察位置で同時に観察し得るように前記観察手段、原
   板および基板ステージの位置関係を設定する工程と、そ
   の後、前記観察手段により前記原板のアライメントマー
   クと前記基板ステージのアライメントマークとを同時に
   観察してそれらの間の位置ずれ量を検出する工程とを有
   することを特徴とする請求項６に記載の原板アライメン
   ト方法。
8. 【請求項８】 前記ずれ量検出工程は、前記位置ずれ量
   の検出を行う前に、前記原板に付随するデータに基づい
   て、前記原板の回転方向位置における所定の基準位置か
   らのずれが補正されるように、前記原板を回転させる工
   程を有することを特徴とする請求項６または７に記載の
   原板アライメント方法。
9. 【請求項９】 前記ずれ量検出工程は、前記位置ずれ量
   の検出を行う前に、前記原板に付随するデータに基づい
   て、前記観察手段の観察位置を前記原板のアライメント
   マークが観察し得るように設定する工程と、前記基板ス
   テージのアライメントマークを前記原板のアライメント
   マークの下に位置決めする工程とを有することを特徴と
   する請求項６〜８のいずれか１項に記載の原板アライメ
   ント方法。
10. 【請求項１０】 前記ずれ量検出工程で検出された位置
    ずれ量における回転方向の位置ずれが所定の許容範囲内
    にない場合に、その回転方向の位置ずれが補正されるよ
    うに前記原板を回転させる工程と、前記ずれ量検出工程
    で検出された位置ずれ量における回転方向の位置ずれが
    所定の許容範囲内にある場合に、前記ずれ量検出工程で
    検出された位置ずれ量を記憶する工程とを有することを
    特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の原板ア
    ライメント方法。
11. 【請求項１１】 前記記憶された位置ずれ量のうち並進
    方向についてのものは、前記原板と被露光基板とのアラ
    イメントに用いられることを特徴とする請求項１０に記
    載の原板アライメント方法。
12. 【請求項１２】 前記原板のアライメントマークは、前
    記原板上の所定位置からみた方向が９０度ずつ異なる少
    なくとも３個所に配置してあり、前記基板ステージのア
    ライメントマークは、前記原板のアライメントマーク位
    置に対応する少なくとも３個所に配置してあり、前記観
    察手段は、前記ずれ量検出工程において、前記原板のア
    ライメントマーク位置に対応して配置された少なくとも
    ３つのアライメントスコープにより、それぞれ前記原板
    および基板の各アライメントマーク間の一軸方向のみの
    位置ずれ量を検出することを特徴とする請求項６〜１１
    のいずれか１項に記載の原板アライメント方法。
13. 【請求項１３】 前記原板のアライメントマークは、前
    記計測記憶工程における位置計測に際して観察される第
    １のアライメントマークと、前記ずれ量検出工程におい
    て観察される第２のアライメントマークとで構成されて
    いることを特徴とする請求項６〜１２のいずれか１項に
    記載の原板アライメント方法。
14. 【請求項１４】 前記第２アライメントマークは反射型
    回折格子で構成されていることを特徴とする請求項１３
    に記載の原板アライメント方法。
15. 【請求項１５】 前記第２アライメントマークおよび前
    記基板ステージのアライメントマークはグレーティング
    レンズで構成されていることを特徴とする請求項１３に
    記載の原板アライメント方法。
16. 【請求項１６】 請求項１〜１５のいずれかの方法によ
    り原板のアライメントを行った後、前記原板と被露光基
    板のアライメントマークを観察して前記原板と被露光基
    板のアライメントを行い、前記原板のパターンを前記被
    露光基板上に露光転写することを特徴とする露光方法。
17. 【請求項１７】 請求項１６の露光方法を行う手段を具
    備することを特徴とする露光装置。
18. 【請求項１８】 アライメントスコープを用い、原板上
    のアライメントマークと基板上のアライメントマークの
    位置を検出して、前記原板と基板の位置合せを行った
    後、前記原板のパターンを前記基板上に露光転写する露
    光装置であって、前記原板を保持して回転可能な原板保
    持手段と、前記アライメントスコープを搭載するステー
    ジと、このステージを基準とする所定位置からの前記原
    板のアライメントマークの第１の位置ずれ量を記憶する
    手段と、前記基板を位置決めするための基板ステージ
    と、この基板ステージ上に設けられたアライメントマー
    クと、前記アライメントスコープにより前記原板のアラ
    イメントマークと前記基板ステージのアライメントマー
    クの位置を検出してそれらの間の位置ずれ量を検出し、
    その位置ずれ量のうち回転方向のものが所定の許容値以
    下であるか否かを判断する手段と、前記回転方向の位置
    ずれ量が所定の許容値以下である場合に、前記第２の位
    置ずれ量を記憶する手段とを具備することを特徴とする
    露光装置。