JP2003297723A - アライメント方法、露光方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】マスク上の相補分割パターンを高精度かつ高効
率で露光できる露光方法と、そのためのアライメント方
法と、半導体装置の歩留りを高くできる半導体装置の製
造方法を提供する。 【解決手段】マスクアライメントマークとウェハアライ
メントマークを検出し、マスクとウェハを相対的に移動
させ、マスクアライメントマークとウェハアライメント
マークの位置ずれの直線成分を補正する工程と、マスク
アライメントマークとウェハアライメントマークにアラ
イメント光を入射させながら、マスクとウェハの相対位
置を一方向で時間的に変化させ、アライメントマークの
相対的な変位から位置ずれの回転成分を検出する工程と
を有するアライメント方法とそれを含む露光方法および
半導体装置の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
工程で用いられるアライメント方法および露光方法と、
それらを含む半導体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造において、リソグラフ
ィ工程ではマスクを介した露光によって、マスク上のパ
ターンがウェハに転写される。近年、半導体デバイスの
微細化が進むにつれ、紫外光を用いたフォトリソグラフ
ィでは十分に微細なパターンを形成することが困難とな
ってきている。そこで、電子ビーム、イオンビームある
いはＸ線を用いるリソグラフィが提案され、これらの開
発が進められている。

【０００３】電子ビーム転写型リソグラフィとしては、
加速電圧１００ｋｅＶ程度の高加速電子ビームを用いる
ものと、加速電圧２ｋｅＶ程度の低加速電子ビームを用
いるものが挙げられる。低加速電子ビームはマスク材料
を透過しないため、マスクに孔を設けて回路パターンが
形成される。このようなマスクはステンシルマスクと呼
ばれる。

【０００４】ステンシルマスクを使用する場合、例えば
ドーナツ状パターン等、特定の回路パターンの形成に相
補マスクが必要となる。ステンシルマスクは、孔以外の
すべての部分が連続している必要があり、ドーナツ状パ
ターンの中央部はマスクに支持されない。そこで、ドー
ナツ状パターンは複数のパターンに分割され、異なるマ
スクに形成される（相補分割）。これらのマスク（相補
マスク）を用いて多重露光を行うことにより、回路パタ
ーンが相補的に転写される。

【０００５】あるいは、長いライン状パターン等、マス
クの内部応力の影響でパターン形状に異方性の歪みが生
じやすい場合や、パターン外形が凹部を含み、応力集中
によるマスクの破損が起こりやすい場合等にも、回路パ
ターンが複数の矩形に分割される。分割されたパターン
が相補マスクに形成され、相補マスクを用いた多重露光
が行われる。

【０００６】以上のように、ステンシルマスクを用いる
リソグラフィでは、相補マスクを用いた多重露光がほぼ
不可欠である。リソグラフィ工程では、ウェハとマスク
の位置ずれを検出し、位置ずれを補正するアライメント
が行われる。相補マスクを用いる場合、相補分割パター
ンの合わせ精度を確保するため、特に高精度のアライメ
ントが要求される。

【０００７】アライメント方法としては、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垂直検出法
と、斜方から観測する斜方検出法がある。垂直検出法は
斜方検出法に比較して像歪が小さく、アライメントマー
クを観測するための光学系（アライメント光学系）の分
解能を高く設定できるため、位置検出の絶対精度を高く
できる。

【０００８】その反面、垂直検出法によれば、アライメ
ント光学系が露光領域に入り込むため、露光時にアライ
メント光学系を露光領域から退避させる必要がある。こ
のようなアライメント光学系の移動によりスループット
が低下する。また、垂直検出法によれば、露光時にアラ
イメントマークの位置検出を行えないため、アライメン
ト精度が低下する。

【０００９】一方、斜方検出法によれば、露光領域を遮
らないようにアライメント光学系を配置できるため、露
光中にアライメント光学系を退避させる必要がない。し
たがって、垂直検出法に比較して高いスループットが得
られる。また、露光中の位置ずれを防止できる。

【００１０】図３は、斜方検出法を示す断面図である。
図３に示すように、ウェハ１０１とマスク１０２が平行
に配置され、ウェハ１０１上にウェハアライメントマー
ク１０３が形成されている。ウェハアライメントマーク
１０３は基板表面に凹状または凸状に形成されている。
一方、マスク１０２にはマスクアライメントマーク１０
４とアライメント光透過用貫通孔１０５が形成されてい
る。

【００１１】図３の例では、マスクアライメントマーク
１０４が貫通孔であるが、マスクアライメントマーク１
０４は必ずしも貫通孔でなくてもよい。マスクアライメ
ントマーク１０４は、例えば、表面が凹状または凸状に
加工された領域でもよく、マスクアライメントマーク１
０４の周囲のマスク１０２とアライメント光の透過率ま
たは反射率が異なればよい。

【００１２】平行な光束のアライメント光１０６ａ、１
０６ｂは、マスク面（図３でＸ−Ｙ平面に平行な面）に
対して斜方から照射される。すなわち、アライメント光
１０６ａ、１０６ｂの光軸は図３でＸ−Ｚ平面に平行で
ある。便宜上、図３ではアライメント光１０６ａ、１０
６ｂを同一のＸ−Ｚ平面上に示してあるが、実際にはア
ライメント光１０６ａ、１０６ｂは互いに平行な平面上
にあり、同一平面上にはない。

【００１３】アライメント光の一部（アライメント光１
０６ａ）はアライメント光透過用貫通孔１０５を透過
し、ウェハアライメントマーク１０３を含むウェハ表面
で反射される。ウェハ表面で反射されたアライメント光
１０６ａは再びアライメント光透過用貫通孔１０５を透
過し、不図示の検出系に入射する。この検出系によっ
て、ウェハアライメントマーク１０３の位置が検出され
る。

【００１４】アライメント光透過用貫通孔１０５以外の
マスク１０２に照射されたアライメント光１０６ｂは、
マスク１０２で反射され、不図示の検出系によってマス
クアライメントマーク１０４の位置が検出される。検出
されたウェハアライメントマーク１０３の位置およびマ
スクアライメントマーク１０４の位置に基づき、ウェハ
とマスクの相対的な位置ずれが求められる。この位置ず
れを補正するように、不図示のウェハステージおよび／
またはマスクステージが駆動される。

【００１５】図４（ａ）は図３のウェハアライメントマ
ーク１０３およびマスクアライメントマーク１０４をＺ
軸方向から見た上面図である。図３のアライメント光１
０６ａ、１０６ｂはＸ−Ｚ平面に平行な面内にあり、ウ
ェハアライメントマーク１０３とマスクアライメントマ
ーク１０４はＸ軸方向における位置がずれている。

【００１６】通常、ウェハアライメントマーク１０３は
複数のパターン１０３ａを含み、例えば矩形のパターン
１０３ａが行列状に配置されている。同様に、マスクア
ライメントマーク１０４は複数のパターン１０４ａを含
み、例えば矩形のパターン１０４ａが行列状に配置され
ている。

【００１７】図４（ｂ）は図３のウェハアライメントマ
ーク１０３およびマスクアライメントマーク１０４をア
ライメント光１０６ａ、１０６ｂに平行な方向（Ｚ’軸
方向）から見た平面図である。図３に示すように、Ｚ’
軸はＺ軸と角度θをなし、Ｘ’軸はＺ’軸と直交する。
図４（ｂ）の点線は図３のアライメント光透過用貫通孔
１０５を示す。

【００１８】図４（ｂ）に示すように、ウェハとマスク
の位置が適切に調整された状態では、アライメント光透
過用貫通孔１０５内にウェハアライメントマーク１０３
が検出され、マスクアライメントマーク１０４が見かけ
上、ウェハアライメントマーク１０３の間にウェハアラ
イメントマーク１０３と平行に配置される。

【００１９】斜方検出法においては、図３に示すアライ
メント光１０６ａ、１０６ｂの傾き角θに応じて、図４
（ａ）に示すウェハアライメントマーク１０３とマスク
アライメントマーク１０４とのＸ軸方向のずれ量を適宜
設定しておく。露光領域の４隅に図４に示すアライメン
トマークを設けておき、露光領域の４隅で図３に示すよ
うにアライメントを行う。

【００２０】これにより、マスク面に平行なずれと、マ
スク面に垂直なずれが検出される。マスク面に平行なず
れは、図３のＸ軸方向への移動、Ｙ軸方向への移動およ
びＸ−Ｙ平面内での回転で表される。マスク面に垂直な
ずれは、Ｚ軸方向への移動で表される。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、相補
マスクを用いるリソグラフィでは、相補分割パターンの
合わせ精度を高くするため、アライメント精度を特に高
くする必要がある。近年の半導体デバイスにおいては、
多層配線を構成する配線層の数が増加している。リソグ
ラフィのアライメント精度が不足すると、配線層内で接
続不良や短絡等が起こるのみでなく、回路パターンの配
線層間での位置合わせ精度も低下する。

【００２２】また、相補マスクを用いるリソグラフィで
は、マスクの必要枚数が増加することにより、マスクの
作製コストが上昇するという問題もある。特開２０００
−３５６５９号公報には、工程別の複数のマスクパター
ンが１枚のフォトマスク上に設けられたフォトマスクが
開示されている。

【００２３】このフォトマスクによれば、リソグラフィ
工程数と同数のマスクを形成する必要がなく、マスク作
製コストは低減される。なお、この公報にはマスクを荷
電粒子線リソグラフィに用いることや、１枚のマスク上
に相補分割パターンを形成することは記載されていな
い。また、リソグラフィにおけるアライメントの方法
や、アライメントマークの配置についても特に記載はな
い。

【００２４】この公報の実施例では、図２２に示すよう
に、フォトマスクが４分割され、４つのマスクパターン
Ａ〜Ｄが形成される。隣接するマスクパターンは互いに
９０°回転した配置となっており、フォトマスクをマス
ク中心点に対して回転させたとき、４つのマスクパター
ンＡ〜Ｄの向きが一致する。このフォトマスクで一つの
マスクパターンを露光するとき、他の三つのマスクパタ
ーンは遮蔽される。したがって、隣接するマスクパター
ン間には遮蔽用のマージンＭが設けられる。

【００２５】ステンシルマスクで相補マスクを用いるこ
とによるマスク枚数の増加を抑える方法として、同一の
マスク上に相補分割パターンを形成する方法が考えられ
る。しかしながら、上記の特開２０００−３５６５９号
公報記載のフォトマスクのマスクパターンを、相補マス
クの相補分割パターンに置き換えることは有効ではな
い。

【００２６】仮に、所望の回路パターンを４つの相補分
割パターンに分割し、図２２に示すマスクパターンＡ〜
Ｄと同様に配置すると、ある一つの相補分割パターンを
露光する間、他の三つの相補分割パターンは遮蔽され
る。したがって、ウェハとマスクがアライメントされた
状態で露光できるのは、マスク上の４分割された領域の
うちの一つのみであり、他の三つの領域を活用できな
い。すなわち、高いスループットが得られない。

【００２７】特開２０００−３５６５９号公報記載のフ
ォトマスクで１枚のマスク上に形成される複数のマスク
パターンは、半導体デバイスの異なる層（例えば異なる
配線層）に対応する。したがって、一つのリソグラフィ
工程で一つのマスクパターンを露光し、他のマスクパタ
ーンは遮蔽する必要がある。一方、相補分割パターン
は、半導体デバイスを構成する一つの層のパターンの一
部であり、一つのリソグラフィ工程ですべての相補分割
パターンを重ねて露光する必要がある。

【００２８】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
のであり、したがって本発明は、マスク上の相補分割パ
ターンを高精度かつ高効率で露光できる露光方法と、そ
のためのアライメント方法を提供することを目的とす
る。また、本発明はそのようなアライメント方法および
露光方法を含み、半導体装置を低コストかつ高い歩留り
で製造できる半導体装置の製造方法を提供することを目
的とする。

【００２９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のアライメント方法は、マスクに形成された
パターンをウェハに露光するときのマスクとウェハのア
ライメント方法であって、前記マスクに形成されたマス
クアライメントマークと前記ウェハに形成されたウェハ
アライメントマークに平行なアライメント光を入射させ
る工程であって、前記マスクに形成されたアライメント
光透過用貫通孔を介して、前記ウェハアライメントマー
クにアライメント光を入射させる工程と、前記アライメ
ント光の前記マスクアライメントマークおよび前記ウェ
ハアライメントマークからの反射光を検出する工程と、
前記マスクと前記ウェハを相対的に移動させ、前記マス
クアライメントマークと前記ウェハアライメントマーク
の位置ずれの直線成分を補正する工程と、前記マスクア
ライメントマークおよび前記ウェハアライメントマーク
にアライメント光を入射させながら、前記マスクと前記
ウェハの相対位置を一方向で時間的に変化させ、前記マ
スクアライメントマークと前記ウェハアライメントマー
クの相対的な変位から、前記位置ずれの回転成分を検出
する工程とを有することを特徴とする。

【００３０】好適には、前記マスクと前記ウェハの相対
位置を一方向で時間的に変化させ、前記位置ずれの回転
成分を検出した後、前記マスクと前記ウェハをマスク面
に平行な面内で所定の回転角で相対的に回転させてか
ら、前記マスクアライメントマークおよび前記ウェハア
ライメントマークにアライメント光を入射させながら、
前記マスクと前記ウェハの相対位置を一方向で時間的に
変化させ、前記マスクアライメントマークと前記ウェハ
アライメントマークの相対的な変位から、前記位置ずれ
の回転成分を検出し、前記位置ずれの回転成分を前記回
転角の関数に近似して、前記位置ずれの回転成分が最小
となる回転角を前記回転成分の補正量とする。

【００３１】また、上記の目的を達成するため、本発明
の露光方法は、薄膜に所定のパターンで孔が形成された
マスクを介してウェハに露光を行う方法であって、前記
薄膜は第１の方向に延びる第１の直線と、前記第１の直
線と直交する第２の直線によって４つの領域に分割さ
れ、各領域に前記パターンの互いに異なる一部である相
補分割パターンが形成され、前記マスクは前記薄膜の４
隅かつ各領域の外側にマスクアライメントマークを有
し、前記ウェハは前記マスクの４つの領域の相補分割パ
ターンが重ねて露光される露光領域を複数含み、前記露
光領域の４隅にウェハアライメントマークを有し、前記
マスクの少なくとも２つの領域を前記露光領域上に配置
して、前記マスクと前記ウェハのアライメントを行って
から、前記露光領域上の相補分割パターンを前記露光領
域に露光する工程と、前記マスクと前記ウェハを前記第
１の方向または第２の方向に相対的に移動させ、前記マ
スクの少なくとも２つの領域を前記露光領域上に配置し
て、前記マスクと前記ウェハのアライメントを行い、前
記露光領域上の相補分割パターンを前記露光領域に露光
する工程と、前記マスクと前記ウェハの相対的な移動と
露光を繰り返し、各露光領域に前記マスクのすべての相
補分割パターンを重ねて露光する工程とを有し、前記ア
ライメントは露光される露光領域のウェハアライメント
マークと、露光される露光領域上の前記領域の外側のマ
スクアライメントマークに第１の方向または第２の方向
でアライメント光を入射させ、反射光を検出して行い、
前記マスクの４つの領域が露光領域上にあるとき、４箇
所のマスクアライメントマークを参照し、前記マスクの
２つの領域が露光領域上にあるとき、露光領域上の一方
の領域で第１の方向でアライメント光を入射させなが
ら、前記マスクと前記ウェハの相対位置を第１の方向で
時間的に変化させ、マスクアライメントマークとウェハ
アライメントマークの位置ずれの回転成分を検出し、露
光領域上の他方の領域で第２の方向でアライメント光を
入射させながら、前記マスクと前記ウェハの相対位置を
第２の方向で時間的に変化させ、マスクアライメントマ
ークとウェハアライメントマークの位置ずれの回転成分
を検出することを特徴とする。

【００３２】好適には、前記マスクと前記ウェハの相対
位置を第１または第２の方向で時間的に変化させ、前記
位置ずれの回転成分を検出した後、前記マスクと前記ウ
ェハをマスク面に平行な面内で所定の回転角で相対的に
回転させてから、露光領域上の２つの領域で前記第１ま
たは第２の方向でアライメント光を入射させながら、前
記マスクと前記ウェハの相対位置をアライメント光の入
射方向で時間的に変化させ、前記マスクアライメントマ
ークと前記ウェハアライメントマークの相対的な変位か
ら、前記位置ずれの回転成分を検出し、前記位置ずれの
回転成分を前記回転角の関数に近似して、前記位置ずれ
の回転成分が最小となる回転角を前記回転成分の補正量
とする。

【００３３】上記の目的を達成するため、本発明の半導
体装置の製造方法は、薄膜に所定のパターンで孔が形成
されたマスクを介して、感光面に荷電粒子線を照射し、
前記感光面に前記パターンを転写する工程を含む半導体
装置の製造方法であって、前記薄膜は第１の方向に延び
る第１の直線と、前記第１の直線と直交する第２の直線
によって４つの領域に分割され、各領域に前記パターン
の互いに異なる一部である相補分割パターンが形成さ
れ、前記マスクは前記薄膜の４隅かつ各領域の外側にマ
スクアライメントマークを有し、前記感光面は前記マス
クの４つの領域の相補分割パターンが重ねて露光される
露光領域を複数含み、前記露光領域の４隅にウェハアラ
イメントマークを有し、前記マスクの少なくとも２つの
領域を前記露光領域上に配置して、前記マスクと前記感
光面のアライメントを行ってから、前記露光領域上の相
補分割パターンを前記露光領域に露光する工程と、前記
マスクと前記感光面を前記第１の方向または第２の方向
に相対的に移動させ、前記マスクの少なくとも２つの領
域を前記露光領域上に配置して、前記マスクと前記感光
面のアライメントを行い、前記露光領域上の相補分割パ
ターンを前記露光領域に露光する工程と、前記マスクと
前記感光面の相対的な移動と露光を繰り返し、各露光領
域に前記マスクのすべての相補分割パターンを重ねて露
光する工程とを有し、前記アライメントは露光される露
光領域のウェハアライメントマークと、露光される露光
領域上の前記領域の外側のマスクアライメントマークに
第１の方向または第２の方向でアライメント光を入射さ
せ、反射光を検出して行い、前記マスクの４つの領域が
露光領域上にあるとき、４箇所のマスクアライメントマ
ークを参照し、前記マスクの２つの領域が露光領域上に
あるとき、露光領域上の一方の領域で第１の方向でアラ
イメント光を入射させながら、前記マスクと前記感光面
の相対位置を第１の方向で時間的に変化させ、マスクア
ライメントマークとウェハアライメントマークの位置ず
れの回転成分を検出し、露光領域上の他方の領域で第２
の方向でアライメント光を入射させながら、前記マスク
と前記ウェハの相対位置を第２の方向で時間的に変化さ
せ、マスクアライメントマークとウェハアライメントマ
ークの位置ずれの回転成分を検出することを特徴とす
る。

【００３４】これにより、ウェハ上で最外周にある露光
領域にも斜方検出法で高精度にアライメントを行うこと
が可能となる。したがって、半導体装置の歩留りを向上
させることができる。また、１回のアライメントで４つ
の相補分割パターンを露光できるため、相補分割パター
ンの露光のスループットを高くすることができる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明のアライメント方
法、露光方法および半導体装置の製造方法の実施の形態
について、図面を参照して説明する。図１は本実施形態
の露光方法に用いるマスクの平面図である。図１のマス
ク１は、電子ビーム転写型リソグラフィに用いられるス
テンシルマスクとする。本実施形態の露光方法では、ア
ライメントに斜方検出法を用いる。

【００３６】マスク１は、例えばシリコンウェハを基材
として形成できる。マスク１はマスク中心で直交する２
本の直線ａ、ｂにより、４つの領域に分割されている。
これらの領域を第１〜第４領域Ｉ〜ＩＶとする。第１〜
第４領域Ｉ〜ＩＶには、半導体デバイスを構成する一つ
の層のパターンの互いに異なる相補分割パターンが形成
される。相補分割パターンは一部重複してもよい。これ
らの相補分割パターンは同じ向きに形成される。

【００３７】図２は露光されるウェハ１１の一部を示
す。図１のマスク１に形成されたマスクパターンは、露
光によりウェハ１１に転写される。ウェハ１１には複数
の露光領域１２が行列状に配置される。１個の露光領域
１２に対して４回の露光が行われ、マスク１の第１〜第
４領域Ｉ〜ＩＶの相補分割パターンが重ねて転写され
る。

【００３８】図１のマスク１の第１〜第４領域Ｉ〜ＩＶ
は、それぞれ少なくとも１個分のチップのパターンを含
む。一つの領域に、複数個のチップのパターンが例えば
行列状に配置されていてもよい。各領域Ｉ〜ＩＶに整数
個かつ同数のチップのパターンを配置すれば、各領域Ｉ
〜ＩＶが無駄なく利用され、ウェハ１１上に高密度でチ
ップを形成できる。ウェハ１１の１個の露光領域１２に
形成されるチップ数は、マスク１の１個の領域に含まれ
るチップ数と等しい。

【００３９】図１に示すマスク１によれば、マスクとウ
ェハがアライメントされた状態で、第１〜第４領域Ｉ〜
ＩＶのすべての相補分割パターンをウェハ１１（図２参
照）に露光できる。したがって、１回のアライメントに
より、図２に示すウェハ１１の４個の露光領域１２を露
光できる。

【００４０】マスクとウェハを固定して第１〜第４領域
Ｉ〜ＩＶの露光を行った後、マスクとウェハの相対位置
を直線ａまたはｂの方向に１領域分だけ移動させる。通
常、マスクを固定してウェハを移動させる方が、マスク
を移動させるよりも容易である。以下、ウェハを移動さ
せる場合のみ説明するが、マスクを移動させることも可
能である。

【００４１】ウェハを例えば直線ａの方向に１領域分だ
け移動させ、再びアライメントを行ってから、第１〜第
４領域Ｉ〜ＩＶのすべての露光を行う。これにより、直
前にある相補分割パターンが露光された露光領域１２
に、他の相補分割パターンが重ねて露光される。ウェハ
を直線ｂの方向に１領域分だけ移動させ、再びアライメ
ントを行ってから、第１〜第４領域Ｉ〜ＩＶのすべての
露光を行った場合も、同様に相補分割パターンが重ねて
露光される。

【００４２】特開２０００−３５６５９号公報に記載さ
れた従来のフォトマスクにおいて、４分割された領域を
本実施形態のマスクの第１〜第４領域Ｉ〜ＩＶに置き換
え、各領域に相補分割パターンを形成した場合、上記の
ように１回のアライメントで４つの領域に露光を行うこ
とができない。本実施形態の露光方法によれば、相補分
割パターンを効率よく露光できる。

【００４３】図１の直線の矢印は、マスク１に対してア
ライメント光が入射する方向を示す。アライメント光学
系（不図示）はマスク１の４隅に配置される。図１に示
すように、第１領域Ｉおよび第４領域ＩＶにはＸ₁ 方向
からアライメント光が入射し、第２領域ＩＩおよび第３
領域にはＸ₁ 方向と直交するＸ₂ 方向からアライメント
光が入射する。

【００４４】図１のＸ₁ 方向およびＸ₂ 方向は、図３お
よび図４（ａ）のＸ軸方向に対応する。図１のマスク面
は、図３のＸ−Ｙ平面に対応する。図１はマスク１を、
図３および図４（ａ）のＺ軸方向から見た図に対応す
る。図１の第１〜第４領域Ｉ〜ＩＶの隅に、マスクアラ
イメントマーク含有部２が配置されている。

【００４５】各マスクアライメントマーク含有部２に
は、図４に示すマスクアライメントマーク１０４が設け
られている。また、各マスクアライメントマーク含有部
２は、図４に示すアライメント光透過用貫通孔１０５を
含む。アライメント光透過用貫通孔１０５は、マスクア
ライメントマーク１０４の両側に形成されている。

【００４６】アライメントは、原則としてマスク１の４
隅で、図３に示すようにアライメントマークを参照して
行う。ウェハ側のアライメントマークは、図２のウェハ
アライメントマーク含有部１３に形成される。ウェハア
ライメント含有部１３は各露光領域１２の４隅に形成さ
れる。各ウェハアライメントマーク含有部１３には、図
３および図４に示すウェハアライメントマーク１０３が
設けられている。

【００４７】図４（ｂ）に示すように、図３のウェハア
ライメントマーク１０３およびマスクアライメントマー
ク１０４をアライメント光１０６ａ、１０６ｂに平行な
方向（Ｚ’軸方向）から参照し、アライメントを行う。
図３および図４に示すように、アライメント光１０６
ａ、１０６ｂをＺ’軸方向で検出し、マスクアライメン
トマーク１０４が見かけ上、ウェハアライメントマーク
１０３の間にウェハアライメントマーク１０３と平行に
配置されるように、ウェハとマスクの位置を調整する。

【００４８】図１に示すマスク１で、４隅のアライメン
トマークを参照してアライメントを行う場合、対角線上
に配置された領域のアライメントマークを用いて、マス
クとウェハの位置ずれの回転成分が検出される。また、
隣接する領域（非対角線上に配置された領域）のアライ
メントマークを用いて、マスクとウェハの位置ずれの直
線成分が検出される。ここで、回転成分および直線成分
はマスク面に平行な面内での回転成分および直線成分と
する。

【００４９】図５は、斜方検出法に用いられるアライメ
ント装置の概略図である。図５に示すように、アライメ
ント装置２１はウェハ／マスク保持部２２、アライメン
ト光学系２３および制御装置２４を含む。ウェハ／マス
ク保持部２２はウェハステージ２５、マスクステージ２
６、駆動機構２７、２８を含む。ウェハ１１はウェハス
テージ２５上に固定され、マスク１はマスクステージ２
６に保持される。マスク１とウェハ１１はほぼ平行に配
置される。

【００５０】駆動機構２７はマスク面に平行な面内でマ
スク１とウェハ１１の相対位置を変化させる。すなわ
ち、駆動機構２７はマスク１とウェハ１１の相対位置を
Ｘ軸方向およびＹ軸方向で変化させたり、Ｚ軸を中心と
して回転させたりする。駆動機構２８はマスク１とウェ
ハ１１の間隔を変化させる。すなわち、駆動機構２８は
マスク１とウェハ１１の相対位置をＺ軸方向で変化させ
たり、Ｘ軸またはＹ軸を中心として回転させたりする。

【００５１】アライメント光学系２３は光源３１、ハー
フミラー３２、レンズ３３および像検出装置３４を含
む。光源３１としては、例えば水銀ランプが用いられ
る。光源３１から出射されたアライメント光Ｌ₁ は、例
えばレンズ３５およびミラー３６によってハーフミラー
３２に導かれる。アライメント光Ｌ₁ はハーフミラー３
２で一部が反射され、レンズ３３により集光されてマス
ク１およびウェハ１１に入射する。

【００５２】マスク１またはウェハ１１で反射されたア
ライメント光Ｌ₂ は、レンズ３３およびハーフミラー３
２を透過して、像検出装置３４に入射する。像検出装置
３４としては、例えばＣＣＤ（charge coupled device)
カメラが用いられる。像検出装置３４によってマスク１
上のマスクアライメントマークおよびウェハ１１上のウ
ェハアライメントマーク（図３参照）の位置が検出され
る。

【００５３】検出された各アライメントマークの位置に
基づいて、制御装置２４がマスクおよび／またはウェハ
の位置の補正量を決定し、駆動機構２７、２８を駆動す
る。これにより、マスク１とウェハ１１の位置が調整さ
れる。マスク１とウェハ１１がアライメントされた状態
で、露光用の光または荷電粒子線４１がマスク１に照射
され、マスクパターンがウェハ１１に転写される。

【００５４】図１に示すマスク１の４つの領域Ｉ〜ＩＶ
がすべて、図２に示すウェハ１１の露光領域１２上にあ
れば、マスク１の４隅でアライメントマークを参照して
アライメントを行うことができる。この場合のマスク１
とウェハ１１の位置関係を図６（ａ）〜図７（ｄ）に示
す。

【００５５】図６で太線の露光領域１２は、マスク１の
４つの領域Ｉ〜ＩＶが重ねられていることを示す。ウェ
ハ１１で最外周にない露光領域１２ａに着目すると、例
えば、まず、図６（ａ）に示すように、マスク１の第４
領域ＩＶと露光領域１２ａが重なる状態でアライメント
を行う。

【００５６】このとき、マスク１の４隅でウェハアライ
メントマークを参照できる。アライメント後、マスク１
の４つの領域Ｉ〜ＩＶのマスクパターンをそれぞれ露光
領域１２に露光する。露光領域１２ａには第４領域ＩＶ
の相補分割パターンが露光される。

【００５７】次に、図６（ｂ）に示すように、ウェハ１
１を１領域分移動させ、マスク１の第３領域ＩＩＩと露
光領域１２ａが重なる状態でアライメントを行う。この
ときも、マスク１の４隅でウェハアライメントマークを
参照できる。アライメント後、マスク１の４つの領域Ｉ
〜ＩＶのマスクパターンをそれぞれ露光領域１２に露光
する。露光領域１２ａには第３領域ＩＩＩの相補分割パ
ターンが露光される。

【００５８】次に、図７（ｃ）に示すように、ウェハ１
１を１領域分移動させ、マスク１の第１領域Ｉと露光領
域１２ａが重なる状態でアライメントを行う。このとき
も、マスク１の４隅でウェハアライメントマークを参照
できる。アライメント後、マスク１の４つの領域Ｉ〜Ｉ
Ｖのマスクパターンをそれぞれ露光領域１２に露光す
る。露光領域１２ａには第１領域Ｉの相補分割パターン
が露光される。

【００５９】次に、図７（ｄ）に示すように、ウェハ１
１を１領域分移動させ、マスク１の第２領域ＩＩと露光
領域１２ａが重なる状態でアライメントを行う。このと
きも、マスク１の４隅でウェハアライメントマークを参
照できる。アライメント後、マスク１の４つの領域Ｉ〜
ＩＶのマスクパターンをそれぞれ露光領域１２に露光す
る。露光領域１２ａには第２領域ＩＩの相補分割パター
ンが露光される。

【００６０】しかしながら、ウェハ１１で最外周にあ
り、かつ角部にない露光領域１２ｂ（図８、９参照）に
着目すると、マスク１とウェハ１１の位置関係によって
は、マスク１の４隅でウェハアライメントマークを参照
できない場合が生じる。この場合のマスク１とウェハ１
１の位置関係を図８（ａ）〜図９（ｄ）に示す。

【００６１】図６、７と同様に太線の露光領域１２は、
マスク１の４つの領域Ｉ〜ＩＶが重ねられていることを
示す。図８（ａ）に示すように、マスク１の第４領域Ｉ
Ｖと露光領域１２ｂが重なる状態では、マスク１の４隅
でウェハアライメントマークを参照できる。

【００６２】しかしながら、図８（ｂ）に示すように、
マスク１の第３領域ＩＩＩと露光領域１２ｂが重なる状
態では、マスク１の第２領域ＩＩと第４領域ＩＶでウェ
ハアライメントマークを参照できない。また、図９
（ｃ）に示すように、マスク１の第１領域Ｉと露光領域
１２ｂが重なる状態でも、マスク１の第２領域ＩＩと第
４領域ＩＶでウェハアライメントマークを参照できな
い。図９（ｄ）に示すように、マスク１の第２領域ＩＩ
と露光領域１２ｂが重なる状態では、マスク１の４隅で
ウェハアライメントマークを参照できる。

【００６３】以上のように、ウェハ１１で最外周にあ
り、かつ角部にない露光領域１２ｂでは、非対角線上に
配置されたアライメントマークは参照できるが、マスク
とウェハの位置関係によっては、対角線上に配置された
アライメントマークを参照できなくなる。したがって、
位置ずれの直線成分は検出できるが、位置ずれの回転成
分は検出できない。

【００６４】なお、図１０（ａ）〜図１２（ｄ）に示す
ように、ウェハ１１で角部にある露光領域１２ｃについ
ては、マスク１に対してウェハ１１を移動させると、位
置ずれの直線成分および回転成分をともに検出できない
場合（図１１（ｂ））が生じる。

【００６５】この場合、マスク１の第３領域ＩＩＩの露
光ではアライメントを行えないため、第３領域ＩＩＩの
相補分割パターンの合わせ精度は著しく低下する可能性
がある。そこで、角部の露光領域１２ｃには露光を行わ
ず、露光領域１２ｃのチップを不良として扱ってもよ
い。

【００６６】しかしながら、ウェハ１１で最外周にある
露光領域１２（図７の露光領域１２ｂと同様の露光領
域）のすべてで、チップを不良として扱うと、チップの
歩留りが明らかに低下する。そこで、ウェハ１１で最外
周にあり、かつ角部にない露光領域１２ｂでは、以下の
ように、非対角線上に配置された２箇所のアライメント
マークを用いてアライメントを行う。

【００６７】例えば、図８（ｂ）に示すように、マスク
１の４つの領域のうちの２つがウェハ１１の露光領域１
２と重なった状態では、第１領域Ｉのマスクアライメン
トマーク含有部２およびその下部のウェハアライメント
マーク含有部１３に、図１のＸ₁ 方向にアライメント光
を入射させる。アライメント光のアライメントマークか
らの反射光を、Ｘ₁ 方向で検出する。

【００６８】また、図８（ｂ）に示す状態で、第３領域
ＩＩＩのマスクアライメントマーク含有部２およびその
下部のウェハアライメントマーク含有部１３に、図１の
Ｘ₂方向にアライメント光を入射させる。アライメント
光のアライメントマークからの反射光を、Ｘ₂ 方向で検
出する。

【００６９】適切にアライメントされた状態では、図１
３（ａ）および（ｂ）に示すように、アライメント光透
過用貫通孔１０５内にウェハアライメントマーク１０３
が検出され、マスクアライメントマーク１０４が見かけ
上、ウェハアライメントマーク１０３の間にウェハアラ
イメントマーク１０３と平行に配置される。図１３
（ａ）は第１領域Ｉで検出される像を示し、図１３
（ｂ）は第３領域ＩＩＩで検出される像を示す。これら
は方向のみ異なる。

【００７０】マスクとウェハの位置ずれが直線成分のみ
であり、回転成分がないか、あるいは回転成分が検出で
きない程度に小さい場合には、例えば図１４（ａ）およ
び（ｂ）に示すような像が検出される。図１４（ａ）お
よび（ｂ）では、ウェハアライメントマーク１０３とマ
スクアライメントマーク１０４が平行であるが、ウェハ
アライメントマーク１０３とマスクアライメントマーク
１０４の間隔が均等でない。この場合、マスクとウェハ
の相対位置を図１のＸ₁ 方向またはＸ₂ 方向に変化さ
せ、位置ずれの直線成分を補正する。

【００７１】位置ずれに回転成分がある場合、例えば図
１５に示すように、ウェハアライメントマーク１０３と
マスクアライメントマーク１０４が平行とならない。位
置ずれに回転成分と直線成分の両方がある場合は、ま
ず、上記のように直線成分を補正して、マスクアライメ
ントマーク１０４をウェハアライメントマーク１０３の
中間に配置する。

【００７２】直線成分の補正後、回転成分を検出する。
図３、４に示す通常の斜方検出法により、マスクの非対
角線上にある２箇所のアライメントマークを参照する場
合、対角線上にある２箇所のアライメントマークを参照
する場合に比較して、回転成分を正確に検出することが
できない。

【００７３】一例を図１６に示す。図１６はマスク１の
各領域Ｉ〜ＩＶで検出されるアライメントマークの像を
示す。図１６のマスク１は図８（ｂ）と同様に、第１領
域Ｉと第３領域ＩＩＩのみ露光領域１２上にあり、この
２つの領域Ｉ、ＩＩＩのアライメントマークのみ参照で
きるものとする。図１６に示すように、第１領域Ｉおよ
び第３領域ＩＩＩに比較して、第２領域ＩＩと第４領域
ＩＶで大きな位置ずれが生じている可能性がある。

【００７４】位置ずれの回転成分については、回転角が
同じであれば、回転の中心からの距離が大きいほど、ず
れ量（ある点の変位）が大きくなる。したがって、回転
成分の検出には、対角線上の２箇所のアライメントマー
クを参照する方が、非対角線上の２箇所のアライメント
マークを参照するよりも明らかに有利である。

【００７５】本実施形態の露光方法によれば、ウェハで
最外周にある露光領域に露光を行うとき、非対角線上の
２箇所のアライメントマークを用いてアライメントを行
う必要がある。そこで、ウェハとマスクの相対位置を時
間的に変化させ、位置ずれの回転成分の検出感度を高く
する。

【００７６】なお、特開平８−２８８２１２号公報に
は、アライメント光としてレーザ光を用い、レーザ光束
を揺動させてアライメントを行う方法が開示されてい
る。これはレーザ光が干渉してノイズの要因となるのを
防止するための技術であり、水銀ランプ等、レーザ以外
の光源を用いるアライメントとは無関係である。本実施
形態では、アライメント光を照射しながらウェハまたは
マスクを移動させる。

【００７７】図１７（ａ）に示すように、位置ずれに回
転成分がある場合に、ウェハとマスクの相対位置をＸ方
向で時間的に変化させる。図１７（ａ）のＸ方向は、図
３のＸ軸方向に対応する。相対位置の移動方向（Ｘ方
向）はウェハアライメントマーク１０３またはマスクア
ライメントマーク１０４の長手方向と一致させる。図１
７（ａ）の例では、マスクをウェハアライメントマーク
１０３の長手方向に移動させている。

【００７８】これにより、ウェハアライメントマーク１
０３とマスクアライメントマーク１０４の間隔が変化し
て、移動方向と直交する直線Ａ上で、マスクアライメン
トマーク１０４のエッジ位置が変化する。直線Ａはマス
クとウェハの相対位置の移動方向（Ｘ方向）と直交すれ
ばよく、直線Ａの位置は任意に設定できる。例えば、ウ
ェハアライメントマーク１０３の中心を通る線を直線Ａ
としてもよい。

【００７９】図１７（ａ）に示すように、ウェハアライ
メントマーク１０３に対するマスクアライメントマーク
１０４の相対的な位置を、ＩからＩＩに移動させる。こ
のとき、直線Ａ上でマスクアライメントマーク１０４の
エッジ位置が移動し、エッジ位置の移動量はｄｙであ
る。このような移動量ｄｙに基づいて、位置ずれの回転
成分の大きさを検出する。

【００８０】図１７（ｂ）に示すように、位置ずれに回
転成分がない場合には、マスクをウェハアライメントマ
ーク１０３に平行な方向（Ｘ方向）で移動させ、マスク
アライメントマーク１０４の位置をＩからＩＩに変化さ
せても、ウェハアライメントマーク１０３とマスクアラ
イメントマーク１０４の間隔は変化しない。すなわち、
ｄｙ＝０である。

【００８１】上記の方法によれば、マスク（またはウェ
ハ）をＸ方向において所定の距離で移動させ、このとき
のエッジ位置の変化量ｄｙを測定して、位置ずれの回転
成分を求める。検出できる最小の角度（角度検出分解
能）は、エッジ位置の変化量ｄｙの検出限界と、Ｘ方向
におけるウェハとマスクの相対位置の移動量によって決
定される。

【００８２】エッジ位置の変化量ｄｙの検出限界は、ア
ライメント光学系の像検出装置の位置分解能に依存す
る。例えば、アライメント光学系の位置分解能が１１０
ｎｍであり、ウェハとマスクの相対位置の一方向での移
動量を５０μｍとしたとき、角度検出分解能は２．２ｍ
ｒａｄとなる。

【００８３】現行のアライメント光学系の角度検出分解
能は１μｒａｄ程度であり、上記の例の角度検出分解能
は十分といえない。マスクとウェハの相対位置のＸ方向
における移動距離を大きくすれば、アライメント光学系
の位置分解能を変更せずに、より微小な回転成分の角度
を検出することも可能である。しかしながら、アライメ
ントの状態に影響を与えずに位置ずれの回転成分を検出
するには、マスクまたはウェハの移動距離は極力小さく
することが望ましい。

【００８４】そこで、以下の方法により位置ずれの回転
成分の補正量を決定する。これにより、アライメント光
学系の位置分解能に依存した角度検出分解能よりも、さ
らに細かいピッチで最適な補正量を決定できる。最適な
補正量を決定するには、マスクとウェハを所定の角度で
相対的に回転させ、ウェハアライメントマーク１０３と
マスクアライメントマーク１０４の位置ずれの回転成分
の変化を検出する。この場合、マスク自体またはウェハ
自体を所定の回転角φで回転させる。

【００８５】マスクまたはウェハの回転は、例えば図５
に示すアライメント装置の駆動機構２７を用いて行う。
したがって、マスクを回転させる場合、回転の中心は図
５のマスクステージ２６上の１点であり、ウェハを回転
させる場合、回転の中心は図５のウェハステージ２５上
の１点である。通常、マスクまたはウェハの回転角φ
は、ウェハアライメントマークとマスクアライメントマ
ークの位置ずれの回転成分の角度（アライメントで検出
対象となる角度、以下、必要に応じてψ（ｒａｄ）とす
る。）とは一致しない。

【００８６】まず、図１８（ａ）に示すように、ウェハ
とマスクを所定の回転角φ₁ で相対的に回転させる。こ
の状態で、前述したように、例えばマスクの位置をＸ方
向で時間的に変化させ、直線Ａ上でのマスクアライメン
トマーク１０４のエッジ位置の移動量ｄｙを検出する。

【００８７】次に、図１８（ｂ）に示すように、ウェハ
とマスクを所定の回転角φ₂ で相対的に回転させる。こ
の状態で、マスクの位置をＸ方向で時間的に変化させ、
直線Ａ上でのマスクアライメントマーク１０４のエッジ
位置の移動量ｄｙを検出する。同様に、図１８（ｃ）に
示すように、ウェハとマスクを所定の回転角φ₃ で相対
的に回転させてから、マスクアライメントマーク１０４
のエッジ位置の移動量ｄｙを検出する。

【００８８】図１９は、ウェハとマスクの回転角φに対
してエッジ位置の移動量ｄｙの絶対値をプロットした図
である。図１９の３点は回転角φ₁ 〜φ₃ のときの移動
量ｄｙを示す。実際には、ウェハとマスクの回転角φを
逐次変化させ、プロットの数を３点より多くする。プロ
ットの数を多くした場合にも、ウェハとマスクの回転角
φと位置ずれの角度ψがともに十分に小さければ、図１
９に示すように、ｄｙのプロットは２本の直線に近似さ
れ、これらの直線が接する点でｄｙが最小となる。

【００８９】図２０に示すように、マスクの位置をＸ方
向で移動させる距離をＬとすると、ｄｙ＝Ｌ・ψであ
る。すなわち、移動量ｄｙは角度ψに比例し、ψ＝０の
ときｄｙ＝０となる。移動量ｄｙが最小となるとき、回
転角φは必ずしも０とならないが、回転角φを大きくす
ると位置ずれの回転成分は大きくなる。

【００９０】したがって、回転角φが十分に小さい範囲
では、図１９に示すように、回転角φと移動量ｄｙの間
に近似的に直線性が見られる。図１９でｄｙが最小とな
る回転角φ_min でウェハとマスクの相対位置を補正する
ことにより、位置ずれの回転成分を最小とすることがで
きる。

【００９１】図２１は、回転角φと移動量ｄｙの関係を
示す他の例である。図２１に示すように、移動量ｄｙが
最小となる回転角φ_min に、必ずしも実測のデータがな
くてもよい。データの実測は、アライメント光学系の角
度検出分解能の制約を受けるが、図２１に示すように、
実測データを外挿すれば、最適な回転角φ_min を細かい
ピッチで決定できる。

【００９２】また、実測のデータ数（プロットの数）が
多く、これらのプロットのフィッティング精度が高けれ
ば、回転角φ_min を高精度に求めることができる。図示
しないが、移動量ｄｙの実測データを図１９、２１と同
様にプロットし、曲線の関数に近似することもできる。
この関数を微分して、極小となる回転角φを回転角φ
_min としてもよい。

【００９３】上記の本発明の実施形態のアライメント方
法および露光方法によれば、相補分割パターンが形成さ
れたマスクで高精度にアライメントを行い、高いスルー
プットで露光を行うことができる。また、これらのアラ
イメント方法および露光方法を用いた半導体装置の製造
方法によれば、ウェハの最外周のチップにも高精度で露
光を行うことが可能であり、半導体装置の歩留りを高く
することができる。

【００９４】本発明のアライメント方法、露光方法およ
び半導体装置の製造方法の実施形態は、上記の説明に限
定されない。例えば、上記の実施形態を電子ビーム転写
型リソグラフィ以外の半導体装置製造プロセス、具体的
にはイオンビームリソグラフィやイオン注入等に適用す
ることもできる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範
囲で、種々の変更が可能である。

【００９５】

【発明の効果】本発明のアライメント方法によれば、相
補分割パターンが形成されたマスクを高精度にアライメ
ントできる。本発明の露光方法によれば、１枚のマスク
に形成された相補分割パターンを高精度かつ高効率で露
光できる。本発明の半導体装置の製造方法によれば、半
導体装置の製造コストを低減し、半導体装置の歩留りを
高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の露光方法に用いるマスクの平面
図である。

【図２】図２は本発明の露光方法により露光されるウェ
ハの一部を示す平面図である。

【図３】図３は斜方検出法によるアライメントを示す断
面図である。

【図４】図４（ａ）および（ｂ）は斜方検出法により検
出されるアライメントマークの平面図である。

【図５】図５は斜方検出法に用いるアライメント装置の
概略図である。

【図６】図６（ａ）および（ｂ）は図２の露光領域１２
ａに相補分割パターンを露光する場合のマスク配置例で
ある。

【図７】図７（ｃ）および（ｄ）は図２の露光領域１２
ａに相補分割パターンを露光する場合のマスク配置例で
ある。

【図８】図８（ａ）および（ｂ）は図２の露光領域１２
ｂに相補分割パターンを露光する場合のマスク配置例で
ある。

【図９】図９（ｃ）および（ｄ）は図２の露光領域１２
ｂに相補分割パターンを露光する場合のマスク配置例で
ある。

【図１０】図１０（ａ）は図２の露光領域１２ｃに相補
分割パターンを露光する場合のマスク配置例である。

【図１１】図１１（ｂ）は図２の露光領域１２ｃに相補
分割パターンを露光する場合のマスク配置例である。

【図１２】図１２（ｃ）および（ｄ）は図２の露光領域
１２ｃに相補分割パターンを露光する場合のマスク配置
例である。

【図１３】図１３（ａ）および（ｂ）はアライメントさ
れた状態のアライメントマークを示す平面図である。

【図１４】図１４（ａ）および（ｂ）はアライメントマ
ークの位置ずれに直線成分があり、回転成分がない場合
の平面図である。

【図１５】図１５はアライメントマークの位置ずれに回
転成分がある場合の平面図である。

【図１６】図１６はマスク４隅でのアライメントマーク
の位置ずれを示す例である。

【図１７】図１７は本発明のアライメント方法による位
置ずれの回転成分の検出方法を示し、（ａ）は回転成分
がある場合、（ｂ）は回転成分がない場合を示す。

【図１８】図１８（ａ）〜（ｃ）は本発明のアライメン
ト方法による位置ずれの回転成分の検出方法を示す図で
ある。

【図１９】図１９は本発明のアライメント方法による位
置ずれの回転成分の補正量を示す図である。

【図２０】図２０は本発明のアライメント方法により検
出される位置ずれの回転成分を示す図である。

【図２１】図２１は本発明のアライメント方法による位
置ずれの回転成分の補正量を示す図である。

【図２２】図２２は従来のマスクの一例を示す平面図で
ある。

【符号の説明】

１…マスク、２…マスクアライメントマーク含有部、１
１…ウェハ、１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ…露光領
域、１３…ウェハアライメントマーク含有部、２１…ア
ライメント装置、２２…ウェハ／マスク保持部、２３…
アライメント光学系、２４…制御装置、２５…ウェハス
テージ、２６…マスクステージ、２７、２８…駆動機
構、３１…光源、３２…ハーフミラー、３３…レンズ、
３４…像検出装置、３５…レンズ、３６…ミラー、４１
…光または荷電粒子線、１０１…ウェハ、１０２…マス
ク、１０３…ウェハアライメントマーク、１０３ａ…パ
ターン、１０４…マスクアライメントマーク、１０４ａ
…パターン、１０５…アライメント光透過用貫通孔、１
０６…アライメント光。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA03 AA07 AA20 AA32 BB02 BB28 CC20 DD06 FF41 GG03 GG22 HH12 JJ03 JJ26 KK01 LL04 LL12 LL46 MM03 MM04 PP12 PP22 PP23 QQ29 UU05 UU09 2H095 BE03 5F056 AA22 AA40 BD05 CC10 CD13 FA06

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マスクに形成されたパターンをウェハに露
   光するときのマスクとウェハのアライメント方法であっ
   て、 前記マスクに形成されたマスクアライメントマークと前
   記ウェハに形成されたウェハアライメントマークに平行
   なアライメント光を入射させる工程であって、前記マス
   クに形成されたアライメント光透過用貫通孔を介して、
   前記ウェハアライメントマークにアライメント光を入射
   させる工程と、 前記アライメント光の前記マスクアライメントマークお
   よび前記ウェハアライメントマークからの反射光を検出
   する工程と、 前記マスクと前記ウェハを相対的に移動させ、前記マス
   クアライメントマークと前記ウェハアライメントマーク
   の位置ずれの直線成分を補正する工程と、 前記マスクアライメントマークおよび前記ウェハアライ
   メントマークにアライメント光を入射させながら、前記
   マスクと前記ウェハの相対位置を一方向で時間的に変化
   させ、前記マスクアライメントマークと前記ウェハアラ
   イメントマークの相対的な変位から、前記位置ずれの回
   転成分を検出する工程とを有するアライメント方法。
2. 【請求項２】前記マスクと前記ウェハの相対位置を一方
   向で時間的に変化させ、前記位置ずれの回転成分を検出
   した後、 前記マスクと前記ウェハをマスク面に平行な面内で所定
   の回転角で相対的に回転させてから、前記マスクアライ
   メントマークおよび前記ウェハアライメントマークにア
   ライメント光を入射させながら、前記マスクと前記ウェ
   ハの相対位置を一方向で時間的に変化させ、前記マスク
   アライメントマークと前記ウェハアライメントマークの
   相対的な変位から、前記位置ずれの回転成分を検出し、 前記位置ずれの回転成分を前記回転角の関数に近似し
   て、前記位置ずれの回転成分が最小となる回転角を前記
   回転成分の補正量とする請求項１記載のアライメント方
   法。
3. 【請求項３】薄膜に所定のパターンで孔が形成されたマ
   スクを介してウェハに露光を行う方法であって、 前記薄膜は第１の方向に延びる第１の直線と、前記第１
   の直線と直交する第２の直線によって４つの領域に分割
   され、各領域に前記パターンの互いに異なる一部である
   相補分割パターンが形成され、 前記マスクは前記薄膜の４隅かつ各領域の外側にマスク
   アライメントマークを有し、 前記ウェハは前記マスクの４つの領域の相補分割パター
   ンが重ねて露光される露光領域を複数含み、前記露光領
   域の４隅にウェハアライメントマークを有し、 前記マスクの少なくとも２つの領域を前記露光領域上に
   配置して、前記マスクと前記ウェハのアライメントを行
   ってから、前記露光領域上の相補分割パターンを前記露
   光領域に露光する工程と、 前記マスクと前記ウェハを前記第１の方向または第２の
   方向に相対的に移動させ、前記マスクの少なくとも２つ
   の領域を前記露光領域上に配置して、前記マスクと前記
   ウェハのアライメントを行い、前記露光領域上の相補分
   割パターンを前記露光領域に露光する工程と、 前記マスクと前記ウェハの相対的な移動と露光を繰り返
   し、各露光領域に前記マスクのすべての相補分割パター
   ンを重ねて露光する工程とを有し、 前記アライメントは露光される露光領域のウェハアライ
   メントマークと、露光される露光領域上の前記領域の外
   側のマスクアライメントマークに第１の方向または第２
   の方向でアライメント光を入射させ、反射光を検出して
   行い、 前記マスクの４つの領域が露光領域上にあるとき、４箇
   所のマスクアライメントマークを参照し、 前記マスクの２つの領域が露光領域上にあるとき、露光
   領域上の一方の領域で第１の方向でアライメント光を入
   射させながら、前記マスクと前記ウェハの相対位置を第
   １の方向で時間的に変化させ、マスクアライメントマー
   クとウェハアライメントマークの位置ずれの回転成分を
   検出し、 露光領域上の他方の領域で第２の方向でアライメント光
   を入射させながら、前記マスクと前記ウェハの相対位置
   を第２の方向で時間的に変化させ、マスクアライメント
   マークとウェハアライメントマークの位置ずれの回転成
   分を検出する露光方法。
4. 【請求項４】前記マスクと前記ウェハの相対位置を第１
   または第２の方向で時間的に変化させ、前記位置ずれの
   回転成分を検出した後、 前記マスクと前記ウェハをマスク面に平行な面内で所定
   の回転角で相対的に回転させてから、露光領域上の２つ
   の領域で前記第１または第２の方向でアライメント光を
   入射させながら、前記マスクと前記ウェハの相対位置を
   アライメント光の入射方向で時間的に変化させ、前記マ
   スクアライメントマークと前記ウェハアライメントマー
   クの相対的な変位から、前記位置ずれの回転成分を検出
   し、 前記位置ずれの回転成分を前記回転角の関数に近似し
   て、前記位置ずれの回転成分が最小となる回転角を前記
   回転成分の補正量とする請求項３記載の露光方法。
5. 【請求項５】薄膜に所定のパターンで孔が形成されたマ
   スクを介して、感光面に荷電粒子線を照射し、前記感光
   面に前記パターンを転写する工程を含む半導体装置の製
   造方法であって、 前記薄膜は第１の方向に延びる第１の直線と、前記第１
   の直線と直交する第２の直線によって４つの領域に分割
   され、各領域に前記パターンの互いに異なる一部である
   相補分割パターンが形成され、 前記マスクは前記薄膜の４隅かつ各領域の外側にマスク
   アライメントマークを有し、 前記感光面は前記マスクの４つの領域の相補分割パター
   ンが重ねて露光される露光領域を複数含み、前記露光領
   域の４隅にウェハアライメントマークを有し、 前記マスクの少なくとも２つの領域を前記露光領域上に
   配置して、前記マスクと前記感光面のアライメントを行
   ってから、前記露光領域上の相補分割パターンを前記露
   光領域に露光する工程と、 前記マスクと前記感光面を前記第１の方向または第２の
   方向に相対的に移動させ、前記マスクの少なくとも２つ
   の領域を前記露光領域上に配置して、前記マスクと前記
   感光面のアライメントを行い、前記露光領域上の相補分
   割パターンを前記露光領域に露光する工程と、 前記マスクと前記感光面の相対的な移動と露光を繰り返
   し、各露光領域に前記マスクのすべての相補分割パター
   ンを重ねて露光する工程とを有し、 前記アライメントは露光される露光領域のウェハアライ
   メントマークと、露光される露光領域上の前記領域の外
   側のマスクアライメントマークに第１の方向または第２
   の方向でアライメント光を入射させ、反射光を検出して
   行い、 前記マスクの４つの領域が露光領域上にあるとき、４箇
   所のマスクアライメントマークを参照し、 前記マスクの２つの領域が露光領域上にあるとき、露光
   領域上の一方の領域で第１の方向でアライメント光を入
   射させながら、前記マスクと前記感光面の相対位置を第
   １の方向で時間的に変化させ、マスクアライメントマー
   クとウェハアライメントマークの位置ずれの回転成分を
   検出し、 露光領域上の他方の領域で第２の方向でアライメント光
   を入射させながら、前記マスクと前記ウェハの相対位置
   を第２の方向で時間的に変化させ、マスクアライメント
   マークとウェハアライメントマークの位置ずれの回転成
   分を検出する半導体装置の製造方法。