JP3019489B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
及びその方法を実施するための装置の改良に関し、特
に、Ｘ線露光装置、縮小投影露光装置、あるいは、電子
線描画装置における位置合わせ精度を向上させるのに好
適なマーク位置検出方法、及び同方法を利用した微細パ
ターン形成方法並びにその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】縮小投影露光技術、Ｘ線露光技術、電子
線描画技術その他のリソグラフィ技術を用いて半導体集
積回路等の微細パターンを形成する場合には、ステージ
上に載置された試料の位置を正確に検出した上で、例え
ばレティクル等との間で精密な位置合わせ（アライメン
ト）を行うことが必要である。そして、近年における半
導体装置の高集積化に伴って、より一層高いアライメン
ト精度が必要となってきており、ごく最近では、０.０
５ μｍ以下の誤差で精密なアライメントを行うことが
要求されている。このアライメントのために、試料の表
面（パターンが形成される側の面）上に設けた位置合わ
せマークを利用する場合には、レジストの塗布むらやマ
ークの損傷等に起因する位置検出誤差が発生するので、
高精度化には限界がある。このため、例えば特公昭５５
−４６０５３号公報記載のように、試料の裏面上に位置
合わせマークを設ける方法が提案されている。また、特
開昭６２−１６０７２２号公報や特開昭６３−２２４３
２７号公報にも、試料の裏面上に設けたマークを用いた
アライメント方法が記載されている。これらの方法は、
試料の裏面上に設けたマークの位置を検出し、該マーク
位置に合わせて、試料の表面にパターンを形成していく
ものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように、試料の裏
面上に設けたマークの位置を検出する方法を採る場合に
は、例えば０.２ μｍルール以降のデバイスにおいて要
求されるアライメント精度０.０３ μｍを達成するに
は、次のような新たな問題を解決していく必要がある。
それは、今までは殆ど無視することができた誤差要因
が、もはや無視し得なくなってくると云う問題である。
すなわち、試料の傾きにより試料面が設定基準面からず
れると、試料の厚さのために、マークを設けてある裏面
とパターンを形成すべき表面との間に位置ずれが生じ、
この位置ずれに起因して位置検出誤差が生じる。この誤
差は、アライメント精度０.０３ μｍに対してはもはや
無視できない大きさとなる。上述した試料の傾きに起因
する位置検出誤差を補正するためには、試料の傾斜角度
を検出する傾き検出器を付設することが考えられるが、
このような傾き検出器の付設は、装置を複雑かつ大型に
する難点がある。したがって、このような傾き検出器を
付設することなくして試料の傾きに起因する位置検出誤
差を容易に補正することができるような、裏面マークを
用いた位置検出方法の開発が待望されている。さらに、
この裏面マークの位置を検出するための検出器は、試料
の裏面側に設けられるので、該検出器を試料を載置して
いる試料ステージ中に埋設する等の工夫が必要であり、
そのためにも十分に小型化された検出器の出現が待望さ
れている。しかしながら、上記した従来技術において
は、このような点については、何ら配慮されていなかっ
た。

【０００４】また、上述のような裏面マークの位置検出
を行う場合、試料の裏側には当該試料を載置して移動さ
せるための試料ステージが配備されている。そして、該
試料ステージ上に試料を定置させるために、試料裏面上
の少なくとも一部の領域は試料ステージの上面に密着せ
しめられている。この試料ステージ上面と密着している
試料裏面領域においてはマーク位置の検出はできないの
で、この部分を除いた他の限られた領域内においてマー
ク位置の検出を行う必要がある。したがって、試料ステ
ージ上面に密着していない試料裏面領域に対向している
限られた空間内にマーク位置検出装置を配置する必要が
あると共に、試料裏面上の一部領域（試料ステージと密
着している領域）内に設けられているマークについて
は、その位置を検出することができないという重大な制
約がある。例えば、試料を試料ステージ上に真空吸着さ
せる方式を採る場合、この真空吸着される試料裏面領域
内にあるマークについては、その位置を検出することが
できない。また、光学的なマーク位置検出装置を用いる
場合、試料ステージをマーク位置検出に用いる光に対し
て透明な材料で構成しておく方法も提案されてはいる
が、その場合でも、試料ステージ表面上の真空吸着用溝
が設けられている部分に対応する位置に設けられている
マークについては、光学的な検出手段によっては該マー
ク位置を検出することはできない。

【０００５】一方、所要のパターンを形成すべき試料表
面をできるだけ平坦に保つ必要上から、試料裏面上の真
空吸着位置はできるだけ広範囲にわたって一様に分布さ
せることが望ましい。したがって、試料ステージ上には
所定の間隔で開口部（試料裏面と接触しない部分）又は
透明部（光学的な位置検出に用いる光に対して透明な部
分）が設けられ、この開口部又は透明部に対応した位置
にあるマークのみが光学的手段によって検出される。さ
て、従来の試料表面に設けられた位置合わせ用マークの
位置を検出する場合には、このマークを半導体集積回路
等のパターンと同時に形成したので、代表的なマークの
位置を検出することは代表的なパターン位置を検出する
ことと等価であった。試料裏面に設けたマークの位置を
検出する場合においても、そのマーク位置に対応した試
料表面のパターン位置を求めることから出発するのが一
般的であった。このとき、試料ステージ上に設ける開口
部又は透明部の間隔が、試料表面に形成する半導体集積
回路等のチップサイズあるいはパターンピッチと一致す
るかまたは整数倍であるという条件を満足する場合に
は、何ら問題なくマーク位置の検出ができる。しかし、
この条件を満足しない場合には、マーク位置検出が不可
能になってしまう。そこで、後者の場合には、チップサ
イズに応じた間隔で光学的位置検出のための開口部が並
ぶような真空吸着口（あるいは、吸着溝）配列を有する
別の試料ステージと交換しなければならないと云う面倒
な問題があった。このように、従来提案されているとこ
ろの、試料裏面上に位置合わせ用のマークを設けてお
き、該マークの位置を検出することによって試料表面上
の位置を求める方法にあっては、試料ステージの交換等
を要することなくして、任意のチップサイズあるいはパ
ターンピッチを有する半導体集積回路等の試料に対応し
て、該試料表面上の正確な位置を検出して、該試料表面
上に新たに形成すべきパターンのアライメントを容易に
行い得るようにすることについては、何ら配慮されてい
なかった。

【０００６】従って、本発明の目的は、半導体基板の裏
面上に設けられた位置検出用マークの位置を検出するこ
とにより上記基板表面上における位置を高精度に検知し
て、この検知位置を基準にして、上記基板表面上に高い
位置精度でパターン形成を行なうことのできる半導体装
置の製造方法を提供することである。 本発明の他の目的
は、試料裏面上に設けられた位置検出用マークの位置を
検出することによって試料表面上における位置を検出す
るようにした位置検出方法において、上述したような試
料の傾き角を検出するための傾き検出器を付加すること
なくして、試料の傾きによる試料表面位置の検出誤差を
実質的に無くし、高精度の試料表面位置検出を可能なら
しめる新規な位置検出方法を提供することである。本発
明のさらに他の目的は、上記した本発明による位置検出
方法を実施するのに適した、簡単にして小型なマーク位
置検出装置を提供することである。本発明のさらに他の
目的は、上記した本発明による位置検出方法を利用し
た、とくに、高集積密度の半導体装置の製造のために使
用するのに好適な、新規なパターン形成方法を提供する
ことである。本発明のさらに他の目的は、上記した本発
明によるパターン形成方法を実施するのに好適な、新規
なパターン形成装置を提供することである。本発明のさ
らに他の目的は、製造しようとする半導体装置のチップ
サイズの変化に際しても、試料を真空吸着によって保持
する試料ステージの交換を要すること無くして、任意の
チップサイズに対して、試料の裏面に設けたマークを用
いてのアライメント方法を有効に活用することのでき
る、新規なパターン形成方法並びにその方法を実施する
のに適した新規なパターン形成装置を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した本発明の目的
は、次のようにして達成される。すなわち、本発明によ
る半導体装置の製造方法においては、半導体基板の裏面
に設けられた位置合わせマークの位置を検出して、この
検出されたマーク位置を基準として上記基板の表面にパ
ターンを形成するための上記基板の位置決めを行なって
上記基板表面に上記パターンを形成工程を含むが、その
際、上記基板裏面上の位置合わせマークの位置検出値
に、上記半導体基板の傾き角に起因して基板裏面上位置
と基板表面上位置との間に生じる位置ずれ量を相殺する
ための偏差分が含まれるようにする。本発明による位置
検出方法においては、位置検出器を用いて試料裏面上に
形成された位置検出用マークの位置を検出することによ
って試料表面上における位置を検出するに際して、上記
の位置検出器として、そのマーク位置検出値に試料の傾
き角度に依存した偏差分が含まれるような検出器が使用
され、かつ、該偏差分と試料の傾き角と試料の厚みとの
積で表わされる試料裏面と試料表面間における位置ずれ
量とが丁度等しい大きさとなるように、予め上記位置検
出器における各種パラメータが選定されている。このよ
うにすれば、試料の傾き角の如何によらず、常に、上記
した偏差分を含んだマーク位置検出値が試料表面におけ
る正確な位置を表わすことになり、それによって、試料
が傾いている場合においても、試料裏面上の位置検出用
マークの位置を検出することによって、試料表面上の正
確な位置を知ることができる。つまり、試料が傾いた場
合においても、あたかもその影響が全く無かったかのよ
うにして、試料表面上の位置を正確に知ることができ、
試料表面上に形成すべきパターンの正確なアライメント
が可能となる。また、本発明によるパターン形成方法に
おいては、上記した本発明による位置検出方法並びに装
置を用いることによって試料表面における位置を正確に
把握しながら、試料を微移動させて、該試料を所望のパ
ターン形成位置に正確にアライメントした上で、露光あ
るいは描画によって所望のパターンを形成させる。さら
に、本発明によるパターン形成方法においては、試料の
裏面に所定のピッチで配設されているマークの位置を検
出した上で、該検出結果から、試料表面上に形成すべき
パターンの位置を演算によって求め、この演算によって
求められた位置に露光あるいは描画によって所望のパタ
ーンを形成させる。

【０００８】

【作用】図１に示すように、試料１が設定基準面から角
度θだけ傾いている状態においては、試料裏面に設けら
れたマーク２の実際の位置（基準位置からの距離δ）と
該マーク２に対応する試料表面上の真の位置（基準位置
からの距離ω）との間には、試料１の厚さをｄとした場
合、ｄ sin θ なるずれが生じることになる。したがっ
て、該マーク２の実際の位置（距離δ）を検出して、そ
の検出値をそのまま試料表面上での真の位置（距離ω）
とする場合には、当然のことながら、 ε ＝（δ−ω）＝ ｄ・sinθ ………（１） なる位置検出誤差εが生じることとなる。例えば、試料
の厚さｄを６００μｍ、試料の傾き角θを５秒とする
と、誤差量εは、約０.０１５ μｍとなる。この値は、
０.０３ μｍというような厳しいアライメント精度が要
求されるような場合においては、もはや無視できない。
そこで、本発明においては、この誤差量εを丁度相殺す
るような偏差分ΔＥをを位置検出値に含むような位置検
出用光学系１９を用いて、試料裏面に設けられたマーク
２の見かけ上の位置（δ＋ΔＥ）を検出し、この見かけ
上の位置が丁度試料表面における真の位置（ω）を表わ
すようにする。すなわち、位置検出用光学系１９による
見かけ上のマーク位置検出結果（δ＋ΔＥ）が丁度マー
ク２に対応する試料表面上での真の位置（ω）と等しく
なるように、つまり、 ω ＝ δ＋ΔＥ ………（２） なる関係が成立するように、上記の位置検出用光学系１
９の各種パラメータを予め選定しておくのである。式
(２)の右辺第２項のΔＥが、位置検出用光学系１９によ
る位置検出値に含まれる偏差分であり、この偏差分が試
料の傾き角θの変化に対応して変化する（つまり、ΔＥ
＝−ε＝−ｄ・sinθ なる関係で変化する）ことによっ
て、試料の傾き角の如何によらず、常に、試料の傾きに
起因して生じる誤差εを相殺し、結果的に、試料裏面に
設けられたマーク位置を検出することによって、該マー
ク位置に対応する試料表面上の真の位置を正確に求める
ことができるようになる。

【０００９】図２に、上記した試料の傾きに起因して生
じる位置検出誤差εを相殺するような偏差分ΔＥを検出
値に含むような位置検出用光学系の一構成例を示し、そ
の位置検出原理について、さらに図３を参照して詳説す
る。図２および図３において、波長λなる２本の光ビー
ム１１ａ，１１ｂによって試料裏面上のマーク２を照明
した時に得られる回折光の位相は、マーク２の位置δと
両照明光の照明位置Ａ，Ｂ間での基準面に垂直方向に測
った間隔ｔとに依存して変化する。両照明光間の間隔を
Ｌ、試料の厚さをｄとしたとき、上記の照明位置間間隔
ｔと試料の傾き角θとの間には、図３より、 θ ＝ tan~¹(ｔ／Ｌ) ≒ ｔ／Ｌ ………（３） なる関係式が成り立つ。また、試料の傾きによるマーク
２の位置δと試料表面の真の位置ωとの間のずれ量εに
依存する位相差相当分φ(ε)は、マーク２のピッチをＰ
として、 φ(ε) ＝ ４πε／Ｐ ………（４） となる。一方、試料の傾き角θの関数である照明位置間
間隔ｔに起因する位相差相当分φ(ΔＥ)は、図３に示し
た幾何学的関係からして、検出光の波長λと照明位置間
間隔ｔに対して、次式で表わされる。 φ(ΔＥ) ＝ ４πｔ／λ ………（５） つまり、式(４)で表わされる位相変化分φ(ε)と式(５)
で表わされる位相変化分φ(ΔＥ)とが丁度等しくなるよ
うに、マーク２のピッチＰと両検出光間の間隔Ｌを予め
選定しておけば、任意の試料傾き角における位相ずれを
相殺してやることができる。そこで、上記の関係を満足
させるような検出光間隔Ｌについて、式(１)〜式(５)を
連立させて解くと、 Ｌ ＝ λ・ｄ／Ｐ ………（６） なる解が得られる。例えば、マークのピッチＰを６μ
ｍ、試料の厚さｄを６００μｍ、検出光波長λを６３３
ｎｍとすると、ビーム間隔Ｌを６３.３ μｍとすれば良
いことがわかる。

【００１０】また、他の一例として、図１３に示すよう
な非結像形の位置検出光学系を用いることによっても、
試料の傾き角θに依存する偏差分ΔＥを生じさせること
ができ、該偏差分ΔＥによって試料の傾きに起因して生
じる誤差量εを相殺させることができる。すなわち、図
１３に示すように、レンズ５０ａ，５０ｂから成る光学
系における試料表面に対する共役位置Ｃから上方に距離
ｋだけ離れた位置に光検出器５１を配置する。このよう
に構成することによって、試料１が傾いた場合、光検出
器５１の検出結果に偏差ΔＥが生じる。この偏差分ΔＥ
も試料１の傾き角θの関数となることは明らかである。
この偏差分ΔＥが試料表面における位置ずれ量εに等し
くなるように、予め上記の距離ｋを設定しておけば、試
料の傾きによる検出誤差（つまり、上記の位置ずれ量）
εを相殺できる。この他にも、図１７に示すように、試
料１の傾きに起因する反射光の光路差を利用する方法も
ある。すなわち、試料１からの反射光１２、１３の光路
差が試料１の傾き角θに依存して変化するのを利用する
方法である。なお、試料１が傾いた時に両反射光間に光
路差が生じる様子を示すと、図１８のごとくである。以
上に、試料裏面に設けられたマークの位置を検出して試
料表面における位置を認定する方法において、試料が傾
いた場合においても試料表面における位置認定結果に誤
差を生じることが無いようにすることのできる３種類の
位置検出方法並びにその方法を実施するための装置構成
について示したが、これらの方式以外でも、試料の傾き
角に依存して位置検出結果に偏差分を生じ、この偏差分
が丁度試料の傾きに起因して試料裏面と試料表面との間
に生じる位置ずれ量を相殺するような機能を有する位置
検出方式であれば、どれでも利用できる。

【００１１】次に、本発明による試料裏面上への位置検
出用マークの配置方法について述べる。試料の裏面に所
定の間隔で設けられたマークの位置を検出する工程にお
いては、少なくとも２ヵ所のマークについての位置検出
を行うことにより、試料搭載位置の並進誤差、試料面内
での回転誤差および一様な伸縮量を求める。さらに多数
のマーク位置を検出することにより、試料の局所的な面
内変形量をも求めることができる。また、これらの検出
結果を用いて、新たに形成すべき回路パターンの位置を
演算によって求める工程においては、試料表面上に新た
にパターンを形成すべき個々の位置を内挿法により求め
る。この場合には、内挿法による演算であるから、試料
表面上のパターン形成位置と試料裏面上に設けるマーク
位置とを必ずしも１対１に対応させる必要は無い。な
お、試料を載置する試料ステージの位置はレーザ測長器
で精密に計測されているので、試料を新たにパターン形
成すべき位置に正確に位置決めすることができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例につき、図面を参照し
ながら、詳細に説明する。 〔実施例１〕図２に、本発明の一実施例になる位置検出
用光学系の基本的構成を示す。この光学系によれば、試
料裏面上に設けられたマークの位置を検出して該マーク
位置に対応する試料表面上の位置を求める、いわゆる裏
面マーク検出法において、試料が傾くことによって試料
裏面と試料表面との間に位置ずれが生じることに起因し
て発生する位置検出誤差をキャンセルすることが可能で
ある。まず、位置検出の方法について説明する。図４に
公知のあらさ測定器の光学系の概略構成を示す。これ
は、例えば、APPLIED OPTICS Vol.20, No.4 ／p 610 に
記載されている。この測定器は、基本的にはノマルスキ
ー型干渉計の原理を用いたものである。ここでは、波長
がわずかに異なる二つの周波数の光を直線偏光の形で出
射するレーザ光源１０が用いられている。該光源からの
光ビーム１１は、レンズ系１７を介して拡げられ、つい
でビームスプリッタ１５により二つに分割される。分割
された一方の光ビームは検光子８ａに入射して、そこで
ヘテロダイン干渉を生じる。この干渉光を光検出器７ａ
によって検出することによって、基準となる参照信号Ｓ
r が得られる。分割された他方のビームは、ウォラスト
ンプリズム５に入射し、そこで、Ｐ偏光(周波数ν₁)の
ビーム１１ａとＳ偏光(周波数ν₂)のビーム１１ｂとに
分離される。分離されたビーム１１ａ，１１ｂは、対物
レンズ３によって絞られ、それぞれ試料裏面上の２点
Ａ，Ｂを照射する。両照射点Ａ，Ｂで反射された光は、
対物レンズ３を通り、ウォラストンプリズム５に入射す
る。ここで、両照射点Ａ，Ｂからの反射光は、互いに重
なり合って一本のビームとなり、検光子８ｂに導かれ
る。検光子８ｂは、光ビーム１１の偏光面に対して４５
°の傾きとなるように配置されているので、ここでヘテ
ロダイン干渉が生じる。この干渉光を光検出器８ｂによ
って検出することによって検出信号Ｓd が得られる。該
検出信号Ｓd の周期は、上記参照信号Ｓr の周期と同一
である。よって、試料１が傾いた場合、検出光１１ａと
１１ｂとの光路差が試料の傾き角に応じて変わり、参照
信号Ｓr に対する検出信号Ｓd の位相差が変化すること
になる。

【００１３】図４に示した検出原理を基本的に用いて、
裏面マーク２の位置検出を行なえるように構成した例を
図２に示す。図４の検出方式の場合と同様に、ここでも
波長がわずかに異なる二つの周波数のレーザ光を直線偏
光の形で出射する２周波レーザ光源１０が用いられる。
レーザ光源１０からのビーム１１は、ウォラストンプリ
ズム５ａによってＰ偏光ビーム１１ａとＳ偏光ビーム１
１ｂとに分離され、対物レンズ３を介して、試料裏面上
に設けられた格子状マーク２を照明する。両ビームの照
射点Ａ，Ｂ間の間隔はＬである。このとき、照射点Ａ，
Ｂから生じる回折光のうち、＋１次光１２ａ，１２ｂと
−１次光１３ａ，１３ｂのみに着目すると、これら１次
回折光の位相は、すでに述べたように、マーク２の位置
と試料１の傾き角とによって変化する。この位相変化分
φ₁ は、同図の下方に示すように、検出器７ａからの参
照信号Ｓr と検出器７ｂからの検出信号Ｓd との位相差
として求めることができる。＋１次回折光１２ａ，１２
ｂと−１次回折光１３ａ，１３ｂとは、対物レンズ３に
より平行ビームとされ、フーリェ変換面において偏光ビ
ームスプリッタ４ａ，４ｂを用いることによって、一方
の照射点からの＋１次回折光（例えば、照射点Ｂからの
＋１次回折光１２ｂ）と他方の照射点からの−１次回折
光（例えば、照射点Ａからの−１次回折光１３ａ）とを
選び取る。この選び取ったビーム１２ｂと１３ａを集光
レンズ６によって集光し、両ビームが交差する点にウォ
ラストンプリズム５ｂを置くことによってヘテロダイン
干渉を生じさせ、この干渉光を検光子８ｂを介して光検
出器７ｂにより検出する。得られる検出信号Ｓd と参照
信号Ｓr との間の位相差φ₁ は、図３に示すように、マ
ーク２の位置をδ、マーク２のピッチをＰ、検出光の波
長をλ、両照射点Ａ，Ｂ間の基準面に垂直方向でのずれ
量をｔとすると、 φ₁ ＝（４πδ／Ｐ）＋（４πｔ／λ） ………（７） となる。ここで、図３に示されたずれ量ｔの方向は負の
方向であるとする。このとき試料の厚さをｄ、試料の傾
き角をθ、両照射ビーム１１ａ，１１ｂ間の間隔をＬと
すると、試料の傾き角θに起因する試料裏面と試料表面
間でのずれ量（つまり、位置検出誤差）εは、 ε ＝ ｄ・sinθ ………（８） となる。ここで、 θ ＝ tan~¹(ｔ／Ｌ) ≒ ｔ／Ｌ ………（９） である。そして、このずれ量εに起因する位相変化分と
ずれ量ｔに起因する位相変化分とが等しくなるように、
マークピッチＰとビーム間隔Ｌを選べば良い。つまり、 （４πｔ／λ）＝（４πε／Ｐ） ………（１０） が成り立てば良い。つまり、式(７)〜式(１０)より次の
式が満たされれば良いことがわかる。 ｄ／Ｐ ＝ Ｌ／λ ………（１１） この式より、光源１０として、例えば、波長λ＝６３３
ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザを用いた場合、試料１の厚さｄ
＝６００μｍ、マークピッチＰ＝６μｍとすると、ビー
ム間隔Ｌを６３.３ μｍとすれば良いことが判る。そし
て、このビーム間隔Ｌは、ウォラストンプリズム５ａの
ビーム分離角度ξと対物レンズ３の焦点距離ｆとによっ
て決められる。つまり、必要なビーム間隔Ｌが既知の場
合には、次式によってビーム分離角度ξが決定される。 ξ ＝ １／(２ｆ) ………（１２） すなわち、このような分離角度ξを有するウォラストン
プリズムを用いれば良いことになる。

【００１４】次に、所要のビーム間隔Ｌを設定する際の
設定誤差の許容値ΔＬについて考える。図５に示すよう
に、許容値ΔＬが有限の値を取る場合、傾きに起因する
位置検出誤差Δε が生じる。ここで、重ね合わせ精度
の目標値０.０３ μｍ(３σ)に対して、Δε < ０.０１
μｍ程度に抑える必要がある。また、試料１の反りに起
因する傾き角θは、通常 ±０.１５ ｍ rad 程度にな
る。このときΔεは、次式で表わされる。 Δε ＝（ΔＬ／Ｌ）θ・ｄ ………（１３） 上式を整理すると、ビーム間隔Ｌの設定誤差の許容値Δ
Ｌは、所要ビーム間隔Ｌの約１５％以内に抑える必要が
あることがわかる。そこで、多少のマージンを考え、Δ
ＬをＬの１０％以内にしておけば十分である。すなわ
ち、ビーム間隔Ｌは、０.９(ｄ・λ／Ｐ)＜Ｌ＜１.１
(ｄ・λ／Ｐ)なる範囲内の値に選定するのが望ましい。
さらに、図６に示すように、試料に照射するビーム１１
ａ，１１ｂの照射スポット径γは、ｎを自然数としたと
きに、 γ ＝ ｎ・Ｐ ………（１４） とするのが好ましい。このようにすると、マーク２の段
差の影響を低く抑えることができるからである。また、
試料の厚さが変わった場合には、式(１１)を変形するこ
とによって得られる次式に基づいて、マーク２のピッチ
Ｐを定めれば良い。 Ｐ ＝ ｄ・λ／Ｌ ………（１５） 次に、このマークピッチＰの設定誤差の許容値ΔＰにつ
いて考える。式(１０)より、マークピッチＰにΔＰなる
誤差がある場合、それによって生じる位置検出誤差Δε
は、 Δε ＝（ｔ／λ）ΔＰ ………（１６） となる。ここで、先にビーム間隔Ｌの設定誤差許容値Δ
Ｌを計算した時と同じ条件を適用すると、マークピッチ
Ｐの設定誤差の許容値ΔＰは±０.７ μｍであれば良い
ことになる。この許容値ΔＰは所要マークピッチＰに対
して約１２％であるので、多少のマージンを考えても、
ΔＰはＰの１０％以内にすれば充分であると云える。つ
まり、マークピッチＰは、０.９(ｄλ／Ｌ)＜Ｐ＜１.１
(ｄλ／Ｌ)なる範囲内の値に選定するのが望ましい。こ
のようにすることによって、敢えて試料の傾き角を検出
するための傾き検出器を設けること無くして、試料裏面
上に設けられたマークの位置を検出して、試料表面上に
おける所望のパターン形成位置を精度良く求めることが
可能となる。

【００１５】上記したマーク２の形成方法としては、レ
ーザマーカを利用するのが簡便である。また、形成され
たマーク２は、図７に示すように、酸化膜等の保護膜１
８によって保護されているのが好ましい。また、図８に
示すように、保護膜１８ａの上にさらに重ねて設けられ
た保護膜１８ｂ中にマーク２を形成することにより、試
料（例えば、Ｓi 基板）１を直接加工する必要が無くな
る。このようにすることにより、Ｓi 基板の内部に転移
等による欠陥が発生するのを防止することができる。そ
の他にも、例えば電子材料１９９１年１月号の第５５，
６０頁に記載されているような走査型トンネル顕微鏡
(ＳＴＭ：Scanning Tunneling Microscope)を用いた微
細加工技術を利用して原子オーダの大きさのマークを形
成し、該マークを位置検出に用いるようにしても良い。
このような原子オーダの大きさのマークを用いると、位
置検出感度の向上や試料の変形や歪に起因する検出誤差
の低減が可能となり、より一層好ましい。また、試料１
は、Ｓi 基板に限らず、ＧaＡs基板、ガラス基板、また
はプラスチック基板であっても良く、さらには、これら
の基板上に感光性薄膜を付着せしめたダミー基板であっ
ても良い。

【００１６】図９に、上記した実施例の一変形例を示
す。図９の構成は、図２に示した構成における試料への
入射光と試料からの反射光との位置を置き換えたものに
相当する。２周波レーザ光源１０からのレーザビームを
レンズ９によりコリメートした後に、偏光ビームスプリ
ッタ４によって二つのビームに分け、一方の反射された
ビームを対物レンズ３を介して試料に入射させると共
に、他方の透過したビームを反射ミラー２２によって反
射させてから、対物レンズ３を介して試料に入射させ
る。このとき、試料裏面上での両ビームの照射点が互い
に距離Ｌだけ離れるように、ビームスプリッタ４および
反射ミラー２２の反射角度を設定する。試料裏面上に設
けられたマーク２によって回折された光のうち、試料裏
面に対して垂直方向に得られる回折光（±１次回折光）
のみを取りだし、対物レンズ３によって集光する。集光
された両ビームの交差角度と一致する分離角度を有する
ウォラストンプリズム５を用いて、両ビームを一つに重
ね合わせ、ついで、偏光板８によってヘテロダイン干渉
を生じさせ、この干渉光を光検出器７により検出する。
このように構成することによって、位置検出装置全体を
更に小型化することができる。さらに、試料１の厚みｄ
を変えたい場合には、その厚みｄの変化に対応させて、
反射ミラー２２と偏光ビームスプリッタ４の反射角度を
微調節して、改めてビーム間隔Ｌが式(１１)を満足する
ように設定してやれば良い。この反射角度の微調節のた
めに、反射角度の調節手段４２ａ，４２ｂが設けられて
いる。

【００１７】〔実施例２〕図１３に、本発明の他の一実
施例になる位置検出装置の構成を示す。この実施例は、
非結像形位置検出光学系を用いて、高精度の位置検出を
行えるように構成したものである。上記した実施例１に
おいては、試料の裏面に設けられたマークに２本の光ビ
ームを照射して、試料から反射回折する光の位相から試
料表面における位置の検出を行なったが、その他にも、
図１３に示すような非結像形位置検出光学系を用いるこ
とによっても、位置検出値に試料の傾き角に依存した偏
差分を生じさせることができ、該偏差分によって試料の
傾きに起因する検出誤差εを相殺させてやることができ
る。まず、図１４を用いて非結像形位置検出光学系を用
いた位置検出方式の原理について説明する。レーザ光源
１０１から出射されたレーザビームは、偏光板８、コリ
メータレンズ９を通り、偏光ビームスプリッタ４によっ
てλ／４板４４に導かれ、その後、対物レンズ３により
集光されて、試料１上のマーク２を照射する。この照射
位置から反射回折される＋１次回折光１２、−１次回折
光１３および０次回折光４５は、再び対物レンズ３、λ
／４板４４、偏光ビームスプリッタ４を経て、集光レン
ズ６により絞られ、該光学系の共役位置Ｃから上方に距
離ｋだけ離れた場所に設置された２分割受光素子４３に
入射する。この受光素子４３の受光面上における光ビー
ム１２、１３、４５の入射状態を図１５を用いて説明す
る。２分割受光素子４３の受光面の中央には０次回折光
４５が入射し、その両側に＋１次回折光１２と−１次回
折光１３が入射する。このような配置にした場合、マー
ク２が水平方向(Ｘ方向)に位置ずれすると、領域Ｃと領
域Ｄの光強度がそれぞれ干渉により変化する。そこで、
引き算器４６によって受光部４３ａ，４３ｂからの出力
の差分値を求めると、同図の下方に示すように、検出位
置(Ｘ)に対して上記の差分値が線形状に変化するので、
これよりマーク位置の検出が可能となる。上記の受光素
子４３は、２分割に限らず、２分割以上のものであれば
どれを用いても同様の結果が得られる。

【００１８】次に、試料１が傾いた場合における検出信
号の状態について、図１６を用いて説明する。このマー
ク位置検出光学系における受光素子４３は、上記したよ
うに光学系の共役位置Ｃから距離ｋだけ離れているの
で、それぞれの光１２、１３、４５は距離ｊだけ横ずれ
して、受光素子４３に入射することになる。このような
場合には、０次回折光４５は、受光部４３ａの側に多く
入射し、受光部４３ｂ側には少ししか入射しなくなるの
で、受光部４３ａ側の出力と受光部４３ｂ側の出力との
間にアンバランスが生じ、その結果引き算器４６からの
出力差分値にオフセット(偏差分)が含まれることにな
る。ここで、領域Ｃ´と領域Ｄ´との間に距離ｉを設け
ることによって、上記の出力差分値に含まれるオフセッ
ト量を試料１の傾き角θに対して線形関係となるように
することができる。また、試料１の厚さｄが異なる場合
には、式（８）より、図１に示すずれ量εと上記のオフ
セット量とが等しくなるように、上記の距離ｋを調節し
てやれば良い。このように構成することによって、試料
１の傾きに起因して位置検出値に誤差を生じることのな
い高精度の位置検出装置が得られる。

【００１９】〔実施例３〕図１７に、本発明のさらに他
の一実施例になる位置検出装置の構成を示す。この実施
例は、干渉計の原理を応用して、高精度の位置検出を行
えるように構成したものである。図１７において、レー
ザ光源１０１から出射したビームは、ミラー４７ｃを介
して、試料１の裏面上に形成されたマーク２上に照射さ
れる。この照射位置から反射回折される＋１次回折光１
２と−１次回折光１３はそれぞれミラー４７ａ，４７ｂ
により反射された後に、スリット４８上で干渉せしめら
れる。この干渉によって生じる干渉縞の明暗をスリット
開口を介して光検出器７により検出する。このスリット
開口の開口幅を、上記干渉縞のピッチの丁度１／２に設
定しておくと、Ｓ／Ｎ比の高い検出信号が得られる。こ
の状態で、マーク２がＸ方向に移動すると、同図の下方
に示すように、光検出器７の出力信号が変化するので、
該出力信号からマーク２の位置を検出することができ
る。

【００２０】次に、試料１が基準面からθだけ傾いた場
合における回折光光路の変化の様子を図１８を用いて説
明する。試料１が傾くと、１次回折光１２、１３の光路
は、それぞれ破線で示した位置から実線で示した位置に
シフトする。このため、１次回折光１２、１３にはそれ
ぞれ光路差が生じ、スリット４８上に生じる干渉縞の位
置も横方向にずれることになる。つまり、試料１が傾く
ことによってマーク位置検出結果にオフセットが含まれ
ることになる。このオフセット量が式(８)で示す誤差量
εと丁度等しくなるように、ミラー４７ａ，４７ｂ間の
間隔と検出マーク２のピッチＰを選んでおくことによっ
て、試料１の傾きに起因する位置検出誤差を相殺するこ
とができ、高精度の試料表面位置検出が可能となる。

【００２１】〔実施例４〕図１０に、本発明による裏面
マーク検出方式を縮小投影露光装置に応用した場合の一
実施例を示す。実施例１〜３に示したような、試料１の
傾きに起因する位置検出誤差を相殺できるように構成さ
れた裏面マーク検出装置は、現在半導体装置製造のため
のパターン形成装置の主流となっている縮小投影露光装
置における位置検出用に用いてとくに好適である。図１
０において、レティクル３１上に形成されている原画パ
ターンは、単色光光源３０によって照明され、縮小投影
レンズ２４を介して試料１の表面上に縮小投影される。
このように、レティクル３１と試料１との間に縮小投影
レンズ２４が存在するような場合においては、試料の上
側(表面側)にマーク検出器を配置するのが困難であるた
め、本発明によるマーク位置検出装置１９を用いて試料
の下側（裏面側）から試料裏面上のマークを検出するよ
うに構成するのがとくに有効である。このマーク位置検
出装置１９によって試料表面上における正確な位置を検
出しつつ、試料微動装置２５によって試料をＸＹ方向に
微動させて、試料表面上の所望のパターン形成位置に上
記の原画パターンが縮小投影されるように、試料側での
位置合わせを行う。この位置合わせに際しては、試料台
１４に取り付けられているミラー３８の位置をレーザ測
長器３７によって精密に測定し、その測定値に基づい
て、制御装置３９を介して試料微動装置２５を制御する
ことによって行われる。

【００２２】レテイクル３１の位置検出は、該レテイク
ル上に設けられたマーク３３を、レティクルマーク検出
用光学系２６ａ，２６ｂを介して、検出器２７ａ，２７
ｂで検出することによって行われる。このレテイクル位
置検出結果に基づいて、レティクル微動装置４０により
レティクルを微動させてレティクル３１の位置合わせを
行なう。これにより、レティクル３１は、絶対基準に対
して位置決めされる。また、試料表面上のパターン形成
位置への縮小投影レンズ２４の焦点合わせのために焦点
合わせ装置３２が設けられている。この焦点合わせ装置
は、例えばエアマイクロメータの原理を利用した間隙保
持手段を用いて、試料表面と縮小投影レンズとの間の相
対距離を一定に保つように構成したもので良い。また、
試料厚さ測定器４１によって試料の厚さが測定され、測
定された試料厚さに応じて、マーク位置検出装置１９の
位置検出値に含まれる偏差分を補正する必要があるかど
うかの判断がなされる。

【００２３】〔実施例５〕図１１に、本発明による裏面
マーク検出方式を電子線描画装置の位置合わせに応用し
た場合の一実施例を示す。図１１に示すように、電子線
描画装置においては、描画データ記憶部３６に記憶され
ているパターンデータによって電子銃３４と電子レンズ
３５ａ，３５ｂ，３５ｃが制御され、試料１の表面上に
所望のパターンが形成される。試料１の下側(裏面側)に
は、本発明によるマーク位置検出装置１９が設置されて
いる。このマーク位置検出装置１９における位置検出方
式は、先の実施例１、実施例２、あるいは、実施例３に
おいて説明したのと同様であるので、ここでは詳しい説
明を省略する。このように本発明によれば、電子線描画
装置の位置合わせをも今までにない高精度でもって行な
うことができる。

【００２４】〔実施例６〕図１２に本発明による裏面マ
ーク検出方式を１：１の近接露光装置における位置合わ
せに応用した場合の一実施例を示す。この図に示すよう
に、本発明による裏面マーク検出方式は、上記した縮小
投影装置や電子線描画装置の場合と同様にして、１：１
の近接露光装置にも適用可能である。この１：１近接露
光装置においては、所望のパターンの描かれたマスク２
０と試料１とを近接させた状態で、Ｘ線光源４９からの
Ｘ線などで露光し、上記パターンを試料１の表面上に形
成するものである。パターンマスク２０は、マスク微動
装置２１上に保持されており、ミラー３８´の位置をレ
ーザ測長器３７によって精密に測定し、その測定値に基
づいて、制御装置３９を介してマスク微動装置２１を制
御することによって、マスク２０の精密な位置決めが行
われる。本実施例におけるマーク位置の検出方法は、実
施例１、実施例２、あるいは実施例３の場合と同様であ
り、また、パターンの形成方法は、実施例４、あるいは
実施例５の場合と同様なので、ここでは詳しい説明を省
略する。

【００２５】〔実施例７〕図１９に、本発明のさらに他
の一実施例を示す。本実施例は、本発明による位置検出
方法を用いた縮小投影露光装置において、試料表面に形
成すべきパターンの配列ピッチと試料裏面に設けられる
位置検出用マークの配列ピッチが異なる場合についての
ものである。図において、光源３０からの光がコンデン
サレンズ６０を介して半導体集積回路等のパターンが描
かれたレティクル３１を照明する。レティクル３１上の
パターンによって回折された光は、縮小投影レンズ２４
を介して試料１の表面上に到達する。その結果、レティ
クル３１上のパターンが試料１表面上に縮小投影される
ことになる。試料１は、試料台１４上に吸着固定されて
おり、試料台１４は、ステージ駆動装置６２によりそれ
ぞれｘ，ｙ，ｚ方向に移動せしめられるステージ６５，
６４，６３上に搭載されているので、駆動装置６２を動
作させることによって、試料１を所定のピッチで位置決
めしながら露光を繰り返すことにより、試料１の表面上
に上記した所定のピッチで複数個の上記パターンを形成
することができる。レーザ測長器３７によってミラー３
８の位置を測定することにより、試料台１４の位置を正
確に求めることができる。そして、求められた試料台位
置を目標位置と比較し、その差を制御装置３９を介して
駆動装置６２にフィードバックするように構成してある
ので、パターンを形成すべき目標位置を与えれば、該目
標位置への試料台１４の位置決めは正確に行われる。

【００２６】レティクル３１と試料１との間のアライメ
ントは、図２０に示す順序で行う。まず、工程７０にお
いて、レティクル３１の位置決めを行う。すなわち、レ
ティクル３１を微動ステージ４０上に装着し、制御装置
３９によって該微動ステージ４０を微動位置決めするこ
とにより、レティクル３１の中心位置を露光光学系の光
軸に一致させる。次に、工程７１において、試料１の裏
面に既に設けてある複数の位置検出用マーク２の位置検
出を行う。すなわち、試料１の裏面に設けてある位置検
出マーク２の位置を、試料台１４に設けられた開口部８
０を介して、ベース６６上に固定設置されたマーク位置
検出装置１９で検出する。ついで、工程７２において、
少なくとも２個のマークについてのマーク位置の誤差
（ｘ，ｙ両方向についての誤差）より、試料台１４上に
載置された試料の並進誤差、試料面内での回転装着誤差
および試料面内での等方的な伸縮量が演算部６１により
計算される。さらに、多数の位置検出マーク２について
のマーク位置誤差を検出すれば、統計的な演算処理によ
り、前記試料１の並進誤差、面内回転装着誤差および伸
縮量等の平均的な装着誤差をより高い精度で求めること
ができる。この平均的な装着誤差の計算が工程７２で行
われる。さらに、判断工程７３において、試料１の局所
的な変形量をも求める必要があると判断した場合には、
演算工程７４により、試料１の局所的な変形量を演算し
て求める。以上の検出結果に基づいて、露光位置の算出
工程７５においては、試料１上にパターンを形成すべき
個々の位置を演算する。最後に、露光工程７６におい
て、ステージ駆動手段６２により、上記演算で求められ
た複数のパターン形成位置に試料を順次位置決めしなが
ら、パターンの露光を行う。

【００２７】試料台１４の表面には、図２１に示すよう
に、ｘ方向，ｙ方向のピッチをそれぞれＳｘ，Ｓｙとし
た複数の開口部分８０が設けられている。それぞれの開
口部分の間に残されている試料台表面部分には、試料１
を真空吸着するための吸着溝が設けられているが、図２
１ではこの吸着溝の図示は省略されている。一方、試料
１の裏面には、位置検出用のマーク２が上記開口部分８
０のピッチＳｘ，Ｓｙと同じピッチで設けられている。
これにより、試料台１４の下側から上記の開口部分８０
を通して、試料１の裏面上に設けられている全ての位置
検出用マーク２を直接観測できる。ここでは、試料１の
表面に形成すべき複数のパターン８１の配列ピッチ（あ
るいは、チップサイズ）Ｐｘ，Ｐｙと試料１の裏面に予
め設けられる位置検出用マーク２の配列ピッチＳｘ，Ｓ
ｙとを一致させる必要は無い。本実施例では、試料１の
表面に形成すべきパターン８１の配列ピッチＰｘ，Ｐｙ
とは全く無関係なピッチＳｘ，Ｓｙでもって試料裏面に
設けられている位置検出用マーク２を試料の裏側から検
出することによって、試料１の装着誤差や試料表面上の
局所的な変形量を求め、その上で、試料１の表面に形成
すべきパターン８１の個々の位置を演算により求めてい
る。したがって、半導体集積回路等を製造するに当た
り、第１層目のパターンを露光する際にも、試料１の裏
面に予め設けた位置検出用マーク２の位置検出を行う。
本実施例においては、試料台１４に設ける開口部８０の
配列ピッチＳｘ，Ｓｙを、いずれも２５ｍｍとした。な
お、この開口部８０には、マーク位置の検出に用いる光
に対して透明な材料（例えば、ガラス等）を埋め込んで
おいても良い。さらに、試料台１４の試料支持部分全体
をマーク位置検出用の光に対して透明な材料で構成して
も良い。また、真空吸着用の溝を省略して、代わりに、
電磁的に試料を固定する方法を採用しても良い。

【００２８】試料１の表面に形成すべきパターン８１の
個々の位置の算出は、図１９に示す演算部６１において
行われる。この演算の１例を図２２を参照して説明す
る。図に示した４個のマーク９１，９２，９３，９４
は、予め試料１の裏面に設けられた多数の位置検出用マ
ーク２のうちの一部であり、試料１が試料台１４上に正
確に載置された場合の正規のマーク位置を示している。
これらのマークの配列ピッチは、ｘ方向にＳｘ、ｙ方向
にＳｙである。いま、試料１の装着誤差により上記した
４個のマークがそれぞれの所定位置からずれて、９１
´，９２´，９３´，９４´で示す位置において検出さ
れたとする。そして、この時のそれぞれのマークの位置
ずれ量が、（Ｘ₁，Ｙ₁），（Ｘ₂，Ｙ₂），（Ｘ₃，
Ｙ₃），（Ｘ₄，Ｙ₄）と検出されたとする。一方、試料
１の表面に形成すべき複数のパターン８１のうちの１個
が破線で示されるパターン９０であるとする。該パター
ン９０の正規の露光位置は、上記した４個のマーク９
１，９２，９３，９４のいずれとも一致しておらず、図
に示すように、ｘ方向のマークピッチＳｘをΔｘ：１−
Δｘの比率で、ｙ方向のマークピッチＳｙをΔｙ：１−
Δｙの比率でそれぞれ内分する位置であるとする。試料
１の表面に形成すべきパターン８１の配列ピッチと試料
１の裏面に予め設けた位置検出用マーク２の配列ピッチ
はいずれも既知であるから、パターン９０の配列番号を
指定すれば、上記Δｘ、Δｙの値は一義的に定められ
る。パターン９０の実際の露光位置９０´は所定位置９
０からずれ量（Ｘ，Ｙ）だけずれた位置であり、このパ
ターン位置のずれ量（Ｘ，Ｙ）は、前記したマーク位置
のずれ量（Ｘ₁，Ｙ₁），（Ｘ₂，Ｙ₂），（Ｘ₃，Ｙ₃），
（Ｘ₄，Ｙ₄）を用いて次式のように表される。 Ｘ ＝｛ｘ₁(１−Δｘ)(１−Δｙ)＋ｘ₂Δｘ(１−Δｙ) ＋ｘ₃ΔｘΔｙ＋ｘ₄(１−Δｘ)Δｙ}／４ ………（１７） Ｙ ＝｛ｙ₁(１−Δｘ)(１−Δｙ)＋ｙ₂Δｘ(１−Δｙ) ＋ｙ₃ΔｘΔｙ＋ｙ₄(１−Δｘ)Δｙ}／４ ………（１８） 上記の式(１７)，(１８)は、直線近似の算術式である。
演算部６１で行う演算内容はこれに限ることなく、更に
多数のマークについての位置検出結果を用いてスプライ
ン関数等を利用して演算することも考えられる。逆に、
多数のマークのうちの少数（最少限２個）の代表的なマ
ークについての位置検出のみを行って、試料台１４に載
置された試料１の平均的な並進誤差、面内回転装着誤差
等を求め、そこから個々の露光位置を算出することも考
えられる。

【００２９】本発明によれば、位置検出用のマーク２
は、半導体集積回路等のパターンが形成されない試料裏
面上に設けられるので、従来のように、試料表面上に半
導体集積回路等のパターンを形成する際に、それと同時
に次の工程におけるアライメントのために必要とされる
マークパターンを形成してやる等の面倒な作業を必要と
しない。すなわち、レティクル３１上の原画パターン中
には、必ずしもアライメント用のマークパターンが含ま
れている必要はない。また、図１９に示した縮小投影露
光装置のほかに、Ｘ線を用いた露光装置あるいは電子線
描画装置等においても、試料表面上での位置検出用とし
て、本実施例に示したのと同様の手法を採用することが
できることは云うまでもない。尚、本実施例では、試料
裏面に設ける位置検出用マークを直交座標系に沿って２
次元的に等間隔で配置したが、位置検出用マークの配置
はこれに限られるものではなく、試料台１４に設けられ
る開口部分８０の配列に対応して、例えば不等間隔に配
置したり、あるいは極座標系に沿って配置しても全く同
様の効果が得られる。

【００３０】

【発明の効果】本発明においては、試料の裏面上に設け
られた位置検出用マークの位置を検出することによって
試料表面上での位置を求めるに際して、上記位置検出用
マークの位置検出値に試料の傾き角に応じて変化する偏
差分が含まれるようにして、この偏差分によって試料の
傾きに起因して生じる位置検出誤差εを相殺するように
しているので、敢えて試料の傾き角を検出するための傾
き検出手段を付加することなくして、試料の傾きに起因
して生じる位置検出誤差εをほとんど問題にならない程
度に低減することができる。また、本発明においては、
試料裏面上に設けられた位置合わせ用マークについての
位置検出結果から、まず試料表面上における位置誤差を
求め、その上で半導体集積回路等のパターンを形成すべ
き個々の位置を演算して求めるので、上記位置合わせ用
マークの配列ピッチとは無関係な任意のチップサイズの
パターンを試料表面上に形成することができる。また、
試料裏面上に設けられる位置合わせ用マークの配列位置
に丁度対応させて試料台にマーク位置観察用の開口部を
設けているので、該開口部を介して試料の裏面側から任
意の位置合わせ用マークの位置を直接観察することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるマーク位置検出方法の原理説明図
である。

【図２】本発明の一実施例になるマーク位置検出装置の
概略構成図である。

【図３】本発明によるマーク位置検出装置の動作原理を
説明するための模式図である。

【図４】従来のノマルスキー型干渉計を用いた粗さ測定
器の概略構成図である。

【図５】本発明によるマーク位置検出装置における光ビ
ーム間隔の設定許容値について説明するための模式図で
ある。

【図６】本発明によるマーク位置検出装置における光ビ
ーム径の望ましい設定例について説明するための模式図
である。

【図７】本発明によるマーク位置検出方法において試料
裏面上に設けられる位置検出用マークの一構成例を示す
概略図である。

【図８】本発明によるマーク位置検出方法において試料
裏面上に設けられる位置検出用マークの他の一構成例を
示す概略図である。

【図９】本発明の他の一実施例になるマーク位置検出装
置の概略構成図である。

【図１０】本発明によるマーク位置検出装置を用いた縮
小投影露光装置の概略構成図である。

【図１１】本発明によるマーク位置検出装置を利用した
電子線描画装置の概略構成図である。

【図１２】本発明によるマーク位置検出装置を用いた近
接露光装置の概略構成図である。

【図１３】本発明のさらに他の一実施例になる位置検出
装置の原理的構成を示す模式図である。

【図１４】図１３に示された原理的構成に従って具体的
に構成された位置検出装置の概略構成図である。

【図１５】図１４に示された位置検出装置における受光
素子の詳細構成図である。

【図１６】図１５に示された受光素子に入射する光ビー
ムスポットが試料が傾いた場合に変化する様子を説明す
るための模式図である。

【図１７】本発明のさらに別の一実施例になる位置検出
装置の原理的構成を示す模式図である。

【図１８】図１７に示された位置検出装置におけるマー
ク位置検出原理を説明するための模式図である。

【図１９】本発明の一実施例になるパターン形成装置の
概略構成図である。

【図２０】図１９に示されたパターン形成装置における
アライメントの手順を示す工程図である。

【図２１】図１９に示されたパターン形成装置において
試料台１４の試料吸着面に設けられる開口部８０と試料
裏面上に設けられる位置検出用マーク２との配列関係を
示す模式図である。

【図２２】図１９に示されたパターン形成装置における
パターン形成位置の算出方法を説明するための模式図で
ある。

【符号の説明】

１：試料， ８：偏光板，２：
位置検出用マーク， １０：レーザ光源，３：対物レ
ンズ， １１：光ビーム，４：ビームス
プリッタ， １２：＋１次回折光，５：ウォラ
ストンプリズム，１３：−１次回折光，６：集光レン
ズ， １５：ビームスプリッタ，７：光
検出器， １９：位置検出用光学系。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊東 昌昭 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所 中央研究所内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板の裏面に設けられた位置合わせマーク
   の位置を検出して、この検出されたマーク位置を基準と
   して上記基板の表面にパターンを形成するための上記基
   板の位置決めを行なって上記基板表面に上記パターンを
   形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、
   上記位置合わせマークの位置検出値には、上記基板の傾
   き角に起因して上記基板裏面上の位置と上記基板表面上
   の位置との間に生じる位置ずれ量を相殺するための偏差
   分が含まれていることを特徴とする半導体装置の製造方
   法。
2. 【請求項２】上記位置合わせマークの位置検出値に含ま
   れる上記偏差分は、上記基板の厚さと上記基板の傾き角
   との積に等しい値であることを特徴とする請求項１に記
   載の半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】上記基板の裏面には、複数の位置合わせマ
   ークが設けられており、上記複数のマークの位置検出値
   から、演算処理によって、上記偏差分を含む上記位置合
   わせマークの位置検出値を求めることを特徴とする請求
   項１に記載の半導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】上記位置合わせマークの位置検出は、上記
   基板裏面に光を照射して、上記複数の位置合わせマーク
   からの反射光を検出してそれぞれのマークの位置を検出
   し、それぞれのマークの検出位置の差を利用して演算処
   理することにより行なわれること特徴とする請求項３に
   記載の半導体装置の製造方法。
5. 【請求項５】上記基板裏面に照射する光は、波長の異な
   る２周波光であることを特徴とする請求項４に記載の半
   導体装置の製造方法。