JP3639231B2 - 位置合わせ装置及び位置合わせ方法 - Google Patents
位置合わせ装置及び位置合わせ方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3639231B2 JP3639231B2 JP2001236373A JP2001236373A JP3639231B2 JP 3639231 B2 JP3639231 B2 JP 3639231B2 JP 2001236373 A JP2001236373 A JP 2001236373A JP 2001236373 A JP2001236373 A JP 2001236373A JP 3639231 B2 JP3639231 B2 JP 3639231B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- holding means
- mark
- wafer
- mask
- holding
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Electron Beam Exposure (AREA)
- Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位置合わせ装置及び位置合わせ方法に関し、特に微少間隙を隔てて対向配置された２つの対象物の位置合わせを行う装置及び位置合わせ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線露光や電子線露光において、一般的に近接露光が用いられる。近接露光では、マスクとウエハとを微少間隙（プロキシミティギャップ）を隔てて配置し、マスクを通してウエハ表面にＸ線または電子線を照射する。マスクとウエハとの位置合わせは、マスクに形成された位置合わせ用のマスクマークと、ウエハに形成された位置合わせ用のウエハマークとを同時に観察し、両者の位置ずれ量を検出することにより行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
位置合わせ時に、ウエハマークはマスクを通して観察される。マスクが可視光を十分透過させる場合には特に問題はないが、可視光の透過率が低い場合には、十分な明るい像を得ることができず、位置合わせを行うのが困難になる。また、ウエハとマスクとの間隙を調節する際に、ウエハがマスクに接触してしまい、マスクが損傷してしまう場合がある。
【０００４】
本発明の目的は、マスクの透過率が低い場合であっても、容易に位置合わせを行うことができ、かつマスクの破損の生じにくい位置合わせ装置及び位置合わせ方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、第１の面上に第１のマークが形成された第１の対象物を保持する第１の保持手段と、第２の面上に第２のマークが形成された第２の対象物を保持する第２の保持手段と、前記第２の保持手段に保持された第２の対象物の第２の面が、前記第１の保持手段に保持された第１の対象物の第１の面からある間隙を隔てて配置される第１の位置、及び該第１の面の法線方向に平行な視線で見たとき、前記第２の保持手段に保持された第２の対象物の少なくとも一部が、前記第１の保持手段に保持された第１の対象物と重ならない第２の位置に、前記第２の保持手段を移動させる移動機構と、前記第１の保持手段に保持された第１の対象物の第１のマークの、前記第１の面に平行な方向に関する位置を測定すると共に、前記第２の保持手段が前記第１の位置にあるときに、該第２の保持手段に保持された第２の対象物の第２の面上の第２のマークの、該第２の面に平行な方向に関する位置を測定する第１の測定装置と、前記第２の保持手段が前記第２の位置にあるときに、該第２の保持手段に保持された第２の対象物の第２の面に平行な方向、及び垂直な方向に関して、前記第２のマークの位置を測定する第２の測定装置と、前記第１の保持手段に保持された第１の対象物及び前記第２の保持手段に保持された第２の対象物の一方を他方に対して変位させる微調機構とを有する位置合わせ装置が提供される。
【０００６】
第２の保持手段に、基準マークが形成された部材を保持し、第２の保持手段が第１の位置に配置されている時、及び第２の位置に配置されている時の基準マークの位置を検出する。両者の位置情報を関連づけることにより、第２の保持手段が第２の対象物を保持して第２の位置に配置されている時の、第２のマークの位置情報から、第２の保持手段を第１の位置まで移動させたときの第２のマークの位置を知ることができる。これにより、第２の保持手段を第２の位置から第１の位置まで移動させたときに生ずるであろう第１の対象物と第２の対象物との相対的な位置関係を、第２の保持手段が第２の位置に配置されている状態で、調整することができる。
【０００７】
本発明の他の観点によると、（ａ）第３の保持手段を第３の位置に配置し、第３の測定装置で、該第３の保持手段に固定された基準マークの位置を測定する工程と、（ｂ）前記第３の保持手段を、ＸＹ面に平行な方向に移動させて第４の位置に配置し、第４の測定装置で、該第３の保持手段に固定された前記基準マークの位置を測定する工程と、（ｃ）前記工程で得られた前記基準マークの２つの位置情報に基づいて、前記第３の測定装置で測定される位置情報と前記第４の測定装置で測定される位置情報とを関連づけた位置関係情報を求める工程と、（ｄ）前記第３の位置に配置されているときの前記第３の保持手段に保持された第３の対象物に、ある間隙を隔てて対向するように、第４の保持手段で第４の対象物を保持する工程と、（ｅ）前記第３の測定装置で、前記第４の保持手段に保持された第４の対象物上の第４のマークの位置を測定する工程と、（ｆ）第３の対象物を前記第３の保持手段で保持し、該第３の保持手段を前記第４の位置まで移動させる工程と、（ｇ）前記第３の保持手段が前記第４の位置まで移動した状態で、該第３の保持手段に保持された第３の対象物に形成された第３のマークの位置を、前記第４の測定装置で測定する工程と、（ｈ）前記第３の保持手段を前記ＸＹ面に平行な方向に移動させて前記第３の位置に配置すると共に、前記第３のマークの位置情報と、前記位置関係情報とに基づいて、前記第３の対象物及び第４の対象物の一方を他方に対して相対的に移動させ、両者の位置合わせを行う工程とを有し、前記工程（ａ）において、前記ＸＹ面に平行な方向、及び該ＸＹ面に垂直なＺ方向に関して前記基準マークの位置を測定し、前記工程（ｇ）において、前記ＸＹ面に平行な方向、及び該ＸＹ面に垂直なＺ方向に関して前記第３のマークの位置を測定し、前記工程（ｈ）において、ＸＹ面に平行な方向及びＺ方向に関して位置合わせを行う位置合わせ方法が提供される。
【０００８】
第３の保持手段が第４の位置に配置されている状態で、第３のマークの位置が検出される。この状態では、第４の対象物は第３の対象物に対向配置されていない。このため、第４の対象物に遮られることなく、第３のマークを観察することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を説明する前に、図１〜図５を参照して、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。
【００１０】
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。
【００１１】
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、微調機構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。
【００１２】
微調機構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。微調機構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、微調機構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、微調機構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。
【００１３】
光学系２０は、像検出装置２１Ａ、２１Ｂ、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、ＺＸ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。
【００１４】
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。
【００１５】
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２９Ｂ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。
【００１６】
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。
【００１７】
制御装置３０は、像検出装置２１Ａ及び２１Ｂ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１１とマスク１２が所定の相対位置関係になるように、微調機構１７及び１８に対して制御信号を送出する。微調機構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。微調機構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。
【００１８】
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１３Ａ、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１３Ａ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。
【００１９】
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１μｍ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。
【００２０】
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。
【００２１】
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い、反射角が入射角と等しくなる。
【００２２】
図１の光学系２０の物空間において光軸２５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。
【００２３】
図２（Ｃ）において、ウエハマーク１３Ａ、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。
【００２４】
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ＺＸ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。
【００２５】
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。
【００２６】
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１６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。
【００２７】
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２０を露光のためのエネルギビーム４０の経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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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軸方向にずらしながら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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、
【００３５】
【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Ｐ0Ｐ1の長さを求めることにより、間隔δを知ることができる。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
次に、図５を参照して、倍率補正量検出方法ついて説明する。
【００４３】
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１１の表面上に、第１及び第２のＸ軸用ウエハマークＵＸ1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ＵＹ1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。
【００４４】
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。
【００４５】
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ＵＹ1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２０Ｙ2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。
【００４６】
次に、マスク１２の倍率補正量を検出する方法を説明する。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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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ＵＸ1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おいて、ウエハ１１とマスク１２との位置が整合する。
【００５０】
次に、ずれ量Δｘ2を測定する。ずれ量Δｘ2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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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ＵＹ1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。
【００５５】
次に、ずれ量Δｙ2を測定する。ずれ量Δｙ2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。
【００５６】
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の倍率補正を行う。
【００５７】
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４ｐ−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。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。
【００５８】
次に、図６を参照して、本発明の実施例による位置合わせ装置について説明する。
【００５９】
基台５０の上に、リニアガイド５１が取り付けられ、移動機構５２が、リニアガイド５１に沿って並進移動する。移動機構５２に、微調機構１７及び１８を介してウエハ保持台１５が取り付けられている。ウエハ保持台１５が、その上面にウエハ１１を保持する。ウエハ保持台１５の上方にマスク保持台１６が配置されている。マスク保持台１６は、その下面にマスク１２を保持する。微調機構１７、１８、ウエハ保持台１５、及びマスク保持台１６の構成は、図１に示した先の提案による位置合わせ装置の構成と同様である。図６に示した位置合わせ装置においても、図１に示したＸＹＺ直交座標系と同様の座標系を考える。リニアガイド５１は、移動機構５２をＹ軸に平行な方向に案内する。
【００６０】
移動機構５２は、ウエハ保持台１５を、ウエハ１１がマスク１２に対向する露光位置５３から待避位置５４まで移動させることができる。ウエハ保持台１５が待避位置５４に配置されると、ウエハ保持台１５に保持されたウエハ１１は、Ｚ軸に平行な視線で見た時、マスク保持台１６に保持されたマスク１２と重ならないように配置される。
【００６１】
マスク保持台１６の上方に光学系２０Ｘ1及び２０Ｘ2が配置されている。光学系２０Ｘ1及び２０Ｘ2の各々は、図１に示した光学系２０と同様のものである。なお、図６では、２つの光学系しか示されていないが、実際には、図５に示したように、４つの光学系２０Ｘ1、２０Ｘ2、２０Ｙ1、及び２０Ｙ2が配置されている。これらの光学系２０Ｘ1、２０Ｘ2、２０Ｙ1、及び２０Ｙ2は、マスク１２に形成されたマスクマークの位置を検出するとともに、ウエハ保持台１５が露光位置５３に配置されている状態で、ウエハ１１の露光面に形成されたウエハマークの位置を検出する。これらのマークの位置検出方法は、図３及び図４を参照して説明したので、ここでは説明を省略する。さらに、図２（Ｃ）及び図３を参照して説明したように、マスク１２とウエハ１１とのギャップを測定することができる。
【００６２】
なお、図３では、ウエハマークの像４０Ａ及び４０Ｂと、マスクマークの像４１とが、同時に観測される場合を説明したが、両者は必ずしも同時に観測される必要はない。例えば、マスク１２がマスク保持台１６に保持されていない状態で、ウエハマークの像４０Ａ及び４０Ｂのみを観測して、最もピントの合っている位置ｕ ０ を検出する。次に、マスク１２を取り付けて、マスクマークの像４１を観測して、最もピントの合っている位置ｕ １ を検出する。マスク１２を取り付ける前後で、ウエハ１１のＺ軸方向の位置（高さ）が変化しないならば、異なる時期に測定された位置ｕ０とｕ１とから、マスク１２とウエハ１１とのギャップを求めることができる。Ｘ軸方向及びＹ軸方向の位置も、異なる時期に測定することが可能である。
【００６３】
移動機構５２が待避位置５４に配置されているときのウエハ保持台１５の上方に、光学系６０Ｘ1、６０Ｘ2、６０Ｙ1、及び６０Ｙ2が配置されている。光学系６０Ｘ1、６０Ｘ2、６０Ｙ1、及び６０Ｙ2は、それぞれ光学系２０Ｘ1、２０Ｘ2、２０Ｙ1、及び２０Ｙ2と同様の構成及び機能を有する。
【００６４】
光学系２０Ｘ1、２０Ｘ2、２０Ｙ1、２０Ｙ2、６０Ｘ1、６０Ｘ2、６０Ｙ1、及び６０Ｙ2の測定結果が、制御装置に３０に入力される。制御装置３０は、測定結果を記憶装置３０Ａに記憶する。記憶装置３０Ａは、例えば半導体メモリで構成される。さらに、制御装置３０は、微調機構１７、１８、及び移動機構５２を制御する。
【００６５】
次に、図７〜図１０を参照して、本発明の実施例による位置合わせ方法について説明する。図７〜図１０は、マスク保持台１６、ウエハ保持台１５、及び光学系２０Ｘ1、２０Ｘ2、２０Ｙ1、２０Ｙ2、６０Ｘ1、６０Ｘ2、６０Ｙ1、及び６０Ｙ2の配置を示す平面図である。
【００６６】
図７に示すように、ウエハ保持台１５にダミーウエハ５５を保持し露光位置５３に配置する。このとき、マスクは未だマスク保持台１６に保持されていない。ダミーウエハ５５の表面上に、４つの基準マーク５６Ｘ1、５６Ｘ2、５６Ｙ1、及び５６Ｙ2が形成されている。基準マーク５６Ｘ1、５６Ｘ2、５６Ｙ1、及び５６Ｙ2の各々は、図２（Ａ）に示したウエハマーク１３Ａ及び１３Ｂと同様の構成を有し、それぞれ図５に示したウエハマークＵＸ1、ＵＸ2、ＵＹ1、及びＵＹ2に対応する。光学系２０Ｘ1〜２０Ｙ2で、それぞれ基準マーク５６Ｘ1〜５６Ｙ2の位置を測定する。
【００６７】
以下、基準マーク５６Ｘ1を取り上げて説明するが、その他の基準マーク５６Ｘ2、５６Ｙ1及び５６Ｙ2についても以下の説明と同様の手順を実行する。
【００６８】
基準マーク５６Ｘ1の中心のＸ座標をｘ1とし、Ｚ軸方向の高さをｚ1とする。ウエハ保持台１５を、待避位置５４まで移動させる。光学系６０Ｘ1で、基準マーク５６Ｘ1の位置を測定する。基準マーク５６Ｘ1のＸ座標をｘ2とし、Ｚ軸方向の高さをｚ2とする。ウエハ保持台１５をＹ軸方向に移動させたとき、Ｘ軸方向及びＺ軸方向への変位がなく、かつ光学系２０Ｘ1の観測座標と光学系６０Ｘ1の観測座標との相対関係が調整済みであれば、ｘ1＝ｘ2、かつｚ1＝ｚ2になるが、一般的には、ｘ1≠ｘ2、かつｚ1≠ｚ2となる。
【００６９】
位置関係情報Δｘ、Δｚを、それぞれΔｘ＝ｘ1−ｘ2、Δｚ＝ｚ1−ｚ2と定義する。位置関係情報Δｘ及びΔｚは、図６に示した記憶装置３０Ａに記憶される。基準マーク５６Ｘ1〜５６Ｙ2の位置を測定した後、ダミーウエハ５５をウエハ保持台１５から取り外す。
【００７０】
図８に示すように、マスク保持台１６にマスク１２を保持する。マスク１２のマスク面に、マスクマーク５７Ｘ1、５７Ｘ2、５７Ｙ1、及び５７Ｙ2が形成されている。マスクマーク５７Ｘ1、５７Ｘ2、５７Ｙ1、及び５７Ｙ2の各々は、図２（Ａ）に示したウエハマーク１４と同様の構成を有し、それぞれ図５に示したマスクマークＭＸ1、ＭＸ2、ＭＹ1、及びＭＹ2に対応する。
【００７１】
光学系２０Ｘ1で、マスクマーク５７Ｘ1のＸ軸方向に関する位置、及びＺ軸方向の高さを測定する。マスクマーク５７Ｘ1のＸ座標をｘ0、Ｚ軸方向の高さをｚ0とし、両者を記憶装置３０Ａに記憶させる。他のマスクマーク５７Ｘ2、５７Ｙ1、及び５７Ｙ2についても同様の手順を実行する。
【００７２】
図９に示すように、ウエハ保持台１５にウエハ１１を保持し、待避位置５４に配置する。ウエハ１１の露光面に、複数の単位露光領域１１Ａが画定されている。単位露光領域１１Ａごとに、位置合わせ及び露光が行われる。
【００７３】
単位露光領域１１Ａの各々に、４つのウエハマーク５８Ｘ1、５８Ｘ2、５８Ｙ1、及び５８Ｙ2が形成されている。光学系６０Ｘ1でウエハマーク５８Ｘ1の位置を測定する。ウエハマーク５８Ｘ1のＸ座標をｘ3、Ｚ軸方向の高さをｚ3とする。他のウエハマーク５８Ｘ2、５８Ｙ1、及び５８Ｙ2についても同様の手順を実行する。
【００７４】
ウエハ保持台１５を露光位置５３まで移動させると、ウエハマーク５８Ｘ1とマスクマーク５７Ｘ1とのＸ軸方向の位置ずれ量はｘ0−（ｘ3−Δｘ）となり、ウエハマーク５８Ｘ1が形成された位置におけるマスクとウエハとの間隙の大きさは、ｚ0−（ｚ3−Δｚ）となる。同様に、ウエハマーク５８Ｘ2とマスクマーク５７Ｘ2とのＸ軸方向の位置ずれ量、ウエハマーク５８Ｙ1とマスクマーク５７Ｙ1とのＹ軸方向の位置ずれ量、及びウエハマーク５８Ｙ2とマスクマーク５７Ｙ2とのＹ軸方向の位置ずれ量が求まる。さらに、これらのマークが形成された位置におけるウエハとマスクとの間隙の大きさが求まる。
【００７５】
これらの情報から、ウエハとマスクとの位置合わせを行うためのＸ軸、Ｙ軸方向の移動量、及びθｚ方向の回転角度を求めることができる。これにより、ウエハとマスクとの位置合わせを行うことができる。ウエハ保持台１５が待避位置５４に配置されている状態で微調機構１７及び１８を動作させ、位置合わせを行う。
【００７６】
図１０に示すように、ウエハ保持台１５を露光位置５３まで移動させる。待避位置５４で位置合わせが行われているため、ウエハ保持台１５を露光位置５３まで移動させた状態で、既にウエハとマスクとの位置合わせは完了している。
【００７７】
上記実施例では、図９に示したように、ウエハマークを、マスクを介することなく直接観察することができる。このため、マスクの透過率が低い場合であっても、ウエハマークの位置を容易に検出することができる。また、ウエハ保持台１５が待避位置５４に配置されている状態で位置合わせが行われるため、ウエハがマスクに接触することによるマスクの破損を防止することができる。
【００７８】
上記実施例では、ダミーウエハ５５を用いて位置関係情報Δｘ及びΔｚを求めたが、ダミーウエハ５５の代わりに、実際に露光すべきウエハを用いて位置関係情報Δｘ及びΔｚを求めることも可能である。例えば、決められた期間ごとに、最初に処理されるウエハを用いて位置関係情報を求めてもよい。２枚目以降のウエハを処理する際には、１枚目のウエハを用いて得られた位置関係情報を利用して、マスクとウエハとの位置合わせが行なわれる。
【００７９】
次に、図１１を参照して、本発明の他の実施例による位置合わせ装置について説明する。
【００８０】
図１１（Ａ）は、他の実施例による位置合わせ装置のウエハ保持台及びそれに取り付けられたターゲットステージの平面図を示し、図１１（Ｂ）は、その一点鎖線Ｂ１１−Ｂ１１における断面図を示す。
【００８１】
図１１（Ｂ）に示すように、ターゲットステージ７０が、リニアアクチュエータ７１及び接続部材７３を介してウエハ保持台１５に取り付けられている。ターゲットステージ７０は、ウエハ保持台１５に保持されたウエハ１１の露光面に平行なターゲット面７０Ａを有する。リニアアクチュエータ７１は、ターゲット７０をＺ軸方向に変位させ、ターゲット面７０Ａがウエハ１１の露光面と同じ高さになるように調整することができる。
【００８２】
図１１（Ａ）に示すように、ターゲット面７０Ａ上に、基準マーク７２Ｘ1、７２Ｘ2、７２Ｙ1、及び７２Ｙ2が形成されている。これらの基準マークは、図７に示したダミーウエハ５５に形成されていた基準マーク５６Ｘ1〜５６Ｙ2と同様のものである。図７を参照して説明した手順におけるダミーウエハ５５の基準マーク５６Ｘ1〜５６Ｙ2の代わりにターゲット７０の基準マーク７２Ｘ1〜７２Ｙ2を用いて、位置関係情報Δｘ及びΔｚを求めることができる。このとき、ターゲット面７０Ａの高さをウエハ１１の露光面と同一の高さにしておくことが好ましい。
【００８３】
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。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ウエハの露光面に形成されたウエハマークを、マスクを通すことなく直接観察し、その位置を検出することができる。また、マスクの配置されていない待避位置で、ウエハとマスクとの間隙の調節を行うことができるため、ウエハがマスクに接触することによるマスクの破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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】先の提案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】実施例による位置合わせ装置の主要部の概略断面図である。
【図７】実施例による位置合わせ方法を説明するためのダミーウエハ、それを保持するウエハ保持台、及び光学系の位置関係を示す概略平面図である。
【図８】実施例による位置合わせ方法を説明するためのマスク及び光学系の位置関係を示す概略平面図である。
【図９】実施例による位置合わせ方法を説明するためのウエハ、それを保持するウエハ保持台、及び光学系の位置関係を示す概略平面図である。
【図１０】実施例による位置合わせ方法を説明するためのマスク、ウエハ、及び光学系の位置関係を示す概略平面図である。
【図１１】他の実施例による位置合わせ装置のウエハ保持台及びターゲットの平面図及び断面図である。
【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 微調機構
２０、６０ 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
５０ 基台
５１ リニアガイド
５２ 移動機構
５３ 露光位置
５４ 退避位置
【発明の属する技術分野】
本発明は、位置合わせ装置及び位置合わせ方法に関し、特に微少間隙を隔てて対向配置された２つの対象物の位置合わせを行う装置及び位置合わせ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線露光や電子線露光において、一般的に近接露光が用いられる。近接露光では、マスクとウエハとを微少間隙（プロキシミティギャップ）を隔てて配置し、マスクを通してウエハ表面にＸ線または電子線を照射する。マスクとウエハとの位置合わせは、マスクに形成された位置合わせ用のマスクマークと、ウエハに形成された位置合わせ用のウエハマークとを同時に観察し、両者の位置ずれ量を検出することにより行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
位置合わせ時に、ウエハマークはマスクを通して観察される。マスクが可視光を十分透過させる場合には特に問題はないが、可視光の透過率が低い場合には、十分な明るい像を得ることができず、位置合わせを行うのが困難になる。また、ウエハとマスクとの間隙を調節する際に、ウエハがマスクに接触してしまい、マスクが損傷してしまう場合がある。
【０００４】
本発明の目的は、マスクの透過率が低い場合であっても、容易に位置合わせを行うことができ、かつマスクの破損の生じにくい位置合わせ装置及び位置合わせ方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、第１の面上に第１のマークが形成された第１の対象物を保持する第１の保持手段と、第２の面上に第２のマークが形成された第２の対象物を保持する第２の保持手段と、前記第２の保持手段に保持された第２の対象物の第２の面が、前記第１の保持手段に保持された第１の対象物の第１の面からある間隙を隔てて配置される第１の位置、及び該第１の面の法線方向に平行な視線で見たとき、前記第２の保持手段に保持された第２の対象物の少なくとも一部が、前記第１の保持手段に保持された第１の対象物と重ならない第２の位置に、前記第２の保持手段を移動させる移動機構と、前記第１の保持手段に保持された第１の対象物の第１のマークの、前記第１の面に平行な方向に関する位置を測定すると共に、前記第２の保持手段が前記第１の位置にあるときに、該第２の保持手段に保持された第２の対象物の第２の面上の第２のマークの、該第２の面に平行な方向に関する位置を測定する第１の測定装置と、前記第２の保持手段が前記第２の位置にあるときに、該第２の保持手段に保持された第２の対象物の第２の面に平行な方向、及び垂直な方向に関して、前記第２のマークの位置を測定する第２の測定装置と、前記第１の保持手段に保持された第１の対象物及び前記第２の保持手段に保持された第２の対象物の一方を他方に対して変位させる微調機構とを有する位置合わせ装置が提供される。
【０００６】
第２の保持手段に、基準マークが形成された部材を保持し、第２の保持手段が第１の位置に配置されている時、及び第２の位置に配置されている時の基準マークの位置を検出する。両者の位置情報を関連づけることにより、第２の保持手段が第２の対象物を保持して第２の位置に配置されている時の、第２のマークの位置情報から、第２の保持手段を第１の位置まで移動させたときの第２のマークの位置を知ることができる。これにより、第２の保持手段を第２の位置から第１の位置まで移動させたときに生ずるであろう第１の対象物と第２の対象物との相対的な位置関係を、第２の保持手段が第２の位置に配置されている状態で、調整することができる。
【０００７】
本発明の他の観点によると、（ａ）第３の保持手段を第３の位置に配置し、第３の測定装置で、該第３の保持手段に固定された基準マークの位置を測定する工程と、（ｂ）前記第３の保持手段を、ＸＹ面に平行な方向に移動させて第４の位置に配置し、第４の測定装置で、該第３の保持手段に固定された前記基準マークの位置を測定する工程と、（ｃ）前記工程で得られた前記基準マークの２つの位置情報に基づいて、前記第３の測定装置で測定される位置情報と前記第４の測定装置で測定される位置情報とを関連づけた位置関係情報を求める工程と、（ｄ）前記第３の位置に配置されているときの前記第３の保持手段に保持された第３の対象物に、ある間隙を隔てて対向するように、第４の保持手段で第４の対象物を保持する工程と、（ｅ）前記第３の測定装置で、前記第４の保持手段に保持された第４の対象物上の第４のマークの位置を測定する工程と、（ｆ）第３の対象物を前記第３の保持手段で保持し、該第３の保持手段を前記第４の位置まで移動させる工程と、（ｇ）前記第３の保持手段が前記第４の位置まで移動した状態で、該第３の保持手段に保持された第３の対象物に形成された第３のマークの位置を、前記第４の測定装置で測定する工程と、（ｈ）前記第３の保持手段を前記ＸＹ面に平行な方向に移動させて前記第３の位置に配置すると共に、前記第３のマークの位置情報と、前記位置関係情報とに基づいて、前記第３の対象物及び第４の対象物の一方を他方に対して相対的に移動させ、両者の位置合わせを行う工程とを有し、前記工程（ａ）において、前記ＸＹ面に平行な方向、及び該ＸＹ面に垂直なＺ方向に関して前記基準マークの位置を測定し、前記工程（ｇ）において、前記ＸＹ面に平行な方向、及び該ＸＹ面に垂直なＺ方向に関して前記第３のマークの位置を測定し、前記工程（ｈ）において、ＸＹ面に平行な方向及びＺ方向に関して位置合わせを行う位置合わせ方法が提供される。
【０００８】
第３の保持手段が第４の位置に配置されている状態で、第３のマークの位置が検出される。この状態では、第４の対象物は第３の対象物に対向配置されていない。このため、第４の対象物に遮られることなく、第３のマークを観察することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を説明する前に、図１〜図５を参照して、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。
【００１０】
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。
【００１１】
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、微調機構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。
【００１２】
微調機構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。微調機構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、微調機構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、微調機構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。
【００１３】
光学系２０は、像検出装置２１Ａ、２１Ｂ、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、ＺＸ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。
【００１４】
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。
【００１５】
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２９Ｂ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。
【００１６】
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。
【００１７】
制御装置３０は、像検出装置２１Ａ及び２１Ｂ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１１とマスク１２が所定の相対位置関係になるように、微調機構１７及び１８に対して制御信号を送出する。微調機構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。微調機構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。
【００１８】
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１３Ａ、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１３Ａ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。
【００１９】
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１μｍ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。
【００２０】
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。
【００２１】
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い、反射角が入射角と等しくなる。
【００２２】
図１の光学系２０の物空間において光軸２５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。
【００２３】
図２（Ｃ）において、ウエハマーク１３Ａ、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。
【００２４】
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ＺＸ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。
【００２５】
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。
【００２６】
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１６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。
【００２７】
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２０を露光のためのエネルギビーム４０の経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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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軸方向にずらしながら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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、
【００３５】
【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Ｐ0Ｐ1の長さを求めることにより、間隔δを知ることができる。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
次に、図５を参照して、倍率補正量検出方法ついて説明する。
【００４３】
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１１の表面上に、第１及び第２のＸ軸用ウエハマークＵＸ1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ＵＹ1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。
【００４４】
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。
【００４５】
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ＵＹ1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２０Ｙ2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。
【００４６】
次に、マスク１２の倍率補正量を検出する方法を説明する。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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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ＵＸ1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おいて、ウエハ１１とマスク１２との位置が整合する。
【００５０】
次に、ずれ量Δｘ2を測定する。ずれ量Δｘ2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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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ＵＹ1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。
【００５５】
次に、ずれ量Δｙ2を測定する。ずれ量Δｙ2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。
【００５６】
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の倍率補正を行う。
【００５７】
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４ｐ−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。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。
【００５８】
次に、図６を参照して、本発明の実施例による位置合わせ装置について説明する。
【００５９】
基台５０の上に、リニアガイド５１が取り付けられ、移動機構５２が、リニアガイド５１に沿って並進移動する。移動機構５２に、微調機構１７及び１８を介してウエハ保持台１５が取り付けられている。ウエハ保持台１５が、その上面にウエハ１１を保持する。ウエハ保持台１５の上方にマスク保持台１６が配置されている。マスク保持台１６は、その下面にマスク１２を保持する。微調機構１７、１８、ウエハ保持台１５、及びマスク保持台１６の構成は、図１に示した先の提案による位置合わせ装置の構成と同様である。図６に示した位置合わせ装置においても、図１に示したＸＹＺ直交座標系と同様の座標系を考える。リニアガイド５１は、移動機構５２をＹ軸に平行な方向に案内する。
【００６０】
移動機構５２は、ウエハ保持台１５を、ウエハ１１がマスク１２に対向する露光位置５３から待避位置５４まで移動させることができる。ウエハ保持台１５が待避位置５４に配置されると、ウエハ保持台１５に保持されたウエハ１１は、Ｚ軸に平行な視線で見た時、マスク保持台１６に保持されたマスク１２と重ならないように配置される。
【００６１】
マスク保持台１６の上方に光学系２０Ｘ1及び２０Ｘ2が配置されている。光学系２０Ｘ1及び２０Ｘ2の各々は、図１に示した光学系２０と同様のものである。なお、図６では、２つの光学系しか示されていないが、実際には、図５に示したように、４つの光学系２０Ｘ1、２０Ｘ2、２０Ｙ1、及び２０Ｙ2が配置されている。これらの光学系２０Ｘ1、２０Ｘ2、２０Ｙ1、及び２０Ｙ2は、マスク１２に形成されたマスクマークの位置を検出するとともに、ウエハ保持台１５が露光位置５３に配置されている状態で、ウエハ１１の露光面に形成されたウエハマークの位置を検出する。これらのマークの位置検出方法は、図３及び図４を参照して説明したので、ここでは説明を省略する。さらに、図２（Ｃ）及び図３を参照して説明したように、マスク１２とウエハ１１とのギャップを測定することができる。
【００６２】
なお、図３では、ウエハマークの像４０Ａ及び４０Ｂと、マスクマークの像４１とが、同時に観測される場合を説明したが、両者は必ずしも同時に観測される必要はない。例えば、マスク１２がマスク保持台１６に保持されていない状態で、ウエハマークの像４０Ａ及び４０Ｂのみを観測して、最もピントの合っている位置ｕ ０ を検出する。次に、マスク１２を取り付けて、マスクマークの像４１を観測して、最もピントの合っている位置ｕ １ を検出する。マスク１２を取り付ける前後で、ウエハ１１のＺ軸方向の位置（高さ）が変化しないならば、異なる時期に測定された位置ｕ０とｕ１とから、マスク１２とウエハ１１とのギャップを求めることができる。Ｘ軸方向及びＹ軸方向の位置も、異なる時期に測定することが可能である。
【００６３】
移動機構５２が待避位置５４に配置されているときのウエハ保持台１５の上方に、光学系６０Ｘ1、６０Ｘ2、６０Ｙ1、及び６０Ｙ2が配置されている。光学系６０Ｘ1、６０Ｘ2、６０Ｙ1、及び６０Ｙ2は、それぞれ光学系２０Ｘ1、２０Ｘ2、２０Ｙ1、及び２０Ｙ2と同様の構成及び機能を有する。
【００６４】
光学系２０Ｘ1、２０Ｘ2、２０Ｙ1、２０Ｙ2、６０Ｘ1、６０Ｘ2、６０Ｙ1、及び６０Ｙ2の測定結果が、制御装置に３０に入力される。制御装置３０は、測定結果を記憶装置３０Ａに記憶する。記憶装置３０Ａは、例えば半導体メモリで構成される。さらに、制御装置３０は、微調機構１７、１８、及び移動機構５２を制御する。
【００６５】
次に、図７〜図１０を参照して、本発明の実施例による位置合わせ方法について説明する。図７〜図１０は、マスク保持台１６、ウエハ保持台１５、及び光学系２０Ｘ1、２０Ｘ2、２０Ｙ1、２０Ｙ2、６０Ｘ1、６０Ｘ2、６０Ｙ1、及び６０Ｙ2の配置を示す平面図である。
【００６６】
図７に示すように、ウエハ保持台１５にダミーウエハ５５を保持し露光位置５３に配置する。このとき、マスクは未だマスク保持台１６に保持されていない。ダミーウエハ５５の表面上に、４つの基準マーク５６Ｘ1、５６Ｘ2、５６Ｙ1、及び５６Ｙ2が形成されている。基準マーク５６Ｘ1、５６Ｘ2、５６Ｙ1、及び５６Ｙ2の各々は、図２（Ａ）に示したウエハマーク１３Ａ及び１３Ｂと同様の構成を有し、それぞれ図５に示したウエハマークＵＸ1、ＵＸ2、ＵＹ1、及びＵＹ2に対応する。光学系２０Ｘ1〜２０Ｙ2で、それぞれ基準マーク５６Ｘ1〜５６Ｙ2の位置を測定する。
【００６７】
以下、基準マーク５６Ｘ1を取り上げて説明するが、その他の基準マーク５６Ｘ2、５６Ｙ1及び５６Ｙ2についても以下の説明と同様の手順を実行する。
【００６８】
基準マーク５６Ｘ1の中心のＸ座標をｘ1とし、Ｚ軸方向の高さをｚ1とする。ウエハ保持台１５を、待避位置５４まで移動させる。光学系６０Ｘ1で、基準マーク５６Ｘ1の位置を測定する。基準マーク５６Ｘ1のＸ座標をｘ2とし、Ｚ軸方向の高さをｚ2とする。ウエハ保持台１５をＹ軸方向に移動させたとき、Ｘ軸方向及びＺ軸方向への変位がなく、かつ光学系２０Ｘ1の観測座標と光学系６０Ｘ1の観測座標との相対関係が調整済みであれば、ｘ1＝ｘ2、かつｚ1＝ｚ2になるが、一般的には、ｘ1≠ｘ2、かつｚ1≠ｚ2となる。
【００６９】
位置関係情報Δｘ、Δｚを、それぞれΔｘ＝ｘ1−ｘ2、Δｚ＝ｚ1−ｚ2と定義する。位置関係情報Δｘ及びΔｚは、図６に示した記憶装置３０Ａに記憶される。基準マーク５６Ｘ1〜５６Ｙ2の位置を測定した後、ダミーウエハ５５をウエハ保持台１５から取り外す。
【００７０】
図８に示すように、マスク保持台１６にマスク１２を保持する。マスク１２のマスク面に、マスクマーク５７Ｘ1、５７Ｘ2、５７Ｙ1、及び５７Ｙ2が形成されている。マスクマーク５７Ｘ1、５７Ｘ2、５７Ｙ1、及び５７Ｙ2の各々は、図２（Ａ）に示したウエハマーク１４と同様の構成を有し、それぞれ図５に示したマスクマークＭＸ1、ＭＸ2、ＭＹ1、及びＭＹ2に対応する。
【００７１】
光学系２０Ｘ1で、マスクマーク５７Ｘ1のＸ軸方向に関する位置、及びＺ軸方向の高さを測定する。マスクマーク５７Ｘ1のＸ座標をｘ0、Ｚ軸方向の高さをｚ0とし、両者を記憶装置３０Ａに記憶させる。他のマスクマーク５７Ｘ2、５７Ｙ1、及び５７Ｙ2についても同様の手順を実行する。
【００７２】
図９に示すように、ウエハ保持台１５にウエハ１１を保持し、待避位置５４に配置する。ウエハ１１の露光面に、複数の単位露光領域１１Ａが画定されている。単位露光領域１１Ａごとに、位置合わせ及び露光が行われる。
【００７３】
単位露光領域１１Ａの各々に、４つのウエハマーク５８Ｘ1、５８Ｘ2、５８Ｙ1、及び５８Ｙ2が形成されている。光学系６０Ｘ1でウエハマーク５８Ｘ1の位置を測定する。ウエハマーク５８Ｘ1のＸ座標をｘ3、Ｚ軸方向の高さをｚ3とする。他のウエハマーク５８Ｘ2、５８Ｙ1、及び５８Ｙ2についても同様の手順を実行する。
【００７４】
ウエハ保持台１５を露光位置５３まで移動させると、ウエハマーク５８Ｘ1とマスクマーク５７Ｘ1とのＸ軸方向の位置ずれ量はｘ0−（ｘ3−Δｘ）となり、ウエハマーク５８Ｘ1が形成された位置におけるマスクとウエハとの間隙の大きさは、ｚ0−（ｚ3−Δｚ）となる。同様に、ウエハマーク５８Ｘ2とマスクマーク５７Ｘ2とのＸ軸方向の位置ずれ量、ウエハマーク５８Ｙ1とマスクマーク５７Ｙ1とのＹ軸方向の位置ずれ量、及びウエハマーク５８Ｙ2とマスクマーク５７Ｙ2とのＹ軸方向の位置ずれ量が求まる。さらに、これらのマークが形成された位置におけるウエハとマスクとの間隙の大きさが求まる。
【００７５】
これらの情報から、ウエハとマスクとの位置合わせを行うためのＸ軸、Ｙ軸方向の移動量、及びθｚ方向の回転角度を求めることができる。これにより、ウエハとマスクとの位置合わせを行うことができる。ウエハ保持台１５が待避位置５４に配置されている状態で微調機構１７及び１８を動作させ、位置合わせを行う。
【００７６】
図１０に示すように、ウエハ保持台１５を露光位置５３まで移動させる。待避位置５４で位置合わせが行われているため、ウエハ保持台１５を露光位置５３まで移動させた状態で、既にウエハとマスクとの位置合わせは完了している。
【００７７】
上記実施例では、図９に示したように、ウエハマークを、マスクを介することなく直接観察することができる。このため、マスクの透過率が低い場合であっても、ウエハマークの位置を容易に検出することができる。また、ウエハ保持台１５が待避位置５４に配置されている状態で位置合わせが行われるため、ウエハがマスクに接触することによるマスクの破損を防止することができる。
【００７８】
上記実施例では、ダミーウエハ５５を用いて位置関係情報Δｘ及びΔｚを求めたが、ダミーウエハ５５の代わりに、実際に露光すべきウエハを用いて位置関係情報Δｘ及びΔｚを求めることも可能である。例えば、決められた期間ごとに、最初に処理されるウエハを用いて位置関係情報を求めてもよい。２枚目以降のウエハを処理する際には、１枚目のウエハを用いて得られた位置関係情報を利用して、マスクとウエハとの位置合わせが行なわれる。
【００７９】
次に、図１１を参照して、本発明の他の実施例による位置合わせ装置について説明する。
【００８０】
図１１（Ａ）は、他の実施例による位置合わせ装置のウエハ保持台及びそれに取り付けられたターゲットステージの平面図を示し、図１１（Ｂ）は、その一点鎖線Ｂ１１−Ｂ１１における断面図を示す。
【００８１】
図１１（Ｂ）に示すように、ターゲットステージ７０が、リニアアクチュエータ７１及び接続部材７３を介してウエハ保持台１５に取り付けられている。ターゲットステージ７０は、ウエハ保持台１５に保持されたウエハ１１の露光面に平行なターゲット面７０Ａを有する。リニアアクチュエータ７１は、ターゲット７０をＺ軸方向に変位させ、ターゲット面７０Ａがウエハ１１の露光面と同じ高さになるように調整することができる。
【００８２】
図１１（Ａ）に示すように、ターゲット面７０Ａ上に、基準マーク７２Ｘ1、７２Ｘ2、７２Ｙ1、及び７２Ｙ2が形成されている。これらの基準マークは、図７に示したダミーウエハ５５に形成されていた基準マーク５６Ｘ1〜５６Ｙ2と同様のものである。図７を参照して説明した手順におけるダミーウエハ５５の基準マーク５６Ｘ1〜５６Ｙ2の代わりにターゲット７０の基準マーク７２Ｘ1〜７２Ｙ2を用いて、位置関係情報Δｘ及びΔｚを求めることができる。このとき、ターゲット面７０Ａの高さをウエハ１１の露光面と同一の高さにしておくことが好ましい。
【００８３】
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。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ウエハの露光面に形成されたウエハマークを、マスクを通すことなく直接観察し、その位置を検出することができる。また、マスクの配置されていない待避位置で、ウエハとマスクとの間隙の調節を行うことができるため、ウエハがマスクに接触することによるマスクの破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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】先の提案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】実施例による位置合わせ装置の主要部の概略断面図である。
【図７】実施例による位置合わせ方法を説明するためのダミーウエハ、それを保持するウエハ保持台、及び光学系の位置関係を示す概略平面図である。
【図８】実施例による位置合わせ方法を説明するためのマスク及び光学系の位置関係を示す概略平面図である。
【図９】実施例による位置合わせ方法を説明するためのウエハ、それを保持するウエハ保持台、及び光学系の位置関係を示す概略平面図である。
【図１０】実施例による位置合わせ方法を説明するためのマスク、ウエハ、及び光学系の位置関係を示す概略平面図である。
【図１１】他の実施例による位置合わせ装置のウエハ保持台及びターゲットの平面図及び断面図である。
【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 微調機構
２０、６０ 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
５０ 基台
５１ リニアガイド
５２ 移動機構
５３ 露光位置
５４ 退避位置
Claims (13)
- 第１の面上に第１のマークが形成された第１の対象物を保持する第１の保持手段と、
第２の面上に第２のマークが形成された第２の対象物を保持する第２の保持手段と、
前記第２の保持手段に保持された第２の対象物の第２の面が、前記第１の保持手段に保持された第１の対象物の第１の面からある間隙を隔てて配置される第１の位置、及び該第１の面の法線方向に平行な視線で見たとき、前記第２の保持手段に保持された第２の対象物の少なくとも一部が、前記第１の保持手段に保持された第１の対象物と重ならない第２の位置に、前記第２の保持手段を移動させる移動機構と、
前記第１の保持手段に保持された第１の対象物の第１のマークの、前記第１の面に平行な方向に関する位置を測定すると共に、前記第２の保持手段が前記第１の位置にあるときに、該第２の保持手段に保持された第２の対象物の第２の面上の第２のマークの、該第２の面に平行な方向に関する位置を測定する第１の測定装置と、
前記第２の保持手段が前記第２の位置にあるときに、該第２の保持手段に保持された第２の対象物の第２の面に平行な方向、及び垂直な方向に関して、前記第２のマークの位置を測定する第２の測定装置と、
前記第１の保持手段に保持された第１の対象物及び前記第２の保持手段に保持された第２の対象物の一方を他方に対して変位させる微調機構と
を有する位置合わせ装置。 - 前記移動機構が、前記第１の保持手段に保持された第１の対象物の第１の面に平行な直線に沿って、前記第２の保持手段を並進移動させる請求項１に記載の位置合わせ装置。
- 前記第１の測定装置が、前記第１の保持手段に保持された第１の対象物の第１の面に垂直な方向に関しても、第１のマークの位置を測定することができる請求項１または２に記載の位置合わせ装置。
- さらに、前記移動機構を駆動すると、前記第２の保持手段と共に移動し、該第２の保持手段に保持された第２の対象物の第２の面と同一方向を向くターゲット面、及び該ターゲット面上に形成された基準マークを有し、該基準マークの位置が、前記第１及び第２の測定装置で測定可能であるステージターゲットを有する請求項１〜３のいずれかに記載の位置合わせ装置。
- さらに、前記第２の保持手段が前記第１の位置にあるときに、該第２の保持手段に固定された前記第２の対象物の第２のマークを、前記第１の測定装置で測定して得られた第１の位置情報と、該第２の保持手段を前記第２の位置まで移動させたときに、前記第２の測定装置で測定された該第２のマークの第２の位置情報とに基づいて、前記移動機構及び前記微調機構を駆動する制御手段を有する請求項１〜３のいずれかに記載の位置合わせ装置。
- 前記制御手段は、前記第１の位置情報と前記第２の位置情報とから求められた位置関係情報を記憶する記憶手段を有する請求項５に記載の位置合わせ装置。
- さらに、前記第２の保持手段が前記第１の位置にあるときに、該第２の保持手段に固定された基準マークを、前記第１の測定装置で測定して得られた第１の位置情報と、該第２の保持手段を前記第２の位置まで移動させたときに、前記第２の測定装置で測定された該基準マークの第２の位置情報とに基づいて、前記移動機構及び前記微調機構を駆動する請求項４に記載の位置合わせ装置。
- 前記制御手段は、前記第１の位置情報と前記第２の位置情報とから求められた位置関係情報を記憶する記憶手段を有する請求項７に記載の位置合わせ装置。
- （ａ）第３の保持手段を第３の位置に配置し、第３の測定装置で、該第３の保持手段に固定された基準マークの位置を測定する工程と、
（ｂ）前記第３の保持手段を、ＸＹ面に平行な方向に移動させて第４の位置に配置し、第４の測定装置で、該第３の保持手段に固定された前記基準マークの位置を測定する工程と、
（ｃ）前記工程で得られた前記基準マークの２つの位置情報に基づいて、前記第３の測定装置で測定される位置情報と前記第４の測定装置で測定される位置情報とを関連づけた位置関係情報を求める工程と、
（ｄ）前記第３の位置に配置されているときの前記第３の保持手段に保持された第３の対象物に、ある間隙を隔てて対向するように、第４の保持手段で第４の対象物を保持する工程と、
（ｅ）前記第３の測定装置で、前記第４の保持手段に保持された第４の対象物上の第４のマークの位置を測定する工程と、
（ｆ）第３の対象物を前記第３の保持手段で保持し、該第３の保持手段を前記第４の位置まで移動させる工程と、
（ｇ）前記第３の保持手段が前記第４の位置まで移動した状態で、該第３の保持手段に保持された第３の対象物に形成された第３のマークの位置を、前記第４の測定装置で測定する工程と、
（ｈ）前記第３の保持手段を前記ＸＹ面に平行な方向に移動させて前記第３の位置に配置すると共に、前記第３のマークの位置情報と、前記位置関係情報とに基づいて、前記第３の対象物及び第４の対象物の一方を他方に対して相対的に移動させ、両者の位置合わせを行う工程と
を有し、
前記工程（ａ）において、前記ＸＹ面に平行な方向、及び該ＸＹ面に垂直なＺ方向に関して前記基準マークの位置を測定し、前記工程（ｇ）において、前記ＸＹ面に平行な方向、及び該ＸＹ面に垂直なＺ方向に関して前記第３のマークの位置を測定し、前記工程（ｈ）において、ＸＹ面に平行な方向及びＺ方向に関して位置合わせを行う位置合わせ方法。 - 前記両者の位置合わせを行う工程において、前記第３のマークの位置情報と、前記位置関係情報とに基づいて、前記第３の対象物を変位させ、その後、前記第３の保持手段を前記第３の位置まで移動させる請求項９に記載の位置合わせ方法。
- 前記工程（ａ）が、
前記基準マークが設けられた第５の対象物を前記第３の保持手段に保持する工程と、
前記第３の保持手段に保持された前記第５の対象物に設けられた前記基準マークの位置を測定する工程と
を含む請求項１０に記載の位置合わせ方法。 - 第１の面上に第１のマークが形成された第１の対象物を保持する第１の保持手段と、
第２の面上に第２のマークが形成された第２の対象物を保持する第２の保持手段と、
前記第２の保持手段に保持された第２の対象物の第２の面が、前記第１の保持手段に保持された第１の対象物の第１の面からある間隙を隔てて配置される第１の位置、及び該第１の面の法線方向に平行な視線で見たとき、前記第２の保持手段に保持された第２の対象物の少なくとも一部が、前記第１の保持手段に保持された第１の対象物と重ならない第２の位置に、前記第２の保持手段を移動させる移動機構と、
前記第１の保持手段に保持された第１の対象物の第１の面に平行な方向に関して、該第１の対象物の第１のマークの位置を測定する第１の測定装置と、
前記第２の保持手段が前記第２の位置にあるときに、該第２の保持手段に保持された第２の対象物の第２の面に平行な方向、及び垂直な方向に関して、該第２の対象物の第２の面上の第２のマークの位置を測定する第２の測定装置と、
前記移動機構を駆動すると、前記第２の保持手段と共に移動し、前記移動機構を駆動することにより、前記第１の測定装置及び第２の測定装置で、前記第１の面に平行な方向、及び垂直な方向に関する位置が測定される基準マークと、
前記第１の保持手段に保持された第１の対象物及び前記第２の保持手段に保持された第２の対象物の一方を他方に対して、前記第１の面に平行な方向及び垂直な方向に変位させる微調機構と
を有する位置合わせ装置。 - 前記第１の測定装置は、前記第１の保持手段に保持された第１の対象物の第１の面に垂直な方向に関しても、該第１の対象物の第１のマークの位置を測定する請求項１２に記載の位置合わせ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001236373A JP3639231B2 (ja) | 2001-08-03 | 2001-08-03 | 位置合わせ装置及び位置合わせ方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001236373A JP3639231B2 (ja) | 2001-08-03 | 2001-08-03 | 位置合わせ装置及び位置合わせ方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003051436A JP2003051436A (ja) | 2003-02-21 |
| JP3639231B2 true JP3639231B2 (ja) | 2005-04-20 |
Family
ID=19067654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001236373A Expired - Fee Related JP3639231B2 (ja) | 2001-08-03 | 2001-08-03 | 位置合わせ装置及び位置合わせ方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3639231B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10355681A1 (de) * | 2003-11-28 | 2005-07-07 | Süss Microtec Lithography Gmbh | Direkte Justierung in Maskalignern |
| JP5301312B2 (ja) * | 2008-03-21 | 2013-09-25 | 株式会社ニューフレアテクノロジー | 荷電粒子ビーム描画装置の較正用基板及び描画方法 |
| EP2131243B1 (en) | 2008-06-02 | 2015-07-01 | ASML Netherlands B.V. | Lithographic apparatus and method for calibrating a stage position |
| JP5669516B2 (ja) * | 2010-10-15 | 2015-02-12 | キヤノン株式会社 | リソグラフィ装置及びデバイスの製造方法 |
-
2001
- 2001-08-03 JP JP2001236373A patent/JP3639231B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2003051436A (ja) | 2003-02-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100240371B1 (ko) | 면위치검출방법 및 이것을 이용한 주사노광방법 | |
| US6486955B1 (en) | Shape measuring method and shape measuring device, position control method, stage device, exposure apparatus and method for producing exposure apparatus, and device and method for manufacturing device | |
| US4769523A (en) | Laser processing apparatus | |
| US4669867A (en) | Alignment and exposure apparatus | |
| JP2000346618A (ja) | 矩形ビーム用精密アライメント装置と方法 | |
| JP2002202220A (ja) | 位置検出方法、位置検出装置、光学特性測定方法、光学特性測定装置、露光装置、及びデバイス製造方法 | |
| TW202217470A (zh) | 用於在印刷電路板製造中的光微影直接曝光程序的曝光控制 | |
| JPS61174717A (ja) | 位置合わせ装置 | |
| JP2014167472A (ja) | 基板重ね合わせ装置および位置検出装置 | |
| JP2007052413A (ja) | ホログラムマスクを用いて合成パターンを大型基板に印刷するための方法および装置 | |
| JP3279979B2 (ja) | ウエハとマスクとの位置検出装置及び変形誤差検出方法 | |
| JP3639231B2 (ja) | 位置合わせ装置及び位置合わせ方法 | |
| JP5096852B2 (ja) | 線幅測定装置および線幅測定装置の検査方法 | |
| WO2009139189A1 (ja) | 位置検出装置、基板重ね合わせ装置、及び光軸合わせ方法 | |
| KR20180094152A (ko) | 기판의 형상 변화 측정 방법 | |
| JPH09223650A (ja) | 露光装置 | |
| JP2004214415A (ja) | パターン描画方法及び描画装置 | |
| KR20130007549A (ko) | 칩 다이의 피킹 및 배치를 위한 시스템 및 방법 | |
| JP2006226719A (ja) | 面形状計測方法、姿勢計測方法、及び露光方法 | |
| JP3101582B2 (ja) | 斜光軸光学系を用いた位置検出装置及び方法 | |
| JPH09312248A (ja) | 露光装置 | |
| JP3254704B2 (ja) | 露光装置および露光方法 | |
| JP2000353647A (ja) | 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 | |
| JP2007299805A (ja) | ギャップ検出値の校正方法 | |
| JP3333759B2 (ja) | マスクとウエハとの間隔の測定方法及び設置方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040205 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040224 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040422 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040810 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20041006 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050104 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050113 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080121 Year of fee payment: 3 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |