JPH05217849A - 位置検出装置及びそれを用いた半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 対向配置したマスクとウエハーの相対的な位
置ずれ量を高精度に検出することができる位置検出装置
及びそれを用いた半導体デバイスの製造方法を得るこ
と。 【構成】 第１物体面上と第２物体面上に各々物理光学
素子より成るアライメントマークを設け、これらのアラ
イメントマークに入射させた光束の所定面上に生ずる所
定次数の複数の回折光束の位置を検出手段により検出す
ることにより該第１物体と第２物体との相対的な位置検
出を行う際、該第１物体面と第２物体面上に設けたアラ
イメントマークより凸凹系と凹凸系の光学的作用を有す
る２つのアライメント系を２組設け、これらの各アライ
メント系を利用していること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は位置検出装置及びそれを
用いた半導体デバイスの製造方法に関し、例えば半導体
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。）等の第１物体面上に形成されて
いる微細な電子回路パターンをウエハー等の第２物体面
上に露光転写する際にマスクとウエハーとの相対的な位
置ずれ量を求め、双方の位置決め（アライメント）を行
う場合に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より半導体製造用の露光装置におい
ては、マスクとウエハーの相対的な位置合わせは性能向
上を図る為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わせにおいては、半導体素子の高
集積化の為に、例えばサブミクロン以下の位置合わせ精
度を有するものが要求されている。

【０００３】多くの位置検出装置においては、マスク及
びウエハー面上に位置合わせ用の所謂アライメントマー
クを設け、それら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。このときのアライメン
ト方法としては、例えば双方のアライメントマークのず
れ量を画像処理を行うことにより検出したり、又は米国
特許第４０３７９６９号や米国特許第４５１４８５８号
や特開昭５６−１５７０３３号公報で提案されているよ
うにアライメントマーク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
検出すること等により行っている。

【０００４】一般にゾーンプレートを利用したアライメ
ント方法は、単なるアライメントマークを用いた方法に
比べてアライメントマークの欠損に影響されずに比較的
高精度のアライメントが出来る特長がある。

【０００５】本出願人は特開平２−７４８０８号公報で
ゾーンプレートより成る物理光学素子を利用してマスク
とウエハーとの位置検出を行った位置検出装置を提案し
ている。

【０００６】同公報ではマスク等の第１物体とウエハー
等の第２物体の位置合わせを行う際のずれ量検出の際の
誤差要因を取り除く手段として、第１信号光束としての
第１光束に加え、第２信号光束としての第２光束を新た
に形成し、これらを利用することにより、高精度な位置
合わせを可能としている。

【０００７】特に第２信号光束のウエハー面の傾斜に対
するセンサー上での入射位置移動の作用が第１信号光束
と全く等しくなるようにし、又、アライメントヘッドの
位置の変動に対しても第２信号光束が第１信号光束と全
く等しい入射位置移動の作用を受けるように設定し、こ
れにより第２信号光束と第１信号光束のセンサ上での相
対的な位置の変動が原理的にマスクとウエハーとの位置
ずれのみに依存するようにし、高精度な位置合わせを可
能としている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本出願人が特開平２−
７４８０８号公報で提案した位置検出装置においてマス
クとウエハーの相対的なずれ量が０のときにセンサーよ
り得られるアライメント信号はある特定の値になってい
る。

【０００９】ここである特定の値とはマスクとウエハー
の相対的なずれ量が０のときの設計上の値を意味する。
しかしながら現実にはウエハーやセンサ等の各要素の組
立上の誤差により設計上の値と異なる値のときにマスク
とウエハーの相対的なずれ量が０となってくる。

【００１０】このようにマスクとウエハーの相対的なず
れ量が０のときのアライメント信号（ＡＡ信号）には種
々の原因によりある量の誤差が付随している。

【００１１】本発明はマスクとウエハー面上に設けるア
ライメントマークの数や光学的性質、そして空間配置等
を適切に設定し、各要素の組立上の誤差に伴う検出誤差
を排除し、マスクとウエハーの位置ずれ量が０のときの
ＡＡ信号値を精度良く求めることにより高精度なアライ
メントが可能な位置検出装置の提供を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の位置検出装置は
第１物体上に物理光学素子より成る位置合わせマーク
を、第２物体上に物理光学素子より成る位置合わせパタ
ーンを設け、第１物体の第１位置合わせマークで集光さ
れると共に第２物体の第１位置合わせパターンで発散さ
れた光束と第１物体の第２位置合わせマークで発散され
ると共に第２物体の第２位置合わせパターンで集光され
た光束の検出手段の受光面上への入射位置を各々検出
し、両入射位置の間隔のある基準間隔からのずれに基づ
いて第１物体に対する第２物体の予め決めた方向に関す
る相対的位置ずれを検出する装置において、第１物体上
に夫々第１及び第２位置合わせマークを備える一対のマ
ーク群を設け、各マーク群の第１及び第２位置合わせマ
ークの前記予め決めた方向に関する配列の順序を互いに
逆にし、第２物体上に前記各マーク群の第１及び第２位
置合わせマークに対応させて第１及び第２位置合わせパ
ターンを備える一対のパターン群を設け、各パターン群
の第１及び第２位置合わせパターンの前記予め決めた方
向に関する配列の順序を互いに逆にし、第１物体の一方
のマーク群と第２物体の一方のパターン群とにより発生
させた第１、第２の光束と第１物体の他方のマーク群と
第２物体の他方のパターン群とにより発生させた第３、
第４の光束とを前記受光面で受光するよう前記検出手段
を構成し、更に、前記検出手段の受光面上への第１及び
第２光束の各入射位置の間隔と前記検出手段の受光面上
への第３及び第４光束の各入射位置の間隔とが一致する
よう前記第１及び第２物体の少なくとも一方を動かし、
双方の間隔が一致する時の間隔値を前記基準間隔として
記憶する手段を備える制御手段を設けたことを特徴とし
ている。

【００１３】特に本発明では複数個の前記第２物体の一
つを用いて前記基準間隔を記憶し、他の第２物体の前記
第１物体に対する位置ずれを、前記第１物体の第１位置
合わせマークで集光されると共に該第２物体の第１位置
合わせパターンで発散された光束と前記第１物体の第２
位置合わせマークで発散されると共に該第２物体の第２
位置合わせパターンで集光された光束の前記検出手段の
受光面上への入射位置を各々検出し、両入射位置の間隔
の前記基準間隔からのずれに基づいて検出することや、
前記複数個の第２物体はウエハー上の複数のショット領
域であることや、前記複数個の第２物体は夫々ウエハー
であること等を特徴としている。

【００１４】又、本発明の半導体デバイスの製造方法と
してしては、マスク上に物理光学素子より成る位置合わ
せマークを、ウエハー上に物理光学素子より成る位置合
わせパターンを設け、マスクの第１位置合わせマークで
集光されると共にウエハーの第１位置合わせパターンで
発散された光束とマスクの第２位置合わせマークで発散
されると共にウエハーの第２位置合わせパターンで集光
された光束の検出手段の受光面上への入射位置を各々検
出し、両入射位置の間隔のある基準間隔からのずれに基
づいてマスクに対するウエハーの予め決めた方向に関す
る相対的位置ずれを検出する際、マスク上に夫々第１及
び第２位置合わせマークを備える一対のマーク群を設
け、各マーク群の第１及び第２位置合わせマークの前記
予め決めた方向に関する配列の順序を互いに逆にし、ウ
エハー上に前記各マーク群の第１及び第２位置合わせマ
ークに対応させて第１及び第２位置合わせパターンを備
える一対のパターン群を設け、各パターン群の第１及び
第２位置合わせパターンの前記予め決めた方向に関する
配列の順序を互いに逆にし、マスクの一方のマーク群と
ウエハーの一方のパターン群とにより発生させた第１、
第２の光束とマスクの他方のマーク群とウエハーの他方
のパターン群とにより発生させた第３、第４の光束とを
前記受光面で受光するよう前記検出手段を構成し、更
に、前記検出手段の受光面上への第１及び第２光束の各
入射位置の間隔と前記検出手段の受光面上への第３及び
第４光束の各入射位置の間隔とが一致するよう前記マス
ク及びウエハーの少なくとも一方を動かして位置合わせ
をした後マスク面上の回路パターンをウエハー面上に転
写し現像処理行程を介して半導体デバイスを製造したこ
とを特徴としている。

【００１５】この他、本発明の位置検出装置は第１物体
面上と第２物体面上に各々物理光学素子より成るアライ
メントマークを設け、これらのアライメントマークに入
射させた光束の所定面上に生ずる所定次数の複数の回折
光束の位置を検出手段により検出することにより該第１
物体と第２物体との相対的な位置検出を行う際、該第１
物体面と第２物体面上に設けたアライメントマークより
凸レンズ作用と凹レンズ作用を有する凸凹系と凹レンズ
作用と凸レンズ作用を有する凹凸系の２つのアライメン
ト系を２組設け、これらの各アライメント系を利用して
いることを特徴としている。

【００１６】特に本発明では、前記第１物体面と第２物
体面に前記２つのアライメント系を２組配置する際、前
記検出手段の各組のアライメント系に対応したセンサー
より得られる信号が対称となるように配置したことを特
徴としている。

【００１７】

【実施例】図１は本発明の原理及び構成要件等を展開し
て示した説明図、図２は図１の構成に基づく本発明の実
施例１の要部斜視図である。図３は図２のマスク面上と
ウエハー面上に設けたアライメントマークとアライメン
トパターンの説明図、図４は図２のセンサー面上に入射
する光束の説明図である。図５は図３のアライメントマ
ークとアライメントパターンの説明図である。

【００１８】図中、１はマスクに相当する第１物体、２
はウエハーに相当する第２物体であり、第１物体１と第
２物体２との相対的な位置ずれ量を検出する場合を示し
ている。

【００１９】図１では第１物体１を通過し、第２物体２
で反射した光が再度第１物体１を通過する為、第１物体
１が２つ示されている。７１ａは第１物体１に設けたア
ライメントマーク（第１位置合わせマーク）、７２ａは
第２物体２に設けたアライメントパターン（第１位置合
わせマーク）であり、第１信号を得る為のものである。
同様に７１ｂは第１物体１に設けたアライメントマーク
（第２位置合わせマーク）、７２ｂは第２物体２に設け
たアライメントパターン（第２位置合わせパターン）で
あり、第２信号光を得る為のものである。

【００２０】図１では便宜上マスク１とウエハー２面に
各々設けた４つのアライメントマーク（７１ａ〜７１
ｄ）と４つのアライメントパターン（７２ａ〜７２ｄ）
のうちの２つずつ（７１ａ，７１ｂ、７２ａ，７２ｂ）
を示している。又、図１ではアライメントパターン７２
ａ，７２ｂを等価な透過型のアライメントパターンに置
換した光路で示している。

【００２１】各アライメントマーク７１ａ〜７１ｄとア
ライメントパターン７２ａ〜７２ｄは１次元又は２次元
のレンズ作用のあるグレーティングレンズ又は回折格子
等の物理光学素子の機能を有している。

【００２２】９はウエハースクライブライン、１０はマ
スクスクライブラインであり、その面上には各アライメ
ントマークとアライメントパターンが形成されている。
７ａ，７ｂは第１及び第２のアライメント用の第１，第
２信号光束を示す。７ｃ，７ｄは各々第１，第２信号光
束７ａ，７ｂに対応する第３，第４信号光束である。

【００２３】アライメントマーク７１ａ，７１ｂで１つ
のマーク群を、又アライメントマーク７１ｃ，７１ｄで
１つのマーク群を構成し、アライメントパターン７２
ａ，７２ｂで１つのパターン群を、又アライメントパタ
ーン７２ｃ，７２ｄで１つのパターン群を構成してい
る。

【００２４】本実施例では図３に示すようにマスク（第
１物体）面１上に集光性（凸）の２つのアライメントマ
ーク７１ａ，７１ｄと発散性（凹）の２つのアライメン
トマーク７１ｂ，７１ｃを設けている。

【００２５】又、ウエハー（第２物体）面２上に発散性
（凹）の２つのアライメントパターン７２ａ，７２ｄと
集光性（凸）の２つのアライメントパターン７２ｂ，７
２ｃを設けている。マスク面１上のアライメントマーク
７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄは各々ウエハー面２上
のアライメントパターン７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２
ｄに対応している。

【００２６】例えば、マスク面１上のアライメントマー
ク７１ａに入射した光束はウエハー面２上のアライメン
トパターン７２ａを介して、対応する複数の受光素子を
配列した１次元ＣＣＤより成るセンサー１２にスポット
ａとして入射しており、このとき光束は凸凹系の光学作
用を受ける。

【００２７】本実施例ではアライメントマーク７１ａと
アライメントパターン７２ａで集光と発散作用を受ける
凸凹系のアライメント系ＡＡ１を構成し、このアライメ
ント系ＡＡ１を介した光束は図４に示すようにセンサー
１２にスポットａを形成している。

【００２８】同様にアライメントマーク７１ｂとアライ
メントパターン７２ｂで発散と集光作用を受ける凹凸系
のアライメント系ＢＢ１を構成し、このアライメント系
ＢＢ１を介した光束はセンサー１２にスポットｂを形成
している。

【００２９】又、アライメントマーク７１ｃとアライメ
ントパターン７２ｃで凹凸系のアライメント系ＣＣ１を
構成し、このアライメント系ＣＣ１を介した光束はセン
サー１２と同様の構成より成るセンサー１１にスポット
ｃを形成している。

【００３０】又、アライメントマーク７１ｄとアライメ
ントパターン７２ｄで凸凹系のアライメント系ＤＤ１を
構成し、このアライメント系ＤＤ１を介した光束はセン
サー１１にスポットｄを形成している。

【００３１】本実施例では２つのアライメント系ＡＡ
１，ＢＢ１に対して２つのアライメント系ＤＤ１，ＣＣ
１は位置及び光学的作用が対称となっている。

【００３２】図５は図３の各アライメントマークとアラ
イメントパターンを示している。センサー１１とセンサ
ー１２は検出手段の一要素を構成している。

【００３３】次に本実施例におけるマスク１とウエハー
２との相対的位置ずれの検出方法の原理について図１を
用いて説明する。

【００３４】図１においてＬ１は入射光束である。７
ａ，７ｂは前述の第１及び第２のアライメント用の第
１，第２信号光束を示す。１２は各々第１及び第２信号
光束を検出する為のセンサーである。第２物体２からセ
ンサー１２までの光学的な距離を説明の便宜上Ｌとす
る。物体１と第２物体２の距離をｇ、アライメントマー
ク７１ａ，７１ｂの焦点距離を各々ｆ_a1，ｆ_a2とし、第
１物体１と第２物体２の相対的位置ずれ量をΔσとし、
そのときのセンサー１２の第１及び第２信号光束の重心
の合致状態からの変位量を各々Ｓ₁ ，Ｓ₂ とする。尚、
第１物体１に入射するアライメント光束は便宜上平面波
とし、符合は図中に示す通りとする。

【００３５】信号光束重心の変位量Ｓ₁ 及びＳ₂ はアラ
イメントマーク７１ａ及び７１ｂの焦点Ｆ₁ ，Ｆ₂ とア
ライメントパターン７２ａ，７２ｂの光軸中心を結ぶ直
線とセンサー１２の受光面との交点として幾何学的に求
められる。従って、第１物体１と第２物体２の相対位置
ずれに対して各信号光束７ａ，７ｂの重心の変位量Ｓ
₁ ，Ｓ₂ は図１より明らかのようにアライメントパター
ン７２ａ，７２ｂの光学的な結像倍率の符合を互いに逆
とすることで逆方向となる。

【００３６】また定量的には

【００３７】

【数１】 と表わせ、ずれ倍率はβ₁ ＝Ｓ₁ ／Δσ、β₂ ＝Ｓ₂ ／
Δσと定義できる。従って、ずれ倍率を逆符合とすると
第１物体１と第２物体２のずれに対して光束７ａ，７ｂ
はセンサー１２の受光面で逆方向に、具体的にはぞれぞ
れ距離Ｓ₁ ，Ｓ₂だけ変化する。

【００３８】例えばずれ倍率を逆符号とするには

【００３９】

【数２】 を満たせば良い。この内、実用的に適切な構成条件の１
つとして Ｌ≫｜ｆ_a1｜ ｆ_a1／ｆ_a2＜０ ｜ｆ_a1｜＞ｇ ｜ｆ_a2｜＞ｇ の条件がある。

【００４０】即ち、アライメントマーク７１ａ，７１ｂ
の焦点距離ｆ_a1，ｆ_a2に対してセンサー１２までの距離
Ｌを大きく、且つ第１，第２物体１，２の間隔ｇを小さ
くし、更にアライメントマークの一方を凸レンズ、他方
を凹レンズとする構成である。

【００４１】図１の上側においてはアライメントマーク
７１ａに入射した光束を集光光束とし、その集光点Ｆ₁
に至る前にアライメントパターン７２ａに光束を照射
し、これを更にセンサー１２に結像させている。このと
きのアライメントパターン７２ａの焦点距離ｆ_b1はレン
ズの式

【００４２】

【数３】 を満たすように定められる。

【００４３】同様に、図１の下側においてはアライメン
トマーク７１ｂにより入射光束を入射側の点であるＦ₂
より発散する光束に変え、これをアライメントパターン
７２ｂを介してセンサー１２に結像させている。このと
きのアライメントマーク７２ｂの焦点距離ｆ_b2は

【００４４】

【数４】 を満たすように定められる。

【００４５】以上の構成条件でアライメントパターン７
２ａ、アライメントマーク７１ａの集光像に対する結像
倍率は図より明らかに正の倍率であり、第２物体２のず
れ量Δσとセンサー１２の光点変位量Ｓ₁ の方向は逆と
なり、先に定義したずれ倍率β₁ は負となる。同様にア
ライメントマーク７１ｂの点像（虚像）に対するアライ
メントパターン７２ｂの結像倍率は負であり、第２物体
２のずれ量Δσとセンサー１２上の光点変位量Ｓ₂ の方
向は同方向で、ずれ倍率β₂ は正となる。

【００４６】従って、第１物体１と第２物体２の相対ず
れ量Δσに対してアライメントマーク７１ａとアライメ
ントパターン７２ａのＡＡ１系とアライメントマーク７
１ｂとアライメントパターン７２ｂのＢＢ１系の信号光
束ずれ量Ｓ₁ ，Ｓ₂ は互いに逆方向となる。

【００４７】即ち、図１の配置において第１物体１を空
間的に固定し、第２物体２を図面下側に変位させた状態
を考えると合致状態のセンサー１２上のスポット間隔が
広がり、逆に図面上側に変位させると挟まるように変化
する。

【００４８】本実施例ではマスク（第１物体）面上に前
述した光学的作用を有する４つのアライメントマークと
ウエハー（第２物体）面に前述した光学的作用を有する
４つのアライメントパターンを設け、これらの各アライ
メントマークとアライメントパターンを利用し、図１に
示した位置検出原理に基づいて、後述するようにしてマ
スクとウエハーとの位置検出を行っている。

【００４９】次に本実施例におけるマスクとウエハーの
相対的な位置ずれの検出方法について説明する。

【００５０】図２、図３に示すアライメントマークとア
ライメントパターン配置のときＸ軸方向にマスク又はウ
エハーがずれているとセンサー１１，１２上にできるス
ポットは図４に示すようになる。このときＸ軸方向にマ
スクとウエハーが相対的にずれると図４のセンサー１
１，１２上のスポットａ，ｂ，ｃ，ｄは矢印の方向に移
動する。

【００５１】図６はこのときのマスクとウエハーのずれ
量に対応したセンサー１１，１２上のＡＡ値（マスクと
ウエハーのずれ量に基づいて検出される信号値）の変動
の様子を示す。ＡＡ値はマスクとウエハーがＸ軸方向に
ずれるのに伴い図６に示すような特性を示す。

【００５２】本実施例では図３、図５で示したアライメ
ントマークとアライメントパターンがセンサー１１，１
２の中心軸（Ｙ軸に平行な軸）、又はマスク上のアライ
メントマークエリアとウエハー上のアライメントパター
ンエリアの中心軸（Ｙ軸に平行な軸）に関して対称に設
計されている。

【００５３】即ち、マーク７１ａとマーク７１ｄが互い
に同じ特性（パターン形状及びパターンサイズ、焦点距
離等）をもち、パターン７２ａとパターン７２ｄが互い
に同じ特性をもち、マーク７１ｂとマーク７１ｃが互い
に同じ特性をもち、パターン７２ｂとパターン７２ｃが
互いに同じ特性をもつ。そしてマーク７１ａとマーク７
１ｂの光軸間距離と、マーク７１ｃとマーク７１ｄの光
軸間距離が互いに等しく、パターン７２ａとパターン７
２ｂの光軸間距離とパターン７２ｃとパターン７２ｄの
光軸間距離が互いに等しい。

【００５４】この為、ＡＡ値の変動の様子は図６に示す
ようにマスクとウエハーのずれ量をＸ軸、そのときのＡ
Ａ値をｆ（ｘ）とすると、センサー１１，１２のＡＡ値
が一致するとき、マスクとウエハーのずれ値が、ずれ量
０の値を与える。このときのずれ量をｘ₀ とすると、ｘ
＝ｘ₀ の軸に関してセンサー１１，１２のＡＡ値の特性
ｆ₁₁（ｘ），ｆ₁₂（ｘ）が対称となるようにアライメン
トマークとアライメントパターンが設計されている。

【００５５】このようにマスク面上のアライメントマー
クとウエハー面上のアライメントパターンを集光性
（凸）と発散性（凹）の組合わせで複数個対称に配置
し、ＡＡ値の検出特性を対称に設定している。これによ
りセンサー１１とセンサー１２で得られる２つのＡＡ値
が等しく、マスクとウエハーのずれ量が０のときの絶対
原点を正確に求めている。

【００５６】例えば、マスクとウエハーを少しずつ送っ
て、そのときのセンサー１１，１２面上のＡＡ値を求め
て、図６に示す特性を得て、このときセンサー１１，１
２でのＡＡ値が等しいときにマスクとウエハーのずれ量
が０となり、これによりマスクとウエハーとの相対的な
位置検出を行っている。

【００５７】図６に示すセンサー１１，１２のＡＡ値の
合致点は、従来技術で述べたある種の誤差により、セン
サー１１からのＡＡ値の変動やセンサー１２からのＡＡ
値の変動が生じても常にＭ／Ｗ＝０の場所にくる。これ
は、この種の誤差に基づいてセンサー１１からのＡＡ値
の位置ずれに対する変化（図示する曲線）の傾きとセン
サー１２からのＡＡ値の位置ずれに対する変化（図示す
る曲線）の傾きとが互いに対称に（逆向きに）変動する
からである。又、センサー１１とセンサー１２に関する
この変化（曲線）は、この種の誤差に基づいて、同じ方
向に上下動するからである。

【００５８】図７は本発明に係るマスクとウエハーに設
けるアライメントマークの配置を示す他の実施例の概略
図である。同図ではマスクとウエハーに設ける４つのア
ライメントマークとアライメントパターンを２次元的に
配置している。

【００５９】アライメントマーク７３ａとアライメント
パターン７４ａが図４のスポットａを形成し、同様にア
ライメントマーク７３ｂとアライメントパターン７４ｂ
がスポットｂを形成し、アライメントマーク７３ｃとア
ライメントパターン７４ｃがスポットｃを形成し、アラ
イメントマーク７３ｄとアライメントパターン７４ｄが
スポットｄを形成している。これにより図３の場合と同
様の効果を得ている。

【００６０】この他、本発明においてアライメントマー
クとアライメントパターンの配置については種々の配置
が適用可能である。

【００６１】次に本発明をプロキシミティ型半導体製造
装置に適用した際の装置周辺部分を示す図８の各構成要
素について説明する。同図では便宜上、図２で示す光束
７ａ，７ｂ、センサー１２、アライメントマーク７１
ａ，７１ｂ、アライメントパターン７２ａ，７２ｂを代
表的に示している。

【００６２】図中、１３は光源、１４はコリメーターレ
ンズ（またはビーム径変換レンズ）、１５は投射光束折
り曲げミラー、１６はピックアップ筺体、１７はウエハ
ーステージ、２３は信号処理装置、１９はウエハーステ
ージ駆動制御部であり、Ｅは露光光束幅をしめす。光源
１３、コリメーターレンズ１４は投光手段の一部を構成
している。

【００６３】又、１は第１物体で、例えばマスクであ
る。２は第２物体で、例えばマスク１と位置合わせされ
るウエハーである。アライメントマーク７１ａ，７１ｂ
とアライメントパターン７２ａ，７２ｂは、例えば１次
元あるいは２次元のフレネルゾーンプレート等のグレー
ティングレンズより成り、それぞれマスク１面上とウエ
ハー２面上のスクライブライン１０，９上に設けられて
いる。７ａは第１光束、７ｂは第２光束であり、これら
の光束（信号光束）７ａ，７ｂは光源１３から出射した
光束Ｌ１のうちレンズ系１４により所定のビーム径にコ
リメートされ、ミラー１５で光路を曲げられてアライメ
ントマーク７１ａ（７１ｂ）、アライメントパターン７
２ａ（７２ｂ）を介した後の光束を示している。

【００６４】本実施例において、光源の種類としては半
導体レーザーの場合を示したが、この他Ｈｅ−Ｎｅレー
ザー、Ａｒレーザー等のコヒーレント光束を放射する光
源や、発光ダイオード等の非コヒーレント光束を放射す
る光源等でも良い。

【００６５】センサー１２は第１信号光束７ａと、第２
信号光束７ｂを受光している。ここで投射光束Ｌ１は各
々マスク１面上のアライメントマーク７１ａ，７１ｂに
所定の角度で入射した後、透過回折し、更にウエハー２
面上のアライメントパターン７２ａ，７２ｂで反射回折
し、センサー１２の受光面上に入射している。

【００６６】そしてセンサー１２からの信号を受けた信
号処理装置２３で該センサー１２面上に入射したアライ
メント光束のセンサー１２面内での重心位置を検出し、
該センサー１２からの出力信号を利用して信号処理装置
２３でマスク１とウエハー２について位置ずれ検出を行
っている。

【００６７】ここで光束の重心とは光束断面内におい
て、断面内各点のその点からの位置ベクトルにその点の
光強度を乗算したものを断面全面で積分したときに積分
値が０ベクトルになる点のことであるが、別な例として
光強度がピークとなる点の位置を用いても良い。

【００６８】本発明ではこのような装置により公知の現
像処理工程を介して半導体デバイスを製造している。

【００６９】

【発明の効果】本発明によれば以上のようにマスク面上
に設けるアライメントマークとウエハー面上に設けるア
ライメントパターンの数や光学的性質、そして空間配置
等を適切に設定し、各要素の組立上の誤差に伴う検出誤
差を排除し、マスクとウエハーの位置ずれ量が０のとき
のＡＡ信号値を精度良く求めることにより、高精度なア
ライメントが可能な位置検出装置及びそれを用いた半導
体デバイスの製造方法を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の要部概略図

【図２】図１の構成に基づく要部斜視図

【図３】図２のマスクとウエハー面上に設けたアライメ
ントマークとアライメントパターンの説明図

【図４】図２のセンサーに入射する光束の説明図

【図５】図３のアライメントマークとアライメントパタ
ーンの説明図

【図６】図２の２つのセンサーから得られるＡＡ特性の
説明図

【図７】本発明に係るアライメントマークとアライメン
トパターンの他の実施例の説明図

【図８】本発明をプロキシミティ型の半導体素子の露光
装置に適用したときの概略図

【符号の説明】

１ 第１物体（マスク） ２ 第２物体（ウエハー） ９，１０ スクライブライン １１，１２ センサー ７１ａ アライメントマーク（第１位置検出マーク） ７１ｂ アライメントマーク（第２位置検出マーク） ７１ｃ アライメントマーク（第１位置検出マーク） ７１ｄ アライメントマーク（第２位置検出マーク） ７２ａ アライメントパターン（第１位置検出パター
ン） ７２ｂ アライメントパターン（第２位置検出パター
ン） ７２ｃ アライメントパターン（第１位置検出パター
ン） ７２ｄ アライメントパターン（第２位置検出パター
ン）

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１物体上に物理光学素子より成る位置
   合わせマークを、第２物体上に物理光学素子より成る位
   置合わせパターンを設け、第１物体の第１位置合わせマ
   ークで集光されると共に第２物体の第１位置合わせパタ
   ーンで発散された光束と第１物体の第２位置合わせマー
   クで発散されると共に第２物体の第２位置合わせパター
   ンで集光された光束の検出手段の受光面上への入射位置
   を各々検出し、両入射位置の間隔のある基準間隔からの
   ずれに基づいて第１物体に対する第２物体の予め決めた
   方向に関する相対的位置ずれを検出する装置において、
   第１物体上に夫々第１及び第２位置合わせマークを備え
   る一対のマーク群を設け、各マーク群の第１及び第２位
   置合わせマークの前記予め決めた方向に関する配列の順
   序を互いに逆にし、第２物体上に前記各マーク群の第１
   及び第２位置合わせマークに対応させて第１及び第２位
   置合わせパターンを備える一対のパターン群を設け、各
   パターン群の第１及び第２位置合わせパターンの前記予
   め決めた方向に関する配列の順序を互いに逆にし、第１
   物体の一方のマーク群と第２物体の一方のパターン群と
   により発生させた第１、第２の光束と第１物体の他方の
   マーク群と第２物体の他方のパターン群とにより発生さ
   せた第３、第４の光束とを前記受光面で受光するよう前
   記検出手段を構成し、更に、前記検出手段の受光面上へ
   の第１及び第２光束の各入射位置の間隔と前記検出手段
   の受光面上への第３及び第４光束の各入射位置の間隔と
   が一致するよう前記第１及び第２物体の少なくとも一方
   を動かし、双方の間隔が一致する時の間隔値を前記基準
   間隔として記憶する手段を備える制御手段を設けたこと
   を特徴とする位置検出装置。
2. 【請求項２】 複数個の前記第２物体の一つを用いて前
   記基準間隔を記憶し、他の第２物体の前記第１物体に対
   する位置ずれを、前記第１物体の第１位置合わせマーク
   で集光されると共に該第２物体の第１位置合わせパター
   ンで発散された光束と前記第１物体の第２位置合わせマ
   ークで発散されると共に該第２物体の第２位置合わせパ
   ターンで集光された光束の前記検出手段の受光面上への
   入射位置を各々検出し、両入射位置の間隔の前記基準間
   隔からのずれに基づいて検出することを特徴とする請求
   項１の位置検出装置。
3. 【請求項３】 前記複数個の第２物体はウエハー上の複
   数のショット領域であることを特徴とする請求項２の位
   置検出装置。
4. 【請求項４】 前記複数個の第２物体は夫々ウエハーで
   あることを特徴とする請求項２の位置検出装置。
5. 【請求項５】 マスク上に物理光学素子より成る位置合
   わせマークを、ウエハー上に物理光学素子より成る位置
   合わせパターンを設け、マスクの第１位置合わせマーク
   で集光されると共にウエハーの第１位置合わせパターン
   で発散された光束とマスクの第２位置合わせマークで発
   散されると共にウエハーの第２位置合わせパターンで集
   光された光束の検出手段の受光面上への入射位置を各々
   検出し、両入射位置の間隔のある基準間隔からのずれに
   基づいてマスクに対するウエハーの予め決めた方向に関
   する相対的位置ずれを検出する際、マスク上に夫々第１
   及び第２位置合わせマークを備える一対のマーク群を設
   け、各マーク群の第１及び第２位置合わせマークの前記
   予め決めた方向に関する配列の順序を互いに逆にし、ウ
   エハー上に前記各マーク群の第１及び第２位置合わせマ
   ークに対応させて第１及び第２位置合わせパターンを備
   える一対のパターン群を設け、各パターン群の第１及び
   第２位置合わせパターンの前記予め決めた方向に関する
   配列の順序を互いに逆にし、マスクの一方のマーク群と
   ウエハーの一方のパターン群とにより発生させた第１、
   第２の光束とマスクの他方のマーク群とウエハーの他方
   のパターン群とにより発生させた第３、第４の光束とを
   前記受光面で受光するよう前記検出手段を構成し、更
   に、前記検出手段の受光面上への第１及び第２光束の各
   入射位置の間隔と前記検出手段の受光面上への第３及び
   第４光束の各入射位置の間隔とが一致するよう前記マス
   ク及びウエハーの少なくとも一方を動かして位置合わせ
   をした後、マスク面上の回路パターンをウエハー面上に
   転写し、現像処理行程を介して半導体デバイスを製造し
   たことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
6. 【請求項６】 第１物体面上と第２物体面上に各々物理
   光学素子より成るアライメントマークを設け、これらの
   アライメントマークに入射させた光束の所定面上に生ず
   る所定次数の複数の回折光束の位置を検出手段により検
   出することにより該第１物体と第２物体との相対的な位
   置検出を行う際、該第１物体面と第２物体面上に設けた
   アライメントマークより凸レンズ作用と凹レンズ作用を
   有する凸凹系と凹レンズ作用と凸レンズ作用を有する凹
   凸系の２つのアライメント系を２組設け、これらの各ア
   ライメント系を利用していることを特徴とする位置検出
   装置。
7. 【請求項７】 前記第１物体面と第２物体面に前記２つ
   のアライメント系を２組配置する際、前記検出手段の各
   組のアライメント系に対応したセンサーより得られる信
   号が対称となるように配置したことを特徴とする請求項
   ６の位置検出装置。
8. 【請求項８】 マスク面上とウエハー面上に各々物理光
   学素子より成るアライメントマークを設け、該マスク面
   とウエハー面上に設けたアライメントマークより凸レン
   ズ作用と凹レンズ作用を有する凸凹系と凹レンズ作用と
   凸レンズ作用を有する凹凸系の２つのアライメント系を
   ２組構成し、これらの２つのアライメント系のアライメ
   ントマークに入射させた光束の所定面上に生ずる所定次
   数の複数の回折光束の位置を検出手段により検出するこ
   とによりマスクとウエハーとの相対的な位置検出を行っ
   た後、マスク面上のパターンをウエハー面上に転写し現
   像処理行程を介して半導体デバイスを製造したことを特
   徴とする半導体デバイスの製造方法。