JPH0737785A - 露光装置およびそのアライメント方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 マスクアライメント及びファインアライメン
ト時に、投光源とマスク上アライメントマークとの相対
位置ずれに伴うアライメントの精度低下を防ぐ。 【構成】 投光源とマスク上マークとの相対位置関係を
計測する手段と、上記計測した位置関係情報を記憶する
手段と、マスクと被露光基板との相対位置関係を検出す
る位置ずれ検出手段と、上記位置ずれ検出値を上記記憶
した位置関係情報に基づいて補正する手段とを具備する
露光装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、マスク等の原版の像
を半導体ウェハ等の被露光基板上に高精度に焼き付け転
写する露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の微細化に伴い、露光時のマ
スク−ウェハアライメントに要求される精度が益々厳し
くなってきた。

【０００３】特開平２−１５０６号公報において、プロ
キシミティ露光方法の０．０１μｍ検出精度を目指した
アライメント方式として、マスク、ウェハ上に各々グレ
ーティングレンズパターンを形成し、２つのグレーティ
ングレンズに照射した投光ビームをラインセンサで受光
し、そのスポット位置から２つのレンズつまりマスク−
ウェハ間の位置ずれ検出値を得る方式（以下２重グレー
ティング方式と呼ぶ）が提案されている。

【０００４】しかしながら、２重グレーティング方式に
よる位置ずれ検出値の誤差要因として １．ウェハの傾き ２．マスク−ウェハ間のアライメント設定ギャップから
の変動 ３．アライメント投光源の姿勢ずれ などが上げられる。

【０００５】それらの改善策として １．特開平１−３６７４５号公報（参照マークを設けて
検出誤差の防止をする） ２．特開平３−１８７２１１号公報（ギャップずれΔｇ
を計測し位置ずれ検出値の補正項とする） ３．特開平３−０８５７１７号公報（投光源の姿勢を計
測し位置ずれ検出値の補正項とする、もしくは投光源自
身の姿勢ずれを制御する）等が提案されている。

【０００６】また、アライメントシーケンスとして 別光学系によるウェハ−装置間の，いわゆるプリアライ
メント マスク−装置間の，いわゆるマスクアライメント 以上２処理の後，マスク−ウェハ間の，いわゆるファイ
ンアライメント の順に行い，計測レンジを徐々に狭くかつ検出精度を上
げていく方法がとられている。

【０００７】さらに、ファインアライメントの際、補正
駆動手段として平面内の回転（θ）方向の駆動機構をマ
スクステージ側に持つものがある。その理由としては次
の３点が挙げられる。

【０００８】１．回転中心とマスク中心が一致している
為、マスク回転では他成分のずれが生じない。（ウェハ
側だと回転軸が必ずしも対象としているショット中心と
一致していないので回転による他成分（Ｘ，Ｙ方向）の
補正が必要となる。しかもその補正量がショットの位置
によって同じ回転量の場合でも異なるからである。） ２．ウェハ上のショットが前レイア露光時のチップロー
テーションによる回転ずれがおもな原因であることが多
く、つまりマスクとウェハ上のどのショットとのθ関係
も同量ならばマスク側で１回補正駆動を行えばすむ。
（他成分の問題） ３．マスクアライメントは、回転補正をマスクステージ
で行うのでファインアライメント時の回転補正もその機
構を兼用すれば機構が簡略化できる（他の理由でウェハ
側に回転機構が必要になるかは別問題）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
では、マスクアライメント及びファインアライメント時
に、投光源とマスク上アライメントマークとの相対位置
ずれ（Ｘ，Ｙ，θ，ωｘ，ωｙ）が生じ、これが位置ず
れ検出値の誤差（アライメント精度劣化）となる。

【００１０】一例として、回転ずれ量と位置ずれ検出値
誤差との相対関係を図１４に示す。

【００１１】このような位置ずれを起こす原因の一つと
して、マスクアライメント時に投光源の姿勢を計測／制
御しても、次のアライメントステップであるファインア
ライメント時にはマスク自身を回転させる為、投光源と
マスク上マークの相対的回転ずれが発生することにあ
る。

【００１２】

【作用】原版上のマークと被露光基板上のマークとの位
置ずれを検出し、次で投光源と原版上のマークとの相対
位置関係の情報を求め、求めた相対位置関係の情報に基
づいて前記位置ずれ検出値を補正することによって、原
版と被露光基板との相対位置検出の精度を向上すること
ができる。

【００１３】

【課題を解決するための手段】投光源とマスク上マーク
との相対的姿勢を計測する手段と、上記計測した姿勢を
記憶する手段と、位置ずれ検出値を上記で記憶した姿勢
情報に基づき補正する手段を具備する。

【００１４】相対的姿勢の計測として、投光源自身の装
置基準からの姿勢を読み取る手段からの情報とアライメ
ント処理時に発生／発覚する補正駆動量からの情報とか
らなる。

【００１５】

【実施例】図１及び図２は、本発明の一実施例に係るス
テップアンドリピート露光装置（ステッパ）のマスク−
ウェハアライメント及び露光ステージ部分の構成を示す
断面図及び平面図である。同図において、８はパターン
４１８を有するマスクであり、１６は露光光、例えばＳ
ＯＲから放射されるＸ線である。また、１はマスク８の
パターン４１８を転写されるウェハ、１９はウェハを設
置するチャック、２はチャック１９に設置されたウェハ
１をマスク８と所定のプロキシミティギャップを介して
対向させる際のウェハ１をＺ（露光光１６の光軸方向へ
の移動）、ωｘ（Ｘ軸回りの回転）、ωｙ（Ｙ軸回りの
回転）駆動するためのＺチルトステージ、３はＺチルト
ステージ２の駆動源であるピエゾ素子、１７はＺチルト
ステージ２の変位（Ｚ，ωｘ，ωｙ）を計測するための
変位センサである静電センサ、４はウェハ１をその面内
で回転させるためのウェハθステージ、５はウェハ１を
Ｘ方向に駆動するためのウェハＸステージ、６はウェハ
１をＹ方向に駆動するためのウェハＹステージ、７はこ
れらＺチルトステージ２、ウェハθステージ４、ウェハ
Ｘステージ５及びウェハＹステージ６等で構成されるウ
ェハステージ２４が組み付けられるフレームである。と
ころで、基準マーク台１５はＺチルトステージ２上に設
置されており、後述する装置に設置されたマスクと装置
とのアライメントの際使用するマスクアライメントマー
ク１８ＸＵ，１８ＸＤ，１８ＹＬ、１８ＹＲが形成され
ていて、ウェハステージ２４を駆動することによって所
望マーク１８ＸＵ〜ＹＲを所定位置へ移動することがで
きる。ここで、Ｘ，ＹはＸ、Ｙ軸方向、Ｕ，Ｄ，Ｌ，Ｒ
は上、下、左、右を表わす。

【００１６】ステージ２４の位置Ｘ，Ｙ及び姿勢θは、
装置の固定位置から投光されるレーザ干渉計ビーム１３
をＺチルトステージ上に固定されているミラー１４で反
射して干渉計（不図示）で測長する事によって測定され
る。なお、この干渉計を用いてωｘ，ωｙも測定するこ
とができる。

【００１７】また、９はマスク８を着脱自在に保持する
マスクチャック、１０はマスク８をその面内で回転させ
るためのマスクθステージである。マスクチャック９及
びマスクθステージ１０等で構成されるマスクステージ
はフレーム７に組み付けられている。１２（ａ〜ｄ）は
マスク８上及びウェハ１上または基準マーク台上に形成
されているそれぞれのアライメントマークを投光ビーム
２０７で照射し、これらのマークからの回折光を検出す
るピックアップである。各ピックアップ１２はそれぞれ
Ｘ，Ｙ方向へ移動するためのピックアップステージ１１
上に設置されており、ピックアップステージ１１はフレ
ーム７に設置されている。

【００１８】この実施例において、ウェハ１上のアライ
メントマークは、図３Ａに示すように、ウェハ１上の各
ショットのスクライブライン上にそのショットの各辺の
端に近接してＸＵ，ＸＤ，ＹＬ，ＹＲの計４個が形成さ
れている。１個のアライメントマークは、図３Ｂに示す
ように、そのマークが配置されている辺に平行な方向の
マスク−ウェハ重ね合せ誤差を検出するためのＡＡマー
ク２０１となる回折格子、及びマスク８とウェハ１の間
隔を検出するためのＡＦマーク２０２となる無地領域
が、先行プロセスにおいて半導体回路パターンとともに
形成されている。マスク８上にも，アライメントマーク
２０３、２０４が、これらのウェハ１上に転写しようと
する半導体回路パターンとともに金等で形成されてい
る。

【００１９】図３Ｂにおいて、２０５は発光素子である
半導体レーザ、２０６は半導体レーザ２０５から出力さ
れる光束を平行光にするコリメータレンズ、２０７は半
導体レーザ２０５から出力されコリメータレンズ２０６
で平行光をされた投光ビーム、２０８はウェハ上ＡＡマ
ーク２０１とマスク上ＡＡマーク２０３により構成され
る光学系によって位置ずれ情報（ＡＡ情報）を与えられ
たＡＡ受光ビーム、２０９はウェハ上ＡＦマーク２０２
とマスク上ＡＦマーク２０４により構成される光学系に
よってギャップ情報（ＡＦ情報）を与えられたＡＦ受光
ビーム、２１０はＡＡ受光ビーム２０８により形成され
るＡＡ受光スポット２１１の位置をＡＡ情報として電気
信号に変換する例えばＣＣＤ等のラインセンサであるＡ
Ａセンサ、２１２はＡＦ受光ビーム２０９により形成さ
れるＡＦ受光スポット２１３の位置をＡＦ情報として電
気信号に変換する例えばＣＣＤ等のラインセンサである
ＡＦセンサである。

【００２０】本発明実施例の動作について説明する。

【００２１】まず、ピックアップ１２の姿勢制御に関し
て同図３Ｂを用いて説明する。２２１はピックアップ１
２の筐体２２０に固定されたミラーであり、コリメータ
２２３から射出される計測光を反射する。この機構は、
ＡＡ計測時の半導体レーザー２０５からの投光ビーム２
０７のマスク８への入射角度と位置をピックアップ１２
の筐体２２０の姿勢より検出する機能を持つ。コリメー
タ２２３の制御、検出機能は次に詳述するピックアップ
ステージ制御部３０５の中に含まれている。コリメータ
２２３には、図１０に示すように、レーザダイオード９
０１とラインセンサ９０２が内蔵され、レーザダイオー
ド９０１から光軸２２２がほぼ垂直にピックアップ１２
の鏡筒壁に取り付けられた反射鏡２２１に投光されてい
る。ここで、反射鏡２２１の角度がコリメータ２２３に
対して変わると、反射鏡２２１から返ってくる投光スポ
ット９０３の位置がラインセンサ９０２上で変化するこ
とから検出できる。

【００２２】図４は、図１の露光装置の電気制御系の構
成を示す。本実施例の露光装置は最上位に位置するメイ
ンプロセッサ３０１のもとにすべての機能が管理されて
いる。メインプロセッサ３０１は通信路３０２及び通信
Ｉ／Ｆ３０３を介して各ハードウェアユニットに接続さ
れており、図４はその中でアライメント機能や、ステー
ジ制御機能、ピックアップ制御機能を含んだハードウェ
アユニットを抽出して示したものである。このハードウ
ェアユニットをここでは本体制御ブロックと呼ぶものと
する。

【００２３】本体制御ブロックはアライメント系に関し
て、４つのピックアップ１２（ａ〜ｄ）（図１参照）を
各２軸方向（Ｘ方向，Ｙ方向）に位置決め制御するピッ
クアップステ−ジ制御部３０５、ウェハ１とマスク８の
平面上に位置ずれ及び平行出しを行うためのファインＡ
Ａ／ＡＦ制御部３０９ａ〜３０９ｄ、ウェハステージ２
４及びマスクステージ１０の位置決め制御するためのス
テージ制御部３１３を備えている。

【００２４】本体コントロールユニット３０４は所定の
シーケンスを行うプログラムがストアされており、この
シーケンスに従って上記各制御部を動作させるコントロ
ール部分である。また本体コントロールユニット３０４
は上位のメインプロセッサユニット３０１と、通信路３
０２及び通信Ｉ／Ｆ３０３を介してデータの授受を行
う。さらに前述の各制御部のうち、ファインＡＡ／ＡＦ
制御部３０９ａ〜３０９ｄ及びステージ制御部３１３は
各々通信Ｉ／Ｆ３０６，３０８，３１０，３１２を介し
て通信路３０７，３１１を通じ本体コントロールユニッ
ト３０４とデータの授受を行う。

【００２５】図７のフローチャートにより露光装置での
全体処理を説明する。まず、ステップ６０１で、マスク
の交換の要否を判断する。現在チャッキングされている
マスクで露光する場合はステップ６０４に、マスクを交
換して露光する場合はステップ６０２に進む。ステップ
６０２では、現在チャッキングされているマスクをマス
クトラバーサ（不図示）を用いてマスクステージからは
ずしてマスクカセット（不図示）に収納し、露光に用い
るマスクをマスクトラバーサを用いてマスクカセットか
ら取り出してマスクステージ１０にチャッキングする。
そして、ステップ６０３で、ピックアップ１２を用いて
マスク８に描かれているマスクアライメントマーク４２
０ＸＵ〜ＹＲとウェハステージ上に設けられている基準
マーク台１５上マスクアライメントマーク１８ＸＵ〜Ｙ
Ｒとのアライメントをとる。マスクアライメント処理
（ステップ６０３）の詳細な処理内容は後述する。

【００２６】次にステップ６０４で、ウェハステージ２
４を駆動して、今露光しようとするウェハ上の位置（現
在ショット位置、すなわち転写済みパターン４１９の１
つ）と、マスク上の転写パターン４１８とを対向させ
る。そして、ステップ６０５で、マスク上ファインアラ
イメントマーク４２１ＸＵ〜ＹＲ及びウェハ上ファイン
アライメントマーク４２２ＸＵ〜ＹＲとを用いてマスク
とウェハ間とのギャップを計測し、所定の位置ずれ検出
ギャップに合せるため、その検出値に基づきＺチルトス
テージ２を駆動して、Ｚ及びチルトの補正（ＡＦ補正駆
動）を行う。ＡＦ補正駆動が終了すると、ステップ６０
６で、マスク上ファインアライメントマーク４２１ＸＵ
〜ＹＲ及びウェハ上ファインアライメントマーク４２２
ＸＵ〜ＹＲとを用いてマスク−ウェハ間のＸ，Ｙ方向及
びＸＹ平面内の回転（θ）のずれを計測してＡＡ補正駆
動を行う。ＡＡ処理（ステップ６０６）の詳細な処理内
容は後述する。

【００２７】ＡＡ処理が終了すると、ステップ６０７で
１ショット露光を行い、次でステップ６０８で次の露光
ショットの有無を判断し、もしあればステップ６０１に
戻り、マスク交換の有無判断から繰り返す。このショッ
ト単位でマスク交換の判断をすることにより１ウェハ上
に異なったマスクのパターンの露光が可能となる。ステ
ップ６０８の判断の結果、次の露光ショットがなければ
ウェハ上全てのショット露光処理を終了する。

【００２８】次に図８及び図５を用いて図７の中のマス
クアライメントステップ６０３の詳細説明を行う。マス
クアライメントとは装置に設置された際のマスク位置ず
れの検出及び補正をする処理であるが、マスクのアライ
メント対象となるべき装置上の基準はウェハステージ２
４に取り付けられ、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に精度良く移動可能
な基準マーク台１５上のマスクアライメントマーク１８
ＸＵ〜ＹＲを用いる。基準マーク台１５はマスクに比べ
小エリアしか有さないので、マーク１８ＸＵ〜ＹＲを同
時に各ピックアップ１２の下に持って来ることができな
い。したがって基準マーク台１５を逐一移動させながら
１点ずつずれ情報を求める。

【００２９】マスク８がマスク搬送系（不図示）によっ
てマスクチャック９に装着された状態を図５Ｂに示す。
今ピックアップ１２ａの位置で計測している状態を示し
ており、マスクがＸ，Ｙ，及びθ方向にずれている。た
だしピックアップ自身は図より省略してある。

【００３０】まずステップ７０１で、４つのピックアッ
プを同時にそれぞれマスク上マスクアライメントマーク
の上にくる様に移動する。この際、ピックアップの移動
量は

【００３１】

【数１】マスク上マスクアライメントマークの設計位置
ーずれ量（ΔＸs ，ΔＹs ） （１） であり、ずれ量は後述の方法（ステップ７１０）により
求まった設置誤差である。当然初回は、ずれ量＝０であ
る。

【００３２】ピックアップの移動後、ステップ７０２
で、各ピックアップの姿勢を計測し、その値に基づく姿
勢制御によりずれを実質上なくすか、もしくはその値を
ピックアップ毎に

【００３３】

【数２】 Δθmp_u, Δωxmp_u,Δωymp_u （d,l,r も同様） として記憶しておく。

【００３４】ステップ７０３〜ステップ７０６は単一ピ
ックアップにおける位置ずれ検出ルーチンである。ステ
ップ７０３で、これから検出しようとするマスク上マス
クアライメントマーク４２０（図５Ｂでは４２０ＸＵ）
の下に、そのマスクアライメントマークに対応する基準
マーク台上のマーク１８（図５Ｂでは１８ＸＵ）がくる
ようにウェハステージＸＹを移動させる。

【００３５】ウェハステージの移動量は、前述のピック
アップに対する移動量と同様

【００３６】

【数３】マスク上マスクアライメントマークの設計位置
ーずれ量（ΔＸs ，ΔＹs ） （２） である。

【００３７】ステップ７０４で、マスクと基準マーク台
との間隔をアライメントギャップに合わせる為、ウェハ
ステージＺを駆動する。

【００３８】ステップ７０５で、現在計測しようとして
いるピックアップの光源を発光してずれ量である位置情
報を得て、

【００３９】

【数４】δＸu ，δＸd ，δＹl ，δＹr のいずれか（ピックアップに対応した、つまり図５の状
態ではδＸｕ）として記憶する。（図１１に示す） ステップ７０６において、ステップ７０２で姿勢を記憶
している場合は、ピックアップの姿勢情報に基づきステ
ップ７０５の位置情報を補正した値

【００４０】

【数５】 ΔＸu ＝Ｆ（０，０，Δθmp_u，Δωxmp_u,Δωymp_u,M)＊δＸu （３） ここでＦ（ ） はピックアップの姿勢による補正関数 Ｍ はアライメントマーク倍率などマークに固有な係
数（ΔＸd ，ΔＹl ，ΔＹr も同様） を記憶する。補正関数Ｆ（ ） はＸ，Ｙ，θ，ωｘ，及
びωｙの関数である。ここでＸ，Ｙに関して情報がない
ので、共に０となっている。

【００４１】またステップ７０２でピックアップの姿勢
制御をしている場合，補正値ΔＸuはステップ７０５の
位置情報そのもの

【００４２】

【数６】 ΔＸu ＝δＸu （ΔＸd ，ΔＹl ，ΔＹr も同様） （４） を記憶する。

【００４３】式（３）で、係数Ｍは、マークの設計（倍
率、焦点距離など）に依存した値であり、マスクが異な
ると係数Ｍも変わる可能性がある。よって係数Ｍは、マ
スク交換時にメインプロセッサ３０１から本体コントロ
ールブロック（本体コントロールユニット３０４、もし
くはファインＡＡ／ＡＦ制御部３０９ａ〜３０９ｄ）に
ダウンロードされる。

【００４４】ステップ７０７で、全ピックアップ（４
ケ）に対しての位置ずれ検出が完了したか否かを確認
し、もし未検出のものがあればステップ７０３に戻り、
次のピックアップ（例えば１２ｂ）の計測を行う。逆に
全てが完了したなら次のステップ７０８へ進む。

【００４５】ステップ７０８において、上述のステップ
７０６でピックアップの姿勢分を補正してあるそれぞれ
のマーク位置でのずれ量ΔＸu ，〜，ΔＹr より今回分
マスク設定ずれ（ΔＸi ，ΔＹi ，Δθi ）を求める。
（添字“ｉ”はアライメント処理のループ回数を示
す。）Ｘ，Ｙ方向ずれは

【００４６】

【数７】 なる平均値とする。回転方向ずれは

【００４７】

【数８】 ただし

【００４８】

【数９】 とする。Δθx ，Δθy は、それぞれＸずれ情報からの
回転ずれ量、Ｙずれ情報からの回転ずれ量であり、Δθ
i はそのΔθx ，Δθy の一次結合となっており、Ｎ＝
０．５ならばΔθi はΔθx ，Δθy の平均値である。

【００４９】ステップ７０９で、マスク設定ずれの追込
み補正が所定許容範囲内にはいったか否かを判定する。
補正駆動としてＸ，Ｙは、そのずれ量をマスクと対向す
るウェハステージ上所望位置の移動時に駆動量として反
映させるので検出精度が保証される領域に入っていれば
良い。しかし、θ補正はマスク側で行い、その補正駆動
後の確認をする事が望ましい。よってここでのトレラン
ス確認としてθのみ行っている。もし残誤差Δθi はま
だ補正の必要がある量と判断されたならば、ステップ７
１０に進み、マスクθをΔθi だけさらに補正駆動し
（図５Ｂの矢印で示す。）、駆動ずれ量ΔＸs ，ΔＹs
を

【００５０】

【数１０】

【００５１】

【数１１】 と更新する。（実際この値が反映されるのは次にピック
アップ／ウェハステージを駆動する時である。）逆に残
誤差Δθi が十分小さいと判断されたなら、つまりΔＸ
s ，ΔＹs を反映した結果、マスクと基準マーク台の関
係が図５Ｃで示す状態と見做せれば、次にステップ７１
１へ進む。

【００５２】マスクアライメントとファインアライメン
トとで使用するマスク上アライメントマークが異なるの
で、各ピックアップをマスクアライメントマーク４２０
上からファインアライメントマーク４２１上に移動及び
その確認を次ステップで行う。ステップ７１１でピック
アップを同時にそれぞれマスク上ファインアライメント
マークの上にくる様に移動する。この際、ピックアップ
の移動量は

【００５３】

【数１２】マスク上ファインアライメントマークの設計
位置ーずれ量（ΔＸs ，ΔＹs ） （７） であり、ずれ量は上述の方法（ステップ７１０）により
求まったマスクの設置誤差である。

【００５４】ピックアップの移動後、ステップ７１２に
おいてコリメータ２２３で各ピックアップの姿勢を計測
し、その値に基づく姿勢制御によりずれを実質上なくす
か、もしくはその値を新たにピックアップ毎に

【００５５】

【数１３】 Δθp_*,Δωxp_*, Δωyp_* （＊＝ｕ，ｄ，ｌ，ｒ） として記憶しておく。

【００５６】以上でマスクと装置上のアライメント処理
が終了する。

【００５７】次に図７のステップ６０６のマスクとウェ
ハ上ショットとのファインアライメント（ＡＡ）を図
９，図６を用いて説明する。ステップ６０６で処理する
前の状態を図６Ｂで示す。前述のマスクアライメントに
よりマスクは装置と回転ずれが解消されているが、ウェ
ハステージ２４にチャッキングされ、ウェハ全体のプリ
アライメントを行った後もウェハ上の先行プロセスで露
光済みのパターン４１９は、ずれが生じている。

【００５８】まず、ステップ８０１で、今露光するショ
ット（現ショット）の４辺に設けられている４個のウェ
ハ上ファインアライメントマーク４２２ＸＵ〜ＹＲとマ
スク上ファインアライメントマーク４２１ＸＵ〜ＹＲを
用いて、これら４点での位置ずれ検出を行う。

【００５９】ステップ８０２では、これら４点での位置
ずれ検出値（δＸu ，δＸd ，δＹl ，δＹr ）を、ピ
ックアップとマスク上ファインアライメントマークとの
相対的な姿勢誤差により補正を行う。ここで相対的な姿
勢誤差とは、前述のマスクアライメントシーケンスでピ
ックアップ１２をマスク上ファインアライメントマーク
４２１の上に移動した際の各ピックアップの姿勢情報Δ
θp_*,Δωxp_*, Δωyp_*（＊＝ｕ，ｄ，ｌ，ｒ）、と
後述（ステップ８０６）するマスク−現ショット間のθ
補正駆動量Δθf （初期値＝０）であり、補正は、ステ
ップ７１２で、ピックアップでの姿勢を記憶している場
合は

【００６０】

【数１４】 に、またステップ７１２でピックアップの姿勢制御をし
ている場合は

【００６１】

【数１５】 ΔXu＝F(X(Δθf)，Y(Δθf)，Δθf ，0,0,M1)*δXu （９） となる。マスクアライメント時の補正式（３）と上式
（９）とを比較すると、ピックアップの姿勢ずれをなく
す様に制御してもＡＡ処理（マスク−現ショット）では
マスク自身の回転量Δθf が存在し、補正処理が必要で
ある事が分かる。またマークもマスクアライメントとフ
ァインアライメントでは異なるので係数Ｍも異なる。
（上式ではＭ１として違いを表記する。）ステップ８０
３ではこれら補正を施した４点のＡＡ計測値（ΔＸu ，
ΔＸd ，ΔＹl ，ΔＹr ）に基づいてマスクと現ショッ
ト間のずれ量ΔＸfi，ΔＹfi，Δθfiを計算する。計算
の方法はマスクアライメント処理と同様なので省略す
る。ステップ８０４ではこれらのずれ量ΔＸfi，ΔＹf
i，Δθfiが所定のトレランス内に入っているか否かを
判定する。ここでのアライメント完了後、ステップ６０
７で露光を実行するのでＸ，Ｙ，θ全てが判定対象とな
る。もし、ずれ量ΔＸfi，ΔＹfi，Δθfiの少なくとも
１つの所定のトレランス内に入っていなければ８０５へ
進んでＸ，Ｙ，θのずれ補正を行い、さらにステップ８
０６で次のループで使用する補正項Δθf を更新

【００６２】

【数１６】 Δθf ←Δθf ＋Δθfi （10） し、ステップ８０１へ戻って、上記したステップ８０１
〜ステップ８０４の処理を繰り返す。一方、ステップ８
０４の判定においてずれ量ΔＸfi，ΔＹfi，Δθfi全て
が所定のトレランス内に入っていれば、このＡＡ処理を
終了して図７のステップ６０７へ戻る。

【００６３】なお、本実施例ではマスクとウェハ上ショ
ットのアライメント（ＡＡ）のθ補正駆動を、マスクス
テージで行ったが、これをウェハθステージ４で行って
も位置ずれ検出値に対する同様な補正効果が得られる。
ただし、現ショットの中心がウェハステージの回転中心
と一致しているとは限らないので、前記Ｘ（Δθf ），
Ｙ（Δθf ）を現ショット位置における回転量Δθによ
るＸＹ成分Ｘ’（Δθf ），Ｙ’（Δθf ）と変換する
必要がある。

【００６４】Ｘ’（ ），Ｙ’（ ）は回転量と、ショッ
ト中心の回転中心からの距離、との関数となる。 （第２の実施例）次に第２の実施例として、マスクアラ
イメントにおいて、ピックアップは設計位置のまま、投
光源とマスク上マスクアライメントマークのＸ，Ｙずれ
量で検出値に補正をかける方式を、図１２のフローチャ
ートを用いて説明する。

【００６５】第１の実施例との違いは、ピックアップの
Ｘ，Ｙ補正駆動がない事と、位置ずれ検出値にピックア
ップとマスク上マスクアライメントマークとのずれ量Δ
Ｘs，ΔＹs ，Δθs による補正項を含む事である。こ
こでΔθs はマスクアライメント処理で駆動されたマス
クステージのθ駆動量の総和であり、ステップ１２１０
でΔＸs ，ΔＹs と同様に

【００６６】

【数１７】 Δθｓ←Δθｓ＋Δθｉ （11） なる更新を行う。

【００６７】ステップ１２０１で４ピックアップを同時
にそれぞれマスク上マスクアライメントマークの上にく
る様に移動する際の移動量は マスク上マスクアライメントマークの設計位置 であり、第１の実施例で付加更していたマスクの設置誤
差は入っていない。

【００６８】ステップ１２０６の位置ずれ検出値の補正
式は

【００６９】

【数１８】 となる。上式（１２）を前述式（３）と比較して分かる
様に、式（３）ではＸ，Ｙ＝０なのに対し、式（１２）
ではステップ１２１０で計算したマスクアライメント処
理内の補正駆動量ΔＸs ，ΔＹs ，Δθs による情報が
入っている。なおθずれ量自身はマスクステージを回転
する事により補正されているので式（３）同様、θ成分
にΔθs は含まない。

【００７０】第２の実施例では第１の実施例と比べ、補
正駆動後に、再びピックアップステージを駆動する必要
がないのでスループットの向上が計れ、しかも式（１
２）によりピックアップとアライメントマークとの相対
ずれが原因となる位置ずれ検出値の誤差の補正により、
検出精度の劣化も妨げる。 （第３の実施例）次に第３の実施例として、マスク上に
ビーム確認マークを設け、投光源とマスク上ファインア
ライメントマークのＸ，Ｙずれ量で検出値に補正をかけ
る方式を、図１３を用いて説明する。

【００７１】図１３は、マスク上に形成されたビーム確
認マーク１３０１に、アライメントと同一の光束２０７
を入射した時の反射回折光を示す図である。図中斜線で
示す楕円領域が照射範囲である。ビーム確認マークを用
いてピックアップとマスクとの相対的な位置検出を行う
方法は、特開平４−０１２２０７号公報で提案されてい
る。

【００７２】ここで特徴となることは、ビーム確認マー
ク１３０１をマスク上の各ファインアライメントマーク
４２１に隣接して形成されており、アライメント光束２
０７で（ピックアップの移動を介さず）同時に、ビーム
確認マーク１３０１とファインアライメントマーク４２
１を照射できる事である。よってビーム確認マークと光
源との相対的な位置関係がファインアライメントマーク
と光源との相対的な位置関係と見做すことができる。図
１３では、１対のマークしか表示していないが、全ての
マスク上ファインアライメントマーク４２１にそれぞれ
ビーム確認マーク１３０１を隣接形成して、それぞれフ
ァインアライメントマークとピックアップとの位置情報
を得る。

【００７３】このファインアライメントマークとピック
アップとの位置情報を位置ずれ検出値に補正をかける手
段として、実施例１の図８のステップ７１２または実施
例２の図１２のステップ１２１２において、投光ビーム
２０７をビーム確認マークに照射してその回折光束の強
度分布を受光手段によりＸ，Ｙ方向のずれとして検出
し、その値に基づく各ピックアップの位置制御を行う
か、もしくはその値をピックアップ毎に

【００７４】

【数１９】 ΔＸp_* ，ΔＹp_* （＊＝ｕ，ｄ，ｌ，ｒ） として記憶しておく。

【００７５】さらに図９のステップ８０２の位置ずれ検
出値の補正は、ステップ７１２またはステップ１２１２
でピックアップでの姿勢を記憶している場合は

【００７６】

【数２０】 に、ステップ７１２またはステップ１２１２でピックア
ップの位置制御をしている場合は

【００７７】

【数２１】 ΔXu＝F(X(Δθf)，Y(Δθf)，Δθf ，0,0,M2)*δXu （14） となる。それ以外の処理は、第１の実施例または第２の
実施例と同様である。この第３の実施例は、ファインア
ライメント時にピックアップとマスク上ファインアライ
メントマーク間のＸ，Ｙ方向の相対位置ずれ量により位
置ずれ検出値に補正がかけられるので、第１及び第２の
実施例よりさらに検出精度の向上が得られる。

【００７８】次に上記設明した露光装置を利用したデバ
イスの製造方法の実施例を説明する。図１５は微小デバ
イス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、Ｃ
ＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造のフ
ローを示す。ステップ１（回路設計）では半導体デバイ
スの回路設計を行なう。ステップ２（マスク製作）では
設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一
方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を
用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセ
ス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを
用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回
路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と
呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて
半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダ
イシング、ボンディング）、パッケージング工程（チッ
プ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）ではステ
ップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、
耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半
導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）され
る。

【００７９】図１６は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸
化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶
縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ
上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオ
ン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１
５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ス
テップ１６（露光）では上記説明した露光装置によって
マスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステッ
プ１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステッ
プ１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部
分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッ
チングが済んで不要となったレジストを取り除く。これ
らのステップを繰り返し行なうことによって。ウエハ上
に多重に回路パターンが形成される。本実施例の製造方
法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導
体デバイスを製造することができる。

【００８０】

【発明の効果】本発明によれば、投光源と原版との相対
位置関係を検知する手段とその位置関係を位置ずれ検出
値に補正する手段を持っているので、原版と被露光基板
との相対位置検出の精度を向上、延いては露光時の重ね
合せ精度の向上が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るステップアンドリピート
露光装置の主要部構成の断面図。

【図２】本発明の実施例に係るステップアンドリーピー
ト露光装置の主要部構成の平面図。

【図３】（Ａ）は、ウェハ上アライメントマーク及びマ
スク上アライメントマークの説明図。（Ｂ）は、投光及
び受光系の説明図。

【図４】図１のアライメント装置の制御系のハードウェ
ア構成図。

【図５】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、装置とマスクとの
アライメントの説明図。

【図６】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、マスクとウェハ上
１ショットとのアライメントの説明図。

【図７】１ウェハのステップアンドリピート処理を表わ
すフローチャート。

【図８】図７ステップ６０３のマスクアライメントの内
容を記したフローチャート。

【図９】図７ステップ６０６のＡＡ計測及びＸ，Ｙ，θ
補正駆動の内容を記したフローチャート。

【図１０】図３に示したコリメータの詳細説明図。

【図１１】マスクアライメントを例にし、各ピックアッ
プにおけるＡＡ計測値の説明図。

【図１２】第２の実施例に係るマスクアライメントの内
容を記したフローチャート。

【図１３】第３の実施例に係るマスク上のアライメント
マークとビーム確認マーク及び投光ビームとの位置関係
の説明図である。

【図１４】投光源対マスク上アライメントマークの回転
ずれと位置ずれ検出値誤差との相対関係を示すグラフ。

【図１５】半導体デバイスの製造フローを示す図。

【図１６】ウエハプロセスの詳細なフローを示す図。

【符号の説明】

１ ウェハ（被露光基板） ２ Ｚチルトステージ ８ マスク（原版） １１（１１ａ〜１１ｄ） ピックアップステージ １２（１２ａ〜１２ｄ） ピックアップ １５ 基準マーク台 １６ Ｘ線（露光光） １８（ＸＵ，ＸＤ，ＹＬ，ＹＲ） 基準マーク台上マ
スクアライメントマーク ２４ ウェハステージ ２０７ 投光ビーム ３０４ コントロールユニット ４２０（ＸＵ，ＸＤ，ＹＬ，ＹＲ） マスク上マスク
アライメントマーク ４２１（ＸＵ，ＸＤ，ＹＬ，ＹＲ） マスク上ファイ
ンアライメントマーク ４２２（ＸＵ，ＸＤ，ＹＬ，ＹＲ） ウェハ上ファイ
ンアライメントマーク １３０１ ビーム確認マーク

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 投光源からの光束を原版上に形成された
   原版上ＡＡマークと被露光基板上に形成された基板上Ａ
   Ａマークとに照射し、生じる回折光を受光手段で検出
   し、原版と被露光基板との相対位置関係を検出する位置
   ずれ検出手段と、 前記投光源と原版上ＡＡマークとの相対位置関係の情報
   を得る手段と、 前記位置ずれ検出手段の位置ずれ検出値を、前記投光源
   と原版上ＡＡマークとの相対位置関係の情報に基づいて
   補正する手段と、 前記原版のパターンを前記被露光基板に露光転写する手
   段と、 を具備することを特徴とする露光装置。
2. 【請求項２】 原版を保持する機構または被露光基板を
   保持する機構を露光光を法線とする面内で回転する手段
   と、 前記投光源を露光光を法線とする面内で移動する手段
   と、 前記回転及び移動手段の駆動量を記憶する手段と、 を具備し、前記投光源と原版上ＡＡマークとの相対位置
   関係の情報を前記回転及び移動手段の駆動量により求め
   ることを特徴とする、請求項１記載の露光装置。
3. 【請求項３】 投光源からの光束を原版上に形成された
   ビーム確認マークに入射させ、前記ビーム確認マークに
   より得られる回折光を前記受光手段で検出し、前記投光
   源と原板上ビーム確認マークとの相対位置関係を検出す
   る手段を具備し、前記投光源と原版上ビーム確認マーク
   との相対位置関係の情報より間接的に前記投光源と原版
   上ＡＡマークとの相対位置関係の情報を求めることを特
   徴とする請求項１記載の露光装置。
4. 【請求項４】 前記投光源からの光束が前記原版上ＡＡ
   マークと前記原版上ビーム確認マークとに同時に照射で
   きるよう前記原版上ＡＡマークと前記原版上ビーム確認
   マークを配置したことを特徴とする、請求項３記載の露
   光装置。
5. 【請求項５】 投光源からの光束を原版上に形成された
   原版上ＡＡマークと被露光基板上に形成された基板上Ａ
   Ａマークとに照射し、生じる回折光を受光手段で検出
   し、原版と被露光基板との位置ずれを検出し、前記投光
   源と原版上ＡＡマ−クとの相対位置関係の情報を得て、
   前記位置ずれ検出値を、前記投光源と原版上ＡＡマーク
   との相対位置関係の情報に基づいて補正することを特徴
   とするアライメント方法。