JPH09232229A - 位置検出装置及びそれを用いたデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マスクとウエハとの相対的位置決めを高精度
に行うことのできる位置検出装置及びそれを用いたデバ
イスの製造方法を得ること。 【解決手段】 物理光学素子より成るマークを有した第
１物体と第２物体とを対向配置し、該第１物体と第２物
体上のマークを介した光束の所定面上に入射する光束の
双方の位置ずれ量と間隔に基づいて変位する位置関係よ
り該第１物体と第２物体の相対的な位置ずれ量又は／及
び間隔を求める際、該光束の該所定面上における特定位
置からの位置関係を利用していること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は位置検出装置及びそ
れを用いたデバイスの製造方法に関し、例えば半導体素
子等のデバイスの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等の
第２物体面上に露光転写する際にマスクとウエハとの相
対的な位置決め（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】従来より半導体素子製造用の露光装置に
おいては、マスクとウエハ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】多くの位置合わせ装置においては、マスク
及びウエハ面上に位置合わせ用の所謂アライメントパタ
ーンを設け、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。この時のアライメン
ト方法としては、例えば双方のアライメントパターンの
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パターンとしてゾーンプレ
ートを用い該ゾーンプレートに光束を照射し、この時ゾ
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パターンを用いた方法
に比べてアライメントパターン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】図１１はゾーンプレートを利用した従来の
位置合わせ装置の概略図である。同図において光源７２
から射出した平行光束はハーフミラー７４を通過後、集
光レンズ７６で集光点７８に集光された後、マスク６８
面上のマスクアライメントパターン６８ａ及び支持台６
２に載置したウエハ６０面上のウエハアライメントパタ
ーン６０ａを照射する。これらのアライメントパターン
６８ａ，６０ａは反射型のゾーンプレートより構成さ
れ、各々集光点７８を含む光軸と直交する平面上に集光
点を形成する。この時の平面上の集光点位置のずれ量を
集光レンズ７６とレンズ８０により検出面８２上に導光
して検出している。そして検出器８２からの出力信号に
基づいて制御回路８４により駆動回路６４を駆動させて
マスク６８とウエハ６０の相対的な位置決めを行ってい
る。

【０００６】図１２は図１１に示したマスクアライメン
トパターン６８ａとウエハアライメントパターン６０ａ
からの光束の結像関係を示した説明図である。同図にお
いて集光点７８から発散した光束はマスクアライメント
パターン６８ａよりその一部の光束が回折し、集光点７
８近傍にマスク位置を示す集光点７８ａを形成する。
又、その他の一部の光束はマスク６８を０次透過光とし
て透過し、波面を変えずにウエハ６０面上のウエハアラ
イメントパターン６０ａに入射する。この時、光束はウ
エハアライメントパターン６０ａにより回折された後、
再びマスク６８を０次透過光として透過し、集光点７８
近傍に集光しウエハ位置をあらわす集光点７８ｂを形成
する。同図においてはウエハ６０により回折された光束
が集光点を形成する際には、マスク６８は単なる素通し
状態としての作用をする。

【０００７】このようにして形成されたウエハアライメ
ントパターン６０ａによる集光点７８ｂの位置は、ウエ
ハ６０のマスク６８に対するずれ量Δσに応じて集光点
７８を含む光軸と直交する平面に沿って該ずれ量Δσに
対応した量のずれ量Δσ′として形成される。

【０００８】従来はこの時のずれ量Δσ′を検出しマス
ク６８とウエハ６０との位置合わせを行っていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図１１に示す位置合わ
せ装置においてはマスクとウエハの間隔（ギャップ）ｇ
について或る量の不確定量が伴い、それにより例えば次
のような問題点があった。

【００１０】ずれ量Δσ′がずれ量Δσと間隔ｇの両方
の量に依存する量であるため、１つのずれ量Δσ′に対
して幾組ものずれ量Δσと間隔ｇの組が対応してくる。
この為、仮に集光点７８ａの位置で合致状態を検出しよ
うとする場合、非合焦時、例えば集光点７８ｂの位置に
光束が集光していたとするとずれ量Δσ′の値を正確に
測定したとしても、ずれ量Δσが正確に決まらない。こ
の為、１回の位置合わせ動作ですむところ、２回、３回
と行う必要が起りスループットが低下してくる。

【００１１】又マスクとウエハとの位置合わせを双方の
間隔値に依存するデータを基に行う場合は、常に間隔値
をモニターしている必要がある。その方法としては位置
検出用マークの他に間隔値測定用マークをマスクとウエ
ハ面上に別に用意しておき、間隔値を測定する時は、位
置検出用マークから間隔値測定用マークまでの位置にピ
ックアップヘッドを移動させて測定する方法がある。

【００１２】しかしながらこの方法は少なくともピック
アップヘッドを移動する時間だけスループットが低下し
てくるという問題点がある。このことを考慮すると位置
検出用マークで位置検出と間隔値の両方の測定ができる
ことが望ましい。

【００１３】本発明は、マスク等の第１物体とウエハ等
の第２物体との位置検出の際に発生する誤差要因に基づ
く不確定性を解消し、高精度にしかも容易に位置合わせ
を行うことのできる簡易な構成の位置検出装置及びそれ
を用いたデバイスの製造方法の提供を目的とする。

【００１４】

【課題を解決する為の手段】本発明の位置検出方法は、 （１−１）物理光学素子より成るマークを有した第１物
体と第２物体とを対向配置し、該第１物体と第２物体上
のマークを介した光束の所定面上に入射する光束の双方
の位置ずれ量と間隔に基づいて変位する位置関係より該
第１物体と第２物体の相対的な位置ずれ量又は／及び間
隔を求める際、該光束の該所定面上における特定位置か
らの位置関係を利用していることを特徴としている。

【００１５】特に、 （１−１−１）前記第１物体と第２物体との間隔を測定
し、該測定した間隔値を利用して第１物体と第２物体の
位置ずれ量を求め、該位置ずれ量を基に第１物体と第２
物体の間隔を再度求めていること。

【００１６】（１−１−２）前記第１物体と第２物体と
の間隔を測定し、該測定した間隔値が予め設定した範囲
外となった時には警告を発するようにしていること。

【００１７】（１−１−３）前記第１物体と第２物体に
は各々一対の物理光学素子が設けられており、前記光束
の位置関係が第１物体と第２物体面上の各々の物理光学
素子を介した一対の前記所定面上における光束間隔の距
離であり、前記特定位置からの位置関係が該所定面上に
おける一対の光束で挟まれた位置以外の位置から該一対
の光束までの距離の和であること。等、を特徴としてい
る。

【００１８】本発明のデバイスの製造方法は、 （２−１）マスクとウエハとの相対的な位置検出を行っ
た後に、マスク面上のパターンをウエハ面に転写し、該
ウエハを現像処理工程を介してデバイスを製造する際、
該マスクとウエハ上に設けたマークを介した光束の所定
面上に入射する光束の双方の位置ずれ量と間隔に基づい
て変位する位置関係より該マスクとウエハの相対的なず
れ量又は／及び間隔を、該光束の該所定面上の特定位置
からの位置関係を利用して求める工程を介していること
を特徴としている。

【００１９】特に、 （２−１−１）前記マスクとウエハとの間隔を測定し、
該測定した間隔値を利用してマスクとウエハの位置ずれ
量を求め、該位置ずれ量を基にマスクとウエハの間隔を
再度求める工程を介していること。

【００２０】（２−１−２）前記マスクとウエハとの間
隔を測定し、該測定した間隔値が予め設定した範囲外と
なった時には警告を発するようにした工程を介している
こと。

【００２１】（２−１−３）前記マスクとウエハには各
々一対の物理光学素子が設けられており、前記光束の位
置関係がマスクとウエハ面上の各々の物理光学素子を介
した一対の前記所定面上における光束間隔の距離であ
り、前記特定位置からの位置関係が該所定面上における
一対の光束で挟まれた位置以外の位置から該一対の光束
までの距離の和であること。等、を特徴としている。

【００２２】本発明の位置検出装置は、 （３−１）第１物体面上と第２物体面上に各々物理光学
素子を形成し、このうち一方の物理光学素子に投光手段
から光を入射させた時に生ずる回折光を他方の物理光学
素子に入射させ、該他方の物理光学素子により生ずる回
折パターンの所定面上における位置関係を検出手段によ
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、該回折パターンの該所定面上に
おける特定位置からの位置関係を利用していることを特
徴としている。

【００２３】（３−１−１）前記第１物体と第２物体と
の間隔を測定し、該測定した間隔値を利用して第１物体
と第２物体の位置ずれ量を求め、該位置ずれ量を基に第
１物体と第２物体の間隔を再度求めていること。

【００２４】（３−１−２）前記第１物体と第２物体と
の間隔を測定し、該測定した間隔値が予め設定した範囲
外となった時には警告を発するようにしていることを特
徴としている。

【００２５】（３−１−３）前記第１物体と第２物体に
は各々一対の物理光学素子が設けられており、前記光束
の位置関係が第１物体と第２物体面上の各々の物理光学
素子を介した一対の前記所定面上における光束間隔の距
離であり、前記特定位置からの位置関係が該所定面上に
おける一対の光束で挟まれた位置以外の位置から該一対
の光束までの距離の和であること。等、を特徴としてい
る。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態１の要部
概略図、図２は図１の各光束の光路を模式的に展開した
時の要部概略図である。

【００２７】図１，図２においてＬ１は不図示の半導体
レーザ又はＳＬＤ又はＸ線源等の光源手段からの光束で
あり、マスク等の第１物体１面上の後述する物理光学素
子（マーク）ｚ１，ｚ３に角度θで入射している。又、
光束の中心とマークの中心は一致している。この時の一
致させる方法は例えば特開平5-283311号公報で開示され
ている方法を用いている。

【００２８】２はウエハ等の第２物体であり、第１物体
１と間隔ｇ隔てて対向配置されている。Ｗは第１物体１
と第２物体２との相対的なずれ量を示している。ｚ１，
ｚ３は各々第１物体１面上に設けた透過型の第１，第３
物理光学素子であり、光束Ｌ１は物理光学素子ｚ１，ｚ
３に入射している。ｚ２，ｚ４は第２物体２面上に設け
た反射型（図２では透過型として示している。）の第
２，第４物理光学素子で、これらの物理光学素子（マー
ク）ｚ１〜ｚ４は例えば回折格子やゾーンプレート等か
ら成っている。

【００２９】図３に本実施形態に係る第１物体１と第２
物体２面上の物理光学素子のパターン例を示す。物理光
学素子ｚ１〜ｚ４はレンズ作用を有しその焦点距離は各
々ｆ１〜ｆ４である。

【００３０】Ｌ２〜Ｌ９は各々物理光学素子からの所定
次数の回折光、３は所定面上に設けた検出手段で例えば
ラインセンサやエリアセンサ等のセンサで第１物体１か
ら距離Ｌだけ離れた位置に配置されている。ａ１，ａ２
は各々物理光学素子ｚ１，ｚ３の光軸であり、このうち
光軸ａ１と光軸ａ２との間は距離Ｄだけ離れている。

【００３１】点Ｃ１〜Ｃ４はそれぞれ回折光Ｌ３，Ｌ
５，Ｌ７，Ｌ９のセンサ３面上の光束重心位置である。
このうち点Ｃ１，Ｃ２は光軸ａ１から各々距離ｙ１，ｙ
２離れたところの点であり、点Ｃ３，Ｃ４は光軸ａ２か
ら各々距離ｙ３，ｙ４離れた位置を示している。

【００３２】尚、ここで光束重心とは便宜上光束断面内
に於て、断面内各点からの位置ベクトルにその点の光量
を乗算したものを断面全面で積分した時に、積分値が０
ベクトルになる点を示している。

【００３３】４は演算手段としての信号処理回路であ
り、センサ３からの情報により、光束Ｌ３，Ｌ５，Ｌ
７，Ｌ９の光束重心を求めている。

【００３４】この時、本実施形態では第１物体と第２物
体との間隔がｇの時のずれ量Ｗに対する所定次数の回折
光のセンサ３面上への入射位置情報ｙとの関係を実験的
に種々のケースにおいて求め一般式を作成する。そして
この時の一般式を例えば演算手段４の一部に設けた記録
手段又は外部に設けた記録手段（不図示）に記録してお
く。

【００３５】そして位置情報である距離ｙ１〜ｙ４，Ｄ
と記録手段に記録している一般式とを用いて第１物体１
と第２物体２との位置ずれ量Ｗと間隔ｇを求めている。
５は制御回路であり、信号処理回路４からの位置ずれ量
Ｗと間隔ｇに関する情報に従って第１物体１と第２物体
２との位置ずれ量Ｗと間隔ｇを制御している。６はステ
ージコントローラであり、第２物体２を搭載している不
図示のステージを制御回路５からの指令に従って駆動し
ている。

【００３６】本実施形態では光源からの光束Ｌ１は第１
物体１面上の物理光学素子ｚ１，ｚ３に各々入射してい
る。このうち物理光学素子ｚ１に入射した光束Ｌ１のう
ち物理光学素子ｚ１で生じた１次回折光Ｌ２は物理光学
素子ｚ２に入射する。そして位置ずれ量Ｗに応じて回折
方向が異なる１次回折光Ｌ３が発生する。回折光Ｌ３は
物理光学素子ｚ１を０次回折光としてそのまま通過す
る。該回折光Ｌ３はセンサ３面上の光軸ａ１から距離ｙ
１離れた位置に結像する。センサ３と第１物体１との距
離は一定値Ｌなので距離ｙ１の値は間隔ｇと位置ずれ量
Ｗに依存する量となっている。

【００３７】一方、物理光学素子ｚ１で回折作用を受け
ずに０次回折光として通過した光束Ｌ１は物理光学素子
ｚ２に入射する。そして物理光学素子ｚ２で１次の回折
作用を受けた１次回折光Ｌ４は物理光学素子ｚ１に再入
射する。そして位置ずれ量Ｗに応じて回折方向が異なる
１次回折光Ｌ５が発生する。１次回折光Ｌ５はセンサ３
面上の光軸ａ１から距離ｙ２離れた位置に結像する。

【００３８】物理光学素子ｚ３に入射した光束Ｌ１から
は物理光学素子ｚ１に入射した光束Ｌ１と同様な回折光
Ｌ６〜Ｌ９が発生し、このうち回折光Ｌ７，Ｌ９はそれ
ぞれセンサ３面上の光軸ａ２から距離ｙ３，ｙ４離れた
位置に各々結像する。４は演算手段としての信号処理回
路であり、センサ３から読み込んだ情報からまず光束Ｌ
３，Ｌ５，Ｌ７，Ｌ９の光束重心位置Ｃ１，Ｃ２，Ｃ
３，Ｃ４を求めた後、点Ｃ１と点Ｃ４間の間隔Ｄ１４、
点Ｃ２と点Ｃ３間の間隔Ｄ２３を算出する。ここで光束
Ｌ３側のセンサ端から点Ｃ１までの距離をＤ１，点Ｃ３
までの距離をＤ２とする。

【００３９】制御回路５は信号処理回路４からの位置ず
れ量Ｗと間隔ｇに関する情報に従ってステージコントロ
ーラ６を駆動させて、所定の位置へ第２物体２を移動さ
せている。

【００４０】尚本実施形態において回折光は１次回折光
に限らず２次以上の高次回折光を用いても同様の効果を
得ることができる。

【００４１】本実施形態では光源、センサ等を一箇所に
集合させて構成することができる為、光プローブが小型
化され、又露光時の光プローブの移動が不要の為、スル
ープットがより向上する等の特長を有している。

【００４２】図４は本実施形態において回折光束Ｌ３，
Ｌ５，Ｌ７，Ｌ９の光束重心Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が
ずれ量Ｗに応じてセンサ３面上でどのように変化するか
を示した説明図である。回折光束Ｌ３，Ｌ５，Ｌ７，Ｌ
９等はセンサ３面上である幅を有しているので、お互い
に重なる部分があると点Ｃ１〜Ｃ４を精度良く求めるの
が難しくなってくる。

【００４３】そこで本実施形態では例えばずれ量Ｗ＝±
３μｍの間で計測したい時は各光束が離れている範囲
（例えば図４の点Ｗｏ−３から点Ｗｏ＋３の間）の特性
を予めシュミレーション等で求めておき、これを利用す
る。

【００４４】即ち、本実施形態では前記第１，第２の２
つの物理光学素子を介して所定面上に生ずる第１，第２
の２つの回折光束Ｌ３，Ｌ５の重心位置及び前記第３，
第４の２つの物理光学素子を介して所定面上に生ずる第
３，第４の２つの回折光束Ｌ７，Ｌ９の重心位置は各々
回折光束の幅以上離れた状態で検出している。

【００４５】尚、本実施形態において第１物体と第２物
体との位置ずれ量Ｗが０の時、第１物体上の物理光学素
子（例えばｚ１）の光軸ａ１と第２物体上の物理光学素
子（例えばｚ２）の光軸ａ２を距離Ｗｏだけずらしてお
くことにより、第１物体と第２物体との位置ずれ量Ｗが
０の時に点Ｃ１と点Ｃ２、及び点Ｃ３と点Ｃ４を離れた
状態にしておくことができる。

【００４６】図３に示す第１〜第４物理光学素子ｚ１〜
ｚ４のパターン配置はこの様子を示しており、第１物体
と第２物体の位置ずれ量Ｗが０の時、第１と第２物理光
学素子ｚ１とｚ２の光軸が、又第３と第４物理光学素子
ｚ３とｚ４の光軸が各々距離Ｗｏだけずれるように設定
している。

【００４７】従ってこのパターンを使用した場合、第１
物体と第２物体とが距離Ｗｘだけずれている時はずれ量
Ｗの値は Ｗ＝Ｗｏ＋Ｗｘ ‥‥‥（１） となる。

【００４８】以上のような構成の下で本実施形態の動作
を説明する。以下、第１物体１と第２物体２の２物体間
の面内方向の位置ずれをＭ／Ｗずれ、間隔をＧＡＰと表
現することがある。Ｍ／Ｗずれが起こると光束Ｌ３とＬ
７の距離ｙ１とｙ３の大きさが変化し、Ｄ２−Ｄ１の値
は図５のような特性になる。又ＧＡＰが＋Δｇだけ変化
すると次式で示すように距離ｙ１とｙ３の大きさが変化
し、図５のような特性になる。

【００４９】ここで距離ｙ１，ｙ３は

【００５０】

【数１】 となる。ここで距離Ｌの値は大きく、 Ｌ≫ｆ１，ｆ３，ｇ なので（２）式では ｆ１−（ｇ＋Δｇ） の値が小になる為、距離ｙ１の値は大きくなる方向に変
化する。

【００５１】又（３）式においては ｆ３＋（ｇ＋Δｇ） の値が大になる為、距離ｙ３の値は小さくなる方向に変
化する。

【００５２】センサ３上の位置で示すと図６のようにな
り、Ｄ２−Ｄ１の値は大きくなる方向に変化する。

【００５３】図７はＭ／Ｗずれ時のセンサ３上の光束の
位置の変化の様子を示す説明図である。ここで光束Ｌ３
とＬ７の倍率を同じにしておくと、 ΔＬ３＝ΔＬ４ なので、 Ｄ２′−Ｄ１′＝（Ｄ２＋ΔＬ４）−（Ｄ１−ΔＬ３） ＝Ｄ２−Ｄ１−（ΔＬ４−ΔＬ３） ＝Ｄ２−Ｄ１ となり、常に一定値を示す。

【００５４】ただ、マークはＧＡＰ３０μｍで設計して
ある。この為ＧＡＰが変化して設計値からだんだんずれ
てくると必ずしも上式のような特性を示すとは限らず、
図５に示すように、いくらか特性が勾配を持ってくる。

【００５５】次にＧＡＰ値の求め方について説明する。
まず図５の特性が予め用意されているとする。Ｄ１，Ｄ
２の値を求めたらＤ２−Ｄ１の値を求め、図５のように
（Ｍ／Ｗずれ、Ｄ２−Ｄ１）特性のＤ２−Ｄ１の値のと
ころから真横にＧＡＰ３０μｍの特性曲線とクロスする
点Ｐ１まで線を引く。

【００５６】一方、Ｄ２＋Ｄ１の値を求め（Ｍ／Ｗず
れ，Ｄ２＋Ｄ１）特性のＤ２＋Ｄ１の値のところから同
様に真横に線を引く。先程のＰ１点から真上に線を引
き、Ｄ２＋Ｄ１のところから真横に引いた線との交点Ｐ
２を求める。この点を挟むＧＡＰ２９μｍと３０μｍ間
の交点Ｐ２の位置を比例配分で求める。この値が求める
ＧＡＰ値Ｇ１となる。

【００５７】ところでマスク１に対してウエハ２が傾く
と、Ｄ２−Ｄ１の値はほとんど変化しないが、Ｄ２＋Ｄ
１の値は測定値に影響が出るほど変化する。本実施形態
では、次のようにして防止している。

【００５８】露光する時はそれに先立って露光エリアの
４隅で位置合わせをするが、この過程を利用する。即
ち、位置合わせに先立って位置検出をするが、この際Ｇ
ＡＰ値をモニターしながら行い、４隅のＧＡＰ値が略一
致するまで、ウエハの傾きを調整する。この過程でウエ
ハの傾きによる誤差がだんだん少なくなっていく。

【００５９】以上、光束Ｌ３，Ｌ７の組み合わせについ
て説明したが、他の組み合わせでも同様のことが成立す
る。又２組以上の光束の組み合わせの結果の平均値を求
めて精度向上を計ることも可能である。

【００６０】本実施形態の位置検出装置では以上のよう
にして第１物体と第２物体の位置ずれ量と間隔に基づい
てセンサ面上を移動する光束の位置情報（位置関係）か
ら第１物体と第２物体の相対的な間隔情報を該センサ面
上に入射する光束の特定の位置（センサ端部）からの位
置情報を用いることにより高精度に求めている。

【００６１】又マスクとウエハとの相対的な位置検出を
行い、マスク面上のパターンをウエハ面上に露光転写
し、そのウエハを現像処理してデバイスを製造する際に
おいてはマスク又はウエハ上で反射又は回折した光束の
位置情報を所定面上で検出し、その位置情報に基づいて
ウエハとマスク間の面方向の相対的な位置ずれ及び間隔
の検出を行うに際し、該光束の特定位置からの位置情報
の和からマスクとウエハ間の間隔を求める工程を利用し
ている。

【００６２】次に本発明の実施形態２について説明す
る。本実施形態では図８に示すようにＭ／ＷずれとＤ２
−Ｄ１の値から第１物体と第２物体との間隔（ギャッ
プ）を次のようにして求めている。

【００６３】点Ｐ１は最初は仮に３０μｍの特性上に求
めたが、ＧＡＰ値として点Ｐ２からＧＡＰ値Ｇ１として
求まったのでＤ２−Ｄ１特性上にＧＡＰ値Ｇ１の特性曲
線を仮想し、それとＤ２−Ｄ１の値の横線との交点を点
Ｐ３とする。この点Ｐ３から真上に引いた線とＤ２＋Ｄ
１値の横線との交点を点Ｐ４とする。この点Ｐ４のＧＡ
Ｐ値が実施形態１と同様に比例配分計算によりＧＡＰ値
Ｇ２として求まったとする。

【００６４】続けてＧＡＰ値Ｇ１からＧＡＰ値Ｇ２を求
めたと同様に手続きによりＧＡＰ値Ｇ２を出発点として
ＧＡＰ値Ｇ３を求める。この作業を繰り返すことにより
現在のＧＡＰ値の測定精度をだんだん良くしている。

【００６５】本発明に係る位置検出装置においては第１
物体と第２物体の間隔（ギャップ）の測定誤差は約±
０．３μｍであるが更に高精度に求めるには次のように
すれば良い。

【００６６】例えば、露光領域の４隅にマークを設けて
チルト分を取りながらＧＡＰ値を所定の値に合わせて位
置検出をして位置合わせをする場合、まず前述した方法
でＧＡＰ値を検出、ＧＡＰ合わせ、位置検出、そして位
置合わせのサイクルを数回行い、最後に精度良くＧＡＰ
計測ができるマークでＧＡＰ値の確認をして次のステッ
プへ移る。この方法によれば、本方式を使用してＧＡＰ
値を検出している間はピックアップヘッドを他のマーク
のところへ移動させる必要がないのでスループットが向
上するという特長がある。

【００６７】又位置検出後、ウエハを移動させる場合、
ＧＡＰ値が異状な為、マスクと接触してしまうという場
合が起こり得るが、こんな場合を避ける為には移動直前
にＧＡＰ測定を行うのが良い。

【００６８】このような場合も位置検出用マーク位置か
らピックアップヘッドを移動させずにＧＡＰ値検出がで
きるというメリットがある。又位置検出用マーク上にピ
ックアップヘッドがある時は、ＧＡＰ値がそのルーチン
内で保っていなければならない範囲内にあるかどうかを
常に監視していて、異状値検出の場合は警報を発するよ
うにするのが良い。

【００６９】次に上記説明した位置検出装置でマスクと
ウエハとを位置合わせをした後にマスク面上のパターン
をウエハ面上に転写してデバイスを製造する方法の実施
例を説明する。

【００７０】図９は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の
半導体チップ、或は液晶パネルやＣＣＤ等）の製造のフ
ローチャートである。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。

【００７１】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、前記用意したマ
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。

【００７２】次のステップ５（組立）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。

【００７３】図１０は上記ステップ４のウエハプロセス
の詳細なフローチャートである。まずステップ１１（酸
化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（Ｃ
ＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１
３（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１５（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）では前記
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。

【００７４】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）ではエッチングがす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。

【００７５】

【発明の効果】本発明によれば以上のように各要素を設
定することにより、マスク等の第１物体とウエハ等の第
２物体との位置検出の際に発生する誤差要因に基づく不
確定性を解消し、高精度にしかも容易に位置合わせを行
うことのできる簡易な構成の位置検出装置及びそれを用
いたデバイスの製造方法を達成することができる。

【００７６】特に本発明によれば、２個のＭ／Ｗずれの
検出用光束からＧＡＰ値を容易に検出できるので、常に
ＧＡＰ値を監視しながら位置検出や位置合わせができる
のでマスクとウエハを必要以上に接近させたままウエハ
を移動し、マスクを破壊してしまうという不測の事態が
避けられる。又、不適当なＧＡＰ値のまま位置検出を
し、誤った位置合わせをしてしまうという事態も避けら
れる。

【００７７】又２個の光束のみから、Ｍ／Ｗずれ量とＧ
ＡＰ値を求めることができるので、ＧＡＰ値を求める為
のマークやセンサ等の部品やプログラムの負担が軽くな
る為、装置がコンパクトになるばかりでなく、スループ
ットも向上する、等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係る位置検出装置におけ
る光束の光路を示す図

【図２】図１の各光束の光路を摸式的に展開した図

【図３】図１の第１物体と第２物体面上に設けた物理光
学素子のパターンを例示した図

【図４】図１のずれ量Ｗと光束重心位置のセンサ面上の
位置関係を示す図

【図５】図１の光束Ｌ３，Ｌ７の位置情報からＧＡＰ値
を求める方法を示した図

【図６】ＧＡＰが増加する方向に変化した時の光束Ｌ
３，Ｌ７のセンサ上での動きを示した図

【図７】Ｍ／Ｗずれが増加する方向に変化した時の光束
Ｌ３，Ｌ７のセンサ上での動きを示した図

【図８】図５で求めたＧＡＰ値の精度向上方法を示した
図

【図９】本発明の位置検出装置を適用した時の半導体素
子の製造方法を示すフローチャート

【図１０】図９におけるウエハプロセス工程の詳細な製
造方法を示すフローチャート

【図１１】従来例のゾーンプレートを利用した位置合わ
せ装置の構成を示す図

【図１２】図１１のアライメントパターンからの光束の
結像関係を示す図

【符号の説明】

１ 第１物体 ２ 第２物体 ３ 検出手段 ４ 信号処理回路 ５ 制御回路 ６ ステージコントローラ ６０ ウエハ ６０ａ ウエハアライメントパターン ６２ 支持台 ６４ 駆動装置 ６８ マスク ６８ａ マスクアライメントパターン ７２ 光源 ７４ ハーフミラー ７６ 集光レンズ ７８ 集光点 ７８ａ マスク位置を示す集光点 ７８ｂ ウエハ位置を示す集光点 ８０ 集光レンズ ８２ 検出器 ８４ 制御回路 ａ１，ａ２ 光軸 Ｃ１〜Ｃ４ 回折光のセンサ面上の光束重心位置 Ｄ 光軸ａ１とａ２の距離 ｆ１〜ｆ４ 焦点距離 ｇ 第１物体と第２物体との間隔 Ｌ センサと第１物体面上の距離 Ｌ１ 入射光 Ｌ２〜Ｌ９ 物理光学素子からの所定次数の回折光 Ｗ 第１物体と第２物体間のずれ ｙ１，ｙ２ 点Ｃ１，Ｃ２と光軸ａ１との距離 ｙ３，ｙ４ 点Ｃ３，Ｃ４と光軸ａ２との距離 Ｚ１，Ｚ３ 第１物体面上の物理光学素子 Ｚ２，Ｚ４ 第２物体面上の物理光学素子 θ 入射光と第１物体垂直方向とのなす角度 Ｄ１，Ｄ２ センサの端から回折光の重心位置までの
距離 ΔＬ１，ΔＬ２ マスクとウエハの間隔が変化した時
の光束位置の変化量 ΔＬ３，ΔＬ４ マスクとウエハ間にずれが生じた時
の光束位置の変化量

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物理光学素子より成るマークを有した第
   １物体と第２物体とを対向配置し、該第１物体と第２物
   体上のマークを介した光束の所定面上に入射する光束の
   双方の位置ずれ量と間隔に基づいて変位する位置関係よ
   り該第１物体と第２物体の相対的な位置ずれ量又は／及
   び間隔を求める際、該光束の該所定面上における特定位
   置からの位置関係を利用していることを特徴とする位置
   検出方法。
2. 【請求項２】 前記第１物体と第２物体との間隔を測定
   し、該測定した間隔値を利用して第１物体と第２物体の
   位置ずれ量を求め、該位置ずれ量を基に第１物体と第２
   物体の間隔を再度求めていることを特徴とする請求項１
   の位置検出方法。
3. 【請求項３】 前記第１物体と第２物体との間隔を測定
   し、該測定した間隔値が予め設定した範囲外となった時
   には警告を発するようにしていることを特徴とする請求
   項１の位置検出方法。
4. 【請求項４】 前記第１物体と第２物体には各々一対の
   物理光学素子が設けられており、前記光束の位置関係が
   第１物体と第２物体面上の各々の物理光学素子を介した
   一対の前記所定面上における光束間隔の距離であり、前
   記特定位置からの位置関係が該所定面上における一対の
   光束で挟まれた位置以外の位置から該一対の光束までの
   距離の和であることを特徴とする請求項１の位置検出方
   法。
5. 【請求項５】 マスクとウエハとの相対的な位置検出を
   行った後に、マスク面上のパターンをウエハ面に転写
   し、該ウエハを現像処理工程を介してデバイスを製造す
   る際、該マスクとウエハ上に設けたマークを介した光束
   の所定面上に入射する光束の双方の位置ずれ量と間隔に
   基づいて変位する位置関係より該マスクとウエハの相対
   的なずれ量又は／及び間隔を、該光束の該所定面上の特
   定位置からの位置関係を利用して求める工程を介してい
   ることを特徴とするデバイスの製造方法。
6. 【請求項６】 前記マスクとウエハとの間隔を測定し、
   該測定した間隔値を利用してマスクとウエハの位置ずれ
   量を求め、該位置ずれ量を基にマスクとウエハの間隔を
   再度求める工程を介していることを特徴とする請求項５
   のデバイスの製造方法。
7. 【請求項７】 前記マスクとウエハとの間隔を測定し、
   該測定した間隔値が予め設定した範囲外となった時には
   警告を発するようにした工程を介していることを特徴と
   する請求項５のデバイスの製造方法。
8. 【請求項８】 前記マスクとウエハには各々一対の物理
   光学素子が設けられており、前記光束の位置関係がマス
   クとウエハ面上の各々の物理光学素子を介した一対の前
   記所定面上における光束間隔の距離であり、前記特定位
   置からの位置関係が該所定面上における一対の光束で挟
   まれた位置以外の位置から該一対の光束までの距離の和
   であることを特徴とする請求項５のデバイスの製造方
   法。
9. 【請求項９】 第１物体面上と第２物体面上に各々物理
   光学素子を形成し、このうち一方の物理光学素子に投光
   手段から光を入射させた時に生ずる回折光を他方の物理
   光学素子に入射させ、該他方の物理光学素子により生ず
   る回折パターンの所定面上における位置関係を検出手段
   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、該回折パターンの該所定面
   上における特定位置からの位置関係を利用していること
   を特徴とする位置検出装置。
10. 【請求項１０】 前記第１物体と第２物体との間隔を測
    定し、該測定した間隔値を利用して第１物体と第２物体
    の位置ずれ量を求め、該位置ずれ量を基に第１物体と第
    ２物体の間隔を再度求めていることを特徴とする請求項
    ９の位置検出装置。
11. 【請求項１１】 前記第１物体と第２物体との間隔を測
    定し、該測定した間隔値が予め設定した範囲外となった
    時には警告を発するようにしていることを特徴とする請
    求項９の位置検出装置。
12. 【請求項１２】 前記第１物体と第２物体には各々一対
    の物理光学素子が設けられており、前記光束の位置関係
    が第１物体と第２物体面上の各々の物理光学素子を介し
    た一対の前記所定面上における光束間隔の距離であり、
    前記特定位置からの位置関係が該所定面上における一対
    の光束で挟まれた位置以外の位置から該一対の光束まで
    の距離の和であることを特徴とする請求項９の位置検出
    装置。