JPH10321492A - 位置合わせ装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マスクとウエハの重ね合わせを高精度かつ高
速に行い且つウエハの反りの補正も同時に行うことが可
能な位置合わせ装置及びその方法を提供する。 【解決手段】 本発明に係る位置合わせ装置は、アライ
メント光を発する光源１と、この光源１から発せられる
アライメント光を一定時間間隔で規準となるアライメン
トパターンａ〜ｄを通して基体９上のアライメントパタ
ーンＡ〜Ｄに照射する手段と、照射されたアライメント
パターンＡ〜Ｄにより回折された光を検出する検出手段
２３と、検出された光のデータを演算処理する演算手段
２５と、を具備することを特徴とする。演算手段２５
は、基体９上のアライメントパターンにより回折された
光信号の強弱のパターンを、基体の位置がずれている場
合の該光信号の強弱のパターンのデータと比較すること
により、基体９の位置ずれを検知するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
におけるフォトマスクとウエハの位置合わせ装置及びそ
の方法に関する。特には、マスクとウエハの重ね合わせ
を高精度かつ高速に行い、かつウエハの反りの補正も同
時に行うことが可能な位置合わせ装置及びその方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】メモリ素子、論理演算素子、ＣＣＤ素
子、ＬＣＤ駆動素子等の各種の半導体装置の作製にはパ
ターン転写工程、所謂フォトリソグラフィ工程が用いら
れる。このフォトリソグラフィ工程とは、例えばウエハ
からなる基体上に形成されたレジストに、フォトマスク
に形成された回路パターンを可視光、紫外光、真空紫外
光、Ｘ線等により転写する工程である。

【０００３】以下、従来のフォトリソグラフィ工程にお
けるウエハ間の位置合わせ方法について説明する。

【０００４】前のリソグラフィ工程でウエハ上にアライ
メント用マークを形成し、このウエハ上にスタティック
（静的）にモニター光を照射してウエハとマスクの位置
をおおまかに合わせる。次に、別途形成してあるアライ
メント用マークにスタティックにモニター光を照射し
て、ウエハとマスクの位置を精度良く合わせる。

【０００５】この場合、ウエハ上のチップ毎に対して逐
一位置合わせを行っていく方法、ウエハ上のチップを複
数個限定して統計的処理を用いて位置合わせを行う方法
がある。

【０００６】また、マスクとウエハの位置合わせと同時
に、レンズ倍率の補正も行われる。また、ウエハの反
り、ステージ面に対するウエハ面の傾きの補正は適宜行
われる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】近年の半導体装置の微
細化に伴い、リソグラフィ工程におけるマスクとウエハ
の位置合わせを正確かつ高速に行うことが要求される。
また、マスクパターンを転写する場合において、ウエハ
間の重ね合わせについても高精度が要求される。このよ
うな要求を従来の位置合わせ方法で実現するには、重ね
合わせの工程に要する時間がより長く必要となるから、
生産性を低下させる要因になる。

【０００８】また、ウエハはデバイス作製の種々の工程
をを経てきているために、例えば層間膜の膜厚むらや応
力むら、配線用ポリシリコンないしアルミニウムないし
タングステン等の導電膜の膜厚むらや応力むら、あるい
は真空吸着のむら等によりウエハ表面は反っていること
がある。このため、ウエハの反りを補正する必要がある
が、従来は、ウエハ間の重ね合わせを行う工程とは別に
ウエハの反りの補正を行っていた。このため、重ね合わ
せの工程に要する時間に加えてウエハの反りを補正する
時間が必要となるから、生産性を低下させる要因になっ
ている。

【０００９】また、ウエハ間の重ね合わせの精度を向上
させるためには、重ね合わせの工程に要する時間がより
長く必要であり、生産性を低下させる要因になってい
る。

【００１０】本発明は上記のような事情を考慮してなさ
れたものであり、その目的は、マスクとウエハの重ね合
わせを高精度かつ高速に行い、かつウエハの反りの補正
も同時に行うことが可能な位置合わせ装置及びその方法
を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る位置合わせ装置は、アライメント光を
発する光源と、この光源から発せられるアライメント光
を一定時間間隔で規準となるアライメントパターンを通
して基体上のアライメントパターンに照射する手段と、
照射された基体上のアライメントパターンにより回折さ
れた光を検出する検出手段と、検出された光のデータを
演算処理する演算手段と、を具備することを特徴とす
る。また、上記演算手段は、基体上のアライメントパタ
ーンにより回折された光信号の強弱のパターンを、基体
の位置がずれている場合の該光信号の強弱のパターンの
データと比較することにより、基体の位置ずれを検知す
るものであることが好ましい。また、上記演算手段によ
り検知された基体の位置ずれを補正するために該基体を
移動させる移動手段をさらに含むことが好ましい。

【００１２】また、上記基体上のアライメントパターン
は、回折格子が複数の方向に形成されているものである
ことが好ましい。また、上記検出手段が光ファイバーお
よび光電子像倍管ないしＣＣＤ撮像素子ないしフォトセ
ルを有するものであることが好ましい。また、上記検出
された光のデータは光強度のデータであることが好まし
い。

【００１３】本発明に係る位置合わせ方法は、アライメ
ント光を一定時間間隔で規準となるアライメントパター
ンを通して基体上のアライメントパターンに向けて照射
し、照射された基体上のアライメントパターンにより回
折された光を検出し、検出された光のデータを演算処理
し、演算処理により検知された基体の位置ずれを補正す
ることを特徴とする。

【００１４】上記位置合わせ装置及びその方法では、ア
ライメント光を一定時間間隔（時間分割して）で規準と
なるアライメントパターンを通して基体上のアライメン
トパターンに照射し、光信号の強弱のパターン（光強
度）から基体の傾き補正、基体の回転補正、基体の位置
ずれ補正、レンズの倍率補正を正確かつ高速に行うこと
により、基体間の位置合わせを精度良く行うことができ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態及び実施例】本発明の実施の形態に
よる位置合わせ装置は、アライメント光を発するレーザ
ー光源と、このレーザー光源から発せられる光を多分割
する光学系と、この多分割された光を、ウエハ外にあら
かじめ形成されているアライメント用パターンに一定周
期（一定時間間隔）で順に照射するシステムと、ウエハ
上にあらかじめ形成されているアライメント用パターン
から回折される光を検出するシステムと、この回折され
た光のデータを演算処理する演算処理手段と、から構成
されている。

【００１６】第１の実施の態様は、レーザー光源から発
せられるアライメント光がマスクおよび結像レンズ系を
通る位置合わせ方法、この位置合わせ方法を用いた露光
装置および露光方法についてのものである。この場合
は、マスク上のアライメントパターンがウエハ間の位置
合わせの規準として用いられる。

【００１７】第２の実施の態様は、レーザー光源から発
せられるアライメント光がマスクおよび結像レンズ系を
通らない位置合わせ方法、この位置合わせ方法を用いた
露光装置および露光方法についてのものである。この場
合は、別途設けられたアライメントパターンがウエハ間
の位置合わせの規準として用いられる。

【００１８】以下、図面を参照して本発明の実施例を説
明する。図１は、本発明の第１の実施例による位置合わ
せ方法を説明する模式図である。図２は、図１に示すウ
エハの上にあらかじめ形成されているアライメントパタ
ーンの配置および光ファイバ検出系の位置を模式的に示
す平面図である。図３は、図２に示すアライメントパタ
ーンを拡大した平面図である。図４は、図１又は図２に
示す光ファイバ検出系（ディテクター系）を模式的に示
した構成図である。

【００１９】図１に示すように、位置合わせ装置はアラ
イメント光（ビーム）を発するためのレーザー光源１を
有しており、このレーザー光源１としては露光波長と等
しいＫｒＦレーザーを用いている。このレーザー光源１
は、露光機に使用されているレーザー光源（図示せず）
とは別途設けたものである。

【００２０】このＫｒＦレーザー光源１から発せられる
光を多分割する光学系３がフォトマスク５の上方に設け
られている。光学系３はハーフミラーおよびミラー１
１、回転チョッパー１３から構成されている。この回転
チョッパー１３は図示せぬモーターにより回転するもの
であり、その回転は図示せぬ制御装置によりＫｒＦレー
ザーの発光周期に同期するように制御される。

【００２１】フォトマスク５上の遮光体部もしくは半遮
光体部には４つのアライメントパターンａ，ｂ，ｃ，ｄ
が形成されており、これらアライメントパターンａ，
ｂ，ｃ，ｄは円周上に配置されている。アライメントパ
ターンａ，ｂ，ｃ，ｄとしては、理論的に焦点深度を無
限に大きく確保できるベッセル関数を反映したパターン
を用いている。また、アライメントパターンａ，ｂ，
ｃ，ｄそれぞれの上には光ファイバ１５が設けられてい
る。

【００２２】また、マスク５の下方には結像レンズ系７
が設けられている。この結像レンズ系７の下方にはウエ
ハ（基体）９を載置する図示せぬ載置台（ウエハステー
ジ）が設けられている。また、ウエハステージの近傍に
は、ウエハの位置ずれを補正する際にウエハステージを
移動させる図示せぬ移動手段が設けられている。

【００２３】ウエハ９上にはあらかじめアライメントパ
ターンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄが形成されている。これらアライ
メントパターンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、図２に示す露光が予
定されているチップ領域２１の外側に位置している。ア
ライメントパターンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、マスク５上のア
ライメントパターンａ，ｂ，ｃ，ｄに対応するよう円周
上に配置されている。また、アライメントパターンＡ，
Ｂ，Ｃ，Ｄは、図１、図２及び図３に示すように、回折
格子がウエハオリフラに対して水平、垂直、斜め４５度
及び斜め−４５度方向に形成されている。尚、図には示
していないが、チップ領域２１はウエハ９上に複数形成
されている。

【００２４】また、ウエハ９の近傍には光ファイバ検出
系（ディテクター系）２３が設けられている。光ファイ
バ検出系２３は、図２及び図４に示すように、アライメ
ントパターンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄそれぞれの近傍に設けられ
た光ファイバ１〜４及び光検出器Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄから構
成されている。光検出器Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはコンピュータ
システム（演算処理手段）２５に接続されている。尚、
光検出器２３としては光電子像倍管が用いられる。

【００２５】次に、位置合わせ方法について説明する。
レーザー光源１から発せられた光はハーフミラーおよび
ミラー１１により４本のビームに分割され、この４本の
ビームのうち１本のビームがＫｒＦレーザーの発光周期
に同期した回転チョッパー１３によって選択される。

【００２６】選択されたビームは、あらかじめマスク５
上に形成されたアライメントパターンａ，ｂ，ｃ，ｄに
光ファイバ１５により照射される。すなわち、アライメ
ントパターンのうち、ａ→ｂ→ｃ→ｄ→ａ→ｂ→ｃ→ｄ
→・・・の順に、回転チョッパー１３により選択された
ビームが照射される。

【００２７】照射されたビームはマスク５上のアライメ
ントパターンａ，ｂ，ｃ，ｄを通過し、さらに結像レン
ズ系７を通過する。

【００２８】結像レンズ７を通過した光は、ウエハ９上
のアライメントパターンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄに照射される。
この際、アライメントパターンのうち、Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ
→Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→・・・の順に光が照射される。

【００２９】照射された光は回折格子状のアライメント
パターンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄにより回折され、回折された光
は光ファイバ検出系（ディテクター系）２３で検出され
る。この光ファイバ検出系２３により±１次のいずれか
の回折光が検出され、回折光は光ファイバにより搬送さ
れる。

【００３０】図４に示すように、ウエハ９上のアライメ
ントパターンＡにおける回折光を搬送する光ファイバの
うち、１の位置から搬送された光は、残りのアライメン
トパターンＢ，Ｃ，Ｄにおける回折光を搬送する光ファ
イバの１の位置から搬送された光と検出系２３の途中で
光ファイバ路（光路）２３ａが同一に構成されている。

【００３１】同様に、ウエハ９上のアライメントパター
ンＡにおける回折光を搬送する光ファイバのうち、２の
位置から搬送された光は、残りのアライメントパターン
Ｂ，Ｃ，Ｄにおける回折光を搬送する光ファイバの２の
位置から搬送された光と検出系２３の途中で光路２３ａ
が同一に構成されている。

【００３２】同様に、ウエハ９上のアライメントパター
ンＡにおける回折光を搬送する光ファイバのうち、３の
位置から搬送された光は、残りのアライメントパターン
Ｂ，Ｃ，Ｄにおける回折光を搬送する光ファイバの３の
位置から搬送された光と検出系２３の途中で光路２３ａ
が同一に構成されている。

【００３３】同様に、ウエハ９上のアライメントパター
ンＡにおける回折光を搬送する光ファイバのうち、４の
位置から搬送された光は、残りのアライメントパターン
Ｂ，Ｃ，Ｄにおける回折光を搬送する光ファイバの４の
位置から搬送された光と検出系２３の途中で光路２３ａ
が同一に構成されている。

【００３４】上記のようにまとめられた４本の光は、そ
れぞれに対応する光検出器Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで検出され
る。そして、検出された光強度のデータがコンピュータ
システム（演算処理手段）２５に送られる。ここで、検
出された光強度の特徴からウエハ９の位置がどのように
ずれているかについて演算処理することにより、ウエハ
９の位置ずれを認識し、その位置ずれに応じてウエハ９
の位置が合うようにウエハ載置台を移動させ、位置ずれ
の補正をする。これを複数回行い、ウエハ９の位置を合
わせる。尚、この位置合わせは、ウエハ９上の各チップ
領域２１それぞれについて行われる。

【００３５】図５〜図１１は、ウエハ上に照射される光
（ビーム）の位置および検出される光強度について説明
するための図である。

【００３６】図５は、マスク上のアライメントパターン
に対してウエハ上のアライメントパターンが位置ずれを
起こしていない場合のものである。図５（ａ）は、ウエ
ハ上のアライメントパターンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄに照射され
る光（ビーム）の位置を示す平面図であり、図５（ｂ）
は、図５（ａ）に示すアライメントパターンＡ，Ｂ，
Ｃ，Ｄおよび照射される光を拡大した平面図であり、図
５（ｃ）は、図５（ｂ）に示すように光が照射された場
合に検出される光強度を模式的に示す図である。

【００３７】図５（ａ）、（ｂ）に示すマスクとウエハ
９の位置ずれがない場合においては、アライメント位置
Ａとファイバ位置１（以下、「Ａ−１又はA1」と略記す
る。他の組合せについても同様に略記する。）、Ｂ−
１、Ｃ−１、Ｄ−１、およびＡ−２、Ｂ−２、Ｃ−２、
Ｄ−２、およびＡ−３、Ｂ−３、Ｃ−３、Ｄ−３、およ
びＡ−４、Ｂ−４、Ｃ−４、Ｄ−４、それぞれの光強度
は、略等しく、しかも強いものとなる。検出器２３で検
出された光強度の特徴がこのようなものであれば、マス
ク５とウエハ９の位置ずれが生じていないと判断でき
る。また、マスク５とウエハ９の位置ずれのない場合の
光強度は、位置合わせを行う場合に得られるべき予定の
光強度でもある。

【００３８】次に、マスク５上のアライメントパターン
ａ，ｂ，ｃ，ｄに対してウエハ９上のアライメントパタ
ーンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの位置がずれている場合に検出され
る光強度の例について説明する。

【００３９】図６は、マスク上のアライメントパターン
に対してウエハ上のアライメントパターンが縮小してい
る場合のものである。図６（ａ）は、ウエハ上のアライ
メントパターンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄに照射される光（ビー
ム）の位置を示す平面図であり、図６（ｂ）は、図６
（ａ）に示すアライメントパターンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄおよ
び照射される光を拡大した平面図であり、図６（ｃ）
は、図６（ｂ）に示すように光が照射された場合に検出
される光強度を模式的に示す図である。

【００４０】図６（ａ）、（ｂ）に示すマスク上のアラ
イメントパターンに対してウエハ９上のアライメントパ
ターンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄが縮小している場合においては、
Ａ−１、Ｂ−１、Ｃ−１、Ｄ−１の光強度はすべて中と
なり、Ａ−２、Ｂ−２、Ｃ−２、Ｄ−２それぞれの光強
度は強、弱、強、弱となり、Ａ−３、Ｂ−３、Ｃ−３、
Ｄ−３の光強度はすべて中となり、Ａ−４、Ｂ−４、Ｃ
−４、Ｄ−４それぞれの光強度は、弱、強、弱、強とな
る。検出器２３で検出された光強度の特徴がこのような
ものであれば、レンズの倍率が所定値からずれていると
判断できる。

【００４１】図７は、マスク上のアライメントパターン
に対してウエハ上のアライメントパターンが拡大してい
る場合のものである。図７（ａ）は、ウエハ上のアライ
メントパターンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄに照射される光（ビー
ム）の位置を示す平面図であり、図７（ｂ）は、図７
（ａ）に示すアライメントパターンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄおよ
び照射される光を拡大した平面図であり、図７（ｃ）
は、図７（ｂ）に示すように光が照射された場合に検出
される光強度を模式的に示す図である。

【００４２】図７（ａ）、（ｂ）に示すマスク上のアラ
イメントパターンに対してウエハ９上のアライメントパ
ターンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄが拡大している場合においては、
Ａ−１、Ｂ−１、Ｃ−１、Ｄ−１の光強度はすべて中と
なり、Ａ−２、Ｂ−２、Ｃ−２、Ｄ−２それぞれの光強
度は強、弱、強、弱となり、Ａ−３、Ｂ−３、Ｃ−３、
Ｄ−３の光強度はすべて中となり、Ａ−４、Ｂ−４、Ｃ
−４、Ｄ−４それぞれの光強度は弱、強、弱、強とな
る。検出器２３で検出された光強度の特徴がこのような
ものであれば、レンズの倍率が所定値からずれていると
判断できる。

【００４３】図８は、マスク上のアライメントパターン
に対してウエハ上のアライメントパターンが対角方向に
シフトしている場合のものである。図８（ａ）は、ウエ
ハ上のアライメントパターンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄに照射され
る光（ビーム）の位置を示す平面図であり、図８（ｂ）
は、図８（ａ）に示すアライメントパターンＡ，Ｂ，
Ｃ，Ｄおよび照射される光を拡大した平面図であり、図
８（ｃ）は、図８（ｂ）に示すように光が照射された場
合に検出される光強度を模式的に示す図である。

【００４４】図８（ａ）、（ｂ）に示すマスク上のアラ
イメントパターンに対してウエハ９上のアライメントパ
ターンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄが対角方向にシフトしている場合
においては、Ａ−１、Ｂ−１、Ｃ−１、Ｄ−１の光強度
はすべて中となり、Ａ−２、Ｂ−２、Ｃ−２、Ｄ−２の
光強度はすべて弱となり、Ａ−３、Ｂ−３、Ｃ−３、Ｄ
−３の光強度はすべて中となり、Ａ−４、Ｂ−４、Ｃ−
４、Ｄ−４の光強度はすべて強となる。検出器２３で検
出された光強度の特徴がこのようなものであれば、マス
ク５に対するウエハ９の位置ずれは対角方向にシフトし
ていると判断できる。

【００４５】図９は、マスク上のアライメントパターン
に対してウエハ上のアライメントパターンが回転してい
る場合のものである。図９（ａ）は、ウエハ上のアライ
メントパターンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄに照射される光（ビー
ム）の位置を示す平面図であり、図９（ｂ）は、図９
（ａ）に示すアライメントパターンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄおよ
び照射される光を拡大した平面図であり、図９（ｃ）
は、図９（ｂ）に示すように光が照射された場合に検出
される光強度を模式的に示す図である。

【００４６】図９（ａ）、（ｂ）に示すマスク上のアラ
イメントパターンに対してウエハ９上のアライメントパ
ターンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄが回転ている場合においては、Ａ
−１、Ｂ−１、Ｃ−１、Ｄ−１の光強度はすべて中とな
り、Ａ−２、Ｂ−２、Ｃ−２、Ｄ−２それぞれの光強度
は弱、強、弱、強となり、Ａ−３、Ｂ−３、Ｃ−３、Ｄ
−３の光強度はすべて中となり、Ａ−４、Ｂ−４、Ｃ−
４、Ｄ−４それぞれの光強度は強、弱、強、弱となる。
検出器２３で検出された光強度の特徴がこのようなもの
であれば、マスク５に対するウエハ９の位置ずれは回転
したものであると判断できる。

【００４７】図１０は、マスク上のアライメントパター
ンに対してウエハ上のアライメントパターンが一方向に
傾いている場合のものである。図１０（ａ）は、ウエハ
上のアライメントパターンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄに照射される
光（ビーム）の位置を示す平面図であり、図１０（ｂ）
は、図１０（ａ）に示すアライメントパターンＡ，Ｂ，
Ｃ，Ｄおよび照射される光を拡大した平面図であり、図
１０（ｃ）は、図１０（ｂ）に示すように光が照射され
た場合に検出される光強度を模式的に示す図である。

【００４８】図１０（ａ）、（ｂ）に示すマスク上のア
ライメントパターンに対してウエハ９上のアライメント
パターンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄが一方向に傾いている場合にお
いては、Ａ−１、Ｂ−１、Ｃ−１、Ｄ−１の光強度はす
べて強となり、Ａ−２、Ｂ−２、Ｃ−２、Ｄ−２の光強
度はすべて中となり、Ａ−３、Ｂ−３、Ｃ−３、Ｄ−３
の光強度はすべて弱となり、Ａ−４、Ｂ−４、Ｃ−４、
Ｄ−４の光強度はすべて中となる。検出器２３で検出さ
れた光強度の特徴がこのようなものであれば、マスク５
に対するウエハ９の位置ずれは一方向に傾いたものであ
ると判断できる。

【００４９】図１１は、マスク上のアライメントパター
ンに対してウエハ上のアライメントパターンが対角方向
に傾いている場合のものである。図１１（ａ）は、ウエ
ハ上のアライメントパターンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄに照射され
る光（ビーム）の位置を示す平面図であり、図１１
（ｂ）は、図１１（ａ）に示すアライメントパターン
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄおよび照射される光を拡大した平面図で
あり、図１１（ｃ）は、図１１（ｂ）に示すように光が
照射された場合に検出される光強度を模式的に示す図で
ある。

【００５０】図１１（ａ）、（ｂ）に示すマスク上のア
ライメントパターンに対してウエハ９上のアライメント
パターンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄが対角方向に傾いている場合に
おいては、Ａ−１、Ｂ−１、Ｃ−１、Ｄ−１それぞれの
光強度は強、中、強、中となり、Ａ−２、Ｂ−２、Ｃ−
２、Ｄ−２それぞれの光強度は強、弱、強、弱となり、
Ａ−３、Ｂ−３、Ｃ−３、Ｄ−３それぞれの光強度は
強、中、強、中となり、Ａ−４、Ｂ−４、Ｃ−４、Ｄ−
４の光強度はすべて強となる。検出器２３で検出された
光強度の特徴がこのようなものであれば、マスク５に対
するウエハ９の位置ずれは対角方向に傾いたものである
と判断できる。

【００５１】図５〜図１１に示した検出される光強度の
特徴について、以下にまとめて示す。 A1B1C1D1A2B2C2D2A3B3C3D3A4B4C4D4 位置ずれなし（図５） 強強強強強強強強強強強強強強強強 縮小（図６） 中中中中強弱強弱中中中中弱強弱強 拡大（図７） 中中中中強弱強弱中中中中弱強弱強 対角方向シフト（図８） 中中中中弱弱弱弱中中中中強強強強 回転（図９） 中中中中弱強弱強中中中中強弱強弱 一方向傾き（図１０） 強強強強中中中中弱弱弱弱中中中中 対角方向傾き（図１１） 強中強中強弱強弱強中強中強強強強

【００５２】このように、位置ずれの要因に応じて光強
度の特徴が現れるので、検出された特徴に応じて位置ず
れを補正すれば、位置合わせできる。

【００５３】これまで、４本の光電子像倍管（光検出器
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を用いた例を示したが、必ずしも４本
の光電子像倍管が必要というわけでななく、例えば１本
の光電子像倍管によって光強度を検出することも可能で
ある。この場合の光検出系による検出方法は次のような
ものである（図示せず）。

【００５４】Ａ−１→Ｂ−１→Ｃ−１→Ｄ−１の順に光
を検出し、次に、Ａ−２→Ｂ−２→Ｃ−２→Ｄ−２の順
に光を検出し、次に、Ａ−３→Ｂ−３→Ｃ−３→Ｄ−３
の順に光を検出し、次に、Ａ−４→Ｂ−４→Ｃ−４→Ｄ
−４の順に光を検出する。

【００５５】このような検出は、光路を選択するための
チョッパーもしくは回転ミラー等を、図４に示す光検出
器と光ファイバー路２３ａとの間に設けることにより可
能となる。

【００５６】この方式を用いても、４本の光電子像倍管
を用いた場合に比べて位置合わせに時間が大変長くかか
るというものではない。上述したＫｒＦレーザーは１０
００Ｈｚで動作しており、この場合、４本の光電子像倍
管を用いる場合は４ｍsec で光強度の検出を終了するの
に対して、１本の光電子像倍管を用いる場合は１６ｍse
c で光強度の検出を終了する。従って、５回積算したと
しても、４本の光電子像倍管を用いる場合は２０ｍsec
で光強度の検出を終了するのに対して、１本の光電子像
倍管を用いる場合は８０ｍsec で光強度の検出を終了す
る。

【００５７】また、位置合わせに要するフィードバック
の回数は、最初のチップは数秒の時間を要することもあ
るが、同じウエハ上の２回目以降のチップについては数
回のフィードバックで位置合わせが可能である。

【００５８】上述した位置合わせ方法による位置合わせ
装置を露光機に組み込むことにより、露光の際に必要と
なるウエハの位置ずれの補正を正確かつ高速に行うこと
ができる。すなわち、マスクに光を照射するための系お
よびウエハ上アライメントマークからの回折光を検出す
る系を負荷するだけで、露光の際の位置合わせが可能と
なり、フィードバックシステムは公知技術をそのまま用
いれば良い。

【００５９】また、モニター光（アライメント光）はア
ライメントパターンに一定の時間間隔で照射される構成
としているために、最低１本の光検出器によって光の検
出が可能となる。これに対して、時間分割せずに静的に
光をウエハ上に照射する従来の方式では、その原理から
考えて１６本の光検出器が必要となる。

【００６０】上記第１の実施例によれば、アライメント
光を一定時間間隔（時間分割して）で規準となるアライ
メントパターンａ，ｂ，ｃ，ｄを通してウエハ９上のア
ライメントパターンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄに照射し、アライメ
ントパターンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄにより回折された光の信号
の強弱のパターン（光強度）を、図６〜図１１に示すよ
うなウエハの位置がずれている場合の該光信号の強弱の
パターンのデータと比較することにより、ウエハ９の位
置ずれを検知する。これにより、ウエハ９の傾き補正、
ウエハ９の回転補正、ウエハ９の位置ずれ補正、レンズ
７の倍率補正を正確かつ高速に行うことができる。つま
り、このような位置合わせ方法を用いることにより、マ
スク５とウエハ９、ないしアライメントマークａ，ｂ，
ｃ，ｄとウエハ９の位置合わせを１チップ毎に正確かつ
高速に縮小、回転、位置のシフト、傾きを補正でき、こ
れによりウエハの反りについても補正できる。さらに、
上記位置合わせ装置（位置合わせシステム）を容易に露
光機に組み込むことができ、その結果、正確かつ高速に
チップを露光することができる。したがって、半導体装
置の生産性を向上させることができる。

【００６１】また、この位置合わせ装置では、位置ずれ
のない場合の光強度をキャリブレーションにより求めて
おくことができる。このため、この位置合わせ装置を組
み込んだ露光機で実際の回路チップを露光するときに光
強度が十分に得られない場合に起こる不良チップの発生
を未然に防ぐことができる。つまり、この場合は位置ず
れが許容範囲を越えているものとして、位置合わせの際
に発見することができるからである。

【００６２】尚、上記第１の実施例では、アライメント
光を発するレーザー光源１としては露光機に使用されて
いるレーザー光源とは別に設けたものを用いているが、
露光のために使用されるレーザー光源を、アライメント
光を発するレーザー光源１としても用いることも可能で
ある。

【００６３】また、４本のビームのうち１本のビームを
回転チョッパー１３によって選択しているが、ビームの
選択については適宜適当な選択方法を用いることも可能
であり、例えば回転ミラーによって１本のビームを選択
することも可能である。

【００６４】また、マスク５上に形成したアライメント
パターンａ，ｂ，ｃ，ｄとしては、結像レンズ系７によ
りウエハ９上に集光されるので、ベッセル関数を反映し
たパターンを用いており、このパターンを用いることが
望ましいが、必ずしもこれに限られず、フレネルレンズ
パターン又は簡単にはピンホール状のものを用いること
も可能である。

【００６５】また、光検出器２３として光電子像倍管を
用いているが、適宜適当なものに変更することも可能で
あり、例えば、フォトセル、ＣＣＤ素子等を用いること
も可能である。

【００６６】また、ファイバー位置の設定が容易であり
装置の構成が容易なものとなるという理由から、上記ア
ライメントマーク（アライメントパターンａ，ｂ，ｃ，
ｄ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を円周上に配置しているが、これ
に限られず、アライメントマークを他の配置に適宜変更
することも可能である。

【００６７】図１２は、本発明の第２の実施例による位
置合わせ方法を説明する模式図であり、図１と同一部分
には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明す
る。

【００６８】アライメント光を発するレーザー光源１と
してはＨｅＮｅレーザーを用いている。また、位置合わ
せの規準となるアライメントマークａ，ｂ，ｃ，ｄがマ
スク５以外の領域（場所）に設けられている。

【００６９】位置合わせを行う際においては、位置合わ
せの規準アライメントマークａ，ｂ，ｃ，ｄを通過する
アライメント光が、結像レンズ系７を通らずに直接ウエ
ハ９上のアライメントパターンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄに照射さ
れる。

【００７０】上記第２の実施例においても、第１の実施
例と同様の効果を得ることができ、しかも、位置合わせ
の規準となるアライメントマークａ，ｂ，ｃ，ｄをマス
ク５以外の領域に設けているため、アライメントマーク
ａ，ｂ，ｃ，ｄにずれが生じることがない。

【００７１】また、アライメント光が結像レンズ系７を
通過しないので、露光に用いる光の波長と大幅に異なる
波長を有するアライメント光を使用することが可能とな
る。

【００７２】尚、本発明は上述した実施例による説明に
限定されるものではない。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ア
ライメント光を一定時間間隔で規準となるアライメント
パターンを通して基体上のアライメントパターンに照射
している。したがって、マスクとウエハの重ね合わせを
高精度かつ高速に行い、かつウエハの反りの補正も同時
に行うことが可能な位置合わせ装置及びその方法を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による位置合わせ方法を
説明する模式図である。

【図２】図１に示すウエハの上にあらかじめ形成されて
いるアライメントパターンの配置および光ファイバ検出
系の位置を模式的に示す平面図である。

【図３】図２に示すアライメントパターンを拡大した平
面図である。

【図４】図１又は図２に示す光ファイバ検出系（ディテ
クター系）を模式的に示した構成図である。

【図５】ウエハ上に照射される光（ビーム）の位置およ
び検出される光強度について説明するための図であり、
マスク上のアライメントパターンに対してウエハ上のア
ライメントパターンが位置ずれを起こしていない場合の
ものである。

【図６】ウエハ上に照射される光（ビーム）の位置およ
び検出される光強度について説明するための図であり、
マスク上のアライメントパターンに対してウエハ上のア
ライメントパターンが縮小している場合のものである。

【図７】ウエハ上に照射される光（ビーム）の位置およ
び検出される光強度について説明するための図であり、
マスク上のアライメントパターンに対してウエハ上のア
ライメントパターンが拡大している場合のものである。

【図８】ウエハ上に照射される光（ビーム）の位置およ
び検出される光強度について説明するための図であり、
マスク上のアライメントパターンに対してウエハ上のア
ライメントパターンが対角方向にシフトしている場合の
ものである。

【図９】ウエハ上に照射される光（ビーム）の位置およ
び検出される光強度について説明するための図であり、
マスク上のアライメントパターンに対してウエハ上のア
ライメントパターンが回転している場合のものである。

【図１０】ウエハ上に照射される光（ビーム）の位置お
よび検出される光強度について説明するための図であ
り、マスク上のアライメントパターンに対してウエハ上
のアライメントパターンが一方向に傾いている場合のも
のである。

【図１１】ウエハ上に照射される光（ビーム）の位置お
よび検出される光強度について説明するための図であ
り、マスク上のアライメントパターンに対してウエハ上
のアライメントパターンが対角方向に傾いている場合の
ものである。

【図１２】本発明の第２の実施例による位置合わせ方法
を説明する模式図である。

【符号の説明】

１…レーザー光源、３…光学系、５…フォトマスク、７
…結像レンズ系、９…ウエハ（基体）、１１…ハーフミ
ラーおよびミラー、１３…回転チョッパー、１５…光フ
ァイバー、２１…チップ領域、２３…光ファイバ検出系
（ディテクター系）、２３ａ…光ファイバ路（光路）、
２５…コンピュータシステム（演算処理手段）、ａ，
ｂ，ｃ，ｄ…マスク上のアライメントパターン、Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄ…ウエハ上のアライメントパターン。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アライメント光を発する光源と、 この光源から発せられるアライメント光を一定時間間隔
   で規準となるアライメントパターンを通して基体上のア
   ライメントパターンに照射する手段と、 照射された基体上のアライメントパターンにより回折さ
   れた光を検出する検出手段と、 検出された光のデータを演算処理する演算手段と、 を具備することを特徴とする位置合わせ装置。
2. 【請求項２】 上記演算手段は、基体上のアライメント
   パターンにより回折された光信号の強弱のパターンを、
   基体の位置がずれている場合の該光信号の強弱のパター
   ンのデータと比較することにより、基体の位置ずれを検
   知するものであることを特徴とする請求項１記載の位置
   合わせ装置。
3. 【請求項３】 上記演算手段により検知された基体の位
   置ずれを補正するために該基体を移動させる移動手段を
   さらに含むことを特徴とする請求項１記載の位置合わせ
   装置。
4. 【請求項４】 上記基体上のアライメントパターンは、
   回折格子が複数の方向に形成されているものであること
   を特徴とする請求項１記載の位置合わせ装置。
5. 【請求項５】 上記検出手段が光ファイバーおよび光電
   子像倍管ないしＣＣＤ撮像素子ないしフォトセルを有す
   るものであることを特徴とする請求項１記載の位置合わ
   せ装置。
6. 【請求項６】 上記検出された光のデータが光強度のデ
   ータであることを特徴とする請求項１記載の位置合わせ
   装置。
7. 【請求項７】 アライメント光を一定時間間隔で規準と
   なるアライメントパターンを通して基体上のアライメン
   トパターンに向けて照射し、照射された基体上のアライ
   メントパターンにより回折された光を検出し、検出され
   た光のデータを演算処理し、演算処理により検知された
   基体の位置ずれを補正することを特徴とする位置合わせ
   方法。