JPH11162835A - 露光方法及び露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工程毎ににアライメントマークを更新する必
要がなく、簡素な構成でマスクとウエハの位置ずれを検
出することのできるアライメント検出系を備えた露光方
法及び装置を提供すること。 【解決手段】 マスク側アライメントマークを露光対象
となる画面の外側にオフセットをもたせて配置し、該配
置に応じて露光動作の際にも露光光を遮断しない位置に
アライメント検出系を配置するとともに、露光光がマス
ク側アライメントマークを通じてウエハを露光しないよ
うに設定可能なアパチャーブレードを備えたこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体集積回路等の
微細パターンを露光転写する半導体製造用の露光方法及
び露光装置に関するもので、特に微細パターン転写の対
象となるマスクとウエハ間の位置ずれ量を高精度に検出
する方法、及び該方法を用いた半導体素子製造用の際に
好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より半導体集積回路製造用の露光装
置では、マスクとウエハの相対的位置合わせ精度向上が
性能向上を図る上の重要な一要素となっている。半導体
集積回路で代表的なＤＲＡＭを例に取れば、最小線幅の
１／３から１／４程度の総合重ね合せ精度が必要で、最
近では半導体の高集積化のため２０ｎｍ以下の位置合わ
せ精度が要求される。このうち露光装置側の位置合わせ
に割り当てられる値は１０ｎｍから１５ｎｍという厳し
い値である。

【０００３】多くの露光装置はマスクとウエハそれぞれ
に設けられた位置合わせ用のマーク、所謂アライメント
マークの位置ずれを光学的に検出し、該検出値に基づい
てマスクとウエハの位置合わせ（アライメント）を行な
っている。

【０００４】検出方法にはアライメントマークを光学的
に拡大してＣＣＤ上に投影して画像処理するもの、アラ
イメントマークに直線回折格子を用いてその回折光の位
相を計測するもの（特開昭６２−２６１００３号公
報）、アライメントマークにゾーンプレート（グレーテ
ィングレンズ）を用いて該ゾーンプレートで回折した光
の位置ずれを所定面で検出するもの（ＵＳＰ４０３７９
６９）などがある。

【０００５】１いづれの場合も、マスク上のアライメン
トマークに対しウエハ上のアライメントマークが所定の
位置ずれ量以下になるようマスクまたはウエハを駆動し
てアライメントを行ない、露光が行なわれる。

【０００６】図１６は特開昭６２−２６１００３号公報
に示されるアライメント方法を表わす図で、マスク１４
１にアライメントマークである直線格子１３５、ウエハ
１４２にアライメントマークである直線格子１３６が設
けられている。該マークに両側からアライメントビーム
１３７、１３８（周波数ｆ１、ｆ２）を照射してそれぞ
れの回折格子からの回折光１３９、１４０を受光し、該
２つの回折光の位相差から１３５と１３６の位置ずれが
測定される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
にマスク側とウエハ側のマークを位置合わせして露光を
行なうと、図１７（Ａ）に示す用にウエハのアライメン
トマーク上もしくはその近傍にマスク側のアライメント
マークが転写される。このため次のレイヤーで同じウエ
ハアライメントマークを使用することができず、図１７
（Ｂ）のように次々にアライメントマークを更新する必
要が生じる。

【０００８】従って、マスク上にはマスク側マーク及び
ウエハ側マークをレイヤー毎に異なる位置に置くことが
要求される。ウエハのアライメントマークは通常スクラ
イブラインと呼ばれる切断シロに配置されるが、スクラ
イブラインにはＣＤ評価パターン、重ね精度評価パター
ン等他のマークも配置される。このため、アライメント
マークの占有面積が大きくなると他のパターンが配置で
きなくなるという問題が発生する。

【０００９】これを解決するにはスクライブラインの幅
を広げる等の手段が必要であるが、スクライブラインを
広げるとウエハ上のショット数が減少し、ＩＣの製造コ
ストのアップにつながる。これはレイヤー数の増加が予
想される今後の素子製造において無視できない問題であ
る。

【００１０】アライメントマークの更新は、同時に、露
光装置側にマーク追従のためアライメント検出系を駆動
するステージ系を必要とさせることを意味し、装置コス
トを上昇させる。

【００１１】更にＸ線等を露光光源とするプロキシミテ
ィ露光装置では、露光時、露光光をアライメント光学系
が遮らないようにする必要がある。このため、露光時に
画角の外側にアライメント系が移動するか、図１６のよ
うにアライメントマークの検出方向と直交するＡ１Ａ
１’とＣ１Ｃ１’で決定される平面から入射ビーム３
７、３８をずらして斜めに照射するとともに、照射方向
に対向する側に受光センサを置く配置で露光光を遮らな
いよう工夫している。しかしながらこれらの方法はいづ
れもシステムが複雑になり、装置コストの上昇を招いて
いた。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明ではアライメント
に関連するマークの配置、アライメント計測時の対象物
体の位置関係、及びアライメント検出系自体の配置を所
定の関係にすることにより上記問題点に対処することを
特徴としている。

【００１３】本発明の露光方法においては露光対象物で
あるウエハに第１のパターンとその周辺に配置された位
置ずれ計測用の第１のアライメントマーク（画角の法線
方向の幅Ｙｍ）が形成され、一方、転写対象物であるマ
スクに第２のパターンとその周辺に露光光透過部の存在
する位置ずれ計測用の第２のアライメントマーク（画角
の法線方向の幅が同じくＹｍ）が形成されている。

【００１４】本発明ではこのようなマスク及びウエハの
第１と第２のアライメントマークの位置ずれ量をアライ
メント検出系で計測して、ウエハ上の第１パターンにマ
スク上の第２パターンを露光転写する露光方法におい
て、、ウエハ上の第１のパターンの中心から第１のアラ
イメントマークまでの画角法線方向の距離をＹ１、マス
ク上の第１のパターンの中心から第２のアライメントマ
ークまでの画角法線方向の距離をＹ２としたとき、 Ｙ２＝Ｙ１＋Ｙｐ＋Ｙｂ （Ｙｂ＞０） となるように配置したマスクを用いて、位置ずれ計測時
にウエハステージをＹｂだけシフトしてＸ方向の位置ず
れ量ｘｍを求める工程を有することを特徴としている。
ここでＹｐは第１のアライメントマークから第２のアラ
イメントマークまでの画面法線方向の距離で、画角の外
側方向を正とする。

【００１５】また第１のパターンの中心からブレード先
端までの距離をＹａとしたとき、ブレードからマスク面
までの距離をＬ、露光光のブレード先端での発散角を
θ、ブレードのマスク面上での半影ボケ量をＹｃとした
とき Ｘ１＋Ｙｍ／２＋Ｙｃ／２−Ｌｔａｎ（θ）＜Ｙａ＜Ｘ
２−Ｙｍ／２−Ｙｃ／２−Ｌｔａｎ（θ） の範囲になるようにブレードを設定することを特徴とし
ている。前述のように、ＹｍはＸのアライメントマーク
の画角法線方向の幅を示す。

【００１６】同様の位置ずれ量検出及びブレードの設定
がＹ方向についても行なわれ、ずれ量ｙｍが求められ
る。

【００１７】アライメントに用いるマークとブレードを
上記の関係として計測した第１と第２のアライメントマ
ークのずれｘｍ，ｙｍをウエハステージの駆動量に反映
させることにより、ウエハ側のアライメントマークの更
新を不必要でも毎回行なわねばならないという制約から
開放されることができる。

【００１８】また本発明による露光装置においては第１
のパターンとその周辺に配置された位置ずれ計測用の第
１のアライメントマーク（画角の法線方向の幅Ｙｍ）が
形成された露光対象物であるウエハと、第２のパターン
とその周辺に露光光透過部の存在する位置ずれ計測用の
第２のアライメントマーク（画角の法線方向の幅が同じ
くＹｍ）が形成された転写対象物であるマスクを用い
る。

【００１９】本発明ではこのようなマスク及びウエハの
第１と第２のアライメントマークの位置ずれ量をアライ
メント検出系で計測して、ウエハ上の第１パターンにマ
スク上の第２パターンを露光転写する露光装置におい
て、、ウエハ上の第１のパターンの中心から第１のアラ
イメントマークまでの画角法線方向の距離をＹ１、マス
ク上の第１のパターンの中心から第２のアライメントマ
ークまでの画角法線方向の距離をＹ２としたとき、 Ｙ２＝Ｙ１＋Ｙｐ＋Ｙｂ （Ｙｂ＞０） となるように配置したマスクを用い、位置ずれ計測時に
ウエハステージをＹｂだけシフトした位置に導いた状態
でアライメント検出系によりＸ方向の位置ずれ量ｘｍを
求めることを特徴としている。ここでＹｐは第１のアラ
イメントマークから第２のアライメントマークまでの画
面法線方向の距離で、画角の外側方向を正とする。

【００２０】また該露光装置は露光光源と、アライメン
ト検出系、マスクステージ、ウエハステージを備えると
ともに、ウエハ上のアライメントマークへの不要な露光
を防ぐ目的を兼ね備えた露光画角を規定するブレードを
持つことを特徴としている。

【００２１】該ブレードは第１のパターンの中心からブ
レード先端までの距離をＹａとしたとき、ブレードから
マスク面までの距離をＬ、露光光のブレード先端での発
散角をθ、ブレードのマスク面上での半影ボケ量をＹｃ
としたとき Ｘ１＋Ｙｍ／２＋Ｙｃ／２−Ｌｔａｎ（θ）＜Ｙａ＜Ｘ
２−Ｙｍ／２−Ｙｃ／２−Ｌｔａｎ（θ） の範囲になるように値が設定される。上記不等式を満足
することによりウエハ側のアライメントマークを不要に
露光することを防ぐことができ、工程毎にアライメント
マークを更新する制約から逃れることが可能となる。

【００２２】同様の位置ずれ量検出及びブレードの設定
がＹ方向についても行なわれ、ずれ量ｙｍが求められ
る。

【００２３】本発明の露光装置では、露光時にもアライ
メント検出系が露光光を遮らない配置となっていること
を特徴としており、アライメント時と露光時との間でア
ライメント検出系を駆動する必要がなく、スループット
を上げることが可能である。また、本発明の露光装置で
は露光装置に対してアライメント検出系自体、従ってア
ライメント検出系の位置を固定することも可能であり、
簡素でコスト的にメリットのある露光装置を構成するこ
とが可能である。

【００２４】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例１の光学系
の概略図で、本発明をＸ線露光装置に装備されるマスク
とウエハの相対位置合わせ装置に応用したものである。
図でＬＤ等の光源１から出射された波長λ１の光束はコ
リメータレンズ２により平行光束になる。平行光束は投
光レンズ３を通り、ミラー５で偏向されて、マスク８、
ウエハ９上に設けられた横ずれ検知用のアライメントマ
ークである物理光学素子１８ｘ、１９ｘに照射される。
マスク８上でのビームスポットサイズは投光レンズ３に
よりアライメントマーク１８ｘより数１０μｍ大きくな
るように設定される。各物理光学素子からの回折光はマ
スク８とウエハ９の横ずれ量を示す情報を含んでおり、
受光レンズ１４により光検出器１５の受光面に結像され
る。

【００２５】アライメント検出系６はユニット化され、
Ｘ、Ｙ方向に駆動できるステージ４上に搭載されてい
る。７はアパチャーブレードで、露光光のＸ線を吸収
し、ウエハ上に露光光を照射させない役割をしている。
図１にはＸ軸方向の位置ずれを検出するアライメントマ
ーク１８ｘ、１９ｘとそれに対応する光ピックアップ６
の構成概略図のみを示しているが、Ｙ軸方向についても
露光画角の他の一辺に接するようにアライメントマーク
１８ｙ、１９ｙと対応する光ピックアップ（不図示が９
０°回転された状態で配置されている。２つの位置ずれ
検出信号をもとにＸ、Ｙ方向のシフト成分及びチップロ
ーテーションが演算器２８により処理される。２８は処
理した相対位置ずれ量に応じてマスク保持器３１、ウエ
ハステージ３２の移動量を決定し、駆動信号をアクチュ
エータ２９、３０に送る。またアパチャーブレード７は
露光画角の４辺に対応してそれぞれ装備され、不図示の
ドライバーにより画角に応じて位置決めされる。

【００２６】図２は物理光学素子を用いたマスク８とウ
エハ９の相対位置合わせ方法の原理説明図である。実施
形態はウエハで反射回折が行なわれるが、図では説明
上、実施形態と等価な透過回折光学系の形で表わした。
図２においてマスク８、ウエハ９上にはレンズ作用を持
つフレネルゾーンプレートの物理光学素子が配置されて
いる。マスク８上には物理光学素子１６ａ、１７ａ、ウ
エハ９上には物理光学素子１６ｂ、１７ｂがそれぞれ配
置され、マスク８とウエハ９はｇの間隔をおいて配置さ
れている。ここで物理光学素子１６ａ、１７ａ、１６
ｂ、１７ｂの焦点距離はｆｍｐｌ、ｆｍｎｌ、ｆｗｎ
ｌ、ｆｗｐｌとする。

【００２７】ここでマスク８上の２つの物理光学素子１
６ａ、１７ａに対し波長λ１の光を平行光束として照射
すると、物理光学素子１６ａでレンズ作用を受けた光束
は、１６ａの対抗位置に配置された物理光学素子１６ｂ
により、ウエハ９からＬだけ離れた光検出器１５の受光
面とレンズ１４に関して共役な面Ｓに集光される。同様
に物理光学素子１７ａでレンズ作用を受けた光束は、物
理光学素子１７ａの対抗位置に配置された物理光学素子
１７ｂにより、ウエハ９からＬだけ離れた光検出器１５
の受光面とレンズ１４に関して共役な面Ｓに集光され
る。

【００２８】マスク８とウエハ９のｘ方向へのεのずれ
はマスク上の物理光学素子とウエハ上の物理光学素子の
光学配置変化に相当する。εずれた時、光検出器の受光
面上に集光された２つのスポットのうち、物理光学素子
１６ａ、１６ｂの組み合わせで形成されるスポットの位
置は Ｓ１＝｛１−Ｌ／（ｆｍｐｌ−ｇ）｝・ε ‥‥（１） だけ移動し、物理光学素子１７ａ、１７ｂの組み合わせ
で形成されるスポットの位置は Ｓ２＝｛１−Ｌ／（ｆｍｎｌ−ｇ）｝・ε ‥‥（２） だけ移動する。ここで ｆｍｐｌ＝２３０μｍ、ｆｍｎｌ＝−２３０μｍ、ｇ＝
３０μｍ、Ｌ＝２０ｍｍ とすると、 Ｓ１＝ー９９ε、Ｓ２＝７７．９ε となり、マスク８とウエハ９の相対位置ずれ量εに対
し、光検出器２２の受光面では２つのスポット間隔変化
が１７６．９倍に拡大されて現われる。したがって該ス
ポット間隔の変化を検出すればマスク８とウエハ９の相
対位置ずれ量εを精度よく知ることができる。ここで光
検出器上に集光するためのウエハ側ゾーンプレートの焦
点距離ｆｗｎｌ、ｆｗｐｌは結像方程式から以下の式で
決定される。

【００２９】 １／Ｌ＝１／（ｆｍｐｌ−ｇ）＋１／ｆｗｎｌ ‥‥（３） １／Ｌ＝１／（ｆｍｎｌ−ｇ）＋１／ｆｗｎｌ ‥‥（４） 本実施例では（３）、（４）式から ｆｗｎｌ＝−２０２μｍ、ｆｗｐｌ＝２５６．７μｍ である。

【００３０】図３は本実施例で用いたマスク内のパター
ン配置図である。図３（Ａ）は１ｓｔ露光用のマスク
で、マスクのメンブレン上にはＩＣパターン２１、マス
クアライメントマーク２０、Ｘ方向ずれ測定用ウエハ側
アライメントマーク１９ｘ、Ｙ方向ずれ測定用ウエハ側
アライメントマーク１９ｙ、及び露光光不透過部２２が
配置されている。図３（Ｂ）は１ｓｔ露光用マスクで露
光されたウエハに対して重ね合せる２ｎｄ露光用のマス
クを示す。マスクのメンブレン上にはＩＣパターン２
３、マスクアライメントマーク２０、Ｘ方向ずれ測定用
ウエハ側アライメントマーク１８ｘ、Ｙ方向ずれ測定用
ウエハ側アライメントマーク１８ｙ、及び露光光不透過
部２２が配置されている。

【００３１】マスクアライメントマーク２０はマスクと
ウエハステージの原点のオフセット量及びウエハステー
ジの走りに対してマスクの回転量を合わせるために用い
る。Ｘ方向ずれ検出マークでは図３（Ａ）のウエハー側
ｘマーク１９ｘの座標を（Ｘ１，Ｙ１）とすると、図３
（Ｂ）のマスク側ｘマーク１８ｘは画角外側の座標（Ｘ
１−Ｘｂ，Ｙ１＋Ｙｂ）に配置されている。同様にＹ方
向ずれ検出マークでは図３（Ａ）のウエハー側ｙマーク
１９ｙの座標を（Ｘ２，Ｙ２）とすると、図３（Ｂ）の
マスク側ｙマーク１８ｙは画角外側の座標（Ｘ２−Ｘ
ｂ，Ｙ２＋Ｙｂ）に配置されている。なおＸｂ、Ｙｂは Ｘｂ，Ｙｂ＞０ であり、例えば数値例としては Ｘｂ＝Ｙｂ＝２００μｍ といった値に設定される。なお、図３中のＢｕＢｕ’、
ＢｄＢｄ’、ＢｌＢｌ‘、ＢｒＢｒ’のラインはアパチ
ャーブレード７のエッジのマスク面上での像の位置を示
す。

【００３２】図４は図３のマスクを使用してのアライメ
ント及び露光動作の説明図である。図４（Ａ）はアライ
メント時、所定のショットのＸ方向ずれを計測している
様子の断面をＸ方向から見た図である。ウエハ９上には
図３（Ａ）の１ｓｔ用マスクを用いて作成された回路パ
ターン２１及びアライメントマーク１９ｘが所定の間隔
で配置され、ウエハ上は不図示のレジストで覆われてい
る。

【００３３】位置ずれ（アライメント）計測はウエハ９
をマスク８に対向させた状態でアライメント検出系６に
より行なわれる。アライメント計測時のマスク８とウエ
ハ９の関係はマスク側アライメントマーク１８ｘとウエ
ハ側アライメントマーク１９ｘが設計上重なる位置とな
っている。この位置はマスクとウエハ上のＩＣパターン
２１、２３が重なる状態からマスク上でシフト量（−Ｘ
ｂ，Ｙｂ）分オフセットを与えられた位置で、この位置
にウエハステージが送られる。本実施例では Ｘｂ＝Ｙｂ＝２００μｍ とオフセットの絶対値を等しくしたため、アライメント
マーク１８ｘ、１９ｘが重なった時、Ｙ方向のずれを検
出するアライメントマーク１８ｙ、１９ｙも同時に重な
っている。従ってＸのアライメント検出系６と同様に設
けられている不図示のＹのアライメント検出系により、
Ｘ方向とＹ方向のずれを同時に観察することができる。
この様な配置はスループット上最も有利である。しかし
ながら、マーク配置上の制約からＸ方向マークとＹ方向
マークに関してオフセットの異なる配置となっても、そ
れぞれのマーク計測毎にウエハステージを駆動して位置
ずれを計測すればよい。与えるオフセット量は一般には
１００から１０００μｍと小さな値で充分なため、ウエ
ハステージの干渉計の倍率変動が１ｐｐｍ程度あっても
その影響は１ｎｍ以下で、問題となる量ではない。

【００３４】また図中７はアライメント検出系とマスク
の間に設けられたアパチャーブレードで、露光光を吸収
し、アライメント光を透過するものである。

【００３５】この様なオフセットを与えた位置関係でグ
ローバルアライメントの場合は決められたサンプルショ
ットに対して、ダイバイダイアライメントの場合は各シ
ョット毎に、露光前の位置ずれ計測が行なわれる。この
時の位置ずれ計測値を（ｘｍ，ｙｍ）とする。

【００３６】露光の様子を図４（Ｂ）に示す。図４
（Ａ）で位置ずれが計測された後、位置ずれ計測値（ｘ
ｍ，ｙｍ）を補正する方向にウエハステージを駆動した
後、露光が行なわれる。この時はアライメント計測時に
与えたオフセット（−Ｘｂ，Ｙｂ）は反映されない。

【００３７】図４（Ｂ）はまたアパチャーブレード７に
より露光エリアを規定する状況も示している。露光に用
いられるＳＲ光は理想的な点光源ではなく所定の大きさ
を有しており、その結果図４（Ｂ）に示す様にアパチャ
ーブレード７の影がシャープな像にならずにウエハ上で
例えば１０μｍ程度の半影ボケを生じる。この様な場合
でも図４（Ｂ）に示す様にブレード上の半影ボケのエリ
アがマスクの吸収体領域２２に入るようにアパチャーブ
レード７の位置を決めてやれば、ウエハ上で７の半影ボ
ケの影響を防ぐことができる。

【００３８】今回使用したマスク側アライメントマーク
１８ｘ、１８ｙ及びマスクアライメントマーク２０はア
パチャーブレード７により露光光が当たらない位置に設
定される。このため１８ｘ、１８ｙ及び２０はウエハ側
に転写されず、ウエハ側アライメントマーク１９ｘ、１
９ｙに影響を与えない。ブレード７の位置は図４（Ｂ）
より、第１のパターン中心からブレード先端までの距離
をＹａ、ブレードからマスク面までの距離をＬ、露光光
のブレード先端での発散角をθ、ブレードのマスク面上
での半影ボケ量をＹｃとしたとき、 Ｘ１＋Ｙｍ／２＋Ｙｃ／２−Ｌｔａｎ（θ）＜Ｙａ＜Ｘ２−Ｙｍ／２−Ｙｃ／ ２−Ｌｔａｎ（θ） ‥‥（５） の範囲になるようにブレードを設定している。ここでＸ
ｍとＹｍはそれぞれＸ及びＹのアライメントマークの画
角法線方向の幅を示す。図４（Ｂ）にはアライメントマ
ーク１８ｘが画角の法線方向に持っている幅Ｙｍが図示
されている。このようなアパチャーブレードの設定はＸ
１、Ｘ２、Ｙｍの値を設定すれば自動で設定できるよう
にしてもよい。

【００３９】本実施例では図４（Ａ）に示すようにマス
ク側アライメントマーク１８ｘからマスク８上のＩＣパ
ターン２３までの距離がアライメントビームスポット径
に比べて長いため、マスク８上のＩＣパターン２３から
の散乱ノイズの影響を受けにくい。更に露光光吸収エリ
ア２２の効果でウエハ９上のＩＣパターン２１にはアラ
イメントビームが照射されないため２１からの散乱ノイ
ズの影響も受けにくいという特別の効果がある。

【００４０】図５は本発明の実施例２で、本発明をＸ線
プロキシミティ露光装置のマスクとウエハの相対位置合
わせ装置に応用した光学系概略図である。２周波数レー
ザー４１から発せられたｐ偏光の周波数ｆ１の光は、偏
光ビームスプリッタ４２を透過してミラー４５で偏向さ
れ、アパチャーブレード７を透過してアライメントマー
クであるＹ方向に格子の配列した回折格子状のマスク上
のアライメントマーク５８ｘ及びウエハ上のアライメン
トマーク５９ｘに入射する。

【００４１】一方、２周波数レーザー４１から発せられ
たｓ偏光の周波数ｆ２の光は、偏光ビームスプリッタ４
２で反射してミラー４６で偏向され、アパチャーブレー
ド７を透過して同じくマスク上のアライメントマーク５
８ｘ及びウエハ上のアライメントマーク５９ｘに入射す
る。

【００４２】マスク８上のアライメントマーク５８ｘと
ウエハ９上のアライメントマーク５９ｘは図６（Ｂ）に
示す様にＹｄ離れており、５９ｘ上部のマスクには図７
に示す様にアライメント透過部が設けられている。周波
数ｆ１と周波数ｆ２の光はＸＺ平面内を進み、回折格子
状のアライメントマーク５８ｘ、５９ｘで回折した周波
数ｆ１の光の＋１次回折光と、周波数ｆ２の光の−１次
回折光は垂直方向（Ｚ方向）に進むようにミラー４５、
４６の角度及び回折格子のピッチが設計してある。回折
格子５８ｘ、５９ｘからの回折光はミラー４７で偏向
し、偏光板４８で偏向方向が揃えられた後、エッジミラ
ー４９により回折格子５８ｘと５９ｘからの回折光が分
離される。エッジミラー４９で反射されない回折格子５
９ｘからの回折光は直進して光検出器５１で受光され、
回折格子５８ｘからの回折光はエッジミラー４９で反射
されて光検出器５０で受光される。

【００４３】光検出器５０で検出される電気信号の強度
変化Ｉ１は以下の式で表わされる。

【００４４】 Ｉ１＝Ａ＋Ｂ＊ｃｏｓ｛２π（ｆ１−ｆ２）ｔ＋４πｘｍ／ｐ）｝…（６） ここでＡは定数でＤＣ成分、Ｂは定数でＡＣ成分の振幅
を表わす。ｔは時間、ｐは回折格子５８ｘのピッチ、ｘ
ｍは回折格子５８ｘのＸ方向のずれ量を示す。

【００４５】一方、光検出器５１で検出される電気信号
の強度変化Ｉ２は以下の式で表わされる。

【００４６】 Ｉ２＝Ａ’＋Ｂ’＊ｃｏｓ｛２π（ｆ１−ｆ２）ｔ＋４πｘｗ／ｐ）｝ ‥‥（７） ここでＡ’は定数でＤＣ成分、Ｂ’は定数でＡＣ成分の
振幅を表わす。ｔは時間、ｐは回折格子５９ｘのピッ
チ、ｘｗは回折格子５９ｘのＸ方向のずれ量を示す。

【００４７】光検出器５０と５１で検出される信号は周
波数（ｆ１−ｆ２）のビート信号となり、電気信号Ｉ１
とＩ２の位相差φは次の式で表わされる。

【００４８】 φ＝４π（ｘｍ−ｘｗ）／ｐ ‥‥（８） （８）式より位相差φを測定すれば回折格子５８ｘと回
折格子５９ｘのＸ方向の相対的なずれ（ｘｍ−ｘｗ）、
即ちマスク８に対するウエハ９のＸ方向の位置ずれを算
出することができる。

【００４９】本実施例では検出系はユニット化されてい
る。またアライメント検出系とマスクの間に設けられた
アパチャーブレード７は露光光のＸ線を吸収し、ウエハ
上に露光光が照射されないようにしている。

【００５０】図５にはＸ軸方向の位置ずれを検出するア
ライメントマーク５８ｘ、５９ｘとそれに対応する光ピ
ックアップ６の構成概略図のみを示しているが、Ｙ軸方
向の位置ずれ検出には露光画角の他の一辺に接するよう
にアライメントマーク５８ｙ、５９ｙと対応する光ピッ
クアップ（不図示）が９０°回転されて配置されてい
る。２つの位置ずれ検出信号をもとにＸ、Ｙ方向のシフ
ト成分及びチップローテーションが演算器２８により処
理される。２８は処理した相対位置ずれ量に応じてマス
ク保持器３１、ウエハステージ３２の移動量を決定して
駆動信号をアクチュエータ２９、３０に送る。またアパ
チャーブレード７は露光画角の４辺にそれぞれ装備さ
れ、不図示のドライバーにより画角に応じて位置決めさ
れる。

【００５１】図６は本実施例で用いたマスク内のパター
ン配置図を示している。図６（Ａ）は１ｓｔ露光用のマ
スクで、マスクのメンブレン上にはＩＣパターン２１、
マスクアライメントマーク２０、Ｘ方向ずれ測定用ウエ
ハ側アライメントマーク５９ｘ、Ｙ方向ずれ測定用ウエ
ハ側アライメントマーク５９ｙ、及び露光光不透過部２
２が配置されている。図６（Ｂ）は１ｓｔ露光用マスク
で露光されたウエハに対して重ね合せる２ｎｄ露光用の
マスクを示す。マスクのメンブレン上にはＩＣパターン
２３、マスクアライメントマーク２０、Ｘ方向ずれ測定
用ウエハ側アライメントマーク５８ｘ、Ｙ方向ずれ測定
用ウエハ側アライメントマーク５８ｙ、次レイヤーで使
用するウエハ側アライメントマーク５９ｘ’、５９
ｙ’、及び露光光不透過部２２が配置されている。

【００５２】マスクアライメントマーク２０はマスクと
ウエハステージの原点のオフセット量及びウエハステー
ジの走りに対してマスクの回転量を合わせるために用い
る。Ｘ方向ずれ検出マークに関しては図６（Ａ）のウエ
ハー側Ｘマーク５９ｘの座標を（Ｘ１，Ｙ１）とする
と、図６（Ｂ）のマスク側Ｘマーク５８ｘは画角外側の
座標（Ｘ１−Ｘｂ，Ｙ１＋Ｙｂ＋ｄ）に配置されてい
る。同様にＹ方向ずれ検出マークは図６（Ａ）のウエハ
ー側Ｙマーク５９ｙの座標を（Ｘ２，Ｙ２）とすると、
図６（Ｂ）のマスク側Ｙマーク５８ｙは画角外側の座標
（Ｘ２−Ｘｄ−ｄ，Ｙ２＋Ｙｄ）に配置されている。な
おここでは回折格子の大きさを１００ｘ２００μｍ２
□、 Ｘｂ＝Ｙｄ＝５０μｍ、Ｘｄ＝Ｙｂ＝１５００μｍ とした。なお、図６中のＢｕＢｕ’、ＢｄＢｄ’、Ｂｌ
Ｂｌ’、ＢｒＢｒ’のラインはアパチャーブレード７の
エッジのマスク面上に投影された位置を示す。

【００５３】図７、８は図６のマスクを使用してのアラ
イメント及び露光動作の説明図である。図７（Ａ）はア
ライメント時所定のショットのｘ方向ずれを計測してい
る様子の断面をＸ方向から見た図である。ウエハ９上に
は図６（Ａ）の１ｓｔ用マスクを用いて作成された回路
パターン２１及びアライメントマーク５９ｘが所定の間
隔で配置され、ウエハ上は不図示のレジストで覆われて
いる。

【００５４】このウエハ９をマスク８に対向させた状態
でアライメント検出系４４により位置ずれを計測する。
Ｘ方向のアライメント計測時のマスク８とウエハ９の関
係はマスク側アライメントマーク５８ｘとウエハ側アラ
イメントマーク５９ｘがＹ方向に所定の間隔ｄになる位
置に設定される。この位置は図８（Ａ）に示す様にマス
クとウエハ上のＩＣパターン２１、２３が重なる状態か
らマスク上でシフト量（−Ｘｂ，Ｙｂ）分オフセットを
与えられた位置で、Ｘ計測ではこの位置にウエハステー
ジが送られる。

【００５５】同様にＹ方向のアライメント計測時のマス
ク８とウエハ９の関係はマスク側アライメントマーク５
８ｙとウエハ側アライメントマーク５９ｙがＸ方向に所
定の間隔ｄになる位置に設定される。この位置は図８
（Ｂ）に示す様にマスクとウエハ上のＩＣパターン２
１、２３が重なる状態からマスク上でシフト量（−Ｘ
ｄ，Ｙｄ）分オフセットを与えられた位置で、Ｙ計測で
はこの位置にウエハステージが送られる。

【００５６】また図中７はアライメント検出系とマスク
の間に設けられたアパチャーブレードで、露光光を吸収
し、アライメント光を透過する。

【００５７】この様なオフセットを与えた位置関係でグ
ローバルアライメントの場合は決められたサンプルショ
ットに対して、ダイバイダイアライメントの場合は各シ
ョット毎に、露光前の位置ずれ計測が行なわれる。この
時の位置ずれ計測値を（ｘｍ，ｙｍ）とする。

【００５８】露光の様子は図７（Ｂ）及び図８（Ｃ）に
示されている。図７（Ａ）で位置ずれが計測された後、
位置ずれ計測値（ｘｍ，ｙｍ）を補正する方向にウエハ
ステージを駆動した後、露光が行なわれる。この時はア
ライメント時に与えたオフセット（−Ｘｂ，Ｙｂ）、
（−Ｘｄ，Ｙｄ）は反映されない。

【００５９】図７（Ｂ）はまたアパチャーブレード７に
より露光エリアを規定する状況も示している。露光に用
いられるＳＲ光は理想的な点光源ではなく所定の大きさ
を有しており、その結果図７（Ｂ）に示す様にアパチャ
ーブレード７の影がシャープな像にならず、ウエハ上で
例えば１０μｍ程度の半影ボケを生じる。Ｙ方向につい
ての半影ボケのエリアの設定は、図７（Ｂ）に示す様
に、次レイヤ用ウエハ側アライメントマーク５９ｘ’と
マスク側アライメントマーク５８ｘの間の吸収体領域２
２に入るようにアパチャーブレード７の位置を決めれ
ば、ウエハ上での半影ボケを防ぐことができる。Ｘ方向
のアパチャーブレードの設定についても同様である。

【００６０】今回使用したマスク側アライメントマーク
５８ｘ、５８ｙにはアパチャーブレード７により露光光
が照射されないためウエハ９側に転写されず、ウエハ側
アライメントマーク５９ｘ、５９ｙに影響を与えない。
図７（Ｂ）では５９ｘ’の上に５９ｘがあるように見え
るが、該２つのマークは紙面垂直方向にずれているため
重なりあうことはない。また、次レイヤで使用するウエ
ハ側アライメントマーク５９ｘ’、５９ｙ’には均一な
露光光が照射されるため、マークは所望の精度でウエハ
側に転写される。

【００６１】本実施例ではＩＣ回路周辺に配置したＸ方
向及びＹ方向それぞれのアライメントマークによるＸ、
Ｙ方向のずれの計測を、露光エリア外に固定して配置し
たアライメント光学系で行なうことができる。また該ア
ライメント光学系は露光光のエリアと空間的に干渉しな
い位置に配置されているため、マーク計測毎にウエハス
テージを駆動して位置ずれを計測すれば、アライメント
光学系を移動させるステージが省略でき、装置の簡易
化、コストダウンに寄与できる。

【００６２】更に画角の１辺に投光光学系を置き、斜め
に光を照射して対向する位置に受光光学系を配置してい
た従来例に比べ、アライメント検出系が簡素化してマス
ク周りの占有面積を減少できる効果がある。

【００６３】図９は本発明の実施例３で、本発明をＸ線
プロキシミティ露光装置のマスクとウエハの相対位置合
わせに応用した時の光学系概略図である。前述の実施例
ではマスク上のアライメントマークとウエハ上のアライ
メントマークの相対ずれを直接測定して位置合わせする
方法を示したが、本実施例は装置の基準にマスクを合わ
せ、その後、該装置基準に対しウエハを合わせるウエハ
アライメント法の実施例である。この場合、マスクは予
め公知の手段で前記装置の基準に対して位置決めされて
いる。

【００６４】図９においてアライメント検出系６４内の
光源６１からの光は照明光学系内で整形された後、ハー
フミラー６３、ミラー６５で折り返される。続いてアラ
イメント検出系とマスクの間に設けられたアパチャーブ
レード７、マスク８上の開口部６８ｘを透過した光はウ
エハ９上のアライメントマーク６９ｘに照射される。６
８ｘは予め装置に対して固定された観察位置で、アライ
メントマーク６９ｘを観察するためにあけられた開口部
である。マスクは既に装置に対して位置合わせされてお
り、該位置合わせされたマスク上にあけられた開口部６
８ｘの位置は露光装置のアライメント検出部の観察位置
が既知であるため予め決定しておくことができる。開口
部６８ｘを通して照射されたアライメントマーク６９ｘ
はレンズ６７から７０で構成された結像光学系により、
１次元ラインセンサー７１上に結像される。

【００６５】図１１はラインセンサー７１の出力でピー
ク位置Ｐ１とＰ２の平均位置の変位量を結像光学系の倍
率で割ることにより、ウエハ９の位置ずれが検出され
る。図１０は図９（Ａ）のＡ部をＺ方向から拡大して見
た図である。マスク８上のメンブレン周辺にはアライメ
ント光及び露光光を通さない非透過部２２があり、その
一部に開口部６８ｘが開いている。図１０の様にウエハ
側マーク６９ｘ’はウエハ上に転写されるｙ＝ｙｗの位
置にに配置され、マスク開口部６８ｘはウエハ上に転写
されないｙ＝ｙｗ＋ｙｂの位置に配置されている。この
様なマーク配置を取ると、Ｘ方向のずれに関しては設計
上回路パターン２１と２３が重なる位置からウエハステ
ージをＹ方向にｙｂだけシフトさせてウエハのＸ方向の
ずれｘｍを測定し、Ｙ方向のずれに関しては２１と２３
が重なる位置からウエハステージをｘ方向にｘｂだけシ
フトさせてウエハのｙ方向のずれｙｍを測定すれば、ウ
エハ９の装置へのアライメントを行なうことができる。

【００６６】図９（Ｂ）は露光時の位置関係を示すもの
で、（ｘｍ，ｙｍ）の値を反映してウエハをマスクに位
置合わせしたものである。本実施例でもアライメント検
出系６４は露光画角内を照明する露光光を遮らない位置
に配置されているため、検出系を駆動するステージを不
要にできる。

【００６７】実施例３ではマスクメンブレン領域に開口
部を設ける方法を示したが、図１２に示す実施例４では
マスクフレーム８１上にアライメント開口部８０ｘ、８
０ｙを設けるとともに、マスクがセットされているマス
クチャックにも同じ位置に開口部を設け、該位置を観察
するようアライメント検出系を固定している。この場
合、露光装置の基準位置はマスクチャックの開口部に相
当する位置になる。図１２の配置でウエハ側アライメン
トマークが該開口部に位置するようにウエハステージに
所定のオフセットを与えて計測し、アライメントを行な
ってもよい。本実施例でもアライメント検出系６４は露
光画角内を照明する露光光を遮らない位置に配置されて
いるため、検出系を駆動するステージを不要にできる。

【００６８】以上の実施例で説明した様にアライメント
検出系を露光光を遮らない位置に固定することにより、
アライメント検出系のシステム構成は大幅に簡素化され
る。更に、本発明ではウエハ側アライメントマーク上、
あるいはその近傍にマスク側アライメントマークを転写
しないので、ウエハ側アライメントマーク更新の回数を
減らすことができる。またマスクから離れた位置にアラ
イメント系を配置する、いわゆるオフアクシスアライメ
ント系を用いる場合に比べ、アライメント位置と露光位
置との差であるベースライン長を短くすることができる
ため、ウエハーステージ系のドリフトの影響を小さくで
き、アライメント精度の向上につなげることができる。

【００６９】本発明ではマスクを通してアライメント検
出を行なうとともに、検出時ウエハを露光位置とは異な
る位置に駆動することが特徴となっており、露光時には
アライメント検出位置からウエハを駆動する必要があ
る。したがって、Ｄ／Ｄのシーケンスは可能ではある
が、ウエハ駆動精度の影響を受けるためＤ／Ｄ本来のメ
リットを活かすことができない。本発明は初めからウエ
ハを駆動するステージ精度を利用したグローバルアライ
メントに適した方法といえる。

【００７０】また本発明の実施例では説明を簡単にする
ため一方向のアライメント手順しか説明しなかったもの
があるが、実際は２次元的な位置合わせが必要なので図
８に示されるようにＸ及びＹ計測が常に行なわれている
ことは言うまでもない。このＸ及びＹ計測はアライメン
トマークの配置によって同時に行なえる場合も、各方向
別々に行なわれることもある。

【００７１】本発明は前述までのアライメント方式に限
定されるものではなく、例えば本出願人になる特願平９
−１５９２３４号公報に示されているような画像処理方
法にも同様に適用することが可能である。

【００７２】本発明のこれまでの実施例ではアライメン
ト検出系とマスクの間に設けられたアパチャーブレード
の分光透過率を露光光は透過せず、アライメント光は透
過するものについて取り上げた。しかしながら、本発明
におけるアパチャーブレードは別の実施形態をとること
もできる。

【００７３】アパチャーブレードの別の実施形態の一例
として、アパチャーブレードの一部に穴をあけ、該穴部
分を透過してマスクとウエハのアライメントを行なう例
をあげることができる。この場合、露光範囲の変化に対
応してアパチャーブレードが動く分、穴の大きさが大き
くなる。

【００７４】即ち、アパチャーブレードは露光範囲が変
わると、その変更に対応して設定位置を移動させる必要
がある。この時、アライメントの検出位置は前述の様に
マスクに対し固定された一定位置なので、アパチャーブ
レードの端とマスクのアライメント位置までの距離がア
パチャーブレードを移動する分だけ変化する。該変化分
だけアパチャーブレードの穴の大きさを大きくしておけ
ば、露光範囲の変化に対応してアライメント検出を行な
うことができる。

【００７５】迷光等で、露光時にこのアパチャーブレー
ドの穴からウエハを露光してしまう場合には、今まで述
べてきたアパチャーブレード（第１のアパチャーブレー
ド）７とは別に駆動される第２のアパチャーブレード７
−２を構成してもよい。アパチャーブレード７−２はア
ライメント時はアパチャーブレード７の穴をアライメン
ト光が透過できる位置に、露光時にはアパチャーブレー
ド７の穴に対する迷光等を遮光できる位置に駆動可能な
ものである。該アパチャーブレード７−２はＸ、Ｙ方向
別々に構成してもよいし、マスク上のＸ、Ｙのアライメ
ントマークを１つのアパチャーブレードで覆うことがで
きるなら、１つだけの構成とすることも可能である。

【００７６】アパチャーブレード７−２の駆動は、７−
２の大きさを第１のアパチャーブレード７の穴の大きさ
より適宜大きくすることにより、高精度に制御する必要
をなくすことができる。高精度制御の必要がなくなる
と、高速駆動が可能となり、トータルのスループット低
下を起こさない装置構成を行なうことができる。

【００７７】続いて、本発明の実施形態４について説明
する。本実施形態はＸ線プロキシミティ露光装置のマス
クとウエハの相対位置合わせ装置に応用したものであ
り、装置の構成は、基本的に実施形態（図１）と同じで
ある。実施形態１では、ウエハ上でのショット間の分離
は、マスク上の周辺領域の吸収体で行う例を示したが、
吸収体はＸ線を全て吸収できず、１０％以上の透過率で
ウエハ上に届く場合がある。このとき、ショットの隣接
する領域では、吸収体を透過した光で多重露光されて、
ショット間の分離が不十分になる。従って、マスクの吸
収体に頼らず、露光装置のアパーチャーブレードでＸ線
を遮光して、ショット間の分離を行う必要がある。

【００７８】本実施形態は、１ショット内に複数の回路
パターンを設けたマスクを用い、その回路パターンの間
のスクライブラインのみにアライメントマークを配置
し、各ショット間のスクライブラインにはアライメント
マークを配置していないようにすることで、アパーチャ
ーブレードでショット間の分離を行う場合に、スクライ
ブラインを細くしようとするものである。

【００７９】本実施形態で使用するマスクは、図１３の
（Ａ），（Ｂ）で示すように、有効露光画角内に複数の
ＩＣ回路パターン（９１，９２，９３，９４と９５，９
６，９７，９８）が配置されている。このマスクを用い
て、１回の露光により複数のＩＣ回路パターンを転写し
て、スループットを向上させている。

【００８０】図１３の（Ａ）に示すように、有効露光画
角内の複数のＩＣ回路パターン（９１，９２，９３，９
４）の間のスクライブラインにアライメントマーク１９
ｘ，１９ｙが配置されている。

【００８１】図１３（Ａ）に示すマスクを用いて実施形
態１で述べたようにマスクアライメントマーク２０を用
いて本マスクをアライメントして、図１４のようにウエ
ハ上に転写する。次の半導体リソグラフィ工程で、同様
に図１３（Ｂ）に示すマスク８をマスクアライメントマ
ーク２０を用いてアライメントを行う。マスク８には図
１３（Ｂ）のように、有効露光画角の外側にマスク側の
アライメントマーク１８ｘ，１９ｘが配置されている。

【００８２】次に、図１４で示されるショットレイアウ
トのウエハを本露光装置上に搭載して、今まで説明して
きたように、ウエハ９をアライメントする場合は、この
ウエハ９をマスク８に対向させた状態でアライメント検
出系６により位置ずれを計測する。この時、マスク側ア
ライメントマーク１８ｘとウエハ側アライメントマーク
１９ｘが設計上重なる位置、即ち図３に示すマスク上の
シフト量（−Ｘｂ、Ｙｂ）分オフセットを与えて、ウエ
ハステージを送るようにしている。

【００８３】次に、露光の様子を図１５を用いて説明す
る。前述のように、位置ずれを計測した後、位置ずれ量
計測値（ｘｍ、ｙｍ）を補正する方向にウエハステージ
を駆動した後露光を行う。この時は、アライメント時に
与えたオフセット（−Ｘｂ、Ｙｂ）は与えない。

【００８４】図１５は、図１４の９０の領域のスクライ
ブライン（ショットとショットの間のスクライブライ
ン）が露光されるときの摸式図である。第ｎショット目
を露光する場合、右側のアパーチャーブレード７Ｒによ
り露光光は、遮られ、隣のｎ＋１ショット目を露光しな
いようにしている。

【００８５】次にｎ＋１ショット目の露光時には、左側
のアパーチャーブレード７Ｌで露光光は、遮られ、隣の
ｎショット目を露光しないようにしている。同様に上下
の隣接するショットは上側のアパーチャーブレードと下
側のアパーチャーブレードで二重に露光される領域が無
いようにしている。アパーチャーブレード７は、図１５
（Ｃ）で示すように、スクライブライン上でのアパーチ
ャーブレードの半影ボケが重ならないように位置決めさ
れる。

【００８６】ショットの隣接するスクライブラインにア
ライメントマークを露光する必要がないので、アパーチ
ャーブレードの半影ボケ量（×２）にアパーチャーブレ
ードのセッティング誤差を合計したものが最小のスクラ
イブライン幅になる。

【００８７】このように、本実施形態の露光方法、露光
装置を用いれば、露光装置のアパーチャーブレードでＸ
線を遮光して、ショット間の分離する場合に、ウエハ上
のスクライブライン幅を狭くでき、ウエハの有効に利用
することができる。

【００８８】本実施形態は、実施形態１のアライメント
方式に限らず、第２，第３で示したアライメント方式で
も同様の効果がある。

【００８９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明ではマスク
側アライメントマークを露光対象となる画面の外側にオ
フセットをもたせて配置し、該配置に応じたアライメン
ト検出系の配置と装置本体のシーケンス制御、及びアパ
チャーブレードの設定を行なうことにより、マスク側の
アライメントマークが転写されないため、不必要にウエ
ハ側アライメントマークを更新する必要がなくなり、更
新の回数を減らすことが可能となった。アパチャーブレ
ードの設定はアライメントマークの配置と装置の定数に
よって決定される。このため半導体プロセスの都合に従
い、所望の時点でウエハ側アライメントマークの更新を
行なうことができる。

【００９０】またマスク側アライメントマークを露光対
象となる画面の外側にオフセットを持たせた配置はプロ
キシミティ露光装置において露光光を遮断しない位置に
アライメント検出系を配置することを可能とした。この
ため、マスク上の決められた決められた位置、即ち露光
装置上の固定位置にアライメントマークを配置し、該固
定位置をアライメント検出系で常に観察するようにすれ
ば、露光時にアライメント検出系を動かす必要をなくす
ことができる。したがって、露光装置側にアライメント
検出系の駆動機構が必要なくなり、装置の簡略化を図る
ことができる。なお、この時にウエハは該固定位置での
観察を可能とするようステージ駆動量が決定される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態１の半導体露光装置の位置
合わせ装置を示す図

【図２】 位置ずれ検出の原理説明図

【図３】 実施形態１のマスク上のパターン配置図

【図４】 実施形態１のアライメント時と露光時の装置
の状態を示す図

【図５】 本発明の実施形態２の半導体露光装置の位置
合わせ装置を示す図

【図６】 実施形態２のマスク上のパターン配置図

【図７】 実施形態２のアライメント時と露光時の装置
の状態を示す図

【図８】 実施形態２のＸ、Ｙ計測時と露光時の装置の
状態を示す図

【図９】 本発明の実施形態３の半導体露光装置の位置
合わせ装置を示す図

【図１０】 実施形態３のマスク上のパターン配置詳細
図

【図１１】 実施形態３での信号出力を示す図

【図１２】 本発明の実施形態３のマスク及びマスクフ
レーム構造

【図１３】 本実施形態４のマスク上パターン配置図

【図１４】 本実施形態４のウエハ上パターン配置図

【図１５】 実施形態４の露光方法を示す図

【図１６】 従来のアライメント検出方法を示す図

【図１７】 従来の課題を示す図

【符号の説明】

１ ＬＤ ２ コリメータレンズ ３ 投光レンズ ４ ステージ ５ ミラー ６ アライメント検出系用ピックアップ ７ アパチャーブレード ８ マスク ９ ウエハ １４ 受光レンズ １５ ラインセンサー １６ａ、１６ｂ 透過型グレーティングレンズ １７ａ、１７ｂ 反射型グレーティングレンズ １８ｘ、１８ｙ マスク側アライメントマーク １９ｘ、１９ｙ ウエハ側アライメントマーク ２０ マスクアライメントマーク ２１、２３ 回路パターン ２２ 非透過部 ２８ 演算器 ２９、３０ アクチュエータ ３１ マスク保持器 ３２ ウエハステージ ４１ ２周波ゼーマンレーザー ４２ 偏光ビームスプリッタ ４３、４５、４６、４７ ミラー ４８ 偏光板 ４９ エッジミラー ５０、５１ 光検出器 ５８ｘ、５８ｙ、５９ｘ、５９ｙ アライメントマー
ク ６１ アライメント検出系光源 ６２ 照明光学系 ６３ ハーフミラー ６４ アライメント検出系 ６５ ミラー ６７、７０ レンズ ６８ｘ、６８ｙ マスク上開口部 ６９ｘ、６９ｙ ウエハ側アライメントマーク ７１ １次元ラインセンサ ８０ｘ、８０ｙ アライメント用開口部 ８１ マスクフレーム

Claims (36)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１のパターンとその周辺に配置される
   第１のアライメントマークを形成し、ウエハと第２のパ
   ターンとその周辺に露光光透過部の存在する第２のアラ
   イメントマークを形成したマスクを用いて、該第１のア
   ライメントマークと該第２のアライメントマークの位置
   ずれ量を検出して、位置合わせをして、該第１のパター
   ン上に該第２のパターンを露光転写する露光装置であっ
   て、該マスクが位置ずれ計測時の第１のアライメントマ
   ーク（画角法線方向の幅Ｙｍ）からの第２のアライメン
   トマーク（画角法線方向の幅Ｙｍ）までの画角法線方向
   の距離をＹｐ（画角外側を正）とし、ウエハ上の第１の
   パターンの中心から第１のアライメントマーク中心まで
   の画角法線方向の距離をＸ１（画角外側を正）としたと
   きに、マスク上の第２のパターン中心からの第２のアラ
   イメントマーク中心までの画角法線方向の距離Ｘ２（画
   角外側を正）がＸ２＝Ｘ１＋Ｙｐ＋Ｙｂ（Ｙｂ＞０）に
   なるように、第２のパターンと第２のアライメントマー
   クが配置されており、少なくとも、露光光源と、照明系
   と、アライメント検出系と、マスクステージと、ウエハ
   ステージと、露光画角を規定するアパーチャーブレード
   とから構成され、第１のパターン中心からアパーチャー
   ブレード先端までの距離Ｙａが、アパーチャーブレード
   からマスク面までの距離をＬ、露光光のアパーチャーブ
   レード先端での発散角をθ、アパーチャーブレードのマ
   スク面上での半影ボケ量をＹｃとしたとき Ｘ１＋Ｙｍ／２＋Ｙｃ／２−Ｌｔａｎ（θ）＜Ｙａ＜Ｘ
   ２−Ｙｍ／２−Ｙｃ／２−Ｌｔａｎ（θ） の範囲になるように該アパーチャーブレードを設定し、
   該アライメント検出系によって位置合わせ状態を検出す
   る位置と、露光を行うときの前記マスクとウエハの相対
   関係が所定量オフセット（Ｙｂ）を持っていることを特
   徴とする露光装置。
2. 【請求項２】 前記第１及び第２のアライメントマーク
   を観察するアライメント検出系がＸ及びＹ方向に対して
   それぞれ設けられ、前記第１及び第２のアライメントマ
   ークのうちのＸ方向検出マークと、前記第１及び第２の
   アライメントマークのＹ方向検出マークをそれぞれ観察
   す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】 前記アライメント検出系がアライメント
   検出時と露光時に露光光を遮らない同一位置に固定配置
   されていることを特徴とする請求項２記載の露光装置。
4. 【請求項４】 前記露光装置が前記マスクと前記アライ
   メント検出系の間に可動のアパーチャーブレードを備え
   ていることを特徴とする請求項２記載の露光装置。
5. 【請求項５】 前記アパーチャーブレードが前記第２の
   パターンの周囲に配されている遮光部の位置に設定可能
   であることを特徴とする請求項５記載の露光装置。
6. 【請求項６】 該アパーチャーブレードが露光光を遮断
   し、アライメント光を通過することを特徴とする請求項
   ２記載の露光装置。
7. 【請求項７】 該アパーチャーブレードがアライメント
   光を通過させる穴を備えていることを特徴とする請求項
   ６記載の露光装置。
8. 【請求項８】 該アパーチャーブレードの穴を遮光する
   第２のアパチャーブレードを備えていることを特徴とす
   る請求項６記載の露光装置。
9. 【請求項９】 請求項１から８のいずれか１項の露光装
   置において露光光源がＸ線であることを特徴とする露光
   装置。
10. 【請求項１０】 転写されるべきパターンの周囲に遮光
    部が設けられ、該転写されるべきパターンから画面法線
    方向に離れた位置にアライメントマークが配されている
    ことを特徴とするマスク。
11. 【請求項１１】 転写されるべきパターンの周囲に遮光
    部が設けられ、該転写されるべきパターンから画面法線
    方向に離れた位置に開口部が配されていることを特徴と
    するマスク。
12. 【請求項１２】 マスクアライメント検出系により装置
    に対するマスクの位置ずれを検出し、装置に対してマス
    クを位置決めし、第１のパターンとその周辺に配置され
    るアライメントマークを形成したウエハを、ウエハアラ
    イメント検出系で、該アライメントマークを検出して前
    記装置に対して位置決めして、該第１のパターン上に該
    マスク上の第２のパターンを露光転写する露光装置であ
    って、該マスクが、アライメント光透過部（画角法線方
    向の幅Ｙｍ）を有し、ウエハ上の第１のパターンの中心
    から該アライメントマーク中心までの画角法線方向の距
    離をＸ１（画角外側を正）としたときに、マスク上の第
    ２のパターン中心から該アライメント光透過部中心まで
    の画角法線方向の距離Ｘ２（画角外側を正）がＸ２＝Ｘ
    １＋Ｙｂ（Ｙｂ＞０）になるように、第２のパターンと
    アライメント光透過部が配置されており、少なくとも、
    露光光源と、照明系と、マスクアライメント検出系と、
    該アライメント光透過部を通して、該ウエハ上のアライ
    メントマークの位置ずれを検出するウエハアライメント
    検出系と、マスクステージと、ウエハステージと、露光
    画角を規定するアパーチャーブレードとから構成され、
    第１のパターン中心からアパーチャーブレード先端まで
    の距離Ｙａが、アパーチャーブレードからマスク面まで
    の距離をＬ、露光光のアパーチャーブレード先端での発
    散角をθ、アパーチャーブレードのマスク面上での半影
    ボケ量をＹｃとしたとき、 Ｘ１＋Ｙｍ／２＋Ｙｃ／２−Ｌｔａｎ（θ）＜Ｙａ＜Ｘ
    ２−Ｙｍ／２−Ｙｃ／２−Ｌｔａｎ（θ） の範囲になるように該アパーチャーブレードを設定し、
    該ウエハアライメント検出系によって位置合わせ状態を
    検出する位置と、露光を行うときの前記マスクとウエハ
    の相対関係が所定量オフセット（Ｙｂ）を持っているこ
    とを特徴とする露光装置。
13. 【請求項１３】 前記アライメントマークを前記アライ
    メント光透過部を通して観察するウエハアライメント検
    出系がＸ及びＹ方向に対して設けられ、前記アライメン
    トマークのうちのＸ方向検出マークと、前記アライメン
    トマークのＹ方向検出マークをそれぞれ観察することを
    特徴とする請求項１２記載の露光装置。
14. 【請求項１４】 前記ウエハアライメント検出系がアラ
    イメント時と露光時に露光光を遮らない同一位置に固定
    配置されていることを特徴とする請求項１３記載の露光
    装置。
15. 【請求項１５】 前記アライメント光透過部が前記マス
    クを固定するマスクチャック上に設けられていることを
    特徴とする請求項１２記載の露光装置。
16. 【請求項１６】 請求項１２から１５のいずれか１項の
    露光装置において露光光源がＸ線であることを特徴とす
    る露光装置。
17. 【請求項１７】 第１のパターンとその周辺に配置され
    る第１のアライメントマークを形成し、ウエハと第２の
    パターンとその周辺に露光光透過部の存在する第２のア
    ライメントマークを形成したマスクを用いて、該第１の
    アライメントマークと該第２のアライメントマークの位
    置ずれ量を検出して、位置合わせをして、該第１のパタ
    ーン上に該第２のパターンを露光転写する露光方法であ
    って、該マスクが位置ずれ計測時の第１のアライメント
    マーク（画角法線方向の幅Ｙｍ）からの第２のアライメ
    ントマーク（画角法線方向の幅Ｙｍ）までの画角法線方
    向の距離をＹｐ（画角外側を正）とし、ウエハ上の第１
    のパターンの中心から第１のアライメントマーク中心ま
    での画角法線方向の距離をＸ１（画角外側を正）とした
    ときに、マスク上の第２のパターン中心からの第２のア
    ライメントマーク中心までの画角法線方向の距離Ｘ２
    （画角外側を正）がＸ２＝Ｘ１＋Ｙｐ＋Ｙｂ（Ｙｂ＞
    ０）になるように、第２のパターンと第２のアライメン
    トマークが配置されており、少なくとも、露光光源と、
    照明系と、アライメント検出系と、マスクステージと、
    ウエハステージと、露光画角を規定するアパーチャーブ
    レードとから構成され、第１のパターン中心からアパー
    チャーブレード先端までの距離Ｙａが、アパーチャーブ
    レードからマスク面までの距離をＬ、露光光のアパーチ
    ャーブレード先端での発散角をθ、アパーチャーブレー
    ドのマスク面上での半影ボケ量をＹｃとしたとき Ｘ１＋Ｙｍ／２＋Ｙｃ／２−Ｌｔａｎ（θ）＜Ｙａ＜Ｘ
    ２−Ｙｍ／２−Ｙｃ／２−Ｌｔａｎ（θ） の範囲になるように該アパーチャーブレードを設定し、
    該アライメント検出系によって位置合わせ状態を検出す
    る位置と、露光を行うときの前記マスクとウエハの相対
    関係が所定量オフセット（Ｙｂ）を持っていることを特
    徴とする露光方法。
18. 【請求項１８】 前記第１７のアライメントマークを観
    察するアライメント検出系がＸ及びＹ方向に対して設け
    られ、前記第１及び第２のアライメントマークのうちの
    Ｘ方向検出マークと、前記第１及び第２のアライメント
    マークのＹ方向検出マークをそれぞれ観察することを特
    徴とする請求項１７記載の露光方法。
19. 【請求項１９】 前記アライメント検出系が露光時とア
    ライメント検出時に同一位置に固定配置されていること
    を特徴とする請求項１８記載の露光方法。
20. 【請求項２０】 前記露光方法が前記マスクと前記アラ
    イメント検出系の間に可動のアパチャーブレードを備え
    ていることを特徴とする請求項１８記載の露光方法。
21. 【請求項２１】 前記アパチャーブレードが前記第２の
    パターンの周囲に配されている遮光部の位置に設定可能
    であることを特徴とする請求項２０記載の露光方法。
22. 【請求項２２】 該アパチャーブレードが露光光を遮断
    し、アライメント光を通過することを特徴とする請求項
    １８記載の露光方法。
23. 【請求項２３】 該アパーチャーブレードがアライメン
    ト光を通過させる穴を備えていることを特徴とする請求
    項２２記載の露光方法。
24. 【請求項２４】 該アパーチャーブレードの穴を遮光す
    る第２のアパチャーブレードを備えていることを特徴と
    する請求項２２記載の露光方法。
25. 【請求項２５】 請求項１７から２４のいずれか１項の
    露光方法において露光光源がＸ線であることを特徴とす
    る露光方法。
26. 【請求項２６】 転写されるべきパターンの周囲に遮光
    部が設けられ、該転写されるべきパターンから画面法線
    方向に離れた位置にアライメントマークが配されている
    ことを特徴とするマスク。
27. 【請求項２７】 転写されるべきパターンの周囲に遮光
    部が設けられ、該転写されるべきパターンから画面法線
    方向に離れた位置に開口部が配されていることを特徴と
    するマスク。
28. 【請求項２８】 前記第１及び第２のアライメントマー
    クがグレーティングレンズよりなり、該グレーティング
    レンズの回折光の所定面での位置ずれより前記マスクと
    ウエハの位置ずれを計測することを特徴とする請求項１
    ７記載の露光方法。
29. 【請求項２９】 前記第１及び第２のアライメントマー
    クが直線回折格子よりなり、該直線回折格子の回折光の
    位相ずれより前記マスクとウエハの位置ずれを計測する
    ことを特徴とする請求項１７記載の露光方法。
30. 【請求項３０】 マスクアライメント検出系により装置
    に対するマスクの位置ずれを検出し、装置に対してマス
    クを位置決めし、第１のパターンとその周辺に配置され
    るアライメントマークを形成したウエハを、ウエハアラ
    イメント検出系で、該アライメントマークを検出して前
    記装置に対して位置決めして、該第１のパターン上に該
    マスク上の第２のパターンを露光転写する露光方法であ
    って、該マスクが、アライメント光透過部（画角法線方
    向の幅Ｙｍ）を有し、ウエハ上の第１のパターンの中心
    から該アライメントマーク中心までの画角法線方向の距
    離をＸ１（画角外側を正）としたときに、マスク上の第
    ２のパターン中心から該アライメント光透過部中心まで
    の画角法線方向の距離Ｘ２（画角外側を正）がＸ２＝Ｘ
    １＋Ｙｂ（Ｙｂ＞０）になるように、第２のパターンと
    アライメント光透過部が配置されており、少なくとも、
    露光光源と、照明系と、マスクアライメント検出系と、
    該アライメント光透過部を通して、該ウエハ上のアライ
    メントマークの位置ずれを検出するウエハアライメント
    検出系と、マスクステージと、ウエハステージと、露光
    画角を規定するアパーチャーブレードとから構成され、
    第１のパターン中心からアパーチャーブレード先端まで
    の距離Ｙａが、アパーチャーブレードからマスク面まで
    の距離をＬ、露光光のアパーチャーブレード先端での発
    散角をθ、アパーチャーブレードのマスク面上での半影
    ボケ量をＹｃとしたとき、 Ｘ１＋Ｙｍ／２＋Ｙｃ／２−Ｌｔａｎ（θ）＜Ｙａ＜Ｘ
    ２−Ｙｍ／２−Ｙｃ／２−Ｌｔａｎ（θ） の範囲になるように該アパーチャーブレードを設定し、
    該ウエハアライメント検出系によって位置合わせ状態を
    検出する位置と、露光を行うときの前記マスクとウエハ
    の相対関係が所定量オフセット（Ｙｂ）を持っているこ
    とを特徴とする露光方法。
31. 【請求項３１】 前記アライメントマークを前記アライ
    メント光透過部を通して観察するウエハアライメント検
    出系がＸ及びＹ方向に対して設けられ、前記アライメン
    トマークのうちのＸ方向検出マークと、前記アライメン
    トマークのＹ方向検出マークをそれぞれ観察することを
    特徴とする請求項３０記載の露光方法。
32. 【請求項３２】 前記ウエハアライメント検出系がアラ
    イメント検出時も露光時も露光光を遮らない同一位置に
    固定配置されていることを特徴とする請求項４３記載の
    露光方法。
33. 【請求項３３】 前記アライメント光透過部が前記マス
    クを固定するマスクチャック上に設けらることを特徴と
    する請求項３０記載の露光方法。
34. 【請求項３４】 請求項３０から３３のいずれか１項の
    露光方法において、露光光源がＸ線であることを特徴と
    する露光方法。
35. 【請求項３５】 該アライメントが直線回折格子からな
    り、該直線回折格子の回折光の位相ずれにより、前記ウ
    エハの位置ずれを検出することを特徴とする請求項３０
    記載の露光方法。
36. 【請求項３６】 １回の露光で複数の回路パターンを同
    時に露光する半導体露光方法において、第１の複数回路
    パターンとその間にのみ配置される第１のアライメント
    マークを配置した第１のマスクを用い、ウエハ上に前記
    第１の複数回路パターンと前記第１のアライメントマー
    クを露光転写し（工程１）、第２の複数回路パターンと
    非露光領域に配置した第２のアライメントマークを配置
    した第２のマスクに対して、前記ウエハの第１のアライ
    メントマークと前記マスクの第２のアライメントマーク
    との位置ずれを検出して、前記ウエハとマスクの位置合
    わせを行い（工程２）、前記第２の複数回路パターンを
    前記第１の複数回路パターンに露光転写し（工程３）、
    工程１と工程３の露光転写時に、露光光源と前記マスク
    間に配置したアパーチャーブレードにより、隣接するシ
    ョット間での多重露光を防ぐことを特徴とする露光方
    法。