JPH11251232A

JPH11251232A - 基板および露光装置および素子製造方法

Info

Publication number: JPH11251232A
Application number: JP10067776A
Authority: JP
Inventors: Shinji Mizutani; 真士水谷
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-03-02
Filing date: 1998-03-02
Publication date: 1999-09-17

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、基板上の所定の基準位置を適切に把
握することができる基板を提供すること、および適切且
つ迅速にアライメントを行うことができ、スループット
を向上させることができる露光装置を提供することを目
的とする。【解決手段】表面にレジストを塗布し、レジストを感光
させてパターンが転写される基板６において、パターン
の第１層目が転写される以前に、表面上にほぼ同一円周
２５上に配列された３個以上のマーク２１、２２、２３
を形成しておく。

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、液晶
表示装置、あるいは薄膜磁気ヘッド等を製造する際に用
いられる基板、および、フォトリソグラフィ工程で当該
基板にパターンを転写する露光装置、および、当該基板
上に素子を形成する素子製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置あるいは液晶表示装置の製造
工程におけるフォトリソグラフィ工程では、半導体層や
金属配線層に素子となる微細なパターンを形成させるた
めに投影露光装置が用いられる。この投影露光装置は、
パターンの描画されたレチクルやフォトマスク（以下、
レチクルという）をレチクルステージ上に載置し、レジ
ストを塗布した半導体ウェハやガラス基板等の基板（以
下、ウェハという）をウェハホルダに真空吸着保持し
て、ウェハの所定領域にレチクルのパターンを投影露光
するようになっている。

【０００３】このような従来の投影露光装置を用いてウ
ェハに２層目以降のパターンを転写する際の動作（以
下、セカンド露光という）について説明する。この投影
露光装置では、ウェハ搬送装置からウェハホルダにウェ
ハが受け渡されると、アライメント用顕微鏡を用いて行
うウェハとレチクルとの正確な位置合わせ（ファイン・
アライメント）に先立って、接触式、あるいは非接触式
のプリアライメント機構を用いてウェハホルダ上のウェ
ハの基準位置（例えば、ウェハ中心位置）および回転量
を把握して、ウェハの大まかな位置調整（以下、プリア
ライメントという）を行う。

【０００４】この投影露光装置における非接触式のプリ
アライメント機構の概略の構成および動作について図１
０を用いて説明する。図１０は、投影光学系の光軸と平
行にウェハを臨む方向から見たウェハホルダ周辺の模式
的な平面図である。図１０における破線１００は、投影
光学系の鏡筒の外周を示している。破線１００で示され
る円形領域の中心領域に実線で示した露光領域１０２が
ある。ウェハホルダは、図示しないウェハ搬送機構から
ウェハ６を受け渡されると、プリアライメントを行うた
めの領域３０’に移動する。図中の破線６’は、領域３
０’内でのウェハ６の位置を示している。

【０００５】領域３０’には、例えばウェハ６の３個所
のエッジ部をそれぞれ観察する３個のプリライメント顕
微鏡１０６で構成されるプリアライメント機構が設けら
れている。このプリアライメント機構では、３個のプリ
アライメント顕微鏡１０６により、円形状のウェハの２
つのエッジ部および、ウェハエッジ部に設けられた切り
込み部（ノッチ部）あるいは直線部（オリエンテーショ
ンフラット部）が検出され、ウェハホルダ上でのウェハ
６の位置と回転量が把握され、当該位置および回転量に
基づいてウェハ６の位置調整が行われる。この後、ウェ
ハ６上のウェハアライメントマーク（図示せず）がアラ
イメント顕微鏡の観察視野１０４内に入るようにウェハ
ホルダを移動させ、アライメント顕微鏡によりウェハア
ライメントマークを観察することによりファイン・アラ
イメントが行われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】近年、ウェハに転写す
るパターンの線幅はますます微細化されてきており、レ
チクルのパターンとウェハ上のパターンとを従来よりさ
らに正確に重ね合わせる必要が生じている。従って、ウ
ェハアライメントマークを観察するアライメント顕微鏡
にも従来より高いマーク検出精度が要求されており、そ
れに対応して高倍率だが狭い観察視野領域を有する光学
系が用いられるようになってきている。一般に顕微鏡の
観察視野内の周辺部領域は光学系の収差の影響を受け易
いため、狭い観察視野内のできるだけ中央部にアライメ
ントマークを追い込んでからマーク位置の検出を行うこ
とが望ましい。このため、ファイン・アライメントに先
立つプリアライメントにおいてできるだけ正確にウェハ
の基準位置を把握しておく必要がある。

【０００７】ところが、一般にウェハは外径公差（例え
ば、０．２ｍｍ程度）を有しており、真円ではない。従
って、上述の従来のプリアライメント機構のように、ウ
ェハの外形を基準にしてウェハの基準位置を把握しよう
としてもウェハの外径公差が影響してしまい、正確な基
準位置を把握するのは極めて困難である。例えば、ウェ
ハ上に第１層目のパターンを転写するファースト露光時
のプリアライメントで決定した基準位置に基づいて形成
されたウェハアライメントマークを、セカンド露光の際
のファイン・アライメントでアライメント顕微鏡の観察
視野１０４内の中央部に入れるには、セカンド露光時の
プリアライメントで把握されるウェハの基準位置がファ
ースト露光時のプリアライメントの基準位置と一致しな
ければならないが、それはウェハの外径公差の影響によ
り殆ど不可能である。そのため、セカンド露光の際にプ
リアライメントだけでファイン・アライメントに移行し
ようとしても、ウェハアライメントマークをアライメン
ト顕微鏡の観察視野１０４の中央部分に追い込むことが
極めて困難であるばかりか、最悪の場合アライメント顕
微鏡の観察視野１０４内に入れることさえできない事態
が生じ得る。

【０００８】そこで従来では、プリアライメントとファ
イン・アライメントとの間に、ウェハの基準位置をより
正確に把握するためのアライメント（以下、サーチ・ア
ライメントという）をさらに追加して行うようにしてい
る。このサーチ・アライメントを行うために、例えばラ
イン・アンド・スペースパターンで構成されたウェハア
ライメントマークより大きめのサーチ・アライメントマ
ークをファースト露光時にウェハ上に形成しておく。そ
して、セカンド露光において、プリアライメントの後に
アライメント顕微鏡の観察視野１０４内にサーチ・アラ
イメントマークを入れてサーチ・アライメントマークを
観察し、プリアライメントより正確なウェハの基準位置
の検出を行うようにしている。これにより、ウェハアラ
イメントマークをアライメント顕微鏡の観察視野１０４
のほぼ中心に追い込むことができるようになる。

【０００９】ところが、このようなアライメント動作に
より正確なアライメントは期待できるものの、ウェハホ
ルダ上にウェハが受け渡されてからファイン・アライメ
ントが終了するまでの時間が長くなってしまい、高いウ
ェハ処理速度（スループット）を要求される露光装置に
おいて無視できない問題となってきている。

【００１０】一方、外径公差の十分小さいウェハを製造
できればウェハの基準位置をプリアライメントだけで高
精度に検出することができ、サーチ・アライメントの必
要はなくなる。しかしながら、現実には外径公差の十分
小さいウェハを製造するのは極めて困難である。本発明
の目的は、基板上の所定の基準位置を適切に把握するこ
とができる基板を提供することにある。また、本発明の
目的は、適切且つ迅速にアライメントを行うことがで
き、スループットを向上させることができる露光装置を
提供することにある。また、本発明の目的は、スループ
ットを向上させた素子製造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】本発明の一実施の形態を
表す図１乃至図９に対応付けて説明すると、上記目的
は、表面にレジストを塗布し、レジストを感光させてパ
ターンが転写される基板（６）において、パターンの第
１層目が転写される以前に、表面上にほぼ同一円上に配
列された３個以上のマーク（２１、２２、２３）が形成
されていることを特徴とする基板によって達成される。
また、本発明の基板（６）において、所定個数のマーク
（２１、２２、２３）で組を構成し、同一円の中心にお
ける角度を所定角度ずらして組が複数配置されているこ
とを特徴とする。

【００１２】また、上記目的は、表面にレジストが塗布
された基板上にパターンを転写する露光装置において、
基板（６）として、請求項１または２に記載された基板
（６）を用い、基板表面の３個以上のマーク（２１、２
２、２３）をそれぞれ検出する検出手段を備えているこ
とを特徴とする露光装置によって達成される。また、上
記目的は、基板（６）上に複数のパターンを重ねて転写
して素子を製造する素子製造方法において、複数のパタ
ーンの転写に先立ち、基板（６）にほぼ同一円状に配置
される少なくとも３つのマーク（２１、２２、２３）を
形成し、複数のパターンをそれぞれ基板（６）上に転写
する際に、少なくとも３つのマーク（２１、２２、２
３）を検出して基板（６）のアライメントを実行するこ
とを特徴とする素子製造方法によって達成される。ま
た、本発明の素子製造方法において、基板（６）上に形
成されたパターンに別のパターンを重ね合わせて転写す
る際に、少なくとも３つのマーク（２１、２２、２３）
を用いてアライメントした後、基板（６）のファイン・
アライメントが実行されることを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態による基板
および露光装置および素子製造方法を図１乃至図９を用
いて説明する。まず、本実施の形態による基板としてシ
リコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）構造のウェハ
について簡単に説明する。本ウェハは絶縁膜上にシリコ
ン膜を形成させた点に特徴を有している。本ウェハによ
ればウェハ上に形成される素子の下面が絶縁膜なので、
下面を通って各素子間を流れるリーク電流（漏れ電流）
の発生を防止できる。このため、間隔を狭めて素子を形
成することができるようになり、ＬＳＩやメモリを初め
とする種々の半導体装置の集積度や実装密度を向上させ
て装置を小型化することができる。

【００１４】次に、ＳＯＩ構造のウェハの概略の構成を
図１を用いて説明する。図１（ａ）はウェハ６の平面図
を示し、図１（ｂ）はウェハ６の断面図を示している。
ウェハ６は全体として、一定範囲内の外径公差を有する
薄い円盤状に形成されており、ウェハ６の概略の直径は
８インチ乃至１２インチ程度である。また、図１（ｂ）
の断面図に示すように、厚さ０．６〜１ｍｍ程度のシリ
コン結晶基板７上に、例えば厚さ０．１〜１００μｍ程
度のシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）からなる絶縁層８が形
成され、さらに、絶縁層８上に厚さ０．１μｍ程度の半
導体薄膜としてのシリコン層９が形成されている。

【００１５】ウェハ６表面には、マーク２１、２２、２
３が形成されている。マーク２１、２２、２３は、例え
ばウェハ６のほぼ中心位置にある基準位置２４を中心と
する円周２５上に配置されている。図１（ａ）におい
て、ウェハ６の中央下方にマーク２１が位置し、基準位
置２４とマーク２１を結ぶ直線に対してほぼ対称な位置
にマーク２２とマーク２３が位置している。

【００１６】図２は、各マーク２１、２２、２３をウェ
ハ６表面から見た状態を示している。図２（ａ）はマー
ク２１の形状を示し、図２（ｂ）はマーク２２、２３の
形状を示している。図２（ａ）に示すようにマーク２１
は、長手方向がＹ方向を向いた矩形パターンをＸ方向に
等間隔に複数設けたライン・アンド・スペースパターン
であるＸ方向位置検出用マーク２１Ｘと、長手方向がＸ
方向を向いた矩形パターンをＹ方向に等間隔に複数設け
たライン・アンド・スペースパターンであるＹ方向位置
検出用マーク２１Ｙとを有している。そして、これらマ
ーク２１Ｘ、２１Ｙからマーク２１の中心位置２１Ｃが
求められる。

【００１７】また、図２（ｂ）に示すようにマーク２
２、２３も同様に、長手方向がＹ方向を向いた矩形パタ
ーンをＸ方向に等間隔に複数設けたライン・アンド・ス
ペースパターンであるＸ方向位置検出用マーク２２Ｘ、
２３Ｘと、長手方向がＸ方向を向いた矩形パターンをＹ
方向に等間隔に複数設けたライン・アンド・スペースパ
ターンであるＹ方向位置検出用マーク２２Ｙ、２３Ｙと
を有している。そして、マーク２２Ｘ、２２Ｙからマー
ク２２の中心位置２２Ｃが求められ、マーク２３Ｘ、２
３Ｙからマーク２３の中心位置２３Ｃを求めることがで
きる。また、図２（ａ）に示すマーク２１には、ウェハ
搬送系から搬送されたウェハ６を露光装置のウェハホル
ダに受け渡す際の大まかな方向を把握するためのサブマ
ーク２１ａ、２１ｂが、中心位置２１Ｃに対してＸ方向
に対称な位置に設けられている。このサブマーク２１
ａ、２１ｂは、従来のウェハのノッチやオリフラと同様
の機能を果たすために設けられている。

【００１８】次に、本実施の形態によるウェハ６の製造
方法を図３を用いて説明する。図３は、ウェハ６の製造
工程における部分断面を示している。まず、図３（ａ）
に示すように、蒸着、スパッタリング、またはＣＶＤ法
等を用いてシリコン結晶基板７全面にシリコン酸化膜８
を形成し、その上にシリコン層９を形成する。次に、図
３（ｂ）に示すように、シリコン層９の表面に例えばポ
ジ型のレジスト２６を塗布した後、露光装置（図示せ
ず）を用いてレジスト６上の所定位置にマーク２１、２
２、２３のパターンを転写する。なお、レジストは、シ
リコン層９の表面上でマーク２１、２２、２３が形成さ
れる領域を含む狭い領域のみに部分的に塗布するように
してもよい。

【００１９】次に、図３（ｃ）に示すように、レジスト
２６を現像してマーク２１、２２、２３のパターンが転
写された領域２７を剥離する。次に、図３（ｄ）に示す
ように、部分的に剥離されたレジスト２６をマスクとし
て、シリコン層９のエッチングを行う。エッチングに際
しては、シリコン層９の下層のシリコン酸化膜８がエッ
チングストッパーとして機能する。これによりシリコン
層９にマーク２１、２２、２３が形成される。次に、図
３（ｅ）に示すように、レジスト２６を剥離してシリコ
ン層９の所定位置に凹状に形成されたマーク２１、２
２、２３を有するウェハ６が完成する。

【００２０】次に、本実施の形態による露光装置の概略
の構成を図４を用いて説明する。本実施の形態では、レ
チクル上のパターンの像を投影光学系を介して縮小投影
し、そのパターン像を上述の本実施の形態によるウェハ
６上の各ショット領域に順次露光するステップ・アンド
・リピート方式の投影露光装置を例にとって説明する。
図４では、投影光学系３の光軸ＡＸ方向にＺ軸を取り、
Ｚ軸に垂直な平面内で互いに直交するＸ、Ｙ軸を取るも
のとする。

【００２１】図４において、例えば、超高圧水銀ランプ
の輝線であるｉ線（波長λ＝３６５ｎｍ）、ｇ線（λ＝
４３６ｎｍ）、或いは、ＫｒＦエキシマレーザ光（λ＝
２４８ｎｍ）が照明光ＩＬとして用いられる。照明光Ｉ
Ｌは、コリメータレンズ、フライアイレンズ（図示せ
ず）等から構成される照明光学系ＩＡに入射してほぼ平
行光にされ、レチクル１を均一な照度分布で照明する。
レチクル１は、図示を省略したが中央部に所望の回路パ
ターンが電子ビーム描画装置等により描かれている。パ
ターン描画領域の外側のクロム膜等で遮光された遮光領
域には、クロム膜を剥離して形成されたレチクルアライ
メント用の例えば十字形状のレチクルアライメントマー
クが配置されている。

【００２２】レチクル１は、Ｘ−Ｙ面内を２次元的に移
動可能なレチクルステージ３２上に載置される。レチク
ルステージ３２はレチクル架台３１上に保持され、不図
示のレチクルステージ駆動系によりＸ−Ｙ平面内で並進
及び回転できるようになっている。レチクルステージ３
２のＸ方向、Ｙ方向の端部には移動鏡３３（Ｘ方向のみ
図示している）が固定されており、レチクル架台３１上
に固定されたレーザ干渉計３４からのレーザ光を移動鏡
３３で反射させてレチクルステージ３２のＸ方向、Ｙ方
向の移動量を例えば０．０１μｍ程度の分解能で計測す
ることができるようになっている。レーザ干渉計３４で
計測された移動量は逐次ステージ制御部１６に送られ
る。ステージ制御部１６はレーザ干渉計３４で計測され
た移動量に基づいてレチクルステージ駆動系を駆動し
て、レチクルステージ３２の位置制御を行う。また、レ
−ザ干渉計３４からのレチクルステージ３２の位置情報
はステージ制御部１６を介して中央制御系（ＣＰＵ等）
１８にも出力され、中央制御系１８はレチクルステージ
３２の位置情報に基づいてステージ制御部１６に必要な
指令を出力するようになっている。

【００２３】レチクル１を透過した照明光ＩＬは、投影
光学系３に入射して集光し、投影光学系３の結像面にレ
チクル１のパターンの像を形成する。投影光学系３は、
レチクル１側およびウェハ６側に共にテレセントリック
であり、投影倍率は例えば１／５である。

【００２４】ウェハ６は、試料台２９に支持されたウェ
ハホルダ３０上に真空吸着等により保持されている。ウ
ェハホルダ３０は、保持するウェハ６を微少回転できる
ウェハ回転機構を有している。試料台２９は、ウェハ６
のＺ方向の位置及び傾きを補正するＺチルト駆動部１０
を介して、Ｘ方向に並進可能なＸステージ１１に支持さ
れている。また、Ｘステージ１１は、Ｙ方向に並進可能
なＹステージ１２上に保持されている。Ｙステージ１２
はウェハベース１４上に支持されている。Ｘステージ１
１およびＹステージ１２はそれぞれ不図示のウェハステ
ージ駆動系によりＸ方向及びＹ方向に移動できるように
なっている。

【００２５】また、試料台２９のＸ、Ｙ方向上端部には
移動鏡１３（Ｘ方向のみ図示している）が固定されてお
り、レーザ干渉計１７からのレーザ光を移動鏡１３で反
射させて試料台２９のＸ方向、Ｙ方向の移動量およびヨ
ーイング成分を例えば０．０１μｍ程度の分解能で計測
することができるようになっている。レーザ干渉計１７
で計測された試料台２９の移動量は逐次ステージ制御部
１６に送られる。ステージ制御部１６はレーザ干渉計１
７で計測された移動量に基づいてＸ、Ｙステージ駆動系
を駆動して、試料台２９の位置制御を行う。また、レ−
ザ干渉計１７からの試料台２９の位置情報はステージ制
御部１６を介して中央制御系１８にも出力され、例えば
中央制御系１８では、レーザ干渉計１７で計測された移
動量に基づいて試料台２９を基準とするステージ座標系
でのウェハ６の位置座標を算出し、それに基づいてステ
ージ制御部１６に必要な指令を出力するようになってい
る。

【００２６】また、本実施の形態による投影露光装置に
は、レチクル１とウェハ６との位置合わせを行うための
ＴＴＬ方式のアライメントセンサ４がレチクル１と投影
光学系３との間に設けられ、また、オフ・アクシス方式
且つＦＩＡ方式（撮像方式）のアライメントセンサ５が
投影光学系３と異なる光軸を有して投影光学系３側部に
備えられている。アライメントセンサ４の中には、ＬＳ
Ａ（ＬａｓｅｒＳｔｅｐＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式
のアライメントセンサと、ＬＩＡ（ＬａｓｅｒＩｎｔｅ
ｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式の
アライメントセンサとが並列に組み込まれており、必要
なアライメント精度等に応じて何れかの方式を使用でき
るようになっている。

【００２７】ファイン・アライメント時には、これらの
アライメントセンサ４、５の何れかによりウェハ６上に
形成されたウェハアライメントマークの位置、または所
定のパターンの位置を検出し、その検出結果に基づき、
常時ウェハ６の各ショット領域に前工程で形成されたパ
ターンとレチクル上のパターンとを正確に位置合わせす
る。これらのアライメントセンサ４、５からの検出信号
はアライメント制御部１５によって処理され、アライメ
ント制御部１５は中央制御系１８により制御される。ま
た、試料台２９上に、ウェハ６の表面と同じ高さの表面
を有する基準マーク板４３が固定され、基準マーク板４
３の表面にはファイン・アライメントの基準となる基準
マークが形成されている。

【００２８】以上のように、ステージ制御部１６及びア
ライメント制御部１５は中央制御系１８により制御さ
れ、中央制御系１８が投影露光装置の全体を統括的に制
御して、一定のシーケンスで露光動作が行われるように
なっている。

【００２９】また、投影光学系３の側方のマーク検出位
置には、ウェハホルダ３０上に載置されたウェハ６の各
マーク２１、２２、２３をそれぞれ検出する３つのマー
ク撮像系５１ａ、５１ｂ、５１ｃが配置されている。こ
のマーク撮像系５１ａ、５１ｂ、５１ｃは、ウェハ６上
方からマーク２１、２２、２３の像を撮像するようにな
っており、アライメントセンサ５の観察視野より広い観
察視野を有している。マーク撮像系５１ａ、５１ｂ、５
１ｃからの撮像信号が画像処理装置１９に供給され、画
像処理装置１９では、供給された撮像信号からウェハ６
の中心位置及び回転ずれ量を算出する。

【００３０】図５は、マーク撮像系５１ａ、５１ｂ、５
１ｃの配置および概略の構成を示す斜視図である。マー
ク撮像系５１ａ、５１ｂ、５１ｃは、ウェハホルダ３０
がマーク検出位置に移動すると、ウェハ６上に形成され
たマーク２１、２２、２３のそれぞれを観察視野内に入
れる位置に固定されて配置されている。マーク２１はマ
ーク撮像系５１ａで観察され、マーク２２はマーク撮像
系５１ｃで観察され、マーク２３はマーク撮像系５１ｃ
で観察されるようになっている。なお、ウェハホルダ３
０上のウェハ６の載置位置は、ウェハ６を搬送してウェ
ハホルダ３０に受け渡すウェハ搬送系内において予め大
まかな方向合わせが行われている。

【００３１】ここで、ウェハ６を搬送するウェハ搬送系
内に設けられた、ウェハ６の方向合わせ機構の概略の構
成および動作を図７を用いて説明する。この方向合わせ
機構は、ウェハ６を保持して回転可能なターンテーブル
６０を有している。ターンテーブル６０には、例えば３
方向からウェハ６のエッジ部を押しつける３つのピン６
１が備えられており、これらピン６１によりウェハ６の
ほぼ中心をターンテーブル６０の回転中心に合わせ込め
るようになっている。ターンテーブル６０の上方には、
１本の観察顕微鏡６２が設けられており、ターンテーブ
ル６０の回転と共に回転するウェハ６の外周部近傍を観
察できるようになっている。

【００３２】この方向合わせ機構により、ピン６１でウ
ェハ６をターンテーブル６０の回転中心に移動させ、タ
ーンテーブル６０の回転と共にウェハ６を回転させて観
察顕微鏡６２によりウェハ６外周部を観察し、ウェハ６
のマーク２１のサブマーク２１ａ、２１ｂを検出し、ウ
ェハ６のマーク２１が所定位置にくるようにターンテー
ブル６０を停止させる。この後、ウェハ搬送系内ではウ
ェハ６の方向がこの状態を保ってウェハホルダ３０に受
け渡される。この方向合わせ機構による大まかな方向合
わせにより、マーク検出位置でのウェハホルダ３０上の
ウェハ６の各マーク２１、２２、２３が各マーク撮像系
５１ａ、５１ｂ、５１ｃの観察視野内に入るようになっ
ている。

【００３４】さて、図５に戻り、各マーク撮像系５１
ａ、５１ｂ、５１ｃの構成をマーク撮像系５１ａを例に
とって説明する。マーク撮像系５１ｂ、５１ｃの構成は
マーク撮像系５１ａと同一であるので説明は省略する。
マーク撮像系５１ａは、図示しない光源からレジストが
感光しない帯域の照明光ＩＭを射出するようになってい
る。照明光ＩＭはコンデンサーレンズ等のレンズ系（図
示せず）を介してビームスプリッタ５２に入射するよう
になっている。ビームスプリッタ５２で反射した照明光
ＩＭはレンズ系５３およびプリズムミラー５４を介して
ウェハ６上のマーク２１近傍を照明する。

【００３５】ウェハ６を照明した照明光ＩＭの反射光
（正反射光、散乱光等）は、プリズムミラー５４および
レンズ系５３を経てビームスプリッタ５２に戻り、ビー
ムスプリッタ５２を透過した光がレンズ系５５を介して
指標板５６上にマーク２１の像を結像する。この像およ
び指標板５６上の指標マークからの光がレンズ系５７を
介して例えば２次元ＣＣＤで構成された２次元撮像素子
５８の撮像面にマーク２１および指標マークの像を結像
する。これにより、撮像素子５８は、マーク２１および
指標マークの像を撮像信号として出力する。

【００３６】マーク検出系５１ａ、５１ｂ、５１ｃで得
られた撮像信号は図６に示す画像処理系に送られて画像
処理される。図６において、マーク検出系５１ａ、５１
ｂ、５１ｃの各撮像素子５８からの撮像信号は、画像処
理装置１９に入力される。画像処理装置１９では、これ
らの画像信号に対して所定の画像計測を行い、ウェハ６
上の３つのマーク２１、２２、２３の位置が検出され、
これらマーク２１、２２、２３の位置に基づいてウェハ
６の中心位置および回転ずれ量が算出され、算出された
データがアライメント制御部１５へ出力される。

【００３７】アライメント制御部１５は、画像処理装置
１９から入力されたデータの回転ずれ量に基づいてステ
ージ制御部１６を制御して、ウェハホルダ３０によりウ
ェハ６の回転ずれを補正する。また、アライメント制御
部１５は、ウェハ６の中心位置をウェハステージ系の座
標系のオフセットとして中央処理系１８に出力する。な
お、このオフセットは中央処理系１８によりウェハ６の
露光処理の間管理される。

【００４０】次に、本実施の形態による露光装置の動作
について説明する。まず、ファースト露光における本露
光装置の動作を説明する。ウェハ搬送系からウェハホル
ダ３０にウェハ６が受け渡されると、ウェハホルダ３０
は、ウェハステージ駆動系によりマーク検査位置に移動
する。この位置において、マーク検出系５１ａ、５１
ｂ、５１ｃがそれぞれマーク２１、２２、２３を撮像
し、撮像信号を画像処理装置１９に出力する。画像処理
装置１９では、これらの画像信号に対して所定の画像計
測を行って、ウェハ６上の３つのマーク２１、２２、２
３の位置が検出され、これらマーク２１、２２、２３の
位置に基づいてウェハ６の中心位置および回転ずれ量が
正確に算出され、算出されたデータがアライメント制御
部１５へ出力される。アライメント制御部１５では、入
力されたデータの回転ずれ量に基づいてステージ制御部
１６を制御して、ウェハホルダ３０によりウェハ６の回
転ずれを補正するとともに、ウェハ６の中心位置をウェ
ハステージ駆動系の座標系のオフセットとして中央処理
系１８に出力する。

【００４１】この後、ウェハ６は、オフセットを含んだ
座標系に基づいて、ウェハステージ駆動系によりステッ
プ移動され、レチクル１に形成さているパターンがウェ
ハ６上の各ショット領域へ転写される。このファースト
露光では、回路パターンの他に、セカンド露光時のファ
イン・アライメント用のウェハアライメントマークも転
写される。

【００４２】次に、セカンド露光における本露光装置の
動作を説明する。ウェハ搬送系からウェハホルダ３０に
ウェハ６が受け渡されると、ウェハホルダ３０はウェハ
ステージ駆動系の駆動によりマーク検査位置に移動す
る。この位置において、マーク検出系５１ａ、５１ｂ、
５１ｃがそれぞれマーク２１、２２、２３を撮像し、撮
像信号を画像処理装置１９に出力する。画像処理装置１
９では、これらの画像信号に対して所定の画像計測を行
って、ウェハ６上の３つのマーク２１、２２、２３の位
置が正確に検出され、これらマーク２１、２２、２３の
位置に基づいてウェハ６の中心位置および回転ずれ量が
正確に算出されてアライメント制御部１５へ出力され
る。

【００４３】アライメント制御部１５では、入力された
回転ずれ量に基づいてステージ制御部１６を制御して、
ウェハホルダ３０によりウェハ６の回転ずれを補正する
と共に、ウェハ６の中心位置をウェハステージ駆動系の
座標系のオフセットとして中央処理系１８に出力する。
この後、オフセットを含んだ座標系に基づいてウェハス
テージ駆動系を駆動して、ファースト露光時に作成され
たウェハアライメントマークがアライメントセンサ５の
観察視野内に入るようにウェハホルダ３０を移動させ
る。

【００４４】このように本実施の形態によれば、ファー
スト露光時とセカンド露光時との双方で同一のマーク２
１、２２、２３を観察してウェハ６の基準位置を算出す
ることができ、外径公差を有するウェハ６の周辺エッジ
部を基準とする従来のプリアライメントと異なり高い再
現性で基準位置を算出できる。従って、従来のようなプ
リアライメントとサーチ・アライメントを経てファイン
・アライメントに移行するのではなく、ファイン・アラ
イメントの前に、マーク撮像系５１ａ、５１ｂ、５１ｃ
によるマーク２１、２２、２３の観察を１度行うだけ
で、ウェハ６上に形成されたウェハアライメントマーク
をアライメントセンサ５の観察視野のほぼ中央に追い込
むことができるようになる。これにより、全体のアライ
メントに要する時間を短縮させることができ、露光処理
のスループットを向上することができるようになる。

【００４５】次に、本実施の形態による素子製造方法を
図８を用いて説明する。まず、ウェハ６上に形成する論
理回路の設計およびパターンの設計が行われ（ステップ
Ｓ１００）、設計に基づいて、ウェハ６に積層する各層
毎のパターンが描画されたレチクル１が作製される（ス
テップＳ１０２）。次に、本実施の形態によるマーク２
１、２２、２３が形成されたウェハ６が製造され（ステ
ップＳ１０４）、塗布装置（図示せず）においてウェハ
６上部全面にフォトレジストが塗布される（ステップＳ
１０６）。

【００４６】次いで、作製されたレチクル１およびフォ
トレジストが塗布されたウェハ６が本実施の形態による
露光装置にそれぞれ載置される。セカンド露光であれ
ば、ウェハのマーク２１、２２、２３の位置が検出さ
れ、当該位置に基づいてウェハ６の中心位置および回転
ずれ量が算出され、当該算出結果に基づいて、ウェハ６
の位置調整が行われる。これにより、ウェハアライメン
トマークをアライメントセンサ５の観察視野のほぼ中央
に追い込むことができるようになる。この後、ファイン
・アライメントを行ってレチクル１に描画されたパター
ンの像がウエハ６上のショット領域に順次、露光転写さ
れる（ステップＳ１０８）。露光されたウエハ６は現像
装置（図示せず）の恒温槽に入れられ、その後、現像液
に浸される（ステップＳ１１０）。これにより、ポジ型
レジストの場合は、露光光により感光させられたレジス
ト部分が溶け、非感光のレジスト部分が残り（ネガ型レ
ジストの場合には、この逆、すなわち、感光されたレジ
スト部分が残り、非感光のレジスト部分が溶ける）レジ
スト像が形成される。

【００４７】次いで、パターニングによりウェハ６上の
フォトレジストが除去された領域の酸化膜や窒化膜（例
えば、Ｓｉ₃Ｎ₄）がエッチング液によりエッチングされ
る（ステップＳ１１２）。次いで、トランジスタやダイ
オード等の素子を形成するためウェハ６中のレジストが
除去された領域に例えばリンや砒素等の物質を注入する
ドーピングが行われる（ステップＳ１１４）。このドー
ビングの後、ウェハ６上のレジストが例えばプラズマ・
アッシャー（灰化装置）により除去される。このような
工程（ステップＳ１０６〜ステップＳ１１４）が繰り返
し行われることにより、ウェハ６表面に複数層のパター
ンが積層される。

【００４８】次に、所望の回路パターンが形成されたウ
ェハ６を用いてチップの組立が行われる（ステップＳ１
１６）。具体的には、ウェハ６にアルミニウム電極を蒸
着し、各素子を回路として結びつけた後チップ化して、
ダイシング、ボンディング、モールディング等の工程を
経て組み立てられる。この後、作製された半導体装置の
電気的特性試験、構造検査および信頼性試験等が行われ
（ステップＳ１１８）、これらによって半導体装置が完
成する（ステップＳ１２０）。

【００４９】本発明は、上記実施の形態に限らず種々の
変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、ウェ
ハ６上のマーク２１、２２、２３の配置は、基準位置２
４に対してマーク２２、２３がマーク２１と対向するよ
うにしているが、本発明はこれに限られず、例えば図９
に示すように、基準位置２４に対していずれのマーク２
１、２２、２３も同一側に位置するように配置すること
も可能である。ウェハサイズが大きい場合等には、図９
のようにマークを配置すればマーク撮像系５１ａ、５１
ｂ、５１ｃの配置で占める領域を小さくすることができ
る。

【００５０】また、上記実施の形態では、ウェハ６の基
準位置がウェハ中心にほほ等しい場合を例に取って説明
したが、本発明はこれに限られず、ウェハ６表面の何れ
の位置をウェハ６の基準位置に設定してもかまわない。
さらに、上記実施の形態では、ウェハ６に３つのマーク
２１、２２、２３を形成したが、本発明はこれに限られ
ず、ウェハ６上に４つ以上の多数のマークを形成するよ
うにしてもよい。

【００５１】またさらに、上記実施の形態では、３つの
マーク２１、２２、２３を用いてアライメントを行って
いるが、これら３つのマーク２１、２２、２３をその配
置関係を維持して１組とし、同一円周２５上での位置が
円周方向にずれた他の組を１つまたは複数配置するよう
にしてもよい。例えば、図１（ａ）に示したマーク２
１、２２、２３の配置関係で１組を作り、同一円周２５
上での位置が円周方向に中心２４からの角度が９０度ず
れた他の組を配置することにより、ウェハ６が複数の露
光装置間を搬送される際に、露光装置毎にウェハ搬入方
向が９０度異なったり、レチクルの載置方向が９０度異
なったりしてもマーク撮像系の配置位置を移動させずに
固定したままでアライメントを行うことができるように
なる。

【００５２】また、本発明はあらゆるアライメント方式
に対応でき、ウェハの各ショット領域を露光する毎にフ
ァイン・アライメントを行うダイ・バイ・ダイアライメ
ント方式にも、また、露光処理を行う前に複数のショッ
ト領域に対してファイン・アライメントを行い、その際
に検出したショット領域の配列の規則性に基づいて位置
合わせを行うＥＧＡ（エンハンスメント・グローバルア
ライメント）方式にも適用することができる。

【００５３】また、上記実施の形態では、ウェハ６にマ
ーク２１、２２、２３を形成するために露光処理を用い
たが、本発明はこれに限られず、例えば、荷電粒子線等
を用いてウェハ６面上に直接描画してマークを形成する
ようにしてもよい。また、上記実施の形態では、ＳＯＩ
構造のウェハ６表面のシリコン層９をパターニングして
マーク２１、２２、２３を形成したが、本発明はこれに
限られず、シリコン層９上にマーク形成層を積層し、マ
ーク形成層をパターニングしてマーク２１、２２、２３
を形成するようにしてももちろんよい。

【００５４】また、上記実施の形態では、平面部や切り
欠き部を備えていないウェハに本発明を適用したたが、
本発明はこれに限られず、平面部や切り欠き部を備えて
いるウェハにももちろん適用することができる。また、
上記実施の形態では、ＳＯＩ構造のウェハについて本発
明を適用したが、本発明はこれに限られず、シリコンウ
ェハ等の他の半導体ウェハにももちろん適用することが
でき、さらには、半導体ウェハに限られず、セラミック
ウェハやガラスプレート等の基板に本発明を適用するこ
とができる。またさらに、基板の形状はもちろん円形に
限られず、例えば矩形形状であってもよい。

【００５５】

【発明の効果】以上の通り、本発明の基板によれば、基
板上の所定の基準位置を適切に把握することができる。
また、本発明の露光装置によれば、適切且つ迅速にアラ
イメントを行うことができ、スループットを向上させる
ことができる。また、スループットを向上させた素子製
造を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態によるウェハの概略の構
成を示す図である。

【図２】本発明の一実施の形態によるウェハの製造工程
を説明する図である。

【図３】本発明の一実施の形態によるウェハ上のマーク
を示す図である。

【図４】本発明の一実施の形態による露光装置の概略の
構成を示す図である。

【図５】本発明の一実施の形態におけるマーク検出系の
概略の構成を示す図である。

【図６】本発明の一実施の形態におけるマーク処理系を
示す図である。

【図７】本発明の一実施の形態におけるウェハ搬送系を
示す図である。

【図８】本発明の一実施の形態による素子製造方法のフ
ローチャートである。

【図９】本発明の一実施の形態による基板としてのウェ
ハの他の例を示す図である。

【図１０】従来の投影露光装置におけるプリアライメン
ト機構を説明する図である。

【符号の説明】

１レチクル３投影光学系４、５アライメントセンサ６ウェハ７シリコン結晶基板８シリコン酸化膜９シリコン層１０Ｚチルト駆動部１１Ｘステージ１２Ｙステージ１３移動鏡１４ウェハベース１５アライメント制御部１６ステージ制御部１７レーザ干渉計１８中央処理系２１、２２、２３マーク２４基準位置２５円周２９試料台３０ウェハホルダ３１レチクル架台３２レチクルステージ３３移動鏡３４レーザ干渉計４３基準マーク板５１ａ、５１ｂ、５１ｃマーク撮像系５３、５５、５７レンズ系ＡＸ投影光学系３の光軸ＩＬ照明光ＩＡ照明光学系

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面にレジストを塗布し、前記レジストを
感光させてパターンが転写される基板において、前記パターンの第１層目が転写される以前に、前記表面
上にほぼ同一円上に配列された３個以上のマークが形成
されていることを特徴とする基板。
【請求項２】請求項１記載の基板において、所定個数の前記マークで組を構成し、前記同一円の中心
における角度を所定角度ずらして前記組が複数配置され
ていることを特徴とする基板。
【請求項３】表面にレジストが塗布された基板上にパタ
ーンを転写する露光装置において、前記基板として、請求項１または２に記載された基板を
用い、前記基板表面の前記３個以上のマークをそれぞれ検出す
る検出手段を備えていることを特徴とする露光装置。
【請求項４】基板上に複数のパターンを重ねて転写して
素子を製造する素子製造方法において、前記複数のパターンの転写に先立ち、前記基板にほぼ同
一円状に配置される少なくとも３つのマークを形成し、
前記複数のパターンをそれぞれ前記基板上に転写する際
に、前記少なくとも３つのマークを検出して前記基板の
アライメントを実行することを特徴とする素子製造方
法。
【請求項５】請求項４記載の素子製造方法において、前
記基板上に形成されたパターンに別のパターンを重ね合
わせて転写する際に、前記少なくとも３つのマークを用
いてアライメントした後、前記基板のファイン・アライ
メントが実行されることを特徴とする素子製造方法。