JPH11317347A - 位置検出装置及びそれを用いた露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 マスク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
好適な位置検出装置及びそれを用いた露光装置を得るこ
と。 【構成】 第１物体に設けた第１アライメントマークと
該第２物体に設けた第２アライメントマークを用いて第
１物体と第２物体の相対的な位置ずれを検出するとき、
互いに波長の異なる光を発する光源を複数個有し、各光
源からの波長の異なる光束毎に該第１アライメントマー
クへの照射角度が異なるように入射しており、波長λ１
の光束の該第１アライメントマークへの照射角度θ１
と、該第１アライメントマークを透過回折し、該第２ア
ライメントマークで反射回折した光束の該第２アライメ
ントマークに対する回折角θ２とが等しくなるようにし
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
れを用いた露光装置並びにそれらを用いたデバイスの製
造方法に関し、例えば半導体素子の製造において、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の間
隔（ギャップ）を測定して、所定の値に制御し、更にマ
スクとウエハとの相対的な面内の位置決め（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精度を有す
るものが要求されている。

【０００３】その際マスクとウエハとの間隔を面間隔測
定装置等で測定し、所定の間隔となるように制御した後
に、マスク及びウエハ面上に設けた位置合わせ用の所謂
アライメントパターン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。このときのアラ
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 号広報で
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、
このとき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マークを用いた方法
に比べてアライメントマーク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１２はゾーンプレートを利用した従来の
位置検出装置の概略図である。

【０００６】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１６８面上のマスクアラ
イメントパターン１６８ａ及び支持台１６２に載置した
ウエハ１６０面上のウエハアライメントパターン１６０
ａを照射する。これらのアライメントパターン１６８
ａ、１６０ａは反射型のゾーンプレートより構成され、
各々集光点７８を含む光軸と直行する平面上に集光点を
形成する。このとき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により検出器８２上に導光し
て検出している。

【０００７】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１６４を駆動させてマス
ク１６８をウエハ１６０の相対的な位置決めを行ってい
る。

【０００８】図１３は図１２に示したマスクアライメン
トパターン１６８ａとウエハアライメントパターン１６
０ａからの光束の結像関係を示した説明図である。

【０００９】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１６８ａよりその一部の
光束が回折し、集光点７８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
１６８を０次透過光として透過し、波面を変えずにウエ
ハ１６０面上のウエハアライメントパターン１６０ａに
より回折された後、再びマスク１６８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。

【００１０】同図においてはウエハ１６０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１６８は単
なる素通し状態としての作用をする。

【００１１】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１６０ａによる集光点７８ｂの位置は、ウ
エハ１６０のマスク１６８に対するマスク・ウエハ面に
沿った方向（横方向）のずれ量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。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】一般にマスクとウエハ
との面内での相対的な位置ずれを検出し、双方のアライ
メントを行うには、マスクとウエハとが所定の範囲内の
ギャップとなるように制御した後に、マスク及びウエハ
面上に設けた位置合わせ用のアライメントマークを介し
た時にセンサから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。

【００１３】その際、マスクとウエハのギャップが所定
範囲より外れるとセンサから得られるアライメント信号
のＳ／Ｎ比が低下する。特にマスクとウエハとのギャッ
プが所定範囲から大きくはずれてくると、マスクとウエ
ハのギャップの変動に対してセンサで得られる検出信号
が大きく変化し、即ち敏感度が増加し、アライメント精
度が大きく低下する。

【００１４】また、マスクの材質、及びメンブレンの厚
さ、或いはウエハの断面構造の変化に伴い、アライメン
トマークでのアライメント光の回折効率が変化する。状
況によってはアライメント信号のＳ／Ｎ比が許容の域を
越えてしまい、アライメントが不可能な場合も有り得
る。

【００１５】本発明は、マスクとウエハ上に設けるアラ
イメントマークの光学的性質を適切に設定すると共に、
アライメントマークへ照射する波長の異なる複数の光束
の照射条件、及びアライメントマークからの光束を受光
するセンサの受光条件等を適切に設定することにより、
マスクとウエハとのギャップが変化しても、マスクとウ
エハとの相対的な位置ずれを高精度に検出することがで
き、高精度なアライメントを行うことのできる位置検出
装置及びそれを用いた露光装置の提供を目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の位置検出装置
は、 (1-1) 第１物体と第２物体とを対向させて、光源手段か
らの光束を該第１物体に設けた第１アライメントマーク
と該第２物体に設けた第２アライメントマークを介した
後に所定面上に導光し、該光束の所定面上における入射
位置情報より第１物体と第２物体の相対的な位置ずれを
検出する位置検出装置において、該光源手段は互いに波
長の異なる光を発する光源を複数個有し、各光源からの
波長の異なる光束毎に該第１アライメントマークへの照
射角度が異なるように入射しており、該複数の光源のう
ちの１つの光源からの波長λ１の光束の該第１アライメ
ントマークへの照射角度θ１と、該第１アライメントマ
ークを透過回折し、該第２アライメントマークで反射回
折した光束の該第２アライメントマークに対する回折角
θ２とが等しくなるようにしていることを特徴としてい
る。

【００１７】特に、 (1-1-1) 前記第１，第２アライメントマークはレンズ作
用を持つゾーンプレートから成り、該第１，第２アライ
メントマークを照射する光束の波長に応じて該第１，第
２アライメントマークに対する光束の入射角度と相対的
位置合わせを行うときの該第１，第２アライメントマー
クの相対間隔が一意的に決定されていること。

【００１８】(1-1-2) 前記光源手段からの光束を光ファ
イバーを利用して前記第１アライメントマークに導光し
ていること。

【００１９】(1-1-3) 前記第１物体又は第２物体の材
質、又は第１，第２アライメントマークの断面形状に応
じて前記複数の光源のうちの所定の光源を選択し、それ
からの光束を用いていること。等を特徴としている。

【００２０】本発明の露光装置は、 (2-1) 構成(1-1) の位置検出装置を用いて第１物体面と
第２物体面との位置合わせを行って該第１物体面上のパ
ターンを第２物体面上に投影していることを特徴として
いる。

【００２１】本発明のデバイスの製造方法は、 (3-1) 構成(1-1) の位置検出装置を用いてレチクルとウ
エハとの位置合わせを行った後に、レチクル面上のパタ
ーンをウエハ面上に投影露光し、その後、該ウエハを現
像処理工程を介してデバイスを製造していることを特徴
としている。

【００２２】(3-2) 構成(2-1) の露光装置を用いて、レ
チクル面上のパターンをウエハ面上に投影露光し、その
後、該ウエハを現像処理工程を介してデバイスを製造し
ていることを特徴としている。

【００２３】

【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のアライメントマークと照射光との
関係の説明図、図３は図１の位置ずれ検出方法の光学系
の光路を展開したときの説明図である。

【００２４】本実施形態は本発明をＸ線を露光光源とす
る半導体露光装置に適用したときを示している。図中２
２は第１物体としてのマスク、２５は第２物体としての
ウエハであり、アライメント光学ユニットからの光束を
用いて双方のアライメント（位置合わせ）を行う場合を
示している。

【００２５】図１において、互いに発振波長の異なるＬ
Ｄ（発光ダイオード）等の複数の光源（光源１，光源
２，光源３）を有する光源手段が配置されている。各光
源１，２，３からはそれぞれ波長λ１，波長λ２，波長
λ３の光が出射している。光源１から出射した波長λ１
の光は、コリメータレンズ４により平行光束となりレン
ズ７、視野絞り１０、ミラー１３、ダイクロイックミラ
ー１４，１５、ミラー１７、レンズ１８をとおり、マス
ク２２上のアライメントマーク２３に平行光束として照
射されている。

【００２６】同様に光源２（光源３）から出射される波
長λ２（λ３）の光束もそれぞれレンズ８（９）、視野
絞り１１（１２）（ミラー１６）、ダイクロイックミラ
ー１４，１５を通り、マスク２２上のアライメントマー
ク２３に平行光束として照射されている。マスク２２上
のアライメントマーク２３を透過回折した光束はウエハ
２５上のアライメントマーク２４で反射回折し、マスク
２２を透過し、レンズ１８、視野絞り１９、レンズ２０
を透過し、センサ２１の受光面に結像される。

【００２７】図２（Ａ），図２（Ｂ）は、各光束がマス
ク２２とウエハ２５に照射される際の照射光２６〜２８
とアライメントマーク２３，２４との位置関係を示して
いる。マスク２２上のアライメントマーク２３で透過回
折した光は、ウエハ２５上のアライメントマーク２４で
反射回折し、光学系を経てセンサ２１へ向かう。照射光
のマスク上のアライメントマーク２３に対する角度、即
ち照射角は光源１，２，３の波長λ１，λ２，λ３毎に
異なり、また各光束の照射光の照射角度と、アライメン
トマーク２３，２４を通ったアライメント信号光のアラ
イメントマーク２４に対する回折角の大きさが等の関係
になるように光学系、及びアライメントマークのピッチ
等が設定されている。

【００２８】図２（Ａ），（Ｂ）での各光束と図１での
光源との対応は、図２の光束２６は図１の光源１からの
光束であり、同様に、光束２７は光源２、光束２８は光
源３に対応している。

【００２９】図２（Ｂ）において、ｙｚ断面での照射光
の照射角と回折光の回折角の関係を示す。ここで、 λ１の波長：０．７８５μｍ マスク２２上のアライメントマーク２３のピッチｐ１：
２．６０μｍ ウエハ２５上のアライメントマーク２４のピッチｐ２：
３．６５μｍ 照射光の照射角度θ１：１５° とすると、λ１の波長の光束２６の、マスク２２上のア
ライメントマーク２３に対する照射角（入射角）θ１
と、ウエハ２５上のアライメントマーク２４から得られ
るアライメント信号光の回折角θ３は以下の式により求
めることができる。

【００３０】 ｓｉｎ（θ１）−ｓｉｎ（−θ２）＝λ１／ｐ１ より、 θ２＝ａｒｃｓｉｎ｛ｓｉｎ（１５°）−（０．７８５
／２．６０）｝＝２．５° ｓｉｎ（−θ２）−ｓｉｎ（−θ３）＝λ１／ｐ２ より、 θ３＝ａｒｃｓｉｎ｛ｓｉｎ（−２．５°）−（０．７
８５／３．６５）｝＝−１５° となり、｜θ１｜＝｜θ３｜の関係となる。

【００３１】同様に、上記ピッチを持つマスク２２とウ
エハ２５のアライメントマークに対して、λ＝０．６８
５μｍの照射光２８の照射角を１３．０２°，λ＝０．
８３０μｍの照射光２７の照射角を１５．８８°に設定
すれば、回折光の光軸方向はそれぞれ、−１３．０２
°、−１５．８８°となる。

【００３２】次に本実施形態における位置ずれ検出方法
の原理について図３を用いて説明する。図３は図１のマ
スク２２とウエハ２５を通る光路を展開したものであ
り、光束はマスク２２を２度とおるので２つ示してい
る。

【００３３】本実施形態におけるアライメントマーク２
３とアライメントマーク２４のパワー配置は図で示すと
おりとなっている。２９は集光面であり、マスク２２の
アライメントマーク２３で集光され、ウエハ２５上のア
ライメントマーク２４で発散作用を受け、マスク２２を
透過した光（１１０光）が集光している。

【００３４】今、マスク２２のアライメントマーク２３
の焦点距離をＦｍ、ウエハ２５のアライメントマーク２
４の焦点距離をＦｗとして、マスク２２とウエハ２５の
間隔をｇ、マスク２２から集光面２９までの距離をＬと
すると、マスク２２とウエハ２５のＸ方向のずれ量ｘに
より、集光面２９のＸ方向の１１０光の集光点の位置Ｓ
１は Ｓ１＝（１−Ｌ／（Ｆｍ−ｇ））・ｘ ‥‥‥（１） となる。

【００３５】一方、マスク２２を透過して、ウエハ２５
上のマーク２４で発散作用をうけ、マスク２２上のマー
ク２３で集光作用を受ける光（０１１光）の集光面２９
でのＸ方向の集光点の位置Ｓ０は、マスク２２から集光
面２９までの距離をＬ’とすると、 Ｓ０＝（Ｌ’／（Ｆｗ−ｇ））・ｘ ‥‥‥（２） となる。

【００３６】また、１１０光を集光面２９に集光させる
条件として、 １／（Ｆｍ−ｇ）＋１／Ｌ＝−１／Ｆｗ ‥‥‥（３） が必要である。

【００３７】本実施形態では、位置Ｓ１のマスク２２と
ウエハ２５の位置ずれｘに対する倍率が１００倍になる
ようにＬ＝１８．６５７ｍｍ、ｇ＝１５μｍとし、Ｆｍ
＝１９９．７２２８μｍ、Ｆｗ＝−１８３．８９２２μ
ｍとしている。

【００３８】図４はこのときセンサー２１で得られる信
号波形を示している。図４に示すようにセンサー２１で
得られる信号は良好になっている。このときの光束のス
ポット位置のずれはマスク２２とウエハ２５の位置ずれ
に対し１０７倍の感度である。したがって、センサー２
１上のスポットの位置を計測して、その値を１０７で割
った値がマスク２２上のアライメントマークとウエハ２
５上のアライメントマークの相対的な位置ずれに相当す
る。

【００３９】本実施形態では照明光の光軸の向きと、ア
ライメントマークからの回折光の光軸の方向が互いに逆
向きになるように、照射角、或いはアライメントマーク
のピッチを設定している。

【００４０】例えば図５は従来の位置ずれ検出方法で用
いられる光路図である。同図では入射角θｍとマスク２
２、ウエハ２５のアライメントマークでの回折角を示し
ており、マスク２２への入射角θin＝１７.５度、マス
ク２２からの射出角θout ＝１３度となっている。この
場合、マスク２２上のアライメントマーク２３に入射し
た光がウエハ２５上のアライメントマーク２４で回折さ
れ再びマスク２２に戻ってくる光の光路長を考えると、
１１０光（ABC ）と０１１光（ADE ）では異なる。

【００４１】図６は入射角度θinを１７.５度に固定し
て、マスク２２上のアライメントマーク２３から垂直に
回折した光がウエハ２５上のアライメントマーク２４で
回折される回折角θout を変化させた時の０１１光と１
１０光の位相差をマスクとウエハの間隔（GAP ）が１５
μｍと３０μｍの場合について計算したものである。こ
のグラフを見ると、 GAP３０μｍでは位相差が約２πra
d であるのに対し、GAP が１５μｍになると位相差がπ
rad になっている。

【００４２】すなわち、GAP １５μｍでの信号波形の乱
れは１１０光と０１１光が干渉しており、その位相差が
πrad であるため、光が打ち消されて生じる。さらに、
マスク２２とウエハ２５の間隔設定誤差により位置ずれ
検出信号のだまされることの一要因として、１１０光と
０１１光が干渉しており、両光束の位相差が間隔変動に
より変化してくる。

【００４３】一方、図６においてもう一つの重要なポイ
ントは回折角が入射角の１７.５度と同じ場合にはGAP
が変わろうと位相差は常にゼロになる。これは入射角が
１７.５度以外でも同じである。そこで本実施形態で
は、入射角θinと１１０光のウエハ側アライメントマー
クの回折角が同じになるようにしている。これにより位
相差をゼロとし、その結果、マスクとウエハの間隔設定
誤差の影響の少ない更に高精度なアライメントを可能と
している。

【００４４】また、いろいろな露光ギャップでアライメ
ント性能を維持できるようにしている。更に、投射角度
を変えてもアライメント性能が変わらないので、アライ
メント光学ユニット内での、または露光装置にアライメ
ント光学ユニットを組み込む際の、設計の自由度が増す
と言う効果を得ている。

【００４５】本実施形態の場合、アライメントマークに
入射角θinとして１７.５度で入射させ、マスクのアラ
イメントマークで垂直に回折させ、ウエハのアライメン
トマークで１７.５度に回折させて射出角θout １７．
５度としているが、この場合のＹ方向（位置ずれ検出方
向と直交方向）の格子エレメントの配列ピッチは、マス
ク上アライメントマークの配列ピッチとウエハ上アライ
メントマークの配列ピッチを同じピッチｐにすればよ
く、λを波長として（７８５nmを使用） ｐ＝λ／ｓｉｎ（１７.５度）より、 ｐ＝２.６１μｍ になる。

【００４６】以上のようにして本実施形態ではマスク２
２とウエハ２５との位置ずれを検出して、双方のアライ
メントを高精度に行っている。

【００４７】図７は本発明の実施形態２の要部概略図で
ある。本実施形態は図１の実施形態１に比べてコリメー
タレンズ（４，５，６）からの光束を光ファイバー（３
０，３１，３２）を用いてレンズ（７，８，９）に導光
している点が異なっているだけであり、その他の構成は
同じである。

【００４８】図７において光源１から出射し、コリメー
タレンズ４でビーム成形された光束は光ファイバー３０
に入射される。光ファイバー３０の出射端から出た光
は、レンズ７、視野絞り１０、ミラー１３、ダイクロイ
ックミラー１４，１５、ミラー１７、レンズ１８を通
り、各波長毎に異なった照射角度でマスク２２上のアラ
イメントマーク２３に照射される。

【００４９】マスク２２上のアライメントマーク２３で
透過回折した光は、ウエハ２５上のアライメントマーク
２４で反射回折し、照射角度と反対方向に回折する。光
源２，３から出射した光も同様に光ファイバー３１，３
２を経由してマスク２２上のアライメントマーク２３に
照射される。

【００５０】本実施形態では光学系の一部に光ファイバ
ーを用いたことにより、光学系の構成の自由度を増して
いる。例えば光源のみを半導体露光装置の恒温チャンバ
ー外に置き、光ファイバーにより照明光を半導体露光装
置内のアライメントスコープ光学系に導光すれば、光源
の交換等のメンテナンスの容易性が向上する。

【００５１】図７では光ファイバーを光源とレンズの間
に配置したが、装置の構成により、その他の光学系部分
に用いても良い。また、高出力の光源を用いることによ
り、１つの光源から複数個のアライメントスコープに対
して光ファイバーを用いて照明光を導光することも可能
であり、光源のドライバー等をチャンバー外に設置でき
るので不要な熱源を除去できる。

【００５２】次に本発明の実施形態３について図１，図
８を用いて説明する。図１において、マスク２２とウエ
ハ２５にそれぞれ配置されたアライメントマーク２３，
２４を用い、マスク２２とウエハ２５のアライメントを
行う際、照射光の光軸方向とアライメントマークからの
回折光の光軸の方向は、実施形態１で述べたように互い
に逆向きの関係になるように光学系、或いはアライメン
トマークのピッチは設定されている。

【００５３】ここで、マスクの材質の違いによる分光透
過率の変化、及びウエハのプロセス変化による断面構造
の変化により、アライメントマークでの回折効率が変動
し、センサ２１の受光面に結像されるスポット光の光量
が変化し、場合によってはアライメントに必要な信号光
量、あるいは必要なＳ／Ｎ比を得ることができず、マス
クとウエハのアライメントが困難な場合がある。

【００５４】図８は、ウエハ２５に形成されているアラ
イメントマーク２４の段差の変化に対する各波長の照射
光から得られる回折光の光量変化を計算した結果であ
る。波長０．７８５μｍの光束に着目すると、段差４２
００Åで回折光の光量がゼロになる。この時、波長０．
７８５μｍの照射光から波長０．６８５μｍの照射光へ
代えれば、段差約４２００Åのウエハに対しても高精度
なアライメントを行うことができる。

【００５５】図１に示す実施形態は、複数の光源に対し
て１つの光検出器を用いてアライメント信号を検出して
いた。しかし、異なる波長の光束毎に光検出器を用意す
れば、予め最適な波長を選択する工程が不要になり、マ
スクとウエハの相対位置ずれ量を測定する際、複数の光
源を相対位置ずれ量の測定毎に全て点灯させ、測定に充
分な信号が得られる光源波長の信号のみを選択してマス
クとウエハのアライメントを行うこともできる。

【００５６】図９は本発明の位置検出装置をＸ線を利用
したデバイス製造用の露光装置に適用した時の実施形態
４の要部概略図である。

【００５７】図９において、１３９はＸ線ビームでほぼ
平行光となって、マスク１３４面上を照射している。１
３５はウエハで、例えばＸ専用のレジストが表面に塗布
されている。１３３はマスクフレーム、１３４はマスク
メンブレン（マスク）で、この面上にＸ線の吸収体によ
り回路パターンがパターニングされている。２３２はマ
スク支持体、１３６はウエハチャック等のウエハ固定部
材、１３７はｚ軸ステージ、実際にはティルトが可能な
構成になっている。１３８はｘ軸ステージ、１４４はｙ
軸ステージである。

【００５８】前述した各実施形態で述べたマスクとウエ
ハのアライメント検出機能部分（位置検出装置）は筐体
１３０ａ、１３０ｂに収まっており、ここからマスク１
３４とウエハ１３５とのギャップとｘ、ｙ面内方向の位
置ずれ情報を得ている。

【００５９】図９には、２つのアライメント検出機能部
分１３０ａ、１３０ｂを図示しているが、マスク１３４
上の４角のＩＣ回路パターンエリアの各辺に対応して更
に２ヶ所にアライメント検出機能部分が設けられてい
る。筐体１３０ａ、１３０ｂの中には光学系、検出系が
収まっている。１４６ａ、１４６ｂは各アライメント系
からのアライメント検出光である。

【００６０】これらのアライメント検出器能部分により
得られた信号を処理手段１４０で処理して、ｘｙ面内の
ずれとギャップ値を求めている。そしてこの結果を判断
した後、所定の値以内に収まっていないと、各軸ステー
ジの駆動系１４２、１４１、１４３を動かして所定のマ
スク／ウエハずれ以内になるよう追い込み、そして露光
歪みの影響による位置合わせ誤差を補正する量だけマス
ク支持体の駆動系１４７を介してマスク１３４を動かす
か、あるいはウエハ１３５を動かしている。しかる後に
Ｘ線路光ビーム１３９をマスク１３４に照射している。
アライメントが完了するまでは、Ｘ線遮へい部材（不図
示）でシャットしておく。尚、図９では、Ｘ線源やＸ線
照明系等は省略してある。

【００６１】図９はプロキシミティータイプのＸ線露光
装置の例について示したが、光りステッパーについても
同様である。この他、本発明においては光源として、ｉ
線（３６５ｎｍ）、ＫｒＦ−エキシマ光（２４８ｎ
ｍ）、ＡｒＦエキシマ光（１９３ｎｍ）等を用い、これ
らの光源からの照明光を持つ逐次移動型の縮小投影露光
装置や、等倍のミラープロジェクションタイプの露光装
置にも同様に適用可能である。

【００６２】次に上記説明した投影露光装置を利用した
半導体デバイスの製造方法の実施形態を説明する。

【００６３】図１０は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等
の半導体チップ、あるいは液晶パネルやＣＣＤ等）の製
造のフローを示す。

【００６４】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。

【００６５】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）は前行程と呼ばれ、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。

【００６６】次のステップ５（組立）は後行程と呼ば
れ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導
体チップ化する行程であり、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。

【００６７】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。

【００６８】図１０は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。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（ＣＶＤ）ではウエハ表面
に絶縁膜を形成する。

【００６９】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。

【００７０】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。

【００７１】本実施形態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容易に製
造することができる。

【００７２】

【発明の効果】本発明によれば以上のように、マスクと
ウエハ上に設けるアライメントマークの光学的性質を適
切に設定すると共に、アライメントマークへ照射する波
長の異なる複数の光束の照射条件、及びアライメントマ
ークからの光束を受光するセンサの受光条件等を適切に
設定することにより、マスクとウエハとのギャップが変
化しても、マスクとウエハとの相対的な位置ずれを高精
度に検出することができ、高精度なアライメントを行う
ことのできる位置検出装置及びそれを用いた露光装置を
達成することができる。

【００７３】特に本発明によれば、マスクの材質による
分光透過率の変化、あるいはウエハのプロセス依存やレ
ジスト膜厚の違いによるアライメント信号光の変化によ
る影響を受けずに、高精度な相対位置合わせができる位
置検出装置及びそれを用いたデバイスの製造方法を達成
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の位置検出装置をデバイス製造用の露光
装置に適用した時の実施形態１の要部概略図

【図２】図１の一部分の拡大説明図

【図３】本発明に係る位置検出方法の説明図

【図４】本発明に係るアライメント信号の説明図

【図５】図１の一部分の拡大説明図

【図６】本発明に係るアライメント信号に対する光束の
入射角と位相差との関係の説明図

【図７】本発明の位置検出装置をデバイス製造用の露光
装置に適用した時の実施形態２の要部概略図

【図８】本発明の実施形態３に係る光源からの光束の波
長と回折効率との関係を示す説明図

【図９】本発明の実施形態４の要部概略図

【図１０】本発明の半導体素子の製造のフローチャート

【図１１】本発明の半導体素子の製造のフローチャート

【図１２】従来の位置検出装置の要部概略図

【図１３】図１２の一部分の説明図

【符号の説明】

１，２，３ 光源 ４，５，６ コリメータレンズ ７，８，９，１８，２０ レンズ １０，１１，１２，１９ 視野絞り １３，１６，１７ ミラー １４，１５ ダイクロイックミラー ２１ センサ ２２ マスク ２３，２４ アライメントマーク ２５ ウエハ ２６，２７，２８ 光束 ２９ 集光面 ３０，３１，３２ 光ファイバー １３０ａ，１３０ｂ 筐体 １３３ マスクフレーム １３６ マスク保持器 １３７ ｚ軸ステージ １３８ ｘ軸ステージ １３９ Ｘ線ビーム １４０ 処理手段 １４１，１４２，１４３，１４７ 駆動系 １４４ ｙ軸ステージ １４６ａ，１４６ｂ 位置ずれ検出光 １６０ａ ウエハアライメントパターン １６４ 駆動回路 １６８ａ マスクアライメントパターン ２３２ マスク支持体

フロントページの続き (72)発明者 稲 秀樹 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１物体と第２物体とを対向させて、光
   源手段からの光束を該第１物体に設けた第１アライメン
   トマークと該第２物体に設けた第２アライメントマーク
   を介した後に所定面上に導光し、該光束の所定面上にお
   ける入射位置情報より第１物体と第２物体の相対的な位
   置ずれを検出する位置検出装置において、該光源手段は
   互いに波長の異なる光を発する光源を複数個有し、各光
   源からの波長の異なる光束毎に該第１アライメントマー
   クへの照射角度が異なるように入射しており、該複数の
   光源のうちの１つの光源からの波長λ１の光束の該第１
   アライメントマークへの照射角度θ１と、該第１アライ
   メントマークを透過回折し、該第２アライメントマーク
   で反射回折した光束の該第２アライメントマークに対す
   る回折角θ２とが等しくなるようにしていることを特徴
   とする位置検出装置。
2. 【請求項２】 前記第１，第２アライメントマークはレ
   ンズ作用を持つゾーンプレートから成り、該第１，第２
   アライメントマークを照射する光束の波長に応じて該第
   １，第２アライメントマークに対する光束の入射角度と
   相対的位置合わせを行うときの該第１，第２アライメン
   トマークの相対間隔が一意的に決定されていることを特
   徴とする請求項１の位置検出装置。
3. 【請求項３】 前記光源手段からの光束を光ファイバー
   を利用して前記第１アライメントマークに導光している
   ことを特徴とする請求項２の位置検出装置。
4. 【請求項４】 前記第１物体又は第２物体の材質、又は
   第１，第２アライメントマークの断面形状に応じて前記
   複数の光源のうちの所定の光源を選択し、それからの光
   束を用いていることを特徴とする請求項２の位置検出装
   置。
5. 【請求項５】 請求項１から４の何れか１項の位置検出
   装置を用いて第１物体面と第２物体面との位置合わせを
   行って該第１物体面上のパターンを第２物体面上に投影
   していることを特徴とする露光装置。
6. 【請求項６】 請求項１から４の何れか１項の位置検出
   装置を用いてレチクルとウエハとの位置合わせを行った
   後に、レチクル面上のパターンをウエハ面上に投影露光
   し、その後、該ウエハを現像処理工程を介してデバイス
   を製造していることを特徴とするデバイスの製造方法。
7. 【請求項７】 請求項５記載の露光装置を用いて、レチ
   クル面上のパターンをウエハ面上に投影露光し、その
   後、該ウエハを現像処理工程を介してデバイスを製造し
   ていることを特徴とするデバイスの製造方法。