JPH1083952A - 位置合わせ装置及びそれを用いた投影露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レチクルとウエハとの相対的な位置合わせを
アライメントマークのサンプリングレートを変化させる
ことによって高精度に行うことのできる位置合わせ装置
及びそれを用いた投影露光装置を得ること。 【解決手段】 第１物体と第２物体との相対的な位置合
わせを行う際、該第２物体面上のアライメントマークの
所定面上における位置情報を検出手段で検出し、該検出
手段で得られる位置情報を用いて制御手段で該第１物体
と第２物体の相対的位置を変化させて行う位置合わせ装
置において、該制御手段は該検出手段からのアライメン
トマークの位置情報をデジタル処理するとともにアライ
メントマークの検出におけるサンプリングレートを変化
させていること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は位置合わせ装置及び
それを用いた投影露光装置に関し、特に半導体製造用の
投影露光装置において第１物体としてのマスク面やレチ
クル面（以下「レチクル面」という。）上に形成されて
いるＩＣ、ＬＳＩ等の微細な電子回路パターン（パター
ン）を第２物体としてのウエハに投影する際の双方の相
対的な位置合わせ（アライメント）を行う際に好適なも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来より半導体素子製造用の投影露光装
置においては、集積回路の高密度化に伴いレチクル面上
の回路パターンをウエハ面上に高い解像力で投影露光で
きることが要求されている。回路パターンの投影解像力
を向上させる方法としては、例えば露光光の波長を固定
にして投影光学系のＮＡを大きくする方法や露光波長を
ｇ線からｉ線へと短波長の光束を用い、又はエキシマレ
ーザから発振される波長２４８ｎｍ，１９３ｎｍ等の短
波長の光を用いる方法等が多くとられている。また最近
では位相シフトマスクや変形照明等により、光露光によ
る光加工の限界を広げる試みが行われている。

【０００３】一方、回路パターンの微細化に伴い電子回
路パターンの形成されているレチクルとウエハを高精度
にアライメント（位置合わせ）することが要求されてき
ている。特にレチクルとウエハの位置合わせを行う際に
ウエハ面上に設けたアライメントマークの位置情報を検
出（観察）する為の位置合わせ顕微鏡（アライメントス
コープ）には高解像度のものが要求されている。本出願
人は例えば特開昭６３−３２３０３号公報や特開平２−
１３０９０８号公報等でウエハ面上に塗布されたレジス
トを感光させない光、例えばＨｅ−Ｎｅレーザからの波
長６３３ｎｍの光を用いた位置合わせ装置を提案してい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般にウエハ面上に設
けたアライメントマークの位置情報を位置合わせ顕微鏡
等の観察手段で観察し、そのアライメントマークの位置
情報を検出手段で検出して、ウエハとレチクル（又は観
察手段の基準点）との位置合わせを行う方法においては
ウエハが製造プロセスを繰り返し行っていくうちに局所
的に形状変化をしてきてアライメントマークの位置情報
の高精度な検出が難しくなり位置合わせ精度が低下して
くる。

【０００５】図１０は製造プロセスを繰り返していくう
ちにウエハ面上のアライメントマークの寸法が変化し
て、位置情報の検出が低下するときの説明図である。

【０００６】図１０（Ａ）において、１０１は位置検出
用のプローブ光のスポットであり、ここでは説明のため
Ｈｅ−Ｎｅレーザ光（６３３ｎｍ）のスポットを用いて
いる。位置検出を行う際、スポット光１０１は矢印の方
向に走査、又は見かけ上矢印の方向に走査されるように
ウエハを載置しているＸＹステージを矢印と逆方向に走
査している。ここではＸＹステージが走査するものとし
て説明をする。ウエハ上の位置合わせマーク１０２ａ〜
１０２ｄ上にスポット光１０１がかかるとマークエッジ
から散乱光が発生し、それを検出することによりアライ
メントマークの位置を検出している。

【０００７】図１０（Ｂ）はサンプリング周波数を示
す。図中、クロック信号がハイレベルにあるときに位置
合わせ信号をサンプリングするタイミングを示してい
る。図１０（Ｃ）は時刻ｔにおけるＸＹステージの位置
合わせマーク上における走査速度（ｖ）を示す。図１０
（Ｄ）は位置合わせマークの信号光をサンプリングした
ときのセンサー（検出手段）からの出力を示す。図１０
（Ｅ）は上記サンプリングした信号より求められる信号
波形を示す。

【０００８】今、位置合わせマーク１０２ａ〜１０２ｄ
のマーク寸法が半導体プロセス等の影響により細くなっ
てしまった場合を考える。ＸＹステージが図１０（Ｃ）
に示すように等速で走査を行っている場合、図１０
（Ｂ）のサンプリングレートでサンプリングを行うと、
図１０（Ｄ）のような信号が得られる。この場合、信号
波形は図１０（Ｅ）のようになる。アライメントマーク
１０２ａ，１０２ｃ，１０２ｄのマーク地点は信号が複
数個のサンプリング点で構成されているため、補間等の
数学的な処理を使うことにより、サンプリングピッチに
対応する区間以下のオーダーで正確に位置を求めること
ができる。一方、位置合わせマーク１０２ｂの信号は１
つのポイントしかないため、この信号を基にマーク位置
を算出する場合、マークの存在する地点がサンプリング
ピッチに対応する区間以下のオーダーでは不明確とな
り、正確なマークの位置を求めることができなくなって
くる。

【０００９】本発明は製造プロセスを繰り返し受けて、
ウエハ面上のアライメントマーク（位置合わせマーク）
の寸法や形状等が変化してもアライメントマークのサン
プリングレートを適切に設定することによって最適な信
号波形を得てアライメントマークの位置情報を高精度に
検出し、ウエハを所定位置に精度よく位置合わせするこ
とができるようにした位置合わせ装置及びそれを用いた
投影露光装置の提供を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の位置合わせ装置
は、 （１−１）第１物体と第２物体との相対的な位置合わせ
を行う際、該第２物体面上のアライメントマークの所定
面上における位置情報を検出手段で検出し、該検出手段
で得られる位置情報を用いて制御手段で該第１物体と第
２物体の相対的位置を変化させて行う位置合わせ装置に
おいて、該制御手段は該検出手段からのアライメントマ
ークの位置情報をデジタル処理するとともにアライメン
トマークの検出におけるサンプリングレートを変化させ
ていることを特徴としている。

【００１１】特に、(1-1-1) 前記制御手段は前記第２物
体を載置しているＸＹステージの走査速度を変化させる
ことによってサンプリングレートを変化させているこ
と、(1-1-2) 前記制御手段は前記検出手段による前記ア
ライメントマークの所定面上における結像倍率を変化さ
せることによってサンプリングレートを変化させている
こと、(1-1-3) 前記制御手段は前記検出手段による前記
アライメントマークの所定面上におけるサンプリングの
タイミングを支配するクロック周波数を変化させてサン
プリングレートを変化させていること、(1-1-4) 前記制
御手段は前記検出手段による前記アライメントマークの
所定面上におけるサンプリングのタイミングを支配する
クロック周波数を複数個有し、該複数のクロック周波数
より１つを選択してサンプリングレートを変化させてい
ること、(1-1-5) 前記制御手段は前記検出手段によるア
ライメントマークの位置情報の検出におけるサンプリン
グレートの変化を該アライメントマークの領域のうち予
め設定した領域において変化させていること、(1-1-6)
前記制御手段はサンプリングレートを変化させる領域を
該アライメントマークをプリアライメントしたときの信
号を利用して決定していること等を特徴としている。

【００１２】本発明の投影露光装置は、 （２−１）第１物体と第２物体との相対的な位置合わせ
を行った後に第１物体面上のパターンを投影光学系によ
り第２物体面上に投影露光する投影露光装置において、
該第２物体面上のアライメントマークの所定面上におけ
る位置情報を検出手段で検出し、該検出手段で得られる
位置情報を用いて制御手段で該第１物体と第２物体の相
対的位置を変化させて行い、該制御手段は該検出手段か
らのアライメントマークの位置情報をデジタル処理する
とともにアライメントマークの検出におけるサンプリン
グレートを変化させていることを特徴としている。

【００１３】特に、(2-1-1) 前記制御手段によるサンプ
リングレートを変化させる領域は前記第２物体における
グローバルアライメントを行って得た位置情報及び該第
２物体内におけるショットの配列格子から算出されグロ
ーバルアライメントを行うときに該算出された領域に対
して、該第２物体を載置しているＸＹステージの走査速
度を変化させたものであることを特徴としている。

【００１４】本発明のデバイスの製造方法は、 （３−１）構成（１−１）の位置合わせ装置を用いてレ
チクルとウエハとの相対的位置合わせを行った後にレチ
クル面上のパターンを投影光学系でウエハ面上に投影露
光し、その後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。

【００１５】（３−２）構成（２−１）の投影露光装置
を用いてレチクル面上のパターンを投影光学系でウエハ
面上に投影露光し、その後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。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態１の要部
概略図である。

【００１７】同図において、高圧水銀灯、エキシマレー
ザ等の光源を有する照明系５から出射した露光光によっ
てレチクル１面上の電子回路パターンを照射する。レチ
クル１に描画された電子回路パターンは投影レンズ（投
影光学系）２を介し、ウエハ３上に転写、露光される。
ウエハ３はチャック（不図示）上に載置されている。チ
ャックは投影レンズ２の光軸方向及び光軸を回転軸とす
る方向に駆動可能なθ−Ｚステージ６に載置されてお
り、ウエハ３をフォーカス方向（光軸方向）に上下動さ
せている。

【００１８】θ−Ｚステージ６はチルトステージ７上に
載置されている。チルトステージ７上にはフィデューシ
ャルマーク２１が設けられており、そのパターン面はウ
エハ３の表面と同一平面となるように設定している。チ
ルトステージ７はＸＹステージ８上に載置されている。
ＸＹステージ８上にはバーミラー９が載置されており、
ＸＹステージ８の位置をレーザ干渉計１０でモニター
し、その位置計測値は回線２０を通じコンピュータ（制
御手段）１８に送信されている。

【００１９】ＡＳは検出手段としての位置合わせ顕微鏡
（顕微鏡）であり、ウエハ３面上のアライメントマーク
４の投影レンズ２の光軸と垂直面内（ＸＹ面内）での位
置情報を検出している。本実施形態に係る位置合わせ顕
微鏡ＡＳは、以下のような各要素より構成されている。

【００２０】光源、例えばＨｅ−Ｎｅレーザ１６から出
射した光束は顕微鏡照明系１７を通り、その一部がビー
ムスプリッター１３で対物レンズ１２側に反射される。
その後、光束は対物レンズ１２を通過し、ミラー１１で
反射され投影レンズ２に入射する。投影レンズ２を出射
した光束はウエハ３上にあるアライメントマーク４を照
明する。

【００２１】ウエハ３上のアライメントマーク４で反射
した光（信号光）は元の光路を戻り、再び投影レンズ２
に入射する。そして投影レンズ２を出射した信号光はミ
ラー１１により対物レンズ１２側に反射される。対物レ
ンズ１２を通過後、ビームスプリッター１３を透過し、
空間フィルター２２に至る。空間フィルター２２は対物
レンズ１２及び後述するリレーレンズ１４の瞳面、或い
はその近傍に配置されている。

【００２２】空間フィルター２２面上に、信号光はウエ
ハ３上のアライメントマーク４からの回折パターンを結
像する。空間フィルター２２は回折光の０次光のみをカ
ットするようにフィルタリングを行っている。空間フィ
ルター２２でカットされなかった１次以上の回折光は、
リレーレンズ１４により光センサー１５の光電変換面上
に集光される。光センサー１５で検出された信号は回線
１９を通りコンピュータ１８に送信される。

【００２３】本実施形態のコンピュータ１８は光センサ
ー１５からの位置情報をデジタル処理したり、サンプリ
ングレートを変化させること等、サンプリングのタイミ
ングを司る機能も備えており、干渉計１０の計測値及び
光センサー１５の信号を同時に計測できるようにコント
ロールしている。

【００２４】図２は本実施形態において光センサー１５
で得られるアライメントマーク４に基づく検出信号の説
明図である。

【００２５】図２（Ａ）はウエハ３上にあるアライメン
トマーク４（１０２ａ〜１０２ｄ）とそれらを照明する
照明光（１０１）を示している。照明光１０１は見かけ
上、図中矢印方向に走査されるようにＸＹステージ８を
駆動している。図２（Ｂ）はＸＹステージ８の位置と走
査速度の関係を表す説明図である。図２（Ａ）と図２
（Ｂ）を結んでいる点線はアライメントマーク近傍の領
域を表し、この領域でＸＹステージ８はスピードを落と
す。この領域は予めアライメントマーク座標からどのく
らいか設定されている。それに対しアライメント信号の
サンプリングのタイミングは一定としている。これによ
ってサンプリングレートを変化させている。

【００２６】その為、ＸＹステージ８の位置とアライメ
ント信号サンプリングのタイミングは図２（Ｃ）に示す
ように粗密となる。図２（Ｃ）において、ハイレベルの
ときがアライメント信号のサンプリングのタイミングを
表す。このタイミングによりサンプリングを行い得られ
た信号を図２（Ｄ）に示す。図２（Ｃ）に示すようにア
ライメントマーク近傍でＸＹステージ８の走査速度を落
とすことにより、アライメントマークのサンプリング点
数を増加させている。即ち、サンプリングレートを変化
させている。また図２（Ｄ）にあるように、それにより
得られた信号は１つの信号につき複数のサンプリング点
が存在する為、数学的なデジタル処理をすることにより
アライメントマークの位置を正確に検出することが可能
となる。

【００２７】本実施形態では、この方法によるアライメ
ントマークの検出をＸ方向及びＹ方向で計測し、アライ
メントに必要な又は予め設定されたポイントの数だけ行
っている。これによりプロセスの影響でアライメントマ
ーク寸法が細くなっても、位置検出に十分なサンプリン
グ点数を得て、これによってアライメントマークの高精
度な位置検出を行っている。

【００２８】次に本発明の実施形態２について説明す
る。本実施形態においては、ＸＹステージの速度を落と
す区間を最小限にする為、本計測の前に予備計測を実施
することを特徴としている。装置の構成は図１の実施形
態１と同じである。

【００２９】まず、ＸＹステージ８の走査速度を変化さ
せることなく、一定のスピードで走査を行う。これによ
り図１０（Ｄ），（Ｅ）に示したアライメント信号を得
る。この信号に基づき、本計測でＸＹステージの速度を
落とす区間を決定する。決定後、再度ＸＹステージを走
査する。このときは先に決定した区間のみ、ＸＹステー
ジの走査速度を変える。これによりサンプリング点数が
その区間のみ増え、アライメントマークの位置を高精度
に検出することができる。

【００３０】本実施形態では、上記の予備走査を行うこ
とにより、ＸＹステージのスピードを変化させたとき、
確実にアライメントマーク領域をカバーすることができ
る。従ってＸＹステージの速度を変化させる区間を効率
よく設定することができる。

【００３１】次に本発明の実施形態３について説明す
る。本実施形態は、ＸＹステージの走査速度を変化させ
る領域を決定する際に、以下の方法で決定している。

【００３２】まず、ウエハがキャリアから搬出され、フ
ィーダーにてチャック上に送り込まれた後、プリアライ
メントが行われる。プリアライメントはアライメントの
精密検出をする際、アライメントマークが確実に検出で
きる範囲内に来るようにする為のものである。プリアラ
イメントが終了後、アライメントの精密検出であるグロ
ーバルアライメントを行う。

【００３３】グローバルアライメントは、図３に示すシ
ョット３１〜３４で祖検出を行い、ここで荒くウエハの
ショット配列格子及びシフトを算出、補正し、更に再び
ショット３１〜３８で計測を行い、先に算出したショッ
ト配列格子、シフト成分の残差を補正する。

【００３４】このグローバルアライメントにおいて、図
３のショット３１〜３４の祖検出を行う際はＸＹステー
ジの走査速度を変化させず、通常のスピードでアライメ
ントマークのサンプリングを行う。その測定値からショ
ット配列格子及びシフト成分を算出する。この算出した
ショット配列格子及びシフト成分から、次のグローバル
アライメントの本計測時におけるアライメントマーク位
置を予測する。そしてグローバルアライメントの本計測
時には、前記予測位置においてＸＹステージのスピード
を変化させ、サンプリング点数を増やすようにしてい
る。これによりグローバルアライメントの検出精度の向
上を図っている。

【００３５】尚、実施形態１〜３において、ＸＹステー
ジの走査速度を変化させることにより、ＸＹステージの
慣性や制御の問題で精度劣化が懸念される場合は、その
プロセス或いはウエハ毎にアライメントマークの有り無
しの各領域でのＸＹステージの走査速度変化は行わず、
走査速度そのものを変えるようにしても良い。即ち、線
幅が細るようなプロセスではＸＹステージを通常より遅
めの速度で走査し、そうでない場合は通常の速度で走査
する。これによりＸＹステージの慣性や制御の問題によ
る精度劣化が懸念されることはなく、高精度なアライメ
ントマークの位置検出を行っている。

【００３６】次に本発明の実施形態４について説明す
る。本実施形態は、ＸＹステージによりアライメントマ
ーク上を走査する速度を変化させるのではなく、サンプ
リングのタイミングを支配しているクロックの周期（ク
ロック周波数）を変化させている。

【００３７】図４を用いて本実施形態を説明する。図４
（Ａ）はウエハ３上にあるアライメントマーク４（１０
２ａ〜１０２ｄ）と照明光（１０１）を示している。照
明光１０１は見かけ上、図中矢印方向に走査されるよう
にＸＹステージ８を駆動する。図４（Ｂ）はアライメン
ト信号のサンプリングのタイミングを表す説明図であ
る。図４（Ｂ）において、ハイレベルのときがアライメ
ント信号のサンプリングのタイミングを表す。図４
（Ａ）と図４（Ｂ）を結んでいる点線はアライメントマ
ーク近傍の領域を表し、この領域でサンプリング周波数
を変化させている。この領域は予めアライメントマーク
座標からどのくらいか設定されている。

【００３８】それに対し、本実施形態においては図４
（Ｃ）に示すように、ＸＹステージの走査速度は一定と
している。このタイミングによりサンプリングを行い得
られた信号を図４（Ｄ）に示す。図４（Ｄ）に示すよう
に、アライメントマーク近傍でサンプリング周波数を高
くすることによりアライメントマークのサンプリング点
数を増加させている。また図４（Ｄ）に示すように、そ
れにより得られた信号は１つの信号につき複数のサンプ
リング点が存在する為、数学的な処理をすることにより
位置を正確に検出することを可能としている。

【００３９】本実施形態に係る方法によるアライメント
マークの検出をＸ方向及びＹ方向で計測し、アライメン
トに必要な又は予め設定されたポイントの数だけ行って
いる。これによりプロセスの影響でアライメントマーク
寸法が細くなっても、位置検出に十分なサンプリング点
数を得ている。

【００４０】またアライメントマークの有り無しの各領
域においてサンプリングクロック周波数を変化させるこ
とにより、制御が複雑化することを避けたい場合には、
そのプロセス或いはウエハ毎にアライメントマークの有
り無しの各領域でのサンプリングクロック周波数の変化
は行わず、周波数そのものを変えるようにしても良い。
即ち、線幅が細るようなプロセスでは通常のサンプリン
グ周波数より高くし、そうでない場合は通常の周波数で
サンプリングする。これによりシステムが複雑化せず、
アライメントマークの位置検出を高精度に行っている。

【００４１】次に本発明の実施形態５について説明す
る。本実施形態は、サンプリングのタイミングを支配し
ているそれぞれ周期の異なるクロックを複数備え、それ
を切り換えることによりサンプリング点数を最適化して
いる。

【００４２】図５を用いて本実施形態の特徴を説明す
る。図５（Ａ）はウエハ３上にあるアライメントマーク
４（１０２ａ〜１０２ｄ）と照明光（１０１）を示して
いる。照明光１０１は見かけ上、図中矢印方向に走査さ
れるようにＸＹステージ８を駆動する。また図中Ａの領
域はアライメントマークのない領域を示し、Ｂの領域は
アライメントマークが存在する領域を示す。図５
（Ｂ），（Ｃ）はアライメント信号のサンプリングのタ
イミングを表す図である。本実施形態においては、図５
（Ｂ）のクロック周波数は図５（Ｃ）のクロック周波数
の半分とするが、実際はこのような関係でなくとも良
い。

【００４３】図５（Ｂ），（Ｃ）において、ハイレベル
のときがアライメント信号のサンプリングのタイミング
を表す。図５（Ａ）と図５（Ｂ），（Ｃ）を結んでいる
点線はアライメントマーク近傍の領域を表し、この領域
でサンプリング周波数を切り換える。アライメントマー
クのない領域Ａではサンプリング周波数は図５（Ｂ）の
方を、アライメントマークのある領域Ｂでは図５（Ｃ）
の方を選択するように切り換える。この動作は図１のコ
ンピュータ１８で行われる。

【００４４】この両領域Ａ，Ｂは予めアライメントマー
ク座標からどのくらいか設定されている。それに対し本
実施形態においてはＸＹステージの走査速度は一定とす
る。このタイミングによりサンプリングを行い得られた
信号を図５（Ｄ）に示す。図５（Ｄ）に示すように、ア
ライメントマーク近傍（領域Ｂ）でサンプリング周波数
を高い方に切り換えることにより、アライメントマーク
のサンプリング点数を増加させている。また図５（Ｄ）
に示すように、それにより得られた信号は１つの信号に
つき複数のサンプリング点が存在するため、数学的な処
理をすることにより位置を正確に検出することを可能と
している。

【００４５】本実施形態における方法によるアライメン
トマークの検出をＸ方向及びＹ方向で計測し、アライメ
ントに必要な又は予め設定されたポイントの数だけ行っ
ている。これによりプロセスの影響でアライメントマー
ク寸法が細くなっても位置検出に十分なサンプリング点
数を得ている。

【００４６】またアライメントの有り無しの各領域にお
いて、サンプリングクロックを切り換えることにより制
御が複雑化することを避けたい場合には、そのプロセス
或いはウエハ毎にアライメントマークの有り無しの各領
域でのサンプリングクロックの切り換えは行わず、クロ
ックそのものを変えるようにしても良い。即ち、線幅が
細るようなプロセスでは通常の周波数より高いクロック
の方を選択し、そうでない場合は通常の周波数のクロッ
クを選択する。これによりシステムが複雑化せず、アラ
イメントマークの位置検出を高精度に行っている。

【００４７】尚、実施形態１〜５までにおいて、アライ
メントマークの信号をサンプリングする際、同時に干渉
計１０で測定したＸＹステージの位置をアライメント信
号とペアで管理しておく。この２つの情報からマーク位
置を算出するのは言うまでもない。

【００４８】次に本発明の実施形態６について説明す
る。本実施形態は画像をＣＣＤ等の撮像素子でとりこ
み、アライメントマークのエッジ部のサンプリング点数
がアライメントマークの位置計測にとり十分になるよう
にしている。

【００４９】図６は本実施形態の要部概略図であり、図
１に示す要素と同一要素には同符番を付している。

【００５０】図６において、照明系５から出射した露光
光はレチクル１面上のパターンを照射する。レチクル１
に描画された電子回路パターンは投影レンズ２を介し、
ウエハ３上に転写、露光される。ウエハ３はチャック
（不図示）上に載置されている。チャックは投影レンズ
２の光軸方向及び光軸を回転軸とする方向に駆動可能な
θ−Ｚステージ６に載置されている。θ−Ｚステージ６
はチルトステージ７上に載置されている。その他、チル
トステージ７上にはフィデューシャルマーク２１も載置
されている。

【００５１】チルトステージ７はＸＹステージ８上に載
置されている。ＸＹステージ８上にはバーミラー９が載
置されており、ＸＹステージ８の位置をレーザ干渉計１
０でモニターし、その位置計測値は回線２０を通じコン
ピュータ１８に送信されている。

【００５２】一方、位置合わせ顕微鏡ＡＳは、以下の各
要素より構成されている。光源、例えばＨｅ−Ｎｅレー
ザ１６から出射した光束は顕微鏡照明系１７を通り、そ
の一部がビームスプリッター１３で対物レンズ１２側に
反射される。尚、本実施形態では説明のために光源をＨ
ｅ−Ｎｅレーザにしているが、実際は連続スペクトルを
持つハロゲンランプ等でもかまわない。

【００５３】その後、光束は対物レンズ１２を通過し、
ミラー１１で反射され投影レンズ２に入射する。投影レ
ンズ２を出射した光束はウエハ３上にあるアライメント
マーク４を照明している。

【００５４】ウエハ３上のアライメントマーク４で反射
した光は、再び投影レンズ２に入射する。そして投影レ
ンズ２を出射した光はミラー１１により対物レンズ１２
側に反射される。対物レンズ１２を通過後、ビームスプ
リッター１３を透過し、リレーレンズ６１に至る。リレ
ーレンズ６１はズーミングが可能で駆動装置６３により
ズーミング動作をコントロールしている。更に駆動装置
６３は回線６４を通し、コンピュータ１８にてその駆動
量の指示を与えている。

【００５５】リレーレンズ６１を透過した信号光は、例
えばＣＣＤカメラのような撮像素子６２の光電変換面上
にアライメントマーク像として結像される。検出された
アライメントマーク像は回線１９を通りコンピュータ１
８に送信される。

【００５６】撮像素子６４で検出されたアライメントマ
ーク像はコンピュータ１８に送信後、画像処理が行われ
アライメントマークの位置が算出される。図７は検出し
たアライメントマーク画像と、そのときの信号波形を示
す。

【００５７】図７（Ａ）はアライメントマークがプロセ
スにより細くなり、アライメントマークのエッジ部にお
けるサンプリングポイントを得られなくなってしまった
場合を示している。この場合、位置合わせマークの信号
はマークエッジ部にサンプリングポイントがないため、
この信号を基にマーク位置を算出する場合、マークの存
在する地点がサンプリングピッチに対応する区間以下の
オーダーでは不明確となり、正確なマークの位置を求め
ることができない。

【００５８】一方、図７（Ｂ）は図６におけるリレーレ
ンズ６１をアップすることにより、結像倍率を変えてマ
ークエッジ部におけるサンプリングポイントを確保する
ようにしている。この場合、マークエッジ部にサンプリ
ング点が存在する為、数学的な処理をすることによりア
ライメントマーク位置の正確な位置を検出することが可
能となる。即ち、画像処理においてプロセスの影響でサ
ンプリングポイント数が少なくなることにより、精度劣
化を生じるような場合はアライメントマークをズームア
ップすることにより、即ち検出手段によるアライメント
マークの所定面上における結像倍率を高くすることによ
り見かけ上の画素ピッチ分解能を高め、サンプリングポ
イントを増やしている。これによりアライメントマーク
線幅がプロセスにより変動しても高精度な位置合わせを
達成している。

【００５９】次に上記説明した投影露光装置を利用した
デバイスの製造方法の実施形態を説明する。

【００６０】図８は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の
半導体チップ、或いは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造の
フローチャートである。

【００６１】本実施形態において、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。

【００６２】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。

【００６３】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。

【００６４】図９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。

【００６５】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。

【００６６】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。

【００６７】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デバイスを容易に製造する
ことができる。

【００６８】

【発明の効果】本発明によれば、製造プロセスを繰り返
し受けて、ウエハ面上のアライメントマーク（位置合わ
せマーク）の寸法や形状等が変化してもアライメントマ
ークのサンプリングレートを適切に設定することによっ
て最適な信号波形を得てアライメントマークの位置情報
を高精度に検出し、ウエハを所定位置に精度よく位置合
わせすることができるようにした位置合わせ装置及びそ
れを用いた投影露光装置を達成することができる。

【００６９】特に、第２物体上にある位置合わせマーク
からの信号をデジタル化し、上記位置合わせマーク検出
時におけるサンプリングレートを変化することにより処
理に最適な信号形状を得ることができ、高精度の位置合
わせができる位置合わせ装置及びそれを用いた投影露光
装置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の要部概略図

【図２】本発明の実施形態１におけるサンプリングのタ
イミングを示した説明図

【図３】本発明の実施形態３におけるアライメントショ
ットの説明図

【図４】本発明の実施形態４におけるサンプリングのタ
イミングを示した説明図

【図５】本発明の実施形態５におけるサンプリングのタ
イミングを示した説明図

【図６】本発明の実施形態６の要部概略図

【図７】本発明の実施形態６のアライメントマークとそ
の信号を示した説明図

【図８】本発明のデバイスの製造方法のフローチャート

【図９】本発明のデバイスの製造方法のフローチャート

【図１０】従来の位置合わせ装置に係る信号の説明図

【符号の説明】

１ レチクル ２ 投影光学系 ３ ウエハ ４ アライメントマーク ５ 照明系 ６ θ−Ｚステージ ７ チルトステージ ８ ＸＹステージ ９ バーミラー １０ レーザ干渉計 １１ ミラー １２ 対物レンズ １３ ビームスプリッター １４ リレーレンズ １５ 光電センサー １６ Ｈｅ−Ｎｅレーザ １７ 顕微鏡照明光学系 １８ コンピュータ（制御手段） １９，２０ 通信回線 ２１ フィデューシャルマーク ２２ 空間フィルター ６１ リレーレンズ ６２ ＣＣＤカメラ ６３ 駆動機構 ６４ 通信回線 １０１ 照明光ビーム １０２ アライメントマーク ＡＳ 位置合わせ顕微鏡

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１物体と第２物体との相対的な位置合
   わせを行う際、該第２物体面上のアライメントマークの
   所定面上における位置情報を検出手段で検出し、該検出
   手段で得られる位置情報を用いて制御手段で該第１物体
   と第２物体の相対的位置を変化させて行う位置合わせ装
   置において、該制御手段は該検出手段からのアライメン
   トマークの位置情報をデジタル処理するとともにアライ
   メントマークの検出におけるサンプリングレートを変化
   させていることを特徴とする位置合わせ装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は前記第２物体を載置して
   いるＸＹステージの走査速度を変化させることによって
   サンプリングレートを変化させていることを特徴とする
   請求項１の位置合わせ装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段は前記検出手段による前記
   アライメントマークの所定面上における結像倍率を変化
   させることによってサンプリングレートを変化させてい
   ることを特徴とする請求項１の位置合わせ装置。
4. 【請求項４】 前記制御手段は前記検出手段による前記
   アライメントマークの所定面上におけるサンプリングの
   タイミングを支配するクロック周波数を変化させてサン
   プリングレートを変化させていることを特徴とする請求
   項１の位置合わせ装置。
5. 【請求項５】 前記制御手段は前記検出手段による前記
   アライメントマークの所定面上におけるサンプリングの
   タイミングを支配するクロック周波数を複数個有し、該
   複数のクロック周波数より１つを選択してサンプリング
   レートを変化させていることを特徴とする請求項１の位
   置合わせ装置。
6. 【請求項６】 前記制御手段は前記検出手段によるアラ
   イメントマークの位置情報の検出におけるサンプリング
   レートの変化を該アライメントマークの領域のうち予め
   設定した領域において変化させていることを特徴とする
   請求項１の位置合わせ装置。
7. 【請求項７】 前記制御手段はサンプリングレートを変
   化させる領域を該アライメントマークをプリアライメン
   トしたときの信号を利用して決定していることを特徴と
   する請求項６の位置合わせ装置。
8. 【請求項８】 第１物体と第２物体との相対的な位置合
   わせを行った後に第１物体面上のパターンを投影光学系
   により第２物体面上に投影露光する投影露光装置におい
   て、該第２物体面上のアライメントマークの所定面上に
   おける位置情報を検出手段で検出し、該検出手段で得ら
   れる位置情報を用いて制御手段で該第１物体と第２物体
   の相対的位置を変化させて行い、該制御手段は該検出手
   段からのアライメントマークの位置情報をデジタル処理
   するとともにアライメントマークの検出におけるサンプ
   リングレートを変化させていることを特徴とする投影露
   光装置。
9. 【請求項９】 前記制御手段によるサンプリングレート
   を変化させる領域は前記第２物体におけるグローバルア
   ライメントを行って得た位置情報及び該第２物体内にお
   けるショットの配列格子から算出されグローバルアライ
   メントを行うときに該算出された領域に対して、該第２
   物体を載置しているＸＹステージの走査速度を変化させ
   たものであることを特徴とする請求項８の投影露光装
   置。
10. 【請求項１０】 請求項１から７の位置合わせ装置を用
    いてレチクルとウエハとの相対的位置合わせを行った後
    にレチクル面上のパターンを投影光学系でウエハ面上に
    投影露光し、その後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。
11. 【請求項１１】 請求項８又は９の投影露光装置を用い
    てレチクル面上のパターンを投影光学系でウエハ面上に
    投影露光し、その後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。