JPH11260715A - 露光方法及びそれを用いたデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マスクとウエハとの相対的な位置決めを高精
度に行い、高集積度のデバイス製造に好適な露光装置及
びそれを用いたデバイスの製造方法を得ること。 【解決手段】 対向配置した第１物体と第２物体のうち
の少なくとも一方に物理光学素子より成るアライメント
マークを設け、該アライメントマークを介した光束の所
定面上における入射位置情報より、該第１物体と第２物
体の相対的な位置合わせを行った後に、該第１物体面上
のパターンを第２物体面上に露光転写する露光方法にお
いて、該第１物体面上のパターンを第２物体面上に露光
転写するときの露光間隔と、該第１物体と第２物体との
相対的位置合わせを行うアライメント間隔とが異なって
いること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は露光装置及びそれを
用いたデバイスの製造方法に関し、例えばＩＣ、ＬＳ
Ｉ、ＣＣＤ、磁気ヘッド、液晶パネル等のデバイス（半
導体素子）製造用のプロキシミティタイプの露光装置や
所謂ステッパー、そして走査型の露光装置等において、
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（感光基板）等の第２物体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ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より半導体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位置合わせ精度
を有するものが要求されている。

【０００３】多くの位置合わせ装置においては、マスク
及びウエハ面上に位置合わせ用の所謂アライメントパタ
ーン（「アライメントマーク」ともいう。）を所謂スク
ライブライン上に設け、それら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、例えば米国特許第4,037,
969 号や特開昭56-157033 号公報ではアライメントパタ
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】又、米国特許第4,311,389 号ではマスク面
上にその回折光が所謂シリンドリカルレンズと同様の光
学作用を持つようなアライメントパターンを設け、ウエ
ハ面上にはその回折光を更にマスクとウエハが合致した
ときに所定次数の回折光の光量が最大となるような点列
状のアライメントパターンを設け、双方のアライメント
パターンを介した光束を検出することによってマスクと
ウエハとの相対的位置関係の検出を行っている。

【０００５】この他本出願人は先に特願昭63-226003 号
においてマスクとしての第１物体とウエハとしての第２
物体との相対的な位置ずれ検出を行う際、第１物体及び
第２物体面上に各々２組のレンズ作用を有するアライメ
ントマークとしての物理光学素子を設け、該物理光学素
子にレーザを含む投光手段から光束を照射し、該物理光
学素子で逐次回折された回折光をセンサー（検出手段）
に導光している。そしてセンサー面上での２つの光スポ
ットの相対間隔値を求めることにより第１物体と第２物
体の相対的位置ずれ量を検出している。

【０００６】このとき投光手段は位置検出をすべく物体
面上に設けた２組の物理光学素子で逐次回折された光を
受光する検出手段と共に１つの筺体内に収納されてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】近年、ＤＲＡＭなどの
半導体デバイスの高集積化に伴い高集積化が容易なＸ線
を利用した露光装置が種々と提案されている。

【０００８】このＸ線露光装置におけるマスクとウエハ
のプロキシミティギャップ、すなわち、露光ギャップ
（露光間隔）も２５６ＭＤＲＡＭにおける３０μｍか
ら、１６ＧＤＲＡＭでは５μｍ以下の狭露光ギャップが
必要とされている。これは、いかに波長の短いＸ線とい
えども、１６ＧＤＲＡＭ世代に必要とされる０．０６μ
ｍ程の線幅（線幅パターン）を転写しようとすると、回
折による露光光の広がりが無視できなくなるためであ
る。そして、さらに細かい線幅を転写しようとすると、
さらに狭露光ギャップが将来要求されることになる。

【０００９】一方、より細かい線幅を得るために必須の
狭露光ギャップ化は、露光時のマスクとウエハのアライ
メントの方式に対し、いくつかの困難をもたらしてい
る。それは、従来のＸ線露光装置においては、図４に示
すようにアライメントギャップと露光ギャップが同じで
あったため、より狭いギャップでの露光に対応するた
め、アライメント自体もより狭いギャップで行う必要が
生じるためである。

【００１０】図４（Ａ）に、Ｘ線露光で０．０６μｍの
Ｌ＆Ｓ（ラインアンドスペース）を転写する場合の露光
ギャップの例を示したが、ほぼ５μｍ程の露光ギャップ
が必要といわれている。この場合、アライメントギャッ
プも図４（Ａ）に示した様に、ほぼ５μｍ程になる。

【００１１】ところが、一般にマスク側のアライメント
マークの配置されるマスクメンブレム及びウエハ側のア
ライメントマークの配置されるウエハの表面形状は各々
数μｍ程の凹凸があるため、実際には、５μｍ以下のア
ライメントギャップを考慮する必要がある。

【００１２】さらに、アライメント時、特にグローバル
アライメント時には、ウエハ全面のショット配列をアラ
イメント装置（位置検出装置）で計測するために５μｍ
のアライメントギャップにおいて２０〜３０ｃｍ以上の
距離でステージをステップ移動させる必要が生じ、マス
クとウエハの衝突や接触を考えると著しく露光装置とし
ての信頼性が損なわれるという問題が生じることにな
る。

【００１３】また、Ｘ線露光の場合には、露光光強度、
露光する線幅、露光ギャップの関係から決まる露光余裕
度の観点から、露光する線幅により最適ギャップが異な
るため、一般に複数の露光ギャップで露光可能であるこ
とが必須となる。例えば転写するＬ＆Ｓが０．２５μ
ｍ、０．１５μｍ、０．０６μｍの場合、図５（Ａ）か
ら図５（Ｃ）に示すように露光時のギャップが３０μ
ｍ、２０μｍ、５μｍとそれぞれ変化する。この時アラ
イメント時のギャップも図５（Ａ）から図５（Ｃ）に示
す様に、同様に変化させる必要があった。

【００１４】さらに、前述の米国特許第4,037,969 号や
米国特許第4,311,389 号や特願昭63-226003 号公報等に
おいては、各アライメントギャップが図５（Ａ）、
（Ｂ）、（Ｃ）のときに対して異なったマークを計３つ
用意する必要があり、場合によってはいずれかのアライ
メントギャップにおいては、良好なアライメントマーク
の設計が困難となり、アライメント精度が劣化するとい
う問題があった。

【００１５】また、先ほど述べた様にグローバルアライ
メント時に５〜５０μｍなどのアライメントギャップ
で、２０〜３０ｃｍ以上ステージを移動する必要がある
ため、移動時にマスクメンブレンに振動、変形が生じ、
アライメント精度の劣化を招くことが知られている。ま
た、その場合のメンブレン変形量はアライメントギャッ
プにも依存することが知られており、かつ、メンブレン
変形量の最小となる最適アライメントギャップが必ずし
も露光ギャップとは一致しないため、露光ギャップでア
ライメントを行うと、メンブレン変形量の影響を最小に
おさえることができないという問題点もある。

【００１６】本発明は対向配置した第１物体（マスク）
と第２物体（ウエハ）との相対的な位置ずれと面間隔を
第１物体と第２物体に設けたアライメントマークからの
光束の所定面（センサー）上における入射位置情報より
求める際、第１物体面上のパターンを第２物体面上に露
光転写するときの露光間隔と、第１物体と第２物体とを
アライメント（位置合わせ）するときのアライメント間
隔を適切に設定することにより、例えば、Ｘ線露光装置
等の狭露光間隔化の流れに対応しつつ、双方のアライメ
ントを高精度に行い、高集積度のデバイスを容易に製造
することができる露光方法及びそれを用いたデバイスの
製造方法の提供を目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の露光方法は （１−１）対向配置した第１物体と第２物体のうちの少
なくとも一方に物理光学素子より成るアライメントマー
クを設け、該アライメントマークを介した光束の所定面
上における入射位置情報より、該第１物体と第２物体の
相対的な位置合わせを行った後に、該第１物体面上のパ
ターンを第２物体面上に露光転写する露光方法におい
て、該第１物体面上のパターンを第２物体面上に露光転
写するときの露光間隔と、該第１物体と第２物体との相
対的位置合わせを行うアライメント間隔とが異なってい
ることを特徴としている。

【００１８】（１−２）物理光学素子より成るアライメ
ントマークを共に有した第１物体と第２物体とを対向配
置し、該第１物体と第２物体上の少なくとも一方のアラ
イメントマークを介した光束の所定面上における入射位
置情報より、該第１物体と第２物体の相対的なずれ量又
は／及び間隔を求めた後に、該第１物体面上のパターン
を第２物体面上に露光転写する露光方法において、該第
１物体面上のパターンを第２物体面上に露光転写する時
の露光間隔と、該第１物体と第２物体との相対的位置合
わせを行うアライメント間隔とが異なっていることを特
徴としている。

【００１９】（１−３）第１物体と第２物体とを対向配
置し、双方の相対的な位置検出を行う際、該第１物体面
上に物理光学素子より成るＡＡマークとＡＦマークを設
け、該第２物体面上に物理光学素子より成るＡＡマーク
を設け、該第１物体面上のＡＡマークと該第２物体面上
のＡＡマークで回折した光束の所定面上の位置情報より
該第１物体と第２物体との相対的な位置ずれの検出又は
／及び該第１物体面上のＡＦマークで回折し、該第２物
体面で反射し、該第１物体面上のＡＦマークで回折した
光束の所定面上の位置情報より該第１物体と第２物体と
の面間隔の検出を行った後に、該第１物体面上のパター
ンを第２物体面上に露光転写する露光方法において、該
第１物体面上のパターンを第２物体面上に露光転写する
時の露光間隔と、該第１物体と第２物体との相対的位置
合わせを行うアライメント間隔とが異なっていることを
特徴としている。

【００２０】特に、構成（１−１）、（１−２）又は
（１−３）において （１−３−１）前記第１物体と第２物体とを対向配置す
るとき該第２物体を前記第１物体に対して移動させつつ
対向配置しており、このときの該第２物体の移動時のメ
ンブレンの振動モードの情報に基づいて前記アライメン
ト間隔を調整していること。

【００２１】（１−３−２）前記第２物体の面形状に応
じて前記アライメント間隔を調整していること。

【００２２】（１−３−３）前記第１物体面上のパター
ンを第２物体面上に露光転写するときの複数の露光間隔
に対して１つのアライメント間隔に基づく位置情報で位
置合わせを行っていること等を特徴としている。

【００２３】本発明の露光装置は （２−１）構成（１−１）、（１−２）又は（１−３）
の露光方法を用いて第１物体面上のパターンを第２物体
面上に露光転写していることを特徴としている。

【００２４】本発明のデバイスの製造方法は （３−１）構成（１−１）、（１−２）又は（１−３）
の露光方法を用いてマスクと基板との相対的な位置検出
を行った後に、マスク面上のパターンを基板面に転写
し、該基板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。

【００２５】本発明のデバイスは （４−１）構成（３−１）のデバイスの製造方法を用い
て製造したことを特徴としている。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態１の要部
斜視図、図２は本発明の実施形態１に係るアライメント
時と露光時のマスクとウエハとの相対的な面間隔を示す
説明図、図６、図７は図１のアライメントマークの説明
図、図８は図１の一部分の光路説明図、図９は図１のセ
ンサー面上での模式図である。本実施形態はプロキシミ
ティ方式により等倍焼付を行うＸ線露光装置や光ステッ
パー等の露光装置に適用した場合を示している。

【００２７】図中、１は光源であり、光ステッパーのと
きは半導体レーザ、Ｈｅ−Ｎｅレーザ、Ａｒレーザ等の
コヒーレント光束を放射する光源、又は発光ダイオード
等の非コヒーレント光束を放射する光源、又はスーパー
ルミネッセントダイオード（ＳＬＤ）等の中間的特性を
有する光源より成り、Ｘ線露光装置ではＸｒａｙ光源等
から成っている。２はコリメーターレンズであり、光源
１からの光束を平行光束としてレンズ系５に入射させて
いる。

【００２８】レンズ系５は入射光束を所望のビーム径に
した後、ミラー６で反射させて耐Ｘｒａｙ窓７（光源と
してＸｒａｙを用いたとき）を通過させて第１物体とし
てのマスク１８面上の位置ずれ検出用のＡＡアライメン
トマーク（以下「ＡＡマーク」という。）２０Ｍ、又は
面間隔検出用のＡＦアライメントマーク（以下「ＡＦマ
ーク」という。）２１Ｍに入射させている。光源１、コ
リメーターレンズ２、レンズ系５は投光手段を構成して
いる。

【００２９】ＡＡマーク２０ＭとＡＦマーク２１Ｍはマ
スク１８の周辺部のスクライブライン上の４カ所に設け
られている。１９は第２物体としてのウエハであり、マ
スク１８と近接（間隔５μｍ〜１００μｍ）配置されて
おり、その面上にはマスク１８と位置合わせすべきＡＡ
マーク２０Ｗがスクライブライン上に設けられている。
ＡＡマーク２０Ｍ、２０ＷとＡＦマーク２１Ｍは１次元
又は２次元のゾーンプレート等の物理光学素子より成っ
ている。

【００３０】１０は受光レンズであり、マスク１８面上
のＡＡマーク２０Ｍ及びＡＦマーク２１Ｍを通過してき
た所定次数の回折光１６を受光手段（センサー）１１面
上に集光している。受光手段１１は位置ずれ検出用の第
１検出面としてのＡＡラインセンサー１２と面間隔検出
用の第２検出面としてのＡＦラインセンサー１３の２つ
のラインセンサーを同一基板上に設けて構成されてい
る。

【００３１】１４はアライメントヘッドであり、同図に
示すように各要素を収納しており、駆動手段（不図示）
によって駆動可能となるように構成されている。

【００３２】図６はマスク１８とウエハ１９面上に設け
たＡＡマーク２０Ｍ、２０ＷとＡＦマーク２１Ｍの説明
図である。マークは入射光側から見たときを示してい
る。

【００３３】図７はマスク１８とウエハ１９面上の各マ
ークを介した光束の光路を示している。

【００３４】第１の１対の物理光学素子としてのＡＡマ
ーク２０Ｍは２つのＡＡマーク２０Ｍ１、２０Ｍ２を有
し、１対の物理光学素子としてのＡＡマーク２０Ｗは２
つのＡＡマーク２０Ｗ１、２０Ｗ２を有し、第２の１対
の物理光学素子としてのＡＦマーク２１Ｍは入射用の２
つのＡＦマーク２１Ｍ１、２１Ｍ３と射出用の２つのＡ
Ｆマーク２１Ｍ２、２１Ｍ４とを有している。尚、ＡＦ
マーク２１Ｍ１における第２の１対の物理光学素子と
は、ＡＦマーク２１Ｍ１と２１Ｍ２又はＡＦマーク２１
Ｍ３と２１Ｍ４のことをいう。

【００３５】ウエハ１９面上にはＡＦマークは設けてお
らず反射面となっており、該反射面で０次反射（正反
射）した光を用いている。尚、本実施形態では、この反
射面は物理光学素子が設けられていない１つのマークと
して取扱うようにしている。

【００３６】ＡＡマーク２０Ｍ１とＡＡマーク２０Ｗ１
が１つの組に、ＡＡマーク２０Ｍ２とＡＡマーク２０Ｗ
２が１つの組になっており、各々のＡＡマーク２０Ｍ
１、ＡＡマーク２０Ｍ２に入射した２つの光束１５の各
マークによる２つの回折光（以下「ＡＡ回折光」とい
う。）２６−１、２６−２は位置ずれに対応してＡＡラ
インセンサー１２面上を移動するように設定されてい
る。

【００３７】又、ＡＦマーク２１Ｍ１と２１Ｍ３に入射
した光束１５のウエハ１９の反射面で反射しＡＦマーク
２１Ｍ２、２１Ｍ４より射出した２つの回折光（以下
「ＡＦ回折光」という。）２７−１、２７−２は面間隔
に対応してＡＦラインセンサー１３面上を移動するよう
に設定されている。

【００３８】尚、図７において各入射光１５は光源１か
ら放射された共通の１つのビームの中の光線を用いてい
る。

【００３９】本実施形態では以上のように各マークを設
けることにより、後述するように、マスクとウエハとの
高精度の位置検出を行っている。その後、マスク面上の
回路パターンをウエハ面上に転写して、公知の現像処理
工程を介して半導体素子を製造している。

【００４０】次に本発明に係る位置ずれ検出方法と面間
隔検出方法の原理について説明する。

【００４１】まず本発明においてマスク１８とウエハ１
９との相対的な面内の位置検出方法について図８を用い
て説明する。

【００４２】図８は図７において位置検出方向（アライ
メント方向）に垂直で、かつマスク１８とウエハ１９の
面法線に垂直な方向から見たときの状態を光路を展開し
て示している。

【００４３】同図において図１、図６、図７で示した要
素と同一要素には同符番を付している。又、ウエハ１９
面上のＡＡマーク２０Ｗ１、２０Ｗ２では入射光束は反
射回折されるが同図では等価な透過回折した状態で示し
ている。

【００４４】２０Ｍ１はマスク１８に、２０Ｗ１はウエ
ハ１９に設けたＡＡマークであり、単一マークを形成し
ており、第１信号を得る為のものである。２０Ｍ２はマ
スク１８に設けたＡＡマーク、２０Ｗ２はウエハ１９に
設けたＡＡマークであり、単一マークを形成しており、
第２信号を得る為のものである。２６−１、２６−２は
第１、第２信号用のＡＡ回折光、３２は１次ピント面で
あり、受光レンズ１０に関して受光手段１１と共役関係
にある。

【００４５】今、ウエハ１９から１次ピント面３２まで
の距離をＬ、マスク１８とウエハ１９との間隔をｇ、Ａ
Ａマーク２０Ｍ１とＡＡマーク２０Ｍ２の焦点距離を各
々ｆ_a1、ｆ_a2、マスク１８とウエハ１９の相対位置ずれ
量をΔσとし、このときのＡＡ回折光２６−１、２６−
２の光束重心の合致状態からの変位量を各々Ｓ₁ 、Ｓ₂
とする。

【００４６】尚、マスク１８に入射する光束１５は便宜
上平面波とし、符号は図中に示す通りとする。ＡＡ回折
光２６−１、２６−２の光束重心の変位量Ｓ₁ 及びＳ₂
はＡＡマーク２０Ｍ１、ＡＡマーク２０Ｍ２の焦点Ｆ
₁ 、Ｆ₂ とＡＡマーク２０Ｗ１、２０Ｗ２の光軸中心を
結ぶ直線と１次ピント面３２との交点として幾何学的に
求められる。従ってマスク１８とウエハ１９の相対位置
ずれに対して各ＡＡ回折光２６−１、２６−２の光束重
心の変位量Ｓ₁ 、Ｓ₂ が互いに逆方向となるようにする
にはＡＡマーク２０Ｗ１、２０Ｗ２の光学的な結像倍率
の符号を互いに逆とすることで達成することができる。

【００４７】又、定量的には

【００４８】

【数１】 と表わせ、ずれ倍率はβ₁ ＝Ｓ₁ ／Δσ、β₂ ＝Ｓ₂ ／
Δσと定義できる。

【００４９】従って、ずれ倍率を逆符合とするには

【００５０】

【数２】 を満たせば良い。

【００５１】この内、実用的に適切な構成条件の１つと
して

【００５２】

【数３】 の条件がある。

【００５３】即ち、ＡＡマーク２０Ｍ１、ＡＡマーク２
０Ｍ２、焦点距離ｆ_a1、ｆ_a2に対して１次ピント面３２
までの距離Ｌを大きく、且つマスク１８とウエハ１９の
間隔ｇを小さくし、更にＡＡマークの一方を凸レンズ、
他方を凹レンズとする構成である。

【００５４】図８の上側にはＡＡマーク２０Ｍ１で入射
光束を集光光束とし、その集光点Ｆ₁ に至る前にＡＡマ
ーク２０Ｗ１に光束を照射し、これを更に１次ピント面
３２に結像させているＡＡマーク２０Ｗ１の焦点距離ｆ
_b1はレンズの式

【００５５】

【数４】 を満たすように定められる。

【００５６】同様に図８の下側においてはＡＡマーク２
０Ｍ２により入射光束を入射側の点であるＦ₂ より発散
する光束に変え、これをＡＡマーク２０Ｗ２を介して１
次ピント面３２に結像させている。このときのＡＡマー
ク２０Ｗ２の焦点距離ｆ_b2は

【００５７】

【数５】 を満たすように定められる。

【００５８】以上の構成条件でＡＡマーク２０Ｍ１の集
光像に対するＡＡマーク２０Ｗ１の結像倍率は図より明
らかに正の倍率である。ウエハ１９のずれ量Δσと１次
ピント面３２の光点変位量Ｓ₁ の方向（ベクトル）は逆
となり、先に定義したずれ倍率β₁ は負となる。同様に
ＡＡマーク２０Ｍ２の点像（虚像）に対するＡＡマーク
２０Ｗ２の結像倍率は負であり、ウエハ１９のずれ量Δ
σと１次ピント面３２上の光点変位量Ｓ₂ の方向（ベク
トル）は同方向で、ずれ倍率β₂ は正となる。

【００５９】従ってマスク１８とウエハ１９の相対位置
ずれ量Δσに対してＡＡマーク２０Ｍ１、ＡＡマーク２
０Ｗ１の系とＡＡマーク２０Ｍ２とＡＡマーク２０Ｗ２
の系のＡＡ回折光２６−１．２６−２のずれ量Ｓ₁ 、Ｓ
₂ は互いに逆方向となる。

【００６０】即ちＡＡマーク２０Ｍ１、２０Ｗ１のパタ
ーンの回折によって形成される１次ピント面３２上のス
ポット３０とＡＡマーク２０Ｍ２、ＡＡマーク２０Ｗ２
のパターンの回折によって形成される１次ピント面３２
上のスポット３１との距離がマスク１８とウエハ１９の
位置ずれ量に応じて変わり、この２つのスポット３０、
３１の距離を受光レンズ１０により受光手段１１のＡＡ
ラインセンサー１２面上に投影している。そしてＡＡラ
インセンサー１２で２つのスポット３０、３１のスポッ
ト間隔を検出することによりマスク１８とウエハ１９の
相対的な位置ずれを検出している。

【００６１】図９はこのときのセンサー１２面上に形成
される２つのスポット３０、３１の模式図である。

【００６２】本実施形態ではウエハ１９がマスク１８に
対して傾斜（ＴＩＬＴ）していても２つのスポット３
０、３１は１次ピント面３２上を共に同一方向に同一量
移動する為、スポット間隔は不変であり、この結果位置
検出誤差は発生しないという特長を有している。以上が
本発明に係る相対的な面内位置検出手段の構成である。

【００６３】ここで、４式及び５式に記述される様に、
マスク側のＡＡマーク２０Ｍ１、２０Ｍ２の焦点距離ｆ
_a1とｆ_a2及びウエハ１９から１次ピント面３２までの距
離Ｌを一定として、マスク１８とウエハ１９の間隔ｇ
を、アライメントギャップ３０μｍ、２０μｍ、５μｍ
と変えると、必然的にウエハ側のＡＡマーク２０Ｗ１、
２０Ｗ２の焦点距離ｆ_b1及びｆ_b2の値を変更せざるを得
ない。すなわち、ウエハ側のＡＡマーク２０Ｗ１と２０
Ｗ２をアライメントギャップごとに別途設計する必要が
生じることが分かる。

【００６４】次に、露光ギャップと異なるギャップでア
ライメントを行なうアライメント方法について、図２を
用いて説明する。

【００６５】図２は０．０６μｍの線幅のＬ＆Ｓ（ライ
ンアンドスペース）をＸ線露光する場合を示している。
この時必要とされる露光ギャップはＸ線の回折の影響に
より、５μｍ程の狭いギャップであると考えられてい
る。本発明におけるアライメント方法においては、例え
ばアライメントギャップは３０μｍと、露光ギャップの
５μｍに比べ広いギャップに設定しアライメントを行な
う。そしてアライメント終了後の露光時にはウエハをギ
ャップ５μｍの位置に移動して、０．０６μｍ線幅のＬ
＆Ｓでマスク上のパターンをウエハに転写している。

【００６６】ここで必要とされるアライメントマーク
は、従来、３０μｍギャップでの露光に使用していた３
０μｍのギャップ用のアライメントマークで良い。また
グローバルアライメント時に必要とされる複数ショット
間をステップ移動しながら各々のショットでアライメン
ト計測を行なう場合は全てマスクとウエハの接触や衝突
の危険性の少ない露光ギャップ５μｍより広いギャップ
位置の３０μｍで行なっている。また３０μｍギャップ
でアライメント計測した後、５μｍの露光ギャップへウ
エハを移動したことによる誤差は、ステージのＺ方向の
移動に伴なうＸ、Ｙ方向への移動誤差を別途計測補正す
れば良い。以上のアライメント方法により、５μｍ以下
の狭いギャップでの露光時でも、露光ギャップにかかわ
らず広いギャップでアライメント可能であるため、マス
クとウエハが衝突することなく高い信頼性でアライメン
トを行っている。

【００６７】次に、本発明の実施形態２のアライメント
について図３を用いて説明する。

【００６８】図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は０．２５μ
ｍ、０．１５μｍ、０．０６μｍの線幅のＬ＆Ｓ（ライ
ンアンドスペース）を転写する場合の露光ギャップ３０
μｍ、２０μｍ、５μｍの場合の概略図を示している。
本実施形態においては、従来例として図５（Ａ）、
（Ｂ）、（Ｃ）に示したように、露光ギャップが図５
（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の様に変わった場合に異なった
ギャップでアライメントすることなく同一のギャップ、
例えば図示した３０μｍギャップでアライメントを行っ
ている。すなわち、アライメント時のギャップは露光ギ
ャップの影響を受けることなく、１つのギャップに固定
してそのギャップでアライメントを行い、アライメント
終了後、露光ギャップに向けてステージを移動して露光
を行っている。このアライメント方法により、異なるア
ライメントギャップ毎に異なるアライメントマークを用
意する必要がなくなり、アライメントシステムを簡便化
している。

【００６９】また、アライメントマーク設計時にも、露
光ギャップに制約されることなく、最も精度の良いギャ
ップでアライメントマークを設計すれば良く、これによ
り、より高精度なアライメント方式を行っている。

【００７０】次に、本発明の実施形態３について説明す
る。

【００７１】本実施形態においては、ウエハ移動時のメ
ンブレンの振動モードの情報に基づいて、最適のアライ
メントギャップを選択することを特徴としている。一般
にＸ線露光の懸念点として、ショット間のステップ移動
などの時に、マスクメンブレンの振動による数μｍオー
ダーのギャップ方向の変形が知られており、これによ
り、アライメント精度の劣化が生じることがある。ま
た、このメンブレンの変形量がギャップにより異なるこ
とも知られている。

【００７２】本実施形態においては、アライメントギャ
ップをマスクを載置するステージのステップ移動に伴い
発生するマスクメンブレンの変形、又はそれに伴うアラ
イメント精度劣化が最小となるアライメントギャップに
おいてアライメントを行い、その後、ステージをギャッ
プ方向に移動した後、露光ギャップにおいて露光を行っ
ている。これにより、メンブレンの振動によるアライメ
ント精度の劣化を低減化し、良好なアライメントを達成
している。

【００７３】次に本発明の実施形態４について説明す
る。

【００７４】本実施形態においては、マスクやウエハの
面形状の情報に基づいて最適なアライメントギャップを
選択することを特徴としている。一般的にマスクやウエ
ハの表面形状には数μｍ程の凹凸があり、例えば５μｍ
以下の狭露光ギャップにおいては、マスクとウエハが接
触しないようにウエハの表面形状に対応して露光時、転
写するショットごとにウエハステージの姿勢を最適位置
に動かす必要が生じる。このステージ動作は、露光時の
スループットを劣化させるが、一方で狭露光ギャップで
の転写が必須の線幅においては省略することが出来な
い。

【００７５】本実施形態においてはウエハの面形状を把
握した後、マスクとウエハの接触の心配ないアライメン
トギャップを選び、その後、接触防止のためのステージ
動作を簡略化してアライメント計測を複数ショットにお
いて行っている。これにより、表面形状変化の大きなウ
エハに対しても、マスクとウエハが衝突することなく良
好にアライメントを行うことができる。

【００７６】図１０は本発明の位置検出装置をＸ線を利
用した半導体素子製造用の露光装置に適用した時の実施
形態２の要部概略図である。図１０において、１３９は
Ｘ線ビームで、マスク１３４面上を照射している。１３
５はウエハで、例えばＸ線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、マスクメンブレン
（マスク）、１３４はこの面上にＸ線の吸収体によりＩ
Ｃ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。

【００７７】前述した各実施形態で述べたマスクとウエ
ハの位置ずれ検出機能部分（位置ずれ検出装置）は支持
基板１３１に支持した筐体１３０ａ、１３０ｂに収まっ
ており、ここからマスク１３４とウエハ１３５のギャッ
プとｘ、ｙ面内方向の位置ずれ情報を得ている。

【００７８】図１０には、２つの位置ずれ検出機能部分
１３０ａ、１３０ｂを図示しているが、マスク１３４上
の四隅のＩＣパターンエリアの各辺に対応して更に２ケ
所の位置ずれ検出機能部分が設けられている。筐体１３
０ａ、１３０ｂの中には光学系、検出系が収まってい
る。１４６ａ、１４６ｂは各位置ずれ検出用の光であ
る。

【００７９】これらの位置ずれ検出機能部分により得ら
れた信号を処理手段１４０を処理して、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、制御部１４５は
各軸ステージの駆動系１４１、１４２、１４３を動かし
て所定のマスク／ウエハずれ以内になるように追い込
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を介してマスク１３４
を動かすか或はウエハ１３５を動かし、然る後にＸ線ビ
ーム１３９をマスク１３４に照射している。位置合わせ
が完了するまでは、Ｘ線遮蔽部材（不図示）でシャット
アウトしておく、尚、図７ではＸ線源、Ｘ線照明系等は
省略してある。

【００８０】図１０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、光ステッパーについて
も同様である。この他、本発明におては光源としてｉ線
（λ＝３６５ｎｍ）、ＫｒＦ−エキシマ光（λ＝２４８
ｎｍ）、ＡｒＦ−エキシマ光（λ＝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。

【００８１】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例を説明する。

【００８２】図１１は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等
の半導体チップ、或は液晶パネルやＣＣＤ等）の製造の
フローチャートである。

【００８３】本実施例においてステップ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。

【００８４】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。

【００８５】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。

【００８６】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。

【００８７】図１２は上記ステップ４のウエハプロセス
の詳細なフローを示す。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。

【００８８】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。

【００８９】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。

【００９０】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製造する
ことができる。

【００９１】

【発明の効果】本発明によれば以上のように対向配置し
た第１物体（マスク）と第２物体（ウエハ）との相対的
な位置ずれと面間隔を第１物体と第２物体に設けたアラ
イメントマークからの光束の所定面（センサー）上にお
ける入射位置情報より求める際、第１物体面上のパター
ンを第２物体面上に露光転写するときの露光間隔と、第
１物体と第２物体とをアライメント（位置合わせ）する
ときのアライメント間隔を適切に設定することにより、
例えば、Ｘ線露光装置等の狭露光間隔化の流れに対応し
つつ、双方のアライメントを高精度に行い、高集積度の
デバイスを容易に製造することができる露光方法及びそ
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】 本発明の露光装置の実施形態１の要部概略図

【図２】 本発明に係るアライメント時に露光時のマス
クとウエハとの間隔を示す説明図

【図３】 本発明の実施形態２のアライメント時に露光
時のマスクとウエハとの間隔を示す説明図

【図４】 従来のアライメント時に露光時のマスクとウ
エハとの間隔を示す説明図

【図５】 従来のアライメント時に露光時のマスクとウ
エハとの間隔を示す説明図

【図６】 本発明に係るマスクとウエハ面上のアライメ
ントマークの説明図

【図７】 本発明に係るマスクとウエハ面上のアライメ
ントマークを介した光束の説明図

【図８】 本発明におけるマスクとウエハとの相対的位
置ズレ検出原理説明図

【図９】 本発明におけるセンサー面上の光束の模式図

【図１０】 本発明のＸ線を用いた露光装置の実施形態
２の要部概略図

【図１１】 本発明のデバイスの製造方法のフローチャ
ート

【図１２】 本発明のデバイスの製造方法のフローチャ
ート

【符号の説明】

１ 光源 ２ コリメーターレンズ ５ レンズ系 ６ ミラー １０ 受光レンズ １１ 受光手段 １２ ＡＡラインセンサー １３ ＡＦラインセンサー １４ アライメントヘッド １８ マスク １９ ウエハ ２０ ＡＡマーク ２１ ＡＦマーク

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向配置した第１物体と第２物体のうち
   の少なくとも一方に物理光学素子より成るアライメント
   マークを設け、該アライメントマークを介した光束の所
   定面上における入射位置情報より、該第１物体と第２物
   体の相対的な位置合わせを行った後に、該第１物体面上
   のパターンを第２物体面上に露光転写する露光方法にお
   いて、該第１物体面上のパターンを第２物体面上に露光
   転写するときの露光間隔と、該第１物体と第２物体との
   相対的位置合わせを行うアライメント間隔とが異なって
   いることを特徴とする露光方法。
2. 【請求項２】 物理光学素子より成るアライメントマー
   クを共に有した第１物体と第２物体とを対向配置し、該
   第１物体と第２物体上の少なくとも一方のアライメント
   マークを介した光束の所定面上における入射位置情報よ
   り、該第１物体と第２物体の相対的なずれ量又は／及び
   間隔を求めた後に、該第１物体面上のパターンを第２物
   体面上に露光転写する露光方法において、該第１物体面
   上のパターンを第２物体面上に露光転写する時の露光間
   隔と、該第１物体と第２物体との相対的位置合わせを行
   うアライメント間隔とが異なっていることを特徴とする
   露光方法。
3. 【請求項３】 第１物体と第２物体とを対向配置し、双
   方の相対的な位置検出を行う際、該第１物体面上に物理
   光学素子より成るＡＡマークとＡＦマークを設け、該第
   ２物体面上に物理光学素子より成るＡＡマークを設け、
   該第１物体面上のＡＡマークと該第２物体面上のＡＡマ
   ークで回折した光束の所定面上の位置情報より該第１物
   体と第２物体との相対的な位置ずれの検出又は／及び該
   第１物体面上のＡＦマークで回折し、該第２物体面で反
   射し、該第１物体面上のＡＦマークで回折した光束の所
   定面上の位置情報より該第１物体と第２物体との面間隔
   の検出を行った後に、該第１物体面上のパターンを第２
   物体面上に露光転写する露光方法において、該第１物体
   面上のパターンを第２物体面上に露光転写する時の露光
   間隔と、該第１物体と第２物体との相対的位置合わせを
   行うアライメント間隔とが異なっていることを特徴とす
   る露光方法。
4. 【請求項４】 前記第１物体と第２物体とを対向配置す
   るとき該第２物体を前記第１物体に対して移動させつつ
   対向配置しており、このときの該第２物体の移動時のメ
   ンブレンの振動モードの情報に基づいて前記アライメン
   ト間隔を調整していることを特徴とする請求項１、２又
   は３の露光方法。
5. 【請求項５】 前記第２物体の面形状に応じて前記アラ
   イメント間隔を調整していることを特徴とする請求項
   １、２又は３の露光方法。
6. 【請求項６】 前記第１物体面上のパターンを第２物体
   面上に露光転写するときの複数の露光間隔に対して１つ
   のアライメント間隔に基づく位置情報で位置合わせを行
   っていることを特徴とする請求項１、２又は３の露光装
   置。
7. 【請求項７】 請求項１から６のいずれか１項記載の露
   光方法を用いて第１物体面上のパターンを第２物体面上
   に露光転写していることを特徴とする露光装置。
8. 【請求項８】 請求項１から６のいずれか１項記載の露
   光方法を用いてマスクと基板との相対的な位置検出を行
   った後に、マスク面上のパターンを基板面に転写し、該
   基板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。
9. 【請求項９】 請求項８のデバイスの製造方法を用いて
   製造したことを特徴とするデバイス。