位置合わせ方法、ホトマスクおよびウエハ
【課題】より高精度かつ簡便な位置合わせを実現することができる位置合わせ方法、ウエハおよびホトマスクを提供する。
【解決手段】窓部２４０および反射部３４０は、移動方向に平行な対角線を有する矩形の形状に形成されている。したがって、ウエハをホトマスクに対して相対的に移動させると、窓部２４０と反射部３４０が重なる部分が二次関数的に変化するため、窓部２４０から観察できる反射光の光量も二次関数的に変化するので、ユーザは、その光量の変化をより敏感に検出することが可能となり、より容易に反射光の光量が最大となる位置にステージ１の位置を調整することができるので、結果として、より高精度かつ簡便な位置合わせを実現することができる。
【解決手段】窓部２４０および反射部３４０は、移動方向に平行な対角線を有する矩形の形状に形成されている。したがって、ウエハをホトマスクに対して相対的に移動させると、窓部２４０と反射部３４０が重なる部分が二次関数的に変化するため、窓部２４０から観察できる反射光の光量も二次関数的に変化するので、ユーザは、その光量の変化をより敏感に検出することが可能となり、より容易に反射光の光量が最大となる位置にステージ１の位置を調整することができるので、結果として、より高精度かつ簡便な位置合わせを実現することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光リソグラフィ技術における位置合わせ方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、大規模集積回路（ＬＳＩ）等の半導体素子を製造する技術として、光リソグラフィ技術が知られている。この光リソグラフィ技術とは、シリコン、ガリウムヒ素等の半導体ウエハ上にホトレジストと呼ばれる感光性有機物質を塗布し、ホトステッパ、ホトスキャナ、ホトアライナ等と呼ばれる露光装置を用いて、ホトマスクに描かれた素子や回路のパターンをそのホトレジストに焼き付けるものである。このホトレジストを現像し、ホトレジスト直下のウエハを選択的にエッチングすることにより、ウエハ上に電子回路が形成される。
【０００３】
このような光リソグラフィ技術において、露光装置によりホトマスクに描かれたパターンをホトレジストに焼き付ける際には、ウエハとホトマスクとの位置合わせを正確にすることが必要である。特に、電子回路が積層構造を有する場合には、ウエハとホトマスクとの位置がずれていると、下層の回路と上層の回路との間で接続不良が生じてしまうので、正確な位置合わせが重要である。
【０００４】
この位置合わせを行う技術は、大きく２つに分類することができる。
１つ目は、大規模集積回路に代表されるサブミクロン以下の極めて小さな電子回路を作成する場合の位置合わせ技術であって、ホトステッパまたはホトスキャナと呼ばれる露光装置を用いて行われるものである。この露光装置は、実寸よりも数倍（４倍、５倍）大きなパターンが形成された大きなホトマスクをウェハ上で移動させながら縮小投影露光することにより、ホトレジストに極めて小さなパターンを転写するものである（例えば、非特許文献１参照。）。この場合の位置合わせは、ホトマスクと露光装置との間、および、露光装置とウエハの間という少なくとも２箇所で行う必要があり、かつ、極めて小さい電子回路を作成するために、高精度に行わなければならない。このため、従来では、関係する全ての構成要素を高精度な干渉計でモニタしながら全体を制御している。したがって、装置構成が大規模となるため、操作が複雑であるとともに、高コストであった。
【０００５】
これに対して、２つ目は、１μｍ程度の精度を要求する比較的大きな電子回路を作成する場合の位置合わせ技術であって、コンタクトアライナや等倍のパタン転写機と呼ばれる露光装置を用いて行われるものである。この場合の位置合わせは、ウエハ上に単純な十字マークを、ホトマスクにその十字マークを囲むようなマークをそれぞれ形成しておき、これらをウエハとホトマスクの距離方向から見たときにマーク同士の隙間が一様となるよう、オペレータが拡大鏡を用いて肉眼でマークを観察しながらウエハを搭載したステージを移動させることにより行われている。したがって、２つ目の位置合わせ技術は、１つ目の位置合わせ技術よりも簡単な装置構成で実現できるので、操作が簡便であり、かつ、コストを抑えることができる。
【０００６】
【非特許文献１】滝川忠宏他、「ＵＬＳＩリソグラフィ技術の革新」、第１版、株式会社サイエンスフォーラム、１９９４年１１月１０日、ｐ．２６４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した２つ目の位置合わせ技術では、精度がマークの見え方に大きく依存するために、拡大鏡の性能やオペレータの体調によっては、所望する精度の位置合わせを実現することが困難であった。
【０００８】
そこで、本願発明は、より高精度かつ簡便な位置合わせを実現することができる位置合わせ方法、ホトマスクおよびウエハを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述したような課題を解決するために、本発明に係る位置合わせ方法は、ホトマスクに形成された第１のマークとウエハに形成された第２のマークとに基づいて、ホトマスクとこのホトマスクに対して光学的に平行に配置されたウエハとを相対的に平行移動させることによりホトマスクとウエハとの位置合わせを行う位置合わせ方法であって、第１のマークは、光を透過する窓からなり、第２のマークは、光を反射する反射部を構成し、第１のマークおよび第２のマークは、移動方向に平行な対角線を有する矩形の形状に形成され、第２のマークにより反射され第１のマークを透過した反射光の光量に基づいて、ホトマスクとウエハとの位置合わせを行うことを特徴とする。
【００１０】
上記位置合わせ方法において、第１のマークおよび第２のマークは、複数形成されるようにしてもよい。また、第１のマークおよび第２のマークは、一直線上に形成されるようにしてもよい。さらに、第１のマークおよび第２のマークは、同心円の円周上に形成されるようにしてもよい。
【００１１】
また、本発明に係るホトマスクは、上記位置合わせ方法に使用されるホトマスクであって、上記第１のマークを備えたことを特徴とする。
また、本発明に係るウエハは、上記位置合わせ方法に使用されるウエハであって、上記第２のマークを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、第１のマークが光を透過する窓からなり、第２のマークが光を反射する反射部を構成し、第１のマークおよび第２のマークが移動方向に平行な対角線を有する矩形の形状に形成され、第２のマークにより反射され第１のマークを透過した反射光の光量に基づいて、ホトマスクとウエハとの位置合わせを行うことにより、当該ウエハをホトマスクに対して相対的に移動させると、第１のマークと第２のマークが重なる部分が二次関数的に変化するため、第１のマークを透過した反射光の光量も変化するので、この変化に基づいてウエハとホトマスクの位置合わせを行うことにより、より高精度かつ簡便な位置合わせを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１４】
＜露光装置の構成＞
図１は、本実施の形態に係る位置合わせ方法を使用する露光装置の内部構成を模式的に示す図である。この図１に示す露光装置は、ウエハ３を載置する載置面１１を有するステージ１と、ホトマスク２を載置面と略平行に対向配置する支持部（図示せず）と、露光に用いられる光源（図示せず）とを少なくとも備えている。このような露光装置は、レジストが塗布されたウエハ３をＸ方向およびＹ方向に移動可能なステージ１の載置面１１に載置し、ウエハ３にホトマスク２を通じて露光することにより、ホトマスク２に形成されたパターン２１をレジストに転写するものである。露光の後、ウエハ３を現像液に浸して余分なレジストを除去すると、ウエハ３には、ホトマスク２のパターン２１に対応するパターン３１が形成されることとなる。
なお、以下の説明において、載置台１１の平面に沿った１の方向をＸ方向、載置台１１の平面に沿いかつＸ方向と直交する方向をＹ方向、Ｘ方向およびＹ方向と直交する方向、すなわちステージ１とホトマスク２の距離方向をＺ方向とする。また、Ｘ方向において、図１の紙面に対して左から右に向かう方向を正、Ｙ方向において、図１の紙面に対して手前から奥に向かう方向を正、Ｚ方向において、図１の紙面に対して下から上に向かう方向を正とする。
【００１５】
ホトマスク２は、平面視略矩形の形状を有し、所定のパターン２１が形成されたホトマスクから構成されている。例えば、ホトマスク２は、Ｘ方向の長さが１２０［mm］、Ｙ方向の長さが１２０［mm］となっている。このようなホトマスク２には、図２に示すように、Ｙ方向に沿った両辺の略中央部近傍に一対の位置合わせ部２２が形成されている。この位置合わせ部２２は、電子線描画装置等により形成される。このような位置合わせ部２２の詳細については後述する。
【００１６】
ウエハ３は、シリコンウエハ等の所定の回路が形成されるウエハからなる。例えば、ウエハ３は、直径１００［mm］のシリコンウエハから構成されている。このようなウエハ３には、図３に示すように、ウエハ３の縁部近傍に一対の位置合わせ部３２が所定のパターン３１が形成される領域を挟んで形成されている。この位置合わせ部２２は、電子線描画装置等により形成される。このような位置合わせ部３２の詳細については後述する。
【００１７】
＜位置合わせ部の構成＞
次に、位置合わせ部２２，３２の構成について参照して説明する。
【００１８】
≪位置合わせ部２２の構成≫
図４に示すように、ホトマスク２に形成される位置合わせ部２２は、中心２００の同心円からなり、所定の長さずつ直径が大きくなる第１〜第４の円２０１〜２０４と、第４の円２０４の動径に対応する線分からなる第１〜第２０の線分２１１〜２３０と、第１〜第４の円２０１〜２０４と第１〜第２０の線分２１１〜２３０の交点またはその交点近傍に形成された複数の窓部２４０とから構成されている。例えば、第４の円２０１の直径は、５０［μｍ］であり、第１〜第４の円２０１〜２０４の間隔は、１０［μｍ］である。
【００１９】
ここで、第１の線分２１１は、中心２００からＸ方向の正の方向に第４の円２０４の円周まで延在した線分からなり、第２〜第５の線分２１２〜２１５は、中心２００を回転中心として第１の線分２１１を反時計回りおよび時計回りにそれぞれ５°および１０°回転させた線分からなる。
また、第６の線分２１６は、中心２００からＹ方向の正の方向に第４の円２０４の円周まで延在した線分からなり、第７〜第１０の線分２１７〜２２０は、中心２００を回転中心として第１の線分２１１を反時計回りおよび時計回りにそれぞれ５°および１０°回転させた線分からなる。
また、第１１の線分２２１は、中心２００からＸ方向の負の方向に第４の円２０４の円周まで延在した線分からなり、第１２〜第１５の線分２２２〜２２５は、中心２００を回転中心として第１１の線分２１１を反時計回りおよび時計回りにそれぞれ５°および１０°回転させた線分からなる。
また、第１６の線分２２６は、中心２００からＹ方向の負の方向に第４の円２０４の円周まで延在した線分からなり、第１７〜第２０の線分２２７〜２３０は、中心２００を回転中心として第１６の線分２２６を反時計回りおよび時計回りにそれぞれ５°および１０°回転させた線分からなる。
【００２０】
また、窓部２４０は、対角線がＸ方向およびＹ方向に沿った矩形の形状を有する開口からなる。例えば、反射部３４０は、一辺が２［μｍ］の正方形の形状を有している。なお、窓部２４０は、光が透過するのであれば開口に限定されず、例えば、窓部２４０に対応する箇所を周囲よりも薄く削った構成とするようにしてもよい。
【００２１】
このような窓部２４０は、以下に示す位置に形成される。
まず、Ｘ方向またはＹ方向に沿った線分、すなわち第１の線分２１１，第６の線分２１６，第１１の線分２２１および第１６の線分２２６と第１〜第４の円２０１〜２０４との交点においては、この交点と対角線の交点が一致するように窓部２４０が形成される。
また、第１の線分２１１または第１１の線分２２１から中心２００に対して時計回りおよび反時計回りにｎ番目の線分と第１〜第４の円２０１〜２０４との交点については、その交点からＹ方向に沿って第１の線分２１１または第１１の線分２２１から離れる方向に０．１×ｎ［μｍ］の位置に、対角線の交点が位置するように窓部２４０が形成される。
同様に、第６の線分２１６または第１６の線分２２６から中心２００に対して時計回りおよび反時計回りにｎ番目の線分と第１〜第４の円２０１〜２０４との交点については、その交点からＸ方向に沿って第６の線分２１６または第１６の線分２２６から離れる方向に０．１×ｎ［μｍ］の位置に、対角線の交点が位置するように窓部２４０が形成される。
【００２２】
例えば、図５に示すように、第１の円２０１および第２の円２０２と第２の線分２１２との交点においては、この交点からＹ方向の正の方向に０．１［μｍ］離れた位置に、対角線の交点が一致するように窓部２４０が形成されている。
【００２３】
いずれにしても、窓部２４０は、形成される位置にかかわらず、対角線がＸ方向およびＹ方向に沿った矩形の形状を有している。
【００２４】
≪位置合わせ部３２の構成≫
図６に示すように、ウエハ３に形成される位置合わせ部３２は、中心３００の同心円からなり所定の長さずつ直径が大きくなる第１〜第４の円３０１〜３０４と、第４の円３０４の動径に対応する線分からなる第１〜第２０の線分３１１〜３３０と、第１〜第４の円３０１〜３０４と第１〜第２０の線分３１１〜３３０との各交点に形成された反射部３４０とから構成されている。例えば、第４の円３０１の直径は、５０［μｍ］であり、第１〜第４の円３０１〜３０４の間隔は、１０［μｍ］である。
【００２５】
ここで、第１の線分３１１は、中心３００からＸ方向の正の方向に第４の円３０４の円周まで延在した線分からなり、第２〜第５の線分３１２〜３１５は、中心３００を回転中心として第１の線分３１１を反時計回りおよび時計回りにそれぞれ５°および１０°回転させた線分からなる。
また、第６の線分３１６は、中心３００からＹ方向の正の方向に第４の円３０４の円周まで延在した線分からなり、第７〜第１０の線分３１７〜３２０は、中心３００を回転中心として第１の線分３１１を反時計回りおよび時計回りにそれぞれ５°および１０°回転させた線分からなる。
また、第１１の線分３２１は、中心３００からＸ方向の負の方向に第４の円３０４の円周まで延在した線分からなり、第１２〜第１５の線分３２２〜３２５は、中心３００を回転中心として第１１の線分３１１を反時計回りおよび時計回りにそれぞれ５°および１０°回転させた線分からなる。
また、第１６の線分３２６は、中心３００からＹ方向の負の方向に第４の円３０４の円周まで延在した線分からなり、第１７〜第２０の線分３２７〜３３０は、中心３００を回転中心として第１６の線分３２６を反時計回りおよび時計回りにそれぞれ５°および１０°回転させた線分からなる。
【００２６】
また、反射部３４０は、対角線がＸ方向およびＹ方向に沿った矩形の形状を有し光を反射する構成を有している。例えば、反射部３４０は、一辺が２［μｍ］の正方形の形状を有している。このような反射部３４０は、周囲と異なる層に形成したり、反射部３４０に対応する箇所を削ったり、反射部３４０の周囲を削ったりすることにより、周囲よりも反射率が高くなるように形成されるが、これにより実現される反射は必ずしも鏡面反射ではない。
【００２７】
反射部３４０は、その対角線の交点が第１〜第４の円３０１〜３０４と第１〜第２０の線分３１１〜３３０との交点と一致するように形成される。例えば、図７に示すように、第１の円３０１および第２の円３０２と第２の線分３１２との交点には、この交点に対角線の交点が一致するように反射部３４０が形成されている。
【００２８】
いずれにしても、反射部３４０は、形成される位置にかかわらず、対角線がＸ方向およびＹ方向に沿った矩形の形状を有している。
【００２９】
上述した位置合わせ部２２と位置合わせ部３２は、位置合わせ部２２同士の中心２００の距離と位置合わせ部３２同士の中心３００の距離とは、等しくなるように形成されている。例えば、その距離は、６０［mm］となっている。
【００３０】
＜位置合わせ動作＞
次に、本実施の形態に係る露光装置におけるホトマスク２とウエハ３との位置合わせ動作について説明する。なお、この位置合わせは、ホトマスク２の位置合わせ部２２とウエハ３の位置合わせ部３２とがＺ方向から見たときに同じ位置に位置するようにする動作を意味する。
【００３１】
まず、ステージ１の載置面１１上にウエハ３を載置する。このとき、ウエハ３は、オリフラ(orientation flat)部３３に基づいて回転方向を合わせた上で、載置面１１上に載置される。
【００３２】
ウエハ３を載置すると、ユーザは、ホトマスク２とウエハ３の粗い位置合わせを行う。これは、ホトマスク２の位置合わせ部２２とウエハ３の位置合わせ部３２とがＺ方向に一直線に並ぶように、肉眼でホトマスク２とウエハ３とを確認しながらステージ１をＸ方向またはＹ方向に移動させることにより行われる。このような粗い調整により、ホトマスク２の位置合わせ部２２とウエハ３の位置合わせ部３２とを、数１０［μｍ］の精度で合わせることができる。
【００３３】
粗い調整が行われると、この粗い調整よりもより精密な粗調整を行う。この粗調整は、Ｘ方向およびＹ方向それぞれについて行われる。
【００３４】
まず、Ｘ方向の粗調整を行う場合、ユーザは、ウエハ３に対して可視光線を照射した状態で、ホトマスク２の位置合わせ部２２を肉眼または拡大鏡を覗きながら、ステージ１をＸ方向に移動させる。ウエハ３上に形成された位置合わせ部３２の反射部３４０は、照射された可視光線をホトマスク２に向かって反射させるので、何れかの反射部３４０と何れかの窓部２４０とがＺ方向に並ぶと、ユーザは、その反射部３４０による反射光をその窓部２４０から観察することができる。これにより、ホトマスク２の位置合わせ部２２とウエハ３の位置合わせ部３２とを、Ｚ方向にほぼ同じ位置に並べることができる。
【００３５】
このとき、ユーザは、位置合わせ部２２の第１〜第５の線分２１１〜２１５と第１の円２０１との交点またはその交点近傍に形成された窓部２４０からなる窓部群（図４の符号ａで示す）に注目する。図６に示すように、ウエハ３の位置合わせ部３２には、反射部３４０がＹ方向に密に並んでいる。特に、窓部群ａに対応する、第１〜第５の線分３１１〜３１５と第１の円３０１との交点に形成された反射部３４０からなる反射部群（図６の符号αで示す）においては、第２〜第４の円３０２〜３０４との交点に形成された反射部群よりも、反射部３４０がＹ方向に密に並んでいる。したがって、ウエハ３をＸ方向に移動させると、窓部群ａのうちの何れかの窓部２４０の少なくとも一部と反射部群αのうちの何れかの反射部３４０の少なくとも一部とがＺ方向に並ぶこととなる。窓部群ａのうちの何れかの窓部２４０から反射光を観察すると、ユーザは、その反射光がある程度明るく見えるようステージ１のＸ方向の移動量を調整する。反射光がある程度明るく見えるようになると、Ｘ方向の粗調整を終了する。
【００３６】
次に、Ｙ方向の粗調整を行う。この場合、Ｘ方向の粗調整の場合と同様、ウエハ３に対して可視光線を照射した状態で、ホトマスク２の位置合わせ部２２を覗きながら、ステージ１をＹ方向に移動させる。
【００３７】
このとき、ユーザは、位置合わせ部２２の第６〜第１０の線分２１６〜２２０と第１の円２０１との交点またはその交点近傍に形成された窓部２４０からなる窓部群（図４の符号ｂで示す）に注目する。図６に示すように、ウエハ３の位置合わせ部３２には、反射部３４０がＸ方向に密に並んでいる。特に、窓部群ｂに対応する、第１〜第５の線分３１１〜３１５と第１の円３０１との交点に形成された反射部３４０からなる反射部群（図６の符号βで示す）においては、第２〜第４の円３０２〜３０４との交点に形成された反射部群よりも、反射部３４０がＸ方向に密に並んでいる。したがって、ウエハ３をＹ方向に移動させると、窓部群ｂのうちの何れかの窓部２４０の少なくとも一部と反射部群βのうちの何れかの反射部３４０の少なくとも一部とがＺ方向に並ぶこととなる。窓部群ｂのうちの何れかの窓部２４０から反射光を観察すると、ユーザは、その反射光がある程度明るく見えるようステージ１のＹ方向の移動量を調整する。反射光がある程度明るく見えるようになると、Ｙ方向の粗調整を終了する。
【００３８】
粗調整が終了すると、最後に微調整を行う。この微調整は、Ｘ方向およびＹ方向それぞれについて行われる。
【００３９】
まず、Ｘ方向の微調整を行う。このとき、ユーザは、位置合わせ部２２の第６〜第１０の線分２１６〜２２０と第２〜第４の円２０２〜２０４との交点またはその交点近傍に形成された窓部２４０からなる窓部群（図４の符号ｃで示す）に注目する。この窓部群が、対応するウエハ３の位置合わせ部３２における反射部群（図６の符号γで示す）、すなわち、第６〜第１０の線分３１６〜３２０と第２〜第４の円３０２〜３０４との交点に形成された反射部３４０からなる反射部群γとが、Ｚ方向において一致するようにステージ１のＹ方向の位置を調整する。具体的には、窓部群ｃにおける第６の線分２１６上の窓部２４０と反射部群γにおける第６の線分３１６上の反射部３４０とが、Ｚ方向において一致するようにステージ１のＹ方向の位置を調整する。これらは、Ｘ方向に沿い、同じ間隔で、かつ、同じ形状に形成されているので、一致させることが可能である。したがって、ユーザは、窓部群ｃにおける第１の線分２１１上の窓部２４０全てから反射光が観察され、かつ、その反射光の光量が最大となるように、ステージ１のＹ方向の位置を調整する。
【００４０】
ここで、窓部２４０と反射部３４０とは、対角線がＸ方向またはＹ方向に沿った矩形の形状有している。したがって、窓部２４０と反射部３４０とがＺ方向に重なっているときにステージ１をＸ方向またはＹ方向に移動させると、窓部２４０で観察できる反射部３４０からの反射光の光量は二次関数的に変化する。この現象について図８を参照して説明する。
【００４１】
窓部２４０および反射部３４０の一辺の長さをＬとすると、これらが厳密に一致した場合、その重なった箇所の面積Ｓallは、Ｌ×Ｌとなる。一方、厳密に一致した状態からＸ方向にΔｘだけずれたとすると、窓部２４０と反射部３４０とが重なった箇所の面積Ｓ1は、下式（１）で表される。
【００４２】
Ｓ1＝（Ｌ−Δｘ／２1/2）×（Ｌ−Δｘ／２1/2）
＝Ｌ×Ｌ−２1/2×Ｌ×Δｘ＋Δｘ2／２ ・・・（１）
【００４３】
このように、窓部２４０と反射部３４０とが重なった箇所の面積Ｓ1は、Δｘの二次関数で表される。したがって、ステージ１をＸ方向またはＹ方向に移動させると、面積Ｓ1が二次関数的に変化するので、窓部２４０から観察できる反射光の光量も二次関数的に変化することとなる。このように光量が二次関数的に変化するので、ユーザは、その光量の変化をより敏感に検出することが可能となり、結果として、より容易に反射光の光量が最大となる位置にステージ１の位置を調整することができる。
【００４４】
また、窓部群ｃに含まれる窓部２４０は、第６の線分２１６から離れるに連れてＸ方向に沿ってずれるように形成されている。このため、窓部群ｃの窓部２４０から観察される光量は、Ｙ方向に並んだ窓部２４０の集合毎に変化することとなる。したがって、第６の線分２１６上の窓部２４０が対応する反射部３４０とＺ方向に一致した場合、それらの窓部２４０からは最大の光量が検出されるが、第６の線分２１６の隣の線分である第７の線分２１７および第９の線分２１９近傍の窓部２４０からはその最大の光量よりも低い第１の光量が、第６の線分２１６の２つ隣の第８の線分２１８および第１０の線分２１０近傍の窓部２４０からは第１の光量よりもさらに低い第２の光量が検出されることとなる。したがって、Ｙ方向に並んだ窓部２４０の集合から検出される光量が、第６の線分２１６から離れるにつれて低くなるように、ステージ１の位置を微調整する。
【００４５】
このように、本実施の形態によれば、窓部２４０から観察される光量がＹ方向に並んだ窓部２４０の集合毎に変化するので、ユーザは、その光量の変化をより敏感に検出することが可能となり、結果として、より容易に反射光の光量が最大となる位置にステージ１の位置を調整することができる。
【００４６】
Ｘ方向の微調整が終了すると、ユーザは、同様の方法によりＹ方向の微調整を行う。この場合、ユーザは、位置合わせ部２２の第１〜第５の線分２１１〜２１５と第２〜第４の円２０２〜２０４との交点またはその交点近傍に形成された窓部２４０からなる窓部群（図４の符号ｄで示す）に注目する。この窓部群が、対応するウエハ３の位置合わせ部３２における反射部群（図６の符号δで示す）、すなわち、第１〜第５の線分３１１〜３１５と第２〜第４の円３０２〜３０４との交点に形成された反射部３４０からなる反射部群δとが、Ｚ方向において一致するようにステージ１のＸ方向の位置を調整する。
【００４７】
このようにＸ方向およびＹ方向の微調整が行われると、ホトマスク２の位置合わせ部２２とウエハ３の位置合わせ部３２とがＺ方向に同じ位置に位置することとなる。
【００４８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、窓部２４０および反射部３４０が移動方向に平行な対角線を有する矩形の形状に形成され、反射部３４０により反射され窓部２４０を透過した反射光の光量に基づいて、ホトマスクとウエハとの位置合わせを行うことにより、ウエハ３をホトマスク２に対して相対的に移動させると、窓部２４０と反射部３４０が重なる部分が二次関数的に変化するため、窓部２４０から観察できる反射光の光量も二次関数的に変化するので、ユーザは、その光量の変化をより敏感に検出することが可能となり、より容易に反射光の光量が最大となる位置にステージ１の位置を調整することができるので、結果として、より高精度かつ簡便な位置合わせを実現することができる。
【００４９】
また、本実施の形態によれば、窓部２４０および反射部３４０を複数設けることにより、加工精度によって窓部２４０や反射部３４０の形状にばらつきがあった場合でも、反射光の光量の平均値でステージ１の位置を調整することにより、位置合わせを高精度に行うことができる。
【００５０】
また、本実施の形態によれば、窓部２４０および反射部３４０を直線上に設けることにより、ホトマスク２の位置合わせ部２２とウエハ３の位置合わせ部３２とがＺ方向に同じ位置に位置した場合には、直線上に並んだ窓部２４０（第１の線分２１１，第６の線分２１６，第１１の線分２２１，第１６の線分２２６上の窓部２４０）の全てから反射光が観察されることとなる。結果として、ユーザにとって視認性が高くなるので、位置合わせをより高精度に行うことができる。
【００５１】
さらに、本実施の形態によれば、位置合わせ部２２，３２が同心円の形状を有することにより、従来のように単なる十字の形状を有する場合と比較して、ユーザによる視認性が高くなるので、ホトマスク２とウエハ３とを粗調整するときに、容易に位置合わせを行うことができる。
【００５２】
なお、本実施の形態では、位置合わせ部２２，３２において４つの同心円上に窓部２４０および反射部３４０を設けるようにしたが、少なくとも２つの同心円上に窓部２４０および反射部３４０を設けることにより、同等の作用効果を得ることができる。
【００５３】
また、本実施の形態では、位置合わせ部２２，３２においてＸ方向およびＹ方向の正および負の方向という４方向に対してそれぞれ５本の動径を設け、この動径上またはその動径の近傍に窓部２４０および反射部３４０をようにしたが、動径の数量は５本に限定されず、少なくとも３本以上の奇数本設けることにより、同等の作用効果を得ることができる。
【００５４】
また、本実施の形態では、窓部２４０を透過する反射部３４０からの反射光を肉眼で確認することにより、ステージ１の位置を調整するようにしたが、公知のカメラや光センサ等からなる光量検出装置を設けて、これにより反射光の光量を検出するようにしてもよい。この場合、ステージ１にＸ方向およびＹ方向に移動させるアクチュエータをさらに設け、光量が最大となるようにステージ１を自動的に移動させるようにしてもよい。これにより、自動的に位置合わせを行うことができる。
【００５５】
また、本実施の形態では、粗調整および微調整を行う際に、まずＸ方向から調整する場合を例に説明したが、その順番はＸ方向およびＹ方向の何れからでも適宜自由に設定することができる。
【００５６】
また、本実施の形態では、例えばＸ方向の微調整の際、位置合わせ部２２の第６〜第１０の線分２１６〜２２０と第２〜第４の円２０２〜２０４との交点またはその交点近傍に形成された窓部２４０からなる窓部群に注目する場合を例に説明したが、その窓部群に加えて位置合わせ部２２の第１６〜第２０の線分２２６〜２３０と第２〜第４の円２０２〜２０４との交点またはその交点近傍に形成された窓部２４０からなる窓部群も共に注目するようにしてもよい。同様に、Ｙ方向の微調整の際、位置合わせ部２２の第１〜第５の線分２１１〜２１５と第２〜第４の円２０２〜２０４との交点またはその交点近傍に形成された窓部２４０からなる窓部群に注目する場合を例に説明したが、その窓部群に加えて位置合わせ部２２の第１１〜第１５の線分２２１〜２２５と第２〜第４の円２０２〜２０４との交点またはその交点近傍に形成された窓部２４０からなる窓部群も共に注目するようにしてもよい。このようにすることにより、窓部２４０から検出される光量の変化をより敏感に検出することができるので、結果として、より容易に反射光の光量が最大となる位置にステージ１の位置を調整することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、露光装置のように２つの部材の位置合わせを行う各種方法や装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明に係る位置合わせ方法を使用する露光装置の要部構成を模式的に示す図である。
【図２】ホトマスクの構成を模式的に示す図である。
【図３】ウエハの構成を模式的に示す図である。
【図４】ホトマスクの位置合わせ部の構成を模式的に示す図である。
【図５】ホトマスクの位置合わせ部の要部を模式的に示す図である。
【図６】ウエハの位置合わせ部の構成を模式的に示す図である。
【図７】ウエハの位置合わせ部の要部を模式的に示す図である。
【図８】ホトマスクとウエハの位置合わせ部の一部が重なった状態を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１…ステージ、２…ホトマスク、３…ウエハ、１１…載置面、２１…パターン、２２…位置合わせ部、３１…パターン、３２…位置合わせ部、３３…オリフラ、２００…中心、２０１〜２０４…第１〜第４の円、２１１〜２３０…第１〜第２０の線分、２４０…窓部、３００…中心、３０１〜３０４…第１〜第４の円、３１１〜３３０…第１〜第２０の線分、３４０…反射部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光リソグラフィ技術における位置合わせ方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、大規模集積回路（ＬＳＩ）等の半導体素子を製造する技術として、光リソグラフィ技術が知られている。この光リソグラフィ技術とは、シリコン、ガリウムヒ素等の半導体ウエハ上にホトレジストと呼ばれる感光性有機物質を塗布し、ホトステッパ、ホトスキャナ、ホトアライナ等と呼ばれる露光装置を用いて、ホトマスクに描かれた素子や回路のパターンをそのホトレジストに焼き付けるものである。このホトレジストを現像し、ホトレジスト直下のウエハを選択的にエッチングすることにより、ウエハ上に電子回路が形成される。
【０００３】
このような光リソグラフィ技術において、露光装置によりホトマスクに描かれたパターンをホトレジストに焼き付ける際には、ウエハとホトマスクとの位置合わせを正確にすることが必要である。特に、電子回路が積層構造を有する場合には、ウエハとホトマスクとの位置がずれていると、下層の回路と上層の回路との間で接続不良が生じてしまうので、正確な位置合わせが重要である。
【０００４】
この位置合わせを行う技術は、大きく２つに分類することができる。
１つ目は、大規模集積回路に代表されるサブミクロン以下の極めて小さな電子回路を作成する場合の位置合わせ技術であって、ホトステッパまたはホトスキャナと呼ばれる露光装置を用いて行われるものである。この露光装置は、実寸よりも数倍（４倍、５倍）大きなパターンが形成された大きなホトマスクをウェハ上で移動させながら縮小投影露光することにより、ホトレジストに極めて小さなパターンを転写するものである（例えば、非特許文献１参照。）。この場合の位置合わせは、ホトマスクと露光装置との間、および、露光装置とウエハの間という少なくとも２箇所で行う必要があり、かつ、極めて小さい電子回路を作成するために、高精度に行わなければならない。このため、従来では、関係する全ての構成要素を高精度な干渉計でモニタしながら全体を制御している。したがって、装置構成が大規模となるため、操作が複雑であるとともに、高コストであった。
【０００５】
これに対して、２つ目は、１μｍ程度の精度を要求する比較的大きな電子回路を作成する場合の位置合わせ技術であって、コンタクトアライナや等倍のパタン転写機と呼ばれる露光装置を用いて行われるものである。この場合の位置合わせは、ウエハ上に単純な十字マークを、ホトマスクにその十字マークを囲むようなマークをそれぞれ形成しておき、これらをウエハとホトマスクの距離方向から見たときにマーク同士の隙間が一様となるよう、オペレータが拡大鏡を用いて肉眼でマークを観察しながらウエハを搭載したステージを移動させることにより行われている。したがって、２つ目の位置合わせ技術は、１つ目の位置合わせ技術よりも簡単な装置構成で実現できるので、操作が簡便であり、かつ、コストを抑えることができる。
【０００６】
【非特許文献１】滝川忠宏他、「ＵＬＳＩリソグラフィ技術の革新」、第１版、株式会社サイエンスフォーラム、１９９４年１１月１０日、ｐ．２６４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した２つ目の位置合わせ技術では、精度がマークの見え方に大きく依存するために、拡大鏡の性能やオペレータの体調によっては、所望する精度の位置合わせを実現することが困難であった。
【０００８】
そこで、本願発明は、より高精度かつ簡便な位置合わせを実現することができる位置合わせ方法、ホトマスクおよびウエハを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述したような課題を解決するために、本発明に係る位置合わせ方法は、ホトマスクに形成された第１のマークとウエハに形成された第２のマークとに基づいて、ホトマスクとこのホトマスクに対して光学的に平行に配置されたウエハとを相対的に平行移動させることによりホトマスクとウエハとの位置合わせを行う位置合わせ方法であって、第１のマークは、光を透過する窓からなり、第２のマークは、光を反射する反射部を構成し、第１のマークおよび第２のマークは、移動方向に平行な対角線を有する矩形の形状に形成され、第２のマークにより反射され第１のマークを透過した反射光の光量に基づいて、ホトマスクとウエハとの位置合わせを行うことを特徴とする。
【００１０】
上記位置合わせ方法において、第１のマークおよび第２のマークは、複数形成されるようにしてもよい。また、第１のマークおよび第２のマークは、一直線上に形成されるようにしてもよい。さらに、第１のマークおよび第２のマークは、同心円の円周上に形成されるようにしてもよい。
【００１１】
また、本発明に係るホトマスクは、上記位置合わせ方法に使用されるホトマスクであって、上記第１のマークを備えたことを特徴とする。
また、本発明に係るウエハは、上記位置合わせ方法に使用されるウエハであって、上記第２のマークを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、第１のマークが光を透過する窓からなり、第２のマークが光を反射する反射部を構成し、第１のマークおよび第２のマークが移動方向に平行な対角線を有する矩形の形状に形成され、第２のマークにより反射され第１のマークを透過した反射光の光量に基づいて、ホトマスクとウエハとの位置合わせを行うことにより、当該ウエハをホトマスクに対して相対的に移動させると、第１のマークと第２のマークが重なる部分が二次関数的に変化するため、第１のマークを透過した反射光の光量も変化するので、この変化に基づいてウエハとホトマスクの位置合わせを行うことにより、より高精度かつ簡便な位置合わせを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１４】
＜露光装置の構成＞
図１は、本実施の形態に係る位置合わせ方法を使用する露光装置の内部構成を模式的に示す図である。この図１に示す露光装置は、ウエハ３を載置する載置面１１を有するステージ１と、ホトマスク２を載置面と略平行に対向配置する支持部（図示せず）と、露光に用いられる光源（図示せず）とを少なくとも備えている。このような露光装置は、レジストが塗布されたウエハ３をＸ方向およびＹ方向に移動可能なステージ１の載置面１１に載置し、ウエハ３にホトマスク２を通じて露光することにより、ホトマスク２に形成されたパターン２１をレジストに転写するものである。露光の後、ウエハ３を現像液に浸して余分なレジストを除去すると、ウエハ３には、ホトマスク２のパターン２１に対応するパターン３１が形成されることとなる。
なお、以下の説明において、載置台１１の平面に沿った１の方向をＸ方向、載置台１１の平面に沿いかつＸ方向と直交する方向をＹ方向、Ｘ方向およびＹ方向と直交する方向、すなわちステージ１とホトマスク２の距離方向をＺ方向とする。また、Ｘ方向において、図１の紙面に対して左から右に向かう方向を正、Ｙ方向において、図１の紙面に対して手前から奥に向かう方向を正、Ｚ方向において、図１の紙面に対して下から上に向かう方向を正とする。
【００１５】
ホトマスク２は、平面視略矩形の形状を有し、所定のパターン２１が形成されたホトマスクから構成されている。例えば、ホトマスク２は、Ｘ方向の長さが１２０［mm］、Ｙ方向の長さが１２０［mm］となっている。このようなホトマスク２には、図２に示すように、Ｙ方向に沿った両辺の略中央部近傍に一対の位置合わせ部２２が形成されている。この位置合わせ部２２は、電子線描画装置等により形成される。このような位置合わせ部２２の詳細については後述する。
【００１６】
ウエハ３は、シリコンウエハ等の所定の回路が形成されるウエハからなる。例えば、ウエハ３は、直径１００［mm］のシリコンウエハから構成されている。このようなウエハ３には、図３に示すように、ウエハ３の縁部近傍に一対の位置合わせ部３２が所定のパターン３１が形成される領域を挟んで形成されている。この位置合わせ部２２は、電子線描画装置等により形成される。このような位置合わせ部３２の詳細については後述する。
【００１７】
＜位置合わせ部の構成＞
次に、位置合わせ部２２，３２の構成について参照して説明する。
【００１８】
≪位置合わせ部２２の構成≫
図４に示すように、ホトマスク２に形成される位置合わせ部２２は、中心２００の同心円からなり、所定の長さずつ直径が大きくなる第１〜第４の円２０１〜２０４と、第４の円２０４の動径に対応する線分からなる第１〜第２０の線分２１１〜２３０と、第１〜第４の円２０１〜２０４と第１〜第２０の線分２１１〜２３０の交点またはその交点近傍に形成された複数の窓部２４０とから構成されている。例えば、第４の円２０１の直径は、５０［μｍ］であり、第１〜第４の円２０１〜２０４の間隔は、１０［μｍ］である。
【００１９】
ここで、第１の線分２１１は、中心２００からＸ方向の正の方向に第４の円２０４の円周まで延在した線分からなり、第２〜第５の線分２１２〜２１５は、中心２００を回転中心として第１の線分２１１を反時計回りおよび時計回りにそれぞれ５°および１０°回転させた線分からなる。
また、第６の線分２１６は、中心２００からＹ方向の正の方向に第４の円２０４の円周まで延在した線分からなり、第７〜第１０の線分２１７〜２２０は、中心２００を回転中心として第１の線分２１１を反時計回りおよび時計回りにそれぞれ５°および１０°回転させた線分からなる。
また、第１１の線分２２１は、中心２００からＸ方向の負の方向に第４の円２０４の円周まで延在した線分からなり、第１２〜第１５の線分２２２〜２２５は、中心２００を回転中心として第１１の線分２１１を反時計回りおよび時計回りにそれぞれ５°および１０°回転させた線分からなる。
また、第１６の線分２２６は、中心２００からＹ方向の負の方向に第４の円２０４の円周まで延在した線分からなり、第１７〜第２０の線分２２７〜２３０は、中心２００を回転中心として第１６の線分２２６を反時計回りおよび時計回りにそれぞれ５°および１０°回転させた線分からなる。
【００２０】
また、窓部２４０は、対角線がＸ方向およびＹ方向に沿った矩形の形状を有する開口からなる。例えば、反射部３４０は、一辺が２［μｍ］の正方形の形状を有している。なお、窓部２４０は、光が透過するのであれば開口に限定されず、例えば、窓部２４０に対応する箇所を周囲よりも薄く削った構成とするようにしてもよい。
【００２１】
このような窓部２４０は、以下に示す位置に形成される。
まず、Ｘ方向またはＹ方向に沿った線分、すなわち第１の線分２１１，第６の線分２１６，第１１の線分２２１および第１６の線分２２６と第１〜第４の円２０１〜２０４との交点においては、この交点と対角線の交点が一致するように窓部２４０が形成される。
また、第１の線分２１１または第１１の線分２２１から中心２００に対して時計回りおよび反時計回りにｎ番目の線分と第１〜第４の円２０１〜２０４との交点については、その交点からＹ方向に沿って第１の線分２１１または第１１の線分２２１から離れる方向に０．１×ｎ［μｍ］の位置に、対角線の交点が位置するように窓部２４０が形成される。
同様に、第６の線分２１６または第１６の線分２２６から中心２００に対して時計回りおよび反時計回りにｎ番目の線分と第１〜第４の円２０１〜２０４との交点については、その交点からＸ方向に沿って第６の線分２１６または第１６の線分２２６から離れる方向に０．１×ｎ［μｍ］の位置に、対角線の交点が位置するように窓部２４０が形成される。
【００２２】
例えば、図５に示すように、第１の円２０１および第２の円２０２と第２の線分２１２との交点においては、この交点からＹ方向の正の方向に０．１［μｍ］離れた位置に、対角線の交点が一致するように窓部２４０が形成されている。
【００２３】
いずれにしても、窓部２４０は、形成される位置にかかわらず、対角線がＸ方向およびＹ方向に沿った矩形の形状を有している。
【００２４】
≪位置合わせ部３２の構成≫
図６に示すように、ウエハ３に形成される位置合わせ部３２は、中心３００の同心円からなり所定の長さずつ直径が大きくなる第１〜第４の円３０１〜３０４と、第４の円３０４の動径に対応する線分からなる第１〜第２０の線分３１１〜３３０と、第１〜第４の円３０１〜３０４と第１〜第２０の線分３１１〜３３０との各交点に形成された反射部３４０とから構成されている。例えば、第４の円３０１の直径は、５０［μｍ］であり、第１〜第４の円３０１〜３０４の間隔は、１０［μｍ］である。
【００２５】
ここで、第１の線分３１１は、中心３００からＸ方向の正の方向に第４の円３０４の円周まで延在した線分からなり、第２〜第５の線分３１２〜３１５は、中心３００を回転中心として第１の線分３１１を反時計回りおよび時計回りにそれぞれ５°および１０°回転させた線分からなる。
また、第６の線分３１６は、中心３００からＹ方向の正の方向に第４の円３０４の円周まで延在した線分からなり、第７〜第１０の線分３１７〜３２０は、中心３００を回転中心として第１の線分３１１を反時計回りおよび時計回りにそれぞれ５°および１０°回転させた線分からなる。
また、第１１の線分３２１は、中心３００からＸ方向の負の方向に第４の円３０４の円周まで延在した線分からなり、第１２〜第１５の線分３２２〜３２５は、中心３００を回転中心として第１１の線分３１１を反時計回りおよび時計回りにそれぞれ５°および１０°回転させた線分からなる。
また、第１６の線分３２６は、中心３００からＹ方向の負の方向に第４の円３０４の円周まで延在した線分からなり、第１７〜第２０の線分３２７〜３３０は、中心３００を回転中心として第１６の線分３２６を反時計回りおよび時計回りにそれぞれ５°および１０°回転させた線分からなる。
【００２６】
また、反射部３４０は、対角線がＸ方向およびＹ方向に沿った矩形の形状を有し光を反射する構成を有している。例えば、反射部３４０は、一辺が２［μｍ］の正方形の形状を有している。このような反射部３４０は、周囲と異なる層に形成したり、反射部３４０に対応する箇所を削ったり、反射部３４０の周囲を削ったりすることにより、周囲よりも反射率が高くなるように形成されるが、これにより実現される反射は必ずしも鏡面反射ではない。
【００２７】
反射部３４０は、その対角線の交点が第１〜第４の円３０１〜３０４と第１〜第２０の線分３１１〜３３０との交点と一致するように形成される。例えば、図７に示すように、第１の円３０１および第２の円３０２と第２の線分３１２との交点には、この交点に対角線の交点が一致するように反射部３４０が形成されている。
【００２８】
いずれにしても、反射部３４０は、形成される位置にかかわらず、対角線がＸ方向およびＹ方向に沿った矩形の形状を有している。
【００２９】
上述した位置合わせ部２２と位置合わせ部３２は、位置合わせ部２２同士の中心２００の距離と位置合わせ部３２同士の中心３００の距離とは、等しくなるように形成されている。例えば、その距離は、６０［mm］となっている。
【００３０】
＜位置合わせ動作＞
次に、本実施の形態に係る露光装置におけるホトマスク２とウエハ３との位置合わせ動作について説明する。なお、この位置合わせは、ホトマスク２の位置合わせ部２２とウエハ３の位置合わせ部３２とがＺ方向から見たときに同じ位置に位置するようにする動作を意味する。
【００３１】
まず、ステージ１の載置面１１上にウエハ３を載置する。このとき、ウエハ３は、オリフラ(orientation flat)部３３に基づいて回転方向を合わせた上で、載置面１１上に載置される。
【００３２】
ウエハ３を載置すると、ユーザは、ホトマスク２とウエハ３の粗い位置合わせを行う。これは、ホトマスク２の位置合わせ部２２とウエハ３の位置合わせ部３２とがＺ方向に一直線に並ぶように、肉眼でホトマスク２とウエハ３とを確認しながらステージ１をＸ方向またはＹ方向に移動させることにより行われる。このような粗い調整により、ホトマスク２の位置合わせ部２２とウエハ３の位置合わせ部３２とを、数１０［μｍ］の精度で合わせることができる。
【００３３】
粗い調整が行われると、この粗い調整よりもより精密な粗調整を行う。この粗調整は、Ｘ方向およびＹ方向それぞれについて行われる。
【００３４】
まず、Ｘ方向の粗調整を行う場合、ユーザは、ウエハ３に対して可視光線を照射した状態で、ホトマスク２の位置合わせ部２２を肉眼または拡大鏡を覗きながら、ステージ１をＸ方向に移動させる。ウエハ３上に形成された位置合わせ部３２の反射部３４０は、照射された可視光線をホトマスク２に向かって反射させるので、何れかの反射部３４０と何れかの窓部２４０とがＺ方向に並ぶと、ユーザは、その反射部３４０による反射光をその窓部２４０から観察することができる。これにより、ホトマスク２の位置合わせ部２２とウエハ３の位置合わせ部３２とを、Ｚ方向にほぼ同じ位置に並べることができる。
【００３５】
このとき、ユーザは、位置合わせ部２２の第１〜第５の線分２１１〜２１５と第１の円２０１との交点またはその交点近傍に形成された窓部２４０からなる窓部群（図４の符号ａで示す）に注目する。図６に示すように、ウエハ３の位置合わせ部３２には、反射部３４０がＹ方向に密に並んでいる。特に、窓部群ａに対応する、第１〜第５の線分３１１〜３１５と第１の円３０１との交点に形成された反射部３４０からなる反射部群（図６の符号αで示す）においては、第２〜第４の円３０２〜３０４との交点に形成された反射部群よりも、反射部３４０がＹ方向に密に並んでいる。したがって、ウエハ３をＸ方向に移動させると、窓部群ａのうちの何れかの窓部２４０の少なくとも一部と反射部群αのうちの何れかの反射部３４０の少なくとも一部とがＺ方向に並ぶこととなる。窓部群ａのうちの何れかの窓部２４０から反射光を観察すると、ユーザは、その反射光がある程度明るく見えるようステージ１のＸ方向の移動量を調整する。反射光がある程度明るく見えるようになると、Ｘ方向の粗調整を終了する。
【００３６】
次に、Ｙ方向の粗調整を行う。この場合、Ｘ方向の粗調整の場合と同様、ウエハ３に対して可視光線を照射した状態で、ホトマスク２の位置合わせ部２２を覗きながら、ステージ１をＹ方向に移動させる。
【００３７】
このとき、ユーザは、位置合わせ部２２の第６〜第１０の線分２１６〜２２０と第１の円２０１との交点またはその交点近傍に形成された窓部２４０からなる窓部群（図４の符号ｂで示す）に注目する。図６に示すように、ウエハ３の位置合わせ部３２には、反射部３４０がＸ方向に密に並んでいる。特に、窓部群ｂに対応する、第１〜第５の線分３１１〜３１５と第１の円３０１との交点に形成された反射部３４０からなる反射部群（図６の符号βで示す）においては、第２〜第４の円３０２〜３０４との交点に形成された反射部群よりも、反射部３４０がＸ方向に密に並んでいる。したがって、ウエハ３をＹ方向に移動させると、窓部群ｂのうちの何れかの窓部２４０の少なくとも一部と反射部群βのうちの何れかの反射部３４０の少なくとも一部とがＺ方向に並ぶこととなる。窓部群ｂのうちの何れかの窓部２４０から反射光を観察すると、ユーザは、その反射光がある程度明るく見えるようステージ１のＹ方向の移動量を調整する。反射光がある程度明るく見えるようになると、Ｙ方向の粗調整を終了する。
【００３８】
粗調整が終了すると、最後に微調整を行う。この微調整は、Ｘ方向およびＹ方向それぞれについて行われる。
【００３９】
まず、Ｘ方向の微調整を行う。このとき、ユーザは、位置合わせ部２２の第６〜第１０の線分２１６〜２２０と第２〜第４の円２０２〜２０４との交点またはその交点近傍に形成された窓部２４０からなる窓部群（図４の符号ｃで示す）に注目する。この窓部群が、対応するウエハ３の位置合わせ部３２における反射部群（図６の符号γで示す）、すなわち、第６〜第１０の線分３１６〜３２０と第２〜第４の円３０２〜３０４との交点に形成された反射部３４０からなる反射部群γとが、Ｚ方向において一致するようにステージ１のＹ方向の位置を調整する。具体的には、窓部群ｃにおける第６の線分２１６上の窓部２４０と反射部群γにおける第６の線分３１６上の反射部３４０とが、Ｚ方向において一致するようにステージ１のＹ方向の位置を調整する。これらは、Ｘ方向に沿い、同じ間隔で、かつ、同じ形状に形成されているので、一致させることが可能である。したがって、ユーザは、窓部群ｃにおける第１の線分２１１上の窓部２４０全てから反射光が観察され、かつ、その反射光の光量が最大となるように、ステージ１のＹ方向の位置を調整する。
【００４０】
ここで、窓部２４０と反射部３４０とは、対角線がＸ方向またはＹ方向に沿った矩形の形状有している。したがって、窓部２４０と反射部３４０とがＺ方向に重なっているときにステージ１をＸ方向またはＹ方向に移動させると、窓部２４０で観察できる反射部３４０からの反射光の光量は二次関数的に変化する。この現象について図８を参照して説明する。
【００４１】
窓部２４０および反射部３４０の一辺の長さをＬとすると、これらが厳密に一致した場合、その重なった箇所の面積Ｓallは、Ｌ×Ｌとなる。一方、厳密に一致した状態からＸ方向にΔｘだけずれたとすると、窓部２４０と反射部３４０とが重なった箇所の面積Ｓ1は、下式（１）で表される。
【００４２】
Ｓ1＝（Ｌ−Δｘ／２1/2）×（Ｌ−Δｘ／２1/2）
＝Ｌ×Ｌ−２1/2×Ｌ×Δｘ＋Δｘ2／２ ・・・（１）
【００４３】
このように、窓部２４０と反射部３４０とが重なった箇所の面積Ｓ1は、Δｘの二次関数で表される。したがって、ステージ１をＸ方向またはＹ方向に移動させると、面積Ｓ1が二次関数的に変化するので、窓部２４０から観察できる反射光の光量も二次関数的に変化することとなる。このように光量が二次関数的に変化するので、ユーザは、その光量の変化をより敏感に検出することが可能となり、結果として、より容易に反射光の光量が最大となる位置にステージ１の位置を調整することができる。
【００４４】
また、窓部群ｃに含まれる窓部２４０は、第６の線分２１６から離れるに連れてＸ方向に沿ってずれるように形成されている。このため、窓部群ｃの窓部２４０から観察される光量は、Ｙ方向に並んだ窓部２４０の集合毎に変化することとなる。したがって、第６の線分２１６上の窓部２４０が対応する反射部３４０とＺ方向に一致した場合、それらの窓部２４０からは最大の光量が検出されるが、第６の線分２１６の隣の線分である第７の線分２１７および第９の線分２１９近傍の窓部２４０からはその最大の光量よりも低い第１の光量が、第６の線分２１６の２つ隣の第８の線分２１８および第１０の線分２１０近傍の窓部２４０からは第１の光量よりもさらに低い第２の光量が検出されることとなる。したがって、Ｙ方向に並んだ窓部２４０の集合から検出される光量が、第６の線分２１６から離れるにつれて低くなるように、ステージ１の位置を微調整する。
【００４５】
このように、本実施の形態によれば、窓部２４０から観察される光量がＹ方向に並んだ窓部２４０の集合毎に変化するので、ユーザは、その光量の変化をより敏感に検出することが可能となり、結果として、より容易に反射光の光量が最大となる位置にステージ１の位置を調整することができる。
【００４６】
Ｘ方向の微調整が終了すると、ユーザは、同様の方法によりＹ方向の微調整を行う。この場合、ユーザは、位置合わせ部２２の第１〜第５の線分２１１〜２１５と第２〜第４の円２０２〜２０４との交点またはその交点近傍に形成された窓部２４０からなる窓部群（図４の符号ｄで示す）に注目する。この窓部群が、対応するウエハ３の位置合わせ部３２における反射部群（図６の符号δで示す）、すなわち、第１〜第５の線分３１１〜３１５と第２〜第４の円３０２〜３０４との交点に形成された反射部３４０からなる反射部群δとが、Ｚ方向において一致するようにステージ１のＸ方向の位置を調整する。
【００４７】
このようにＸ方向およびＹ方向の微調整が行われると、ホトマスク２の位置合わせ部２２とウエハ３の位置合わせ部３２とがＺ方向に同じ位置に位置することとなる。
【００４８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、窓部２４０および反射部３４０が移動方向に平行な対角線を有する矩形の形状に形成され、反射部３４０により反射され窓部２４０を透過した反射光の光量に基づいて、ホトマスクとウエハとの位置合わせを行うことにより、ウエハ３をホトマスク２に対して相対的に移動させると、窓部２４０と反射部３４０が重なる部分が二次関数的に変化するため、窓部２４０から観察できる反射光の光量も二次関数的に変化するので、ユーザは、その光量の変化をより敏感に検出することが可能となり、より容易に反射光の光量が最大となる位置にステージ１の位置を調整することができるので、結果として、より高精度かつ簡便な位置合わせを実現することができる。
【００４９】
また、本実施の形態によれば、窓部２４０および反射部３４０を複数設けることにより、加工精度によって窓部２４０や反射部３４０の形状にばらつきがあった場合でも、反射光の光量の平均値でステージ１の位置を調整することにより、位置合わせを高精度に行うことができる。
【００５０】
また、本実施の形態によれば、窓部２４０および反射部３４０を直線上に設けることにより、ホトマスク２の位置合わせ部２２とウエハ３の位置合わせ部３２とがＺ方向に同じ位置に位置した場合には、直線上に並んだ窓部２４０（第１の線分２１１，第６の線分２１６，第１１の線分２２１，第１６の線分２２６上の窓部２４０）の全てから反射光が観察されることとなる。結果として、ユーザにとって視認性が高くなるので、位置合わせをより高精度に行うことができる。
【００５１】
さらに、本実施の形態によれば、位置合わせ部２２，３２が同心円の形状を有することにより、従来のように単なる十字の形状を有する場合と比較して、ユーザによる視認性が高くなるので、ホトマスク２とウエハ３とを粗調整するときに、容易に位置合わせを行うことができる。
【００５２】
なお、本実施の形態では、位置合わせ部２２，３２において４つの同心円上に窓部２４０および反射部３４０を設けるようにしたが、少なくとも２つの同心円上に窓部２４０および反射部３４０を設けることにより、同等の作用効果を得ることができる。
【００５３】
また、本実施の形態では、位置合わせ部２２，３２においてＸ方向およびＹ方向の正および負の方向という４方向に対してそれぞれ５本の動径を設け、この動径上またはその動径の近傍に窓部２４０および反射部３４０をようにしたが、動径の数量は５本に限定されず、少なくとも３本以上の奇数本設けることにより、同等の作用効果を得ることができる。
【００５４】
また、本実施の形態では、窓部２４０を透過する反射部３４０からの反射光を肉眼で確認することにより、ステージ１の位置を調整するようにしたが、公知のカメラや光センサ等からなる光量検出装置を設けて、これにより反射光の光量を検出するようにしてもよい。この場合、ステージ１にＸ方向およびＹ方向に移動させるアクチュエータをさらに設け、光量が最大となるようにステージ１を自動的に移動させるようにしてもよい。これにより、自動的に位置合わせを行うことができる。
【００５５】
また、本実施の形態では、粗調整および微調整を行う際に、まずＸ方向から調整する場合を例に説明したが、その順番はＸ方向およびＹ方向の何れからでも適宜自由に設定することができる。
【００５６】
また、本実施の形態では、例えばＸ方向の微調整の際、位置合わせ部２２の第６〜第１０の線分２１６〜２２０と第２〜第４の円２０２〜２０４との交点またはその交点近傍に形成された窓部２４０からなる窓部群に注目する場合を例に説明したが、その窓部群に加えて位置合わせ部２２の第１６〜第２０の線分２２６〜２３０と第２〜第４の円２０２〜２０４との交点またはその交点近傍に形成された窓部２４０からなる窓部群も共に注目するようにしてもよい。同様に、Ｙ方向の微調整の際、位置合わせ部２２の第１〜第５の線分２１１〜２１５と第２〜第４の円２０２〜２０４との交点またはその交点近傍に形成された窓部２４０からなる窓部群に注目する場合を例に説明したが、その窓部群に加えて位置合わせ部２２の第１１〜第１５の線分２２１〜２２５と第２〜第４の円２０２〜２０４との交点またはその交点近傍に形成された窓部２４０からなる窓部群も共に注目するようにしてもよい。このようにすることにより、窓部２４０から検出される光量の変化をより敏感に検出することができるので、結果として、より容易に反射光の光量が最大となる位置にステージ１の位置を調整することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、露光装置のように２つの部材の位置合わせを行う各種方法や装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明に係る位置合わせ方法を使用する露光装置の要部構成を模式的に示す図である。
【図２】ホトマスクの構成を模式的に示す図である。
【図３】ウエハの構成を模式的に示す図である。
【図４】ホトマスクの位置合わせ部の構成を模式的に示す図である。
【図５】ホトマスクの位置合わせ部の要部を模式的に示す図である。
【図６】ウエハの位置合わせ部の構成を模式的に示す図である。
【図７】ウエハの位置合わせ部の要部を模式的に示す図である。
【図８】ホトマスクとウエハの位置合わせ部の一部が重なった状態を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１…ステージ、２…ホトマスク、３…ウエハ、１１…載置面、２１…パターン、２２…位置合わせ部、３１…パターン、３２…位置合わせ部、３３…オリフラ、２００…中心、２０１〜２０４…第１〜第４の円、２１１〜２３０…第１〜第２０の線分、２４０…窓部、３００…中心、３０１〜３０４…第１〜第４の円、３１１〜３３０…第１〜第２０の線分、３４０…反射部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホトマスクに形成された第１のマークとウエハに形成された第２のマークとに基づいて、前記ホトマスクとこのホトマスクに対して光学的に平行に配置された前記ウエハとを相対的に平行移動させることにより前記ホトマスクと前記ウエハとの位置合わせを行う位置合わせ方法であって、
前記第１のマークは、光を透過する窓からなり、
前記第２のマークは、光を反射する反射部を構成し、
前記第１のマークおよび前記第２のマークは、移動方向に平行な対角線を有する矩形の形状に形成され、
前記第２のマークにより反射され前記第１のマークを透過した反射光の光量に基づいて、前記ホトマスクと前記ウエハとの位置合わせを行う
ことを特徴とする位置合わせ方法。
【請求項２】
前記第１のマークおよび前記第２のマークは、複数形成される
ことを特徴とする請求項１記載の位置合わせ方法。
【請求項３】
前記第１のマークおよび前記第２のマークは、一直線上に形成される
ことを特徴とする請求項２記載の位置合わせ方法。
【請求項４】
前記第１のマークおよび前記第２のマークは、同心円の円周上に形成される
ことを特徴とする請求項３記載の位置合わせ方法。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載された位置合わせ方法に用いられるホトマスクであって、前記第１のマークを備えたことを特徴とするホトマスク。
【請求項６】
請求項１乃至４の何れか１項に記載された位置合わせ方法に用いられるウエハであって、前記第２のマークを備えたことを特徴とするウエハ。
【請求項１】
ホトマスクに形成された第１のマークとウエハに形成された第２のマークとに基づいて、前記ホトマスクとこのホトマスクに対して光学的に平行に配置された前記ウエハとを相対的に平行移動させることにより前記ホトマスクと前記ウエハとの位置合わせを行う位置合わせ方法であって、
前記第１のマークは、光を透過する窓からなり、
前記第２のマークは、光を反射する反射部を構成し、
前記第１のマークおよび前記第２のマークは、移動方向に平行な対角線を有する矩形の形状に形成され、
前記第２のマークにより反射され前記第１のマークを透過した反射光の光量に基づいて、前記ホトマスクと前記ウエハとの位置合わせを行う
ことを特徴とする位置合わせ方法。
【請求項２】
前記第１のマークおよび前記第２のマークは、複数形成される
ことを特徴とする請求項１記載の位置合わせ方法。
【請求項３】
前記第１のマークおよび前記第２のマークは、一直線上に形成される
ことを特徴とする請求項２記載の位置合わせ方法。
【請求項４】
前記第１のマークおよび前記第２のマークは、同心円の円周上に形成される
ことを特徴とする請求項３記載の位置合わせ方法。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載された位置合わせ方法に用いられるホトマスクであって、前記第１のマークを備えたことを特徴とするホトマスク。
【請求項６】
請求項１乃至４の何れか１項に記載された位置合わせ方法に用いられるウエハであって、前記第２のマークを備えたことを特徴とするウエハ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１４７２５３（Ｐ２０１０−１４７２５３Ａ）
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３２２９１５（Ｐ２００８−３２２９１５）
【出願日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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