(57)【要約】【課題】２枚の平坦な基板のアライメントマークを、同一のアライメントスコープで同一画面内に同時に撮影できない場合であっても、２枚の平坦な基板の平面方向の位置を正しく揃えることのできるアライメント方法を得る。【解決手段】表裏に、２枚の基板の正しい位置関係の対をなす基準アライメントマークを描いた較正基板を準備し、較正基板の表裏の基準アライメントマークをアライメントスコープで撮影し、仮想の基準座標系を設定して、２つの対をなす基準アライメントマークの基準座標系上での位置を定め、２枚の基板の対をなす実アライメントマークを同じアライメントスコープで撮影し、該対をなす実アライメントマークの位置が基準座標系上の対をなす基準アライメントマークの位置にそれぞれ合致するように２枚の基板の平面方向の位置を定める。【選択図】図３
2014175330.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互アライメントのための少なくとも１つのアライメントマークをそれぞれ有し、互いに平行に配置される２枚の平坦な基板の平面方向の位置を定める基板のアライメント方法であって、
表裏に、上記２枚の基板の正しい位置関係の対をなす基準アライメントマークを描いた較正基板を準備するステップと、
上記較正基板の表裏の基準アライメントマークをアライメントスコープで撮影し、仮想の基準座標系を設定して、２つの対をなす基準アライメントマークの基準座標系上での位置を定めるステップと、
上記較正基板を除去するステップと、
上記２枚の基板の対をなす実アライメントマークを同じアライメントスコープで撮影し、該対をなす実アライメントマークの位置が上記基準座標系上の対をなす基準アライメントマークの位置にそれぞれ合致するように２枚の基板の平面方向の位置を定めるステップと、
を有することを特徴とする基板のアライメント方法。
【請求項２】
請求項１記載のアライメント方法において、上記較正基板は透明基板であり、上記アライメントスコープは上記較正基板の表裏の一方の側に位置して上記表裏の基準アライメントマークに同時に焦点が合致する２焦点アライメントスコープからなっている基板のアライメント方法。
【請求項３】
請求項２記載のアライメント方法は、上記２焦点アライメントスコープにより上記表裏の基準アライメントマークを同時に撮影し、２つの対をなす基準アライメントマークの基準座標系上での位置を記憶手段に記憶するステップと、
上記２枚の基板の対をなす実アライメントマークを順次上記２焦点アライメントスコープにより撮影し、実アライメントマークの基準座標系上での位置を上記記憶手段に記憶するステップと、上記対をなす実アライメントマークの上記基準座標系上の位置が上記記憶手段に記憶した上記基準座標系上の対をなす基準アライメントマークの位置にそれぞれ合致するように２枚の基板の平面方向の位置を定めるステップを含むアライメント方法。
【請求項４】
請求項１記載のアライメント方法において、上記アライメントスコープは上記較正基板の表裏の双方の側に位置して上記表裏の基準アライメントマークをそれぞれ撮影する一対の固定アライメントスコープからなっている基板のアライメント方法。
【請求項５】
請求項４記載のアライメント方法は、上記一対の固定アライメントスコープにより上記表裏の基準アライメントマークをそれぞれ撮影し、上記２つの対をなす基準アライメントマークの基準座標系上での位置を記憶手段に記憶するステップと、
上記２枚の基板の対をなす実アライメントマークを上記一対の固定アライメントスコープによりそれぞれ撮影し、上記対をなす実アライメントマークの上記基準座標系上の位置が上記記憶手段に記憶した上記基準座標系上の対をなす基準アライメントマークの位置にそれぞれ合致するように２枚の基板の平面方向の位置を定めるステップを含むアライメント方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２枚の平坦な基板、例えばウエハとマスク、または、２枚のウエハの平面方向の位置決めのための調整（アライメント方法）に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の製造において、マスクとウエハ（２枚の基板）は、マスクを介してウエハに露光される前に、平面方向の位置決めをしなければならない。マスクおよびウエハには、双方にアライメントマークが形成されており、双方のアライメントマークが基板の平面方向と直交する一直線上に正しく位置するように、基板の平面方向の位置を定める作業がアライメントである。本発明は、２枚の基板の平面方向の位置を定めるアライメント方法を対象とする。
【０００３】
このようなアライメントは従来、所定位置に運ばれたマスクとウエハのアライメントマークを単一のアライメントスコープの同一画面内に入れて同時に撮影し、両アライメントマークの位置が合致するようにマスクと基板の少なくとも一方を移動させて行っていた（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−５１２６９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この従来方法は、２つのアライメントマークを同時に撮影できるという前提で成立するアライメント方法である。しかし、２つのアライメントマークが同時に撮影できない場合もある。例えば、ウエハのアライメントマークがマスク対向面とは反対側の面に付されている場合や、２つの基板が不透明の場合等である。この場合従来は、それぞれに対応するアライメントスコープを別々に光軸に沿って移動し、対応するアライメントマークに合焦させて、アライメントマークの画像を取り込んでいた。しかしこの場合は、アライメントスコープを光軸に沿って移動させるため、アライメントマークの位置の読み込みに誤差が生じていた。
【０００６】
そこで、本発明は、２枚の平坦な基板のアライメントマークを、同一のアライメントスコープで同一画面内に同時に撮影できない場合であっても、２枚の平坦な基板の平面方向の位置を正しく揃える（アライメントする）ことのできるアライメント方法を得ることを目的とする。また、本発明は、アライメント工程中にアライメントスコープを移動させることなく高精度でアライメントを行うことができる方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、表裏に、２枚の基板の正しい位置関係の対をなすアライメントマークを描いた較正基板を準備し、その較正基板の表裏の対をなすアライメントマークをアライメントスコープで撮影して基準座標系を作ることによって、対をなすアライメントマークの基準座標系上での位置を定め、次いで２枚の基板の対をなすアライメントマークを同じアライメントスコープで撮影して基準座標系上の対をなすアライメントマークに合致させれば、２枚の基板のアライメントマークを同時に撮影できなくても正しくアライメントができるとの着眼に基づいて完成されたものである。
【０００８】
すなわち本発明は、相互アライメントのための少なくとも１つのアライメントマークをそれぞれ有し、互いに平行に配置される２枚の平坦な基板の平面方向の位置を定める基板のアライメント方法であって、表裏に、上記２枚の基板の正しい位置関係の対をなす基準アライメントマークを描いた較正基板を準備するステップと；上記較正基板の表裏の対をなす基準アライメントマークをアライメントスコープで撮影して基準座標系を作り、対をなす基準アライメントマークの基準座標系上での位置を定めるステップと；上記較正基板を除去するステップと；上記２枚の基板の対をなす実アライメントマークを同じアライメントスコープで撮影し、該対をなす実アライメントマークの位置が基準座標系上の対をなす基準アライメントマークの位置に合致するように２枚の基板の平面方向の位置を定めるステップと；を有することを特徴としている。
【０００９】
本発明の好ましい一態様では、上記較正基板は透明基板であり、上記アライメントスコープは上記較正基板の表裏の一方の側に位置して上記表裏の基準アライメントマークに同時に焦点が合致する２焦点アライメントスコープから構成する。
【００１０】
本発明の基板のアライメント方法は、上記２焦点アライメントスコープにより上記表裏の基準アライメントマークを同時に撮影し、２つの対をなす基準アライメントマークの基準座標系上での位置を記憶手段に記憶するステップと、上記２枚の基板の対をなす実アライメントマークを順次上記２焦点アライメントスコープにより撮影し、実アライメントマークの基準座標系上での位置を上記記憶手段に記憶するステップと、上記対をなす実アライメントマークの上記基準座標系上の位置が上記記憶手段に記憶した上記基準座標系上の対をなす基準アライメントマークの位置にそれぞれ合致するように２枚の基板の平面方向の位置を定めるステップを含むことが実際的である。
【００１１】
本発明の別の態様では、上記アライメントスコープは上記較正基板の表裏の双方の側に位置して上記表裏の基準アライメントマークをそれぞれ撮影する一対の固定アライメントスコープから構成することができる。この態様では、上記較正基板は透明でも不透明でもよい。
【００１２】
さらに本発明の別の態様では、上記一対の固定アライメントスコープにより上記表裏の基準アライメントマークをそれぞれ撮影し、上記２つの対をなす基準アライメントマークの基準座標系上での位置を記憶手段に記憶するステップと、上記２枚の基板の対をなす実アライメントマークを上記一対の固定アライメントスコープによりそれぞれ撮影し、上記対をなす実アライメントマークの上記基準座標系上の位置が上記記憶手段に記憶した上記基準座標系上の対をなす基準アライメントマークの位置にそれぞれ合致するように２枚の基板の平面方向の位置を定めるステップを含む。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、半導体素子の製造において、表裏に２枚の基板の正しい位置関係の基準アライメントマークを描いた較正基板を準備し、この較正基板の表裏の基準アライメントマークを固定のアライメントスコープで撮影し、基準座標系を設定して２つの基準アライメントマークの基準座標系上での位置を定め、その上で、２枚の基板に形成されている実アライメントマークを同じ固定のアライメントスコープで撮影して、該２つの実アライメントマークの位置が上記基準座標系上の２つの基準アライメントマークの位置に合致するように２枚の基板の平面方向の位置を定めるので、２枚の基板のアライメントマークを同時に撮影できなくても２枚の基板をその平面方向に正しく位置決めすることができる。
【００１４】
また本発明方法によると、較正基板をアライメントスコープの視野内に入れて対をなすアライメントマークを撮影した後に除去し、次いで、２枚の基板をアライメントスコープの視野内に入れてアライメントし相互位置を固定するまで、アライメントスコープを移動させる必要がなく、アライメントスコープの移動に起因するアライメント誤差も発生しない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明方法に用いる較正基板の一実施形態を示す、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図２】本発明方法を適用する２枚の基板のアライメントマークを示す、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図３】本発明によるアライメント方法の第一の実施形態における異なる工程を模式的に示す図である。
【図４】同第一の実施形態で使用する２焦点アライメントスコープの構成を示す撮影光軸を通る面で切断した縦断面図である。
【図５】同第一実施形態の２焦点アライメントスコープの光学系構成図である。
【図６】本発明方法を適用した較正基板、２枚の基板の、（Ａ）はアライメントマークの実施例を示す図、（Ｂ）乃至（Ｅ）は二焦点アライメントスコープで撮影したアライメントマーク像の様子を示す図である。
【図７】本発明によるアライメント方法の第二の実施形態における異なる工程を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明方法に用いる較正基板１０の一実施形態の模式図である。この較正基板１０は、アライメントされる２枚の基板が基板平面と直交する方向に所定長離して露光されるギャップ露光用である。較正基板１０は、精密な平行平面からなる透明板（平行平面ガラス基板）であり、その表裏に対をなす基準アライメントマーク１１、１２が例えば蒸着によって描かれている。この実施形態では、基準アライメントマーク１１は円（中空円）からなり、基準アライメントマーク１２は、較正基板１０をその表裏面と平行な平面に垂直投影したとき、基準アライメントマーク１１の内径より小径でその正しい中心に中心が位置するスポット（中実円）からなっている。基準アライメントマーク１１、１２は蒸着により描いているので、その厚さは無視できる（アライメントスコープの被写界深度内に位置する）。基準アライメントマーク１１、１２は、同一画面上に表示したときに明確に区別できる形状、大きさのものであって、中心など、基準となる点が高精度に正確に特定できればよく、＋、Ｘ形状など、円、中実円、小径のスポットに限定されない。
【００１７】
一方、図２に示すように、アライメントされる２枚の基板、例えばマスク２０とウエハ３０には、表裏の一方（同じ側）、図示実施形態では裏面に、基準アライメントマーク１１、１２と同一形状の実アライメントマーク１１Ｘ、１２Ｘが描かれている。マスク２０とウエハ３０は、露光されるときには、実アライメントマーク１１Ｘと１２Ｘの距離（基板と直交する方向の距離）が予め定めた値となるように配置される。較正基板１０の厚さｔ（すなわち基準アライメントマーク１１と１２の基板と直交する方向の距離）は、露光されるときのマスク２０の実アライメントマーク１１Ｘとウエハ３０の実アライメントマーク１２Ｘの距離（基板と直交する方向の距離ｄ）に等しく設定されている。較正基板１０は、ガラス、シリコン素材で形成してもよい。ウエハ３０の厚さは、４２５μm〜７５０μm程度が一般的である。
【００１８】
実アライメントマーク１１Ｘ、１２Ｘはそれぞれ、一枚のマスク２０とウエハ３０に少なくとも２組設けられているので、基準アライメントマーク１１、１２は、較正基板１０に、少なくとも各実アライメントマーク１１Ｘ、１２Ｘに対応させて２組設けられている。基準アライメントマーク１１、１２は、実アライメントマーク１１Ｘ、１２Ｘと同一形状（合同）であることが好ましいが、基板と直交する方向の位置関係が正確に一致すれば、異なってもよい。
【００１９】
図３は、本発明によるアライメント方法の第一の実施形態を示している。アライメントスコープ４０は、透明な較正基板１０の表裏の一方の側に位置して、基準アライメントマーク１１と１２を同時に撮影することができる２焦点（二重焦点）光学系４０Ａからなっている。２焦点アライメントスコープ４０Ａは通常、２台用意され、較正基板１０の表裏の同一側に、アライメント対象のマスク２０、ウエハ３０の各実アライメントマーク１１Ｘ、１２Ｘを撮影できる位置に配置されている。
【００２０】
図４は、２焦点アライメントスコープ４０Ａの具体的な構成例を示しており、図５は２焦点アライメントスコープ４０Ａの焦点の異なる２つの撮影光学系のレンズ構成を示している。２焦点アライメントスコープ４０Ａは、鏡筒４１内に、物体側焦点位置（合焦位置）が異なる２つの撮影光学系を備えている。すなわち、測定対象（マスク２０、ウエハ３０）側から順に、第１撮影光学系として、対物レンズ群Ｌ１、第１ビームスプリッタＢＳ１、第２ビームスプリッタＢＳ２、第２レンズ群Ｌ２、焦点調節レンズ群Ｌ３、第３ビームスプリッタＢＳ３及び撮像素子４２を備え、第２撮影光学系として、対物レンズ群Ｌ１、第１ビームスプリッタＢＳ１、第１ミラーＭ１、第２レンズ群Ｌ４、第２ミラーＭ２、第３ビームスプリッタＢＳ３及び撮像素子４２を備えており、第１、第２撮影光学系により、較正基板１０上の基準アライメントマーク１１と１２の像を同時に撮像素子４２の撮像面４２Ａ上に結像させることができる。第１及び第２撮影光学系は、対物レンズ群Ｌ１、第１ビームスプリッタＢＳ１、第３ビームスプリッタＢＳ３及び撮像素子４２を共用している。図５（Ａ）は第１撮影光学系のレンズ構成であり、図５（Ｂ）は、第２撮影光学系の第１、第２ミラーＭ１、Ｍ２を省略したレンズ構成である。第１撮影光学系は焦点調節レンズ群Ｌ３を光軸方向に移動させて測定対象物に合焦させる焦点調節機構を備えたインナーフォーカスレンズであり、第２撮影光学系は、２焦点アライメントスコープ４０Ａ全体を対物レンズ群Ｌ１の光軸方向に移動させて焦点調節する固定焦点レンズである。第２ビームスプリッタＢＳ２には、第１撮影光学系外から照明光が入れられる。照明光は、第２ビームスプリッタＢＳ２で第１ビームスプリッタＢＳ１方向に反射され、第１ビームスプリッタＢＳ１で対物レンズ群Ｌ１方向に反射され、対物レンズ群Ｌ１によって収束されて、較正基板１０、マスク２０、ウエハ３０などの測定対象物を照明する。
【００２１】
２焦点アライメントスコープ４０Ａは、パーソナルコンピュータなどの画像処理装置４３に接続されている（図４）。画像処理装置４３は、２焦点アライメントスコープ４０Ａの撮像素子４２が撮像し、出力した画像信号に所定の画像信号処理を施し、所定の信号に変換する画像信号処理回路４４と、画像信号処理回路４４により映像信号化された映像信号により映像を表示するモニタ４５と、画像信号処理回路４４により画像データ化された画像データを記憶するメモリ（記憶手段）４６と、画像データを基準座標系のデータに変換し、画像データ中の特定画像のずれ、相対位置関係、アライメント調整量などを演算する演算回路４７を備えている。２焦点アライメントスコープ４０Ａは、動画撮影と静止画撮影が可能である。画像処理装置４３は、２焦点アライメントスコープ４０Ａが撮影した動画をモニタ４５に表示し、図示しないスイッチ手段が操作されたときに、静止画を撮影（画像データをメモリ４６に記憶）することができる。
【００２２】
図６（Ａ）は、較正基板１０上に描かれた基準アライメントマーク１１と１２の形状例を示し、同（Ｂ）は、２焦点アライメントスコープ４０Ａによって撮影された基準アライメントマーク１１の像１１Ｐと基準アライメントマーク１２の像１２Ｐの撮像面４２Ａ上の形状（相対位置）例を示している。較正基板１０上に描かれた基準アライメントマーク１１は、基準アライメントマーク１２の中心を中心とする正しい円である。２焦点アライメントスコープ４０Ａが理想的な光学系であれば、像１１Ｐは、像１２Ｐの中心を中心とする正しい円像となる（図６（Ｂ））。これに対し、実際の２焦点アライメントスコープ４０Ａによって撮影された基準アライメントマーク１１の像１１Ｐの中心と基準アライメントマーク１２の像１２Ｐの中心は一致しているとは限らない。むしろ、２焦点アライメントスコープ４０Ａの誤差により、像１１Ｐの中心位置と像１２Ｐの中心位置には、必ず基板の平面方向の誤差Ｅが存在する（図６（Ｃ））。従来方法は、この誤差を考慮せずにマスク２０の実アライメントマーク１１Ｘとウエハ３０の実アライメントマーク１２Ｘの位置を合わせていたためにアライメント誤差が生じていた。
【００２３】
これに対し、本実施形態は、マスク２０上の実アライメントマーク１１Ｘとウエハ３０上の実アライメントマーク１２Ｘの位置合わせを行うに際し、上記誤差Ｅを考慮する。すなわち、２焦点アライメントスコープ４０Ａにより、マスク２０上の実アライメントマーク１１Ｘを撮影したときの像１１ＸＰの中心位置と、ウエハ３０上の実アライメントマーク１２Ｘを撮影したときの像１２ＸＰの中心位置とが、上記誤差Ｅを含む（相殺する）ように、マスク２０に対するウエハ３０の位置を定めるのである。
【００２４】
本実施形態では、撮像面４２Ａの短辺と長辺の交点を原点とし、長辺をＸ軸、短辺をＹ軸とする仮想のＸ-Ｙ直交座標系を基準座標系として設定し、誤差Ｅを、像１１Ｐの中心位置（理想中心）と像１２Ｐの中心位置（実中心）のずれ量Ｅとして、基準座標系上の座標差を求める。この実施形態では、Ｘ軸方向にΔｘ、ｙ軸方向にΔｙずれているものとする（図６（Ｃ））。このΔｘ、Δｙは較正データを構成する。
【００２５】
次に、２焦点アライメントスコープ４０Ａによって実アライメントマーク１１Ｘ、１２Ｘを撮影する。実アライメントマーク１１Ｘ、１２Ｘの像１１ＸＰ、１２ＸＰの撮像面４２Ａ上の位置を図６（Ｄ）に示した。像１２ＸＰの中心位置は、像１１ＸＰの見かけ上の中心位置から、Δｘ１、Δｙ１ずれている。ここで、２焦点アライメントスコープ４０Ａの誤差を考慮すると、像１１ＸＰの真の中心位置は、見かけ上の中心位置から較正データΔｘ、Δｙだけずれている。そこで、像１１ＸＰの見かけ上の中心位置から、較正データΔｘ、Δｙだけずれた位置に像１２ＸＰの中心位置が合致するように、ウエハ３０の位置を調整（アライメント）する（（図６Ｅ））。
【００２６】
基準座標系の設定はこの実施形態に限定されず、例えば像１１Ｐの中心位置を原点とし、撮像面４２Ａの長手方向と平行にＸ′軸、短手方向と平行にＹ′軸を設定してもよく、極座標系でもよく、任意の座標系を用いることができる。
【００２７】
この実施形態のアライメント方法について、さらに図３を参照して説明する。以下の撮像素子４２が撮像した画像信号の処理及び制御は、画像処理装置４３（主に演算回路４７）が実行する。この実施形態を適用する図示しない露光装置（アライメント装置）は、較正基板１０、マスク２０、ウエハ３０を所定位置に出し入れ自在に保持する保持機構と、少なくともウエハ３０を基板平面と平行な方向に精密に平行移動できる精密ステージを備えた公知の装置である。
【００２８】
［ステップ１］
まず、較正基板１０を露光装置内に挿入し、２焦点アライメントスコープ４０Ａにより、較正基板１０上の基準アライメントマーク１１と１２に合焦させて、基準アライメントマーク１１と１２の像１１Ｐと１２Ｐを同時に撮像素子４２上に結像させ、撮影して像１１Ｐと１２Ｐをモニタ４５に表示するとともに、基準座標系上の画像データ（座標データ）に変換してメモリ４６に記憶する（図３（Ａ））。
【００２９】
［ステップ２］
次に、２焦点アライメントスコープ４０Ａを動かすことなく、較正基板１０を除去し、その後にマスク２０を搬入し、モニタ４５で確認しながら実アライメントマーク１１Ｘを２焦点アライメントスコープ４０Ａの視野（撮影画面内）に入れる。そして、実アライメントマーク１１Ｘを２焦点アライメントスコープ４０Ａで撮影し、実アライメントマーク１１Ｘの像１１ＸＰの画像データをメモリ４６に記憶し、演算回路４７が基準座標系上における像１１ＸＰの中心位置を演算してメモリ４６に記憶する（図３（Ｂ））。
【００３０】
［ステップ３］
次に、２焦点アライメントスコープ４０Ａとマスク２０を移動させることなくウエハ３０を搬入し、モニタ４５で確認しながら実アライメントマーク１２Ｘを２焦点アライメントスコープ４０Ａの視野（撮影画面内）に入れる。そして、２焦点アライメントスコープ４０Ａで実アライメントマーク１２Ｘを撮影し、実アライメントマーク１２Ｘの像１２ＸＰの画像データをメモリ４６に記憶し、演算回路４７が基準座標系上における像１２ＸＰの中心位置を演算してメモリ４６に記憶する（図３（Ｃ））。
【００３１】
そして、先に記憶した実アライメントマーク１１Ｘの像１１ＸＰの中心位置をメモリ４６から読み込んで、基準座標系上における、像１１ＸＰの中心位置に対する実アライメントマーク１２Ｘの像１２ＸＰの中心位置のずれ量を演算し、このずれ量をステップ１で求めた較正データで補正して、マスク２０の実アライメントマーク１１Ｘの像１１ＸＰの中心位置を基準にウエハ３０の実アライメントマーク１２Ｘの像１２ＸＰの中心位置の基板平面方向のアライメント調整量を演算する。
【００３２】
２焦点アライメントスコープ４０Ａで撮影した実アライメントマーク１１Ｘ、１２Ｘの像１１ＸＰ、１２ＸＰと、ステップ２で撮影し、メモリ４６に記憶した基準アライメントマーク１１、１２の像１１Ｐ、１２Ｐを同一基準座標系上の画像として重ねた状態でモニタ４５に表示してもよい。この表示により、マスク２０とウエハ３０のずれ状態を使用者が視認できる。その際、像１１ＸＰ、１２ＸＰと像１１Ｐ、１２Ｐは、区別できるように色または明度を異ならせて表示してもよい。
【００３３】
［ステップ４］
そして、演算したアライメント調整量に基づき、精密ステージを駆動してウエハ３０のアライメント調整を実行する（図３（Ｄ））。
【００３４】
ステップ４のアライメント調整が終了したら、再びステップ３により、２焦点アライメントスコープ４０Ａにより実アライメントマーク１２Ｘを撮影し、基準座標系上における、像１１ＸＰの中心位置に対する像１２ＸＰの中心位置のずれ量を演算し、これを較正データで較正して、アライメント調整量を演算する。そしてアライメント調整量が、０または許容誤差範囲内になればアライメント調整を終了し、０または許容誤差範囲内にならなければ、上記ステップ３及びステップ４の処理を、所定回数以内で繰り返す。
【００３５】
以上のステップ１乃至４が全て終了したら、２焦点アライメントスコープ４０Ａを除去して、図示しない公知の露光装置によりウエハ３０を露光する。２焦点アライメントスコープ４０Ａは、露光の妨げにならなければ除去しなくてもよい。
【００３６】
第一の実施形態によれば、表裏に、アライメントするマスク２０とウエハ３０（二枚の基板）の実アライメントマーク１１Ｘ、１２Ｘの正しい位置関係に対応する対をなす基準アライメントマーク１１、１２を描いた較正基板１０を準備するステップと、較正基板１０の表裏の基準アライメントマーク１１、１２を、２焦点アライメントスコープ４０Ａ（アライメントスコープ）で撮影し、仮想の基準座標系を設定して、２つの対をなす基準アライメントマーク１１、１２の像１１Ｐ、１２Ｐの基準座標系上での誤差を較正データとして求めるステップと、較正基板１０を除去するステップと、マスク２０とウエハ３０（２枚の基板）対をなす実アライメントマーク１１Ｘ、１２Ｘを同じ２焦点アライメントスコープ４０Ａ（アライメントスコープ）で撮影し、最初に撮影した実アライメントマーク１１Ｘ、１２Ｘの像１１ＸＰ、１２ＸＰの中心位置をメモリ４６（記憶手段）に記憶し、該記憶した像１１ＸＰ、１２ＸＰの基準座標系上の中心位置と、次に撮影した実アライメントマーク１１Ｘ、１２Ｘの像１１ＸＰ、１２ＸＰの中心位置が上記基準座標系上の対をなす基準アライメントマーク１１、１２の像１１Ｐ、１２Ｐのそれぞれの位置関係と合致するように２枚の基板の少なくとも一方を平面方向に移動させて平面方向の位置を定めるステップとを有するので、２枚の基板の実アライメントマーク１１Ｘ、１２Ｘを同時に同一のアライメントスコープで撮影できない場合であっても、正確なアライメントが可能になる。しかも、第一の実施形態は、較正基板１０の基準アライメントマーク１１、１２を撮影した第２焦点アライメントスコープ４０Ａで、その後焦点調節も移動もさせないで、マスク２０とウエハ３０の実アライメントマーク１１Ｘ、１２Ｘを撮影するので、アライメントスコープの焦点調節、移動による誤差が発生しない。
【００３７】
以上は１台の２焦点アライメントスコープ４０Ａによるアライメント順であるが、実際は、２台の２焦点アライメントスコープ４０Ａによって、互いに離反した２組の基準アライメントマーク１１、１２と実アライメントマーク１１Ｘ、１２Ｘを撮影し、２組の較正データを演算して、ウエハ３０のＸ軸、Ｙ軸方向に平行なずれ量だけでなく、ウエハ３０の基板平面に対して垂直な軸周りの回転方向ずれも求めて、ウエハ３０をアライメントする。
【００３８】
図７は、本発明によるアライメント方法の第二の実施形態を示している。この実施形態は、特に、較正基板１０を不透明材料から構成する場合に好適である。この実施形態のアライメントスコープ４０は、較正基板１０の表裏の双方に位置して、基準アライメントマーク１１と１２を上下から同時に撮影する一対の固定アライメントスコープ４０Ｂ、４０Ｃからなっている。一方の固定アライメントスコープ４０Ｂは、屈曲光学系（プリズム）を有さない公知のストレート光学系を有するアライメントスコープであり、他方の固定アライメントスコープ４０Ｃは屈曲光学系（プリズム）を有する公知の屈曲光学系を有する、例えば第一の実施形態の第１撮影光学系を備えたアライメントスコープであり、いずれのアライメントスコープも公知である。固定アライメントスコープ４０Ｂと４０Ｃは、同一の画像処理装置４３に接続されている。固定アライメントスコープ４０Ｂと４０Ｃは、第一の実施例同様に、少なくとも二組設置されていて、それぞれが同一の画像処理装置４３に接続されている。第二の実施形態のアライメント方法の工程について、図７を参照して説明する。実際には２組の固定アライメントスコープ４０Ｂと４０Ｃを使用してアライメントするが、説明を簡単にするために１組の固定アライメントスコープ４０Ｂと４０Ｃについて説明する。
【００３９】
［ステップ２-１］
第二の実施形態では、まず、較正基板１０を露光装置内に挿入し、固定アライメントスコープ４０Ｂ、４０Ｃにより、較正基板１０上の基準アライメントマーク１１と１２の像１１Ｐと像１２Ｐをそれぞれ撮像素子４２上に結像させ、撮影して像１１Ｐと像１２Ｐを画像データに変換してメモリ４６に記憶する（図７（Ａ））。基準座標系は、第一の実施形態と同様に、撮像素子４２の撮像面上の特定の点（画素）を原点とし、撮像面の直交２辺と平行な直交軸をＸＹ軸とする直交座標系とする。そして演算回路４７は、像１１Ｐと１２Ｐの画像データから、基準座標系上における像１２Ｐの中心位置に対する像１１Ｐの中心位置のずれ量を演算し、基準座標系上の較正データとしてメモリ４６に記憶する。
【００４０】
［ステップ２-２］
次に、固定アライメントスコープ４０Ｂ、４０Ｃを動かすことなく、較正基板１０を除去し、マスク２０及びウエハ３０を搬入し、モニタ４５で確認しながら、実アライメントマーク１１Ｘを固定アライメントスコープ４０Ｂの視野に、実アライメントマーク１２Ｘを固定アライメントスコープ４０Ｃの視野に入れる。そして、固定アライメントスコープ４０Ｂ、４０Ｃで実アライメントマーク１１Ｘと１２Ｘを撮影し（図７（Ｂ））、演算回路４７が、実アライメントマーク１１Ｘ、１２Ｘの像１１ＸＰ、１２ＸＰの画像データから、基準座標系上における像１１ＸＰ、１２ＸＰの中心位置を演算する。さらに演算回路４７は、像１１ＸＰの中心位置に対する像１２ＸＰの中心位置のずれ量を演算し、このずれ量を、メモリ４６から読み込んだ較正データで較正し、較正したずれ量に基づいてウエハ３０の基板平面方向のアライメント調整量を演算する。
【００４１】
固定アライメントスコープ４０Ｂ、４０Ｃで撮影した実アライメントマーク１１Ｘ、１２Ｘの像１１ＸＰ、１２ＸＰと、ステップ２-１で撮影し、記憶した基準アライメントマーク１１、１２の像１１Ｐ、１２Ｐを、同一の基準座標系上の画像として重ねた状態で、モニタ４５に表示することができる。この表示により、マスク２０とウエハ３０のアライメント状態を視認できる。その際、像１１ＸＰ、１２ＸＰと像１１Ｐ、１２Ｐは、区別できるように色または明度を異ならせて表示してもよい。
【００４２】
［ステップ２-３］
そしてメモリ４６は、演算したアライメント調整量に基づき、精密ステージを駆動制御してウエハ３０のアライメント調整を実行する（図７（Ｃ））。
【００４３】
ステップ２-３のアライメント調整が終了したら、再びステップ２-２の処理により、固定アライメントスコープ４０Ｂ、４０Ｃで実アライメントマーク１１Ｘ、１２Ｘを撮影し、像１１ＸＰ、１２ＸＰの基準座標系上の中心位置を演算し、像１１ＸＰ、１２ＸＰの中心位置が像１１Ｐ、像１２Ｐの中心位置からずれているずれ量を演算し、このずれ量に基づいて、ウエハ３０の基板平面と平行な方向のアライメント調整量を演算する。以上のステップ２-２、２-３の処理を、アライメント調整量が、０または許容誤差範囲内になるまで、所定回数以内で繰り返す。
【００４４】
以上のアライメント調整が終了したら、固定アライメントスコープ４０Ｂ及び必要な場合は固定アライメントスコープ４０Ｃを退避させて、露光装置により露光する。
【００４５】
第二の実施形態によれば、表裏に、アライメントするマスク２０とウエハ３０（二枚の基板）の実アライメントマーク１１Ｘ、１２Ｘの正しい位置関係に対応する対をなす基準アライメントマーク１１、１２を描いた較正基板１０を準備するステップと、較正基板１０の表裏の基準アライメントマーク１１、１２を固定アライメントスコープ４０Ｂ、４０Ｃ（アライメントスコープ）で撮影し、仮想の基準座標系を設定して、２つの対をなす基準アライメントマーク１１、１２の像１１Ｐ、像１２Ｐの中心位置の基準座標系上での位置を定めるステップと、較正基板１０を除去するステップと、マスク２０とウエハ３０（二枚の基板）の対をなす実アライメントマーク１１Ｘ、１２Ｘを同じ固定アライメントスコープ４０Ｂ、４０Ｃ（アライメントスコープ）で撮影し、該対をなす実アライメントマーク１１Ｘ、１２Ｘの像１１ＸＰ、１２ＸＰの中心位置の位置関係が上記基準座標系上の対をなす基準アライメントマーク１１、１２の像１１Ｐ、１２Ｐの中心位置の位置関係に合致するようにマスク２０とウエハ３０（２枚の基板）の少なくとも一方を平面方向に移動させて平面方向の位置を定めるステップとを有するので、マスク２０、ウエハ３０（２枚の基板）の実アライメントマーク１１Ｘ、１２Ｘを同時に同一のアライメントスコープで撮影できない場合であっても、正確なアライメントが可能になる。
【００４６】
以上の実施形態はアライメント調整を自動調整としたが、手動で調整することもできる。手動で調整する場合は、演算したアライメント調整量をモニタ４５に表示し、作業者がそのアライメント調整量を見て手動で精密ステージを操作する方法がある。さらに別の手動調整方法として、メモリ４６に記憶した像１１Ｐと１２Ｐの画像をモニタ４５に表示し、撮影した像１１ＸＰと１２ＸＰの画像を、像１１ＸＰが像１１Ｐと一致するように、像１１ＸＰと１２ＸＰを移動させてモニタ４５に表示し、使用者が、このモニタ４５の表示を見ながら、像１２ＸＰの映像が像１２Ｐの映像と一致するように精密ステージを操作する方法がある。モニタ４５に表示する像１１Ｐと１２Ｐの画像と像１１ＸＰと１２ＸＰの画像とは、モニタ４５の画面上で識別できるように色または輝度を異ならせて表示することが好ましい。
【００４７】
以上の実施形態は、半導体素子の製造に使用する露光装置に適用したが、本発明は、ウエハ、液晶パネル、タッチパネル、平面を有する電子部品の製造、組み立て、検査などにおいて面と面の位置合わせが必要な装置に適用できる。位置合わせする２枚の部材の組み合わせとしては、基板とマスク、ガラスとガラス、ウエハとウエハ、ウエハとガラス、ウエハとマスク、ガラスとマスクなどがある。
【００４８】
以上、本発明のアライメント方法によれば、アライメントする２枚の基板が不透明であっても、アライメントスコープの光学的誤差を較正基板により補正できるので、正確なアライメントが可能になる。本発明のアライメント方法は、アライメントスコープにより較正基板を撮影した後、アライメントスコープを移動しないので、移動に伴う誤差が発生せず、再焦点調整が不要なので、アライメント工程時間の短縮を図ることができる。
【符号の説明】
【００４９】
１０  較正基板
１１  １２  基準アライメントマーク
１１Ｐ  １２Ｐ  像
１１Ｘ  １２Ｘ  実アライメントマーク
１１ＸＰ  １２ＸＰ  像
２０  マスク（基板）
３０  ウエハ（基板）
４０  アライメントスコープ
４０Ａ  ２焦点アライメントスコープ（アライメントスコープ）
４０Ｂ  ４０Ｃ  固定アライメントスコープ（アライメントスコープ）
４２  撮像素子
４２Ａ  撮像面
４３  画像処理装置
４４  画像信号処理回路
４５  モニタ
４６  メモリ（記憶手段）
４７  演算回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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