(57)【要約】  本発明は、相互アライメント用の少なくとも１つのアライメントマークをそれぞれ有する２つの平坦な基板を互いにアライメントするための方法に関し、特に、露光前にウェーハに対してマスクをアライメントするための方法に関する。第１の基板のアライメントマークを光学的に測定して前記第１の基板の位置を記憶し、第２の基板のアライメントマークが前記第１の基板のアライメントマークの記憶された位置に一致するように前記第２の基板を移動させることによって第１のアライメント段階で２つの基板をアライメントした後、第２のアライメント段階でアライメントを照合して必要に応じて微調節を行う。この第２の段階において、両方の基板のアライメントマークは同時に観察され、基板平面と平行な相対移動によって両方の基板が互いにアライメントされる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行に配置されるとともに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（１１，２１）をそれぞれ有する２つの平坦な基板（１，２）をアライメントする方法であって、
[1.1]第１の基板（２）のアライメントマーク（２１）の位置を光学的に検出し、
[1.2]前記第１の基板の位置を記憶し、
[1.3]第２の基板（１）のアライメントマーク（１１）が前記第１の基板（２）のアライメントマーク（２１）の記憶された位置に一致するように、前記第１の基板（２）に対して平行に前記第２の基板（１）を移動させる、[1]第１のアライメント段階と、
[2.1]前記２つの基板（１，２）のアライメントマーク（１１，２１）の位置を同時に観察して、
[2.2]基板平面内における前記２つの基板（１，２）の相対移動によって前記２つの基板（１，２）のアライメントマーク（１１，２１）を互いにアライメントする、[2]第２のアライメント段階と、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記両方の基板がウェーハであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
一方の基板（１）がマスクであり、他方の基板（２）がウェーハであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記方法段階[2.1]において、前記２つの基板間の平行距離が約０μｍないし約１００μｍであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記方法段階[2.2]において、前記２つの基板間の平行距離が、前記方法段階[2.1]における基板間の平行距離以上であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記アライメントマーク（１１，２１）は、アライメントマイクロスコープ（３）によって観察されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記アライメントマイクロスコープ（３）の焦点面が前記２つの基板（１，２）の間にあることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記アライメントマーク（１１，２１）の位置が自動画像認識によって測定されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記方法段階[2]において、前記２つの基板間の平行距離が、続いて前記マスクを介して前記ウェーハに露光するときの距離と一致することを特徴とする請求項３ないし８のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの平坦な基板、例えばウェーハとマスク、または、２つのウェーハを位置調節するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の製造において、マスクとウェーハは、マスクを介して基板またはウェーハが露光される前に、まず互いに位置調節またはアライメント（位置合わせ）されていなければならない。これは、通常、マスク位置調節装置またはマスク位置決め手段によってなされる。マスクおよびウェーハの両方は、アライメントマークを有しており、これによってマスクはウェーハに対して位置決めされることができる。公知の位置調節方法では、図１に概略的に示すように、マスク１およびウェーハ２上のそれぞれのアライメントマーク１１，２１がマイクロスコープ３を介して観察または監視される。この公知の方法では、マスク１は、まず、図においてクロスまたは十字形をなすアライメントマーク２１を観察できるように、ウェーハ２の表面と平行に移動される（図１（ａ））。そのために、マスクは、マイクロスコープ３を介してウェーハ２のアライメントマーク２１を見ることができる「クリアフィールド(clearfield)」の範囲内だけで移動されるか、または、マスクはマイクロスコープ３の観察領域から完全に外れて移動されるかのいずれかであった。後者の場合は、「ラージクリアフィールド(large clearfield)」アライメントとも呼ばれる。マスク１がクリアフィールドまたはラージクリアフィールドに位置するときには、マイクロスコープはウェーハ２上のアライメントマーク２１に照準されて、アライメントマーク２１の位置または画像が記憶される。
【０００３】
次の段階で、必要に応じて、マスク２は、マイクロスコープ３の光軸方向、すなわち、ウェーハ２の平面に対して垂直方向に移動されて、マスク１上のアライメントマーク１１をマイクロスコープ３で観察できる位置にマスク１が運ばれる（図１（ｂ））。マスク１のアライメントマーク１１の位置は、ウェーハ２のアライメントマーク２１の記憶された位置に一致させられ、これによりマスク１が位置決めされる。前記アライメント方法は、間接的アライメント(indirect alignment)とも呼ばれる。
【０００４】
それから、ウェーハは、露光距離または露光ギャップになるように戻し移動され、マイクロスコープ３がマスク１の上の領域から除去されて、ウェーハがマスク１を介して露光手段４によって露光される（図１（ｃ））。露光ギャップはゼロであってもよく、すなわち、露光はウェーハがマスクと接触した状態で行われてもよい。
【０００５】
図１の例は、アライメントマイクロスコープ３と露光手段４とがマスク１の上の同じ側にある、いわゆる上部アライメント（ＴＳＡ）法を示す。いわゆる底部アライメント（ＢＳＡ）法では、アライメントマイクロスコープが、位置決めされるウェーハに対向する側にあって、ウェーハの挿入前にマスク１のアライメントマーク１１が記憶されなければならず、それからウェーハ２が前記記憶された画像によって位置調節される。この方法は、赤外線光を用いることでマスクのアライメントマークがシリコン基板を介して観察できるリソグラフィでの赤外線アライメントにも使用される。２つの平坦な基板を互いに正確に位置合わせするときの問題は、２つの基板を接着するときにも明らかになる。この場合もまた、例えば、赤外線アライメントによって、ガラスウェーハとシリコンウェーハを接着するとき、または、２つのシリコンウェーハを接着するときに、上述したアライメント方法が使用される。上記のアライメント方法の基本的考え方は、EP-B-0 556 669号公報に開示されている。
【０００６】
この方法は、基板および／またはウェーハの位置がマスクのアライメントマークを観察するためのマイクロスコープの光軸方向への移動のために変化することで、アライメントが不正確になる可能性があるという不都合がある。また、クリアフィールドへのマスクの移動のせいで、基板および／またはアライメントマイクロスコープが移動してしまうこともある。さらに、マイクロスコープは、マスクと基板がマイクロスコープから同じ距離にないために、基板のアライメントマークの観察とマスクのアライメントマークの観察とで、焦点を合わし直す必要がある。さらにまた、マイクロスコープの焦点合わせ直しは、不正確さを生じる原因となる。マイクロスコープの焦点合わせ直しを回避するために、アライメント工程でマイクロスコープとマスクとの間の距離を変えることも可能であるが、この場合にはそのための移動がアライメント精度に悪影響を及ぼすおそれがある。
【０００７】
改良された方法では、アライメント精度を向上させるために、ウェーハに対するマスクの位置を露光前に測定またはチェックする（図２）。この段階が図２（ｃ）に示される。マスク１を位置決めした後、ウェーハ２は、露光ギャップの位置にあるか、または、マスク１と接触するように、移動される。露光ギャップが十分に小さければ、ウェーハおよびマスクの両方を同時に焦点位置に運ぶことができ、２つのアライメントマークが互いに一致しているかどうかを測定することが可能になる。前記段階で、所定の最小限精度よりも大きいアライメント誤差が観察されると、図１を参照して上述した方法が繰り返し行われる。
【０００８】
しかしながら、後者の方法では、不正確なアライメントが生じた場合にアライメント工程の全体が繰り返されるために、非常に時間がかかるという問題がある。また、マスクを出し入れする移動は、マスクおよびウェーハの汚染につながる。さらに、接触によって、マスクおよび／またはウェーハが破損するおそれもある。
【０００９】
US-A-4 595 295号公報は、リソグラフィック近接印刷用のアライメント装置を開示する。また、US-A-4 794 648号公報は、ウェーハ位置を検出するための装置を備えたマスク位置調節装置を開示する。
【００１０】
【特許文献１】ＥＰ−Ｂ−０  ５５６  ６６９号公報
【特許文献２】ＵＳ−Ａ−４  ５９５  ２９５号公報
【特許文献３】ＵＳ−Ａ−４  ７９４  ６４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、本発明の目的は、例えば、マスクとウェーハ、または、２つのウェーハのような２つの平坦な基板を互いに位置調節するための改良された方法を提供することにある。特に、本発明の方法は、上述した問題を解決して、位置調節またはアライメントの精度を向上させたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的は、特許請求の範囲に記載された特徴によって達成される。
【００１３】
本発明は、基板が互いに距離をおいた基板表面に対して好適な垂直状態を保ちながら、付加的な段階で２つの基板の相互位置を照合(verify)または補正するという基本的考え方に基づいている。前記公知の方法による間接的アライメントの後、２つの基板の互いに一致させられるアライメントマークは、例えばアライメントマイクロスコープによって、光学的にほぼ同時に観察される。前記２つの基板は、例えば、２つのウェーハ、または、マスクとウェーハである。
【００１４】
観察時、２つの基板間の距離またはギャップは、マスクを介してウェーハの露光が続いて実行されるときの距離に一致することが好ましい。また、２つの基板は、観察時に互いに接触してもよい（接触露光）。しかしながら、後者の場合、各基板を互いから離すことによって、適宜に必要な基板の位置補正が実行されなければならない。以下において、このようなアライメントを直接的アライメント(direct alignment)という。
【００１５】
直接的アライメントでは、２つのアライメントマークが同時に視認できて識別可能でなければならない。現在使用されている画像認識手段（例えば、エッジ認識による方法）は、これに適している。両方のアライメントマークを同時に観察できるようにするために、アライメントマイクロスコープは、焦点面が２つの基板のほぼ中間にあるように調整されるのが好ましい。これにより、２つのアライメントマークが僅かにぼける、または、焦点から外れることになる。しかしながら、僅かにぼけた画像を高精度で処理可能な最新の画像処理プログラムとの組み合わせで約２０ないし５０μｍの共通の露光距離とすることで、これはアライメント精度を制限しない。
【発明の効果】
【００１６】
基板に対するマスクの位置調節またはアライメントが基板も露光される構成において実証および実行されることが本発明の利点である。したがって、従来の方法と対照して、アライメントに悪影響を及ぼす基板の移動がアライメント後には必要なくなる。また、上述した接触状態でのアライメントの照合と対照して、本発明の方法によれば、直接的アライメントの際にマスクおよび／または基板の位置を補正することができる。これにより、アライメント誤差が検出された場合に、時間のかかるアライメント工程の繰り返しを行う必要がない。
【００１７】
さらに、本発明による直接的アライメントは、接触状態での測定と組み合わせることができ、その結果、この方法は小さい露光ギャップでの露光に適しているだけでなく、接触状態での露光や接着される２つの基板の配置にも使用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下において、本発明は添付図面を参照してより詳細に説明される。
【００１９】
図３は、例えば基板またはウェーハ２に対するマスク１のアライメントのような、２つの平坦な基板をアライメントするための本発明による方法の段階を概略的に示す。最初の２段階、すなわちマイクロスコープを照準してウェーハ２のアライメントマーク２１の位置を記憶する段階（図３（ａ））、および、マスク１のアライメントマーク１１の位置とウェーハ２のアライメントマーク２１の記憶された位置とによってマスク１をアライメントする段階（図３（ｂ））は、図１を参照して上述した従来の方法と同様である。
【００２０】
マスク１をアライメントした後、ウェーハ２は露光ギャップｄを形成するように移動されて、マスク１およびウェーハ２の各アライメントマーク１１，２１が本発明のマイクロスコープ３によって光学的に検出される。発生し得るアライメント誤差は、この段階で直接的に補正されることができる。それから、従来の方法と同様に、マイクロスコープが除去されて、ウェーハがマスクを介して露光される。本発明によれば、最後のアライメント後にマスク１およびウェーハ２の配置を変えることなく露光が行われる。アライメントと露光との間に行われ、かつ、アライメント精度に影響し得る唯一の移動は、マイクロスコープの除去である。したがって、アライメント精度が明らかに向上する。
【００２１】
本発明の方法は、上述した上部アライメント構成だけでなく、底部アライメント構成においても実行可能である。後者の構成の場合、マイクロスコープを除去する必要がなく、アライメント精度がさらに向上する。
【００２２】
マスクとウェーハとの間に所定距離をおいてだけでなく、互いに接触した状態でマスクを介してウェーハに露光することも予定するのであれば、本発明の直接的アライメントは、図２を参照して上述した接触状態での測定と組み合わせることもできる。そのために、直接アライメント時にマスク１の位置を補正できるようにマスク１とウェーハ２が互いに所定距離だけ隔てられている状態でのウェーハ２に対するマスク１の直接的アライメント（図４（ｃ））が、ウェーハ２をマスク１に接触させるように移動させる付加的段階の前に行われる。この構成において、ウェーハ２に対するマスク１の位置は、直接的に再度照合可能であり、アライメント誤差が検出された場合には直接的アライメントを繰り返し行うことができる。
【００２３】
また、このような接触状態での測定への直接的アライメントの組み合わせは、２つのウェーハを互いに位置合わせするのにも使用できる。例えば、ガラスウェーハとシリコンウェーハとを接着するのであれば、シリコンウェーハのアライメントマークはガラスウェーハを介して可視領域で光学的に観察可能である。また、２つのシリコンウェーハを互いに接着するのであれば、一方のウェーハのアライメントマークが赤外線光によって他方のウェーハを介して観察される、いわゆる赤外線アライメントが使用される。
【００２４】
直接的アライメントでは、マスクおよびウェーハの両方のアライメントマークは同時に視認できなければならない。図５（ａ）は、明視野マスクまたは陽マスクのアライメントマークを示す。図示の例ではアライメントクロスであるウェーハ２のアライメントマーク２１は、マスク１の上面にあるアライメントマーク１１よりも僅かに大きい。大きさの違いは、少なくとも４μｍであることが好ましい。図示する例と異なり、陽マスクではなく陰マスク、すなわち図５（ｂ）に示されるようにアライメントマークは他の部分が被覆された表面にある開口部であるマスクが使用されるのであれば、マスクのアライメントマークをウェーハのアライメントマークよりも大きくしなければならない。しかしながら、この場合もまた、大きさの違いは少なくとも４μｍであることが好ましい。
【００２５】
本発明による付加的な方法段階、すなわち直接的アライメントによって、ウェーハに対するマスクの位置調節またはアライメントに要する時間が従来の方法に比べて少し増加する。これは、ウェーハのアライメントおよび露光に要する時間が約１分であることを意味する。最新のマスク位置調節装置では２つのウェーハが同時に処理されるので、処理量は毎分２ウェーハである。アライメントが接触状態での測定によって照合される従来の方法に比べて、本発明の方法は、アライメント誤差が検出された場合にアライメント工程全体を繰り返す必要がないので、速さに関しても利点を提供するものである。
【００２６】
従来の方法に比べて、本発明の方法によれば明らかに高いアライメント精度を達成することができる。従来のアライメント方法では数μｍの精度を達成可能であるのに対し、本発明の方法では０．５μｍ未満の精度を達成することができた。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】基板とマスクの従来のアライメント方法の段階を概略的に示す図。
【図２】接触状態または露光ギャップがある状態での測定という付加的な段階を含む、基板とマスクの改良されたアライメント方法の段階を示す図。
【図３】本発明による直接的アライメントを使用した、基板とマスクのアライメント方法の段階を示す図。
【図４】本発明の直接的アライメントが接触状態での測定と組み合わされている、基板とマスクのアライメント方法の段階を示す図。
【図５】暗視野マスク（ａ）および明視野マスク（ｂ）の場合のアライメントマスクを概略的に示す図。
【符号の説明】
【００２８】
１…マスク
２…ウェーハ
３…マイクロスコープ
４…露光手段
１１，２１…アライメントマーク
【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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【国際調査報告】
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