(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のパターンとその周辺に配置される第１のアライメントマークを形成し、ウエハと第２のパターンとその周辺に露光光透過部の存在する第２のアライメントマークを形成したマスクを用いて、該第１のアライメントマークと該第２のアライメントマークの位置ずれ量を検出して、位置合わせをして、該第１のパターン上に該第２のパターンを露光転写する露光装置であって、該マスクが位置ずれ計測時の第１のアライメントマーク（画角法線方向の幅Ｙｍ）からの第２のアライメントマーク（画角法線方向の幅Ｙｍ）までの画角法線方向の距離をＹｐ（画角外側を正）とし、ウエハ上の第１のパターンの中心から第１のアライメントマーク中心までの画角法線方向の距離をＸ１（画角外側を正）としたときに、マスク上の第２のパターン中心からの第２のアライメントマーク中心までの画角法線方向の距離Ｘ２（画角外側を正）がＸ２＝Ｘ１＋Ｙｐ＋Ｙｂ（Ｙｂ＞０）になるように、第２のパターンと第２のアライメントマークが配置されており、少なくとも、露光光源と、照明系と、アライメント検出系と、マスクステージと、ウエハステージと、露光画角を規定する露光光を遮断し、アライメント光を通過するアパーチャーブレードと、該アパーチャーブレードの穴を遮光する第２のアパチャーブレードとから構成され、第１のパターン中心からアパーチャーブレード先端までの距離Ｙａが、アパーチャーブレードからマスク面までの距離をＬ、露光光のアパーチャーブレード先端での発散角をθ、アパーチャーブレードのマスク面上での半影ボケ量をＹｃとしたとき
Ｘ１＋Ｙｍ／２＋Ｙｃ／２−Ｌｔａｎ（θ）＜Ｙａ＜Ｘ２−Ｙｍ／２−Ｙｃ／２−Ｌｔａｎ（θ）
の範囲になるように該アパーチャーブレードを設定し、該アライメント検出系によって位置合わせ状態を検出する位置と、露光を行うときの前記マスクとウエハの相対関係が所定量オフセット（Ｙｂ）を持っていることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
マスクアライメント検出系により装置に対するマスクの位置ずれを検出し、装置に対してマスクを位置決めし、第１のパターンとその周辺に配置されるアライメントマークを形成したウエハを、ウエハアライメント検出系で、該アライメントマークを検出して前記装置に対して位置決めして、該第１のパターン上に該マスク上の第２のパターンを露光転写する露光装置であって、該マスクが、前記マスクを固定するマスクチャック上に設けられているアライメント光透過部（画角法線方向の幅Ｙｍ）を有し、ウエハ上の第１のパターンの中心から該アライメントマーク中心までの画角法線方向の距離をＸ１（画角外側を正）としたときに、マスク上の第２のパターン中心から該アライメント光透過部中心までの画角法線方向の距離Ｘ２（画角外側を正）がＸ２＝Ｘ１＋Ｙｂ（Ｙｂ＞０）になるように、第２のパターンとアライメント光透過部が配置されており、少なくとも、露光光源と、照明系と、マスクアライメント検出系と、該アライメント光透過部を通して、該ウエハ上のアライメントマークの位置ずれを検出するウエハアライメント検出系と、マスクステージと、ウエハステージと、露光画角を規定するアパーチャーブレードとから構成され、第１のパターン中心からアパーチャーブレード先端までの距離Ｙａが、アパーチャーブレードからマスク面までの距離をＬ、露光光のアパーチャーブレード先端での発散角をθ、アパーチャーブレードのマスク面上での半影ボケ量をＹｃとしたとき、
Ｘ１＋Ｙｍ／２＋Ｙｃ／２−Ｌｔａｎ（θ）＜Ｙａ＜Ｘ２−Ｙｍ／２−Ｙｃ／２−Ｌｔａｎ（θ）
の範囲になるように該アパーチャーブレードを設定し、該ウエハアライメント検出系によって位置合わせ状態を検出する位置と、露光を行うときの前記マスクとウエハの相対関係が所定量オフセット（Ｙｂ）を持っていることを特徴とする露光装置。
【請求項３】
マスクアライメント検出系により装置に対するマスクの位置ずれを検出し、装置に対してマスクを位置決めし、第１のパターンとその周辺に配置されるアライメントマークを形成したウエハを、ウエハアライメント検出系で、該アライメントマークを検出して前記装置に対して位置決めして、該第１のパターン上に該マスク上の第２のパターンを露光転写する露光方法であって、該マスクが、前記マスクを固定するマスクチャック上に設けられているアライメント光透過部（画角法線方向の幅Ｙｍ）を有し、ウエハ上の第１のパターンの中心から該アライメントマーク中心までの画角法線方向の距離をＸ１（画角外側を正）としたときに、マスク上の第２のパターン中心から該アライメント光透過部中心までの画角法線方向の距離Ｘ２（画角外側を正）がＸ２＝Ｘ１＋Ｙｂ（Ｙｂ＞０）になるように、第２のパターンとアライメント光透過部が配置されており、少なくとも、露光光源と、照明系と、マスクアライメント検出系と、該アライメント光透過部を通して、該ウエハ上のアライメントマークの位置ずれを検出するウエハアライメント検出系と、マスクステージと、ウエハステージと、露光画角を規定するアパーチャーブレードとから構成され、第１のパターン中心からアパーチャーブレード先端までの距離Ｙａが、アパーチャーブレードからマスク面までの距離をＬ、露光光のアパーチャーブレード先端での発散角をθ、アパーチャーブレードのマスク面上での半影ボケ量をＹｃとしたとき、
Ｘ１＋Ｙｍ／２＋Ｙｃ／２−Ｌｔａｎ（θ）＜Ｙａ＜Ｘ２−Ｙｍ／２−Ｙｃ／２−Ｌｔａｎ（θ）
の範囲になるように該アパーチャーブレードを設定し、該ウエハアライメント検出系によって位置合わせ状態を検出する位置と、露光を行うときの前記マスクとウエハの相対関係が所定量オフセット（Ｙｂ）を持っていることを特徴とする露光方法。
【請求項４】
１回の露光で複数の回路パターンを同時に露光する半導体露光方法において、第１の複数回路パターンと画角内側の前記第１の複数回路パターンの間のスクライブラインにのみ配置される第１のアライメントマークを配置した第１のマスクを用い、ウエハ上に前記第１の複数回路パターンと前記第１のアライメントマークを露光転写し（工程１）、第２の複数回路パターンと画角外側に配置した第２のアライメントマークを配置した第２のマスクに対して、前記ウエハの第１のアライメントマークと前記マスクの第２のアライメントマークとの位置ずれを所定のシフト量だけオフセットを与えた状態で検出して、その検出結果に基づいて前記ウエハとマスクの位置合わせを前記オフセットを与えずに行い（工程２）、前記第２の複数回路パターンを前記第１の複数回路パターンに露光転写し（工程３）、工程１と工程３の露光転写時に、露光光源と前記マスク間に配置したアパーチャーブレードにより、隣接するショット間での多重露光を防ぐことを特徴とする露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体集積回路等の微細パターンを露光転写する半導体製造用の露光方法及び露光装置に関するもので、特に微細パターン転写の対象となるマスクとウエハ間の位置ずれ量を高精度に検出する方法、及び該方法を用いた半導体素子製造用の際に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より半導体集積回路製造用の露光装置では、マスクとウエハの相対的位置合わせ精度向上が性能向上を図る上の重要な一要素となっている。半導体集積回路で代表的なＤＲＡＭを例に取れば、最小線幅の１／３から１／４程度の総合重ね合せ精度が必要で、最近では半導体の高集積化のため２０ｎｍ以下の位置合わせ精度が要求される。このうち露光装置側の位置合わせに割り当てられる値は１０ｎｍから１５ｎｍという厳しい値である。
【０００３】
多くの露光装置はマスクとウエハそれぞれに設けられた位置合わせ用のマーク、所謂アライメントマークの位置ずれを光学的に検出し、該検出値に基づいてマスクとウエハの位置合わせ（アライメント）を行なっている。
【０００４】
検出方法にはアライメントマークを光学的に拡大してＣＣＤ上に投影して画像処理するもの、アライメントマークに直線回折格子を用いてその回折光の位相を計測するもの（特開昭６２−２６１００３号公報）、アライメントマークにゾーンプレート（グレーティングレンズ）を用いて該ゾーンプレートで回折した光の位置ずれを所定面で検出するもの（ＵＳＰ４０３７９６９）などがある。
【０００５】
１いづれの場合も、マスク上のアライメントマークに対しウエハ上のアライメントマークが所定の位置ずれ量以下になるようマスクまたはウエハを駆動してアライメントを行ない、露光が行なわれる。
【０００６】
図１６は特開昭６２−２６１００３号公報に示されるアライメント方法を表わす図で、マスク１４１にアライメントマークである直線格子１３５、ウエハ１４２にアライメントマークである直線格子１３６が設けられている。該マークに両側からアライメントビーム１３７、１３８（周波数ｆ１、ｆ２）を照射してそれぞれの回折格子からの回折光１３９、１４０を受光し、該２つの回折光の位相差から１３５と１３６の位置ずれが測定される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこのようにマスク側とウエハ側のマークを位置合わせして露光を行なうと、図１７（Ａ）に示す用にウエハのアライメントマーク上もしくはその近傍にマスク側のアライメントマークが転写される。このため次のレイヤーで同じウエハアライメントマークを使用することができず、図１７（Ｂ）のように次々にアライメントマークを更新する必要が生じる。
【０００８】
従って、マスク上にはマスク側マーク及びウエハ側マークをレイヤー毎に異なる位置に置くことが要求される。ウエハのアライメントマークは通常スクライブラインと呼ばれる切断シロに配置されるが、スクライブラインにはＣＤ評価パターン、重ね精度評価パターン等他のマークも配置される。このため、アライメントマークの占有面積が大きくなると他のパターンが配置できなくなるという問題が発生する。
【０００９】
これを解決するにはスクライブラインの幅を広げる等の手段が必要であるが、スクライブラインを広げるとウエハ上のショット数が減少し、ＩＣの製造コストのアップにつながる。これはレイヤー数の増加が予想される今後の素子製造において無視できない問題である。
【００１０】
アライメントマークの更新は、同時に、露光装置側にマーク追従のためアライメント検出系を駆動するステージ系を必要とさせることを意味し、装置コストを上昇させる。
【００１１】
更にＸ線等を露光光源とするプロキシミティ露光装置では、露光時、露光光をアライメント光学系が遮らないようにする必要がある。このため、露光時に画角の外側にアライメント系が移動するか、図１６のようにアライメントマークの検出方向と直交するＡ１Ａ１’とＣ１Ｃ１’で決定される平面から入射ビーム３７、３８をずらして斜めに照射するとともに、照射方向に対向する側に受光センサを置く配置で露光光を遮らないよう工夫している。しかしながらこれらの方法はいづれもシステムが複雑になり、装置コストの上昇を招いていた。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明ではアライメントに関連するマークの配置、アライメント計測時の対象物体の位置関係、及びアライメント検出系自体の配置を所定の関係にすることにより上記問題点に対処することを特徴としている。
【００１３】
本発明の露光方法においては露光対象物であるウエハに第１のパターンとその周辺に配置された位置ずれ計測用の第１のアライメントマーク（画角の法線方向の幅Ｙｍ）が形成され、一方、転写対象物であるマスクに第２のパターンとその周辺に露光光透過部の存在する位置ずれ計測用の第２のアライメントマーク（画角の法線方向の幅が同じくＹｍ）が形成されている。
【００１４】
本発明ではこのようなマスク及びウエハの第１と第２のアライメントマークの位置ずれ量をアライメント検出系で計測して、ウエハ上の第１パターンにマスク上の第２パターンを露光転写する露光方法において、、ウエハ上の第１のパターンの中心から第１のアライメントマークまでの画角法線方向の距離をＹ１、マスク上の第１のパターンの中心から第２のアライメントマークまでの画角法線方向の距離をＹ２としたとき、
Ｙ２＝Ｙ１＋Ｙｐ＋Ｙｂ          （Ｙｂ＞０）
となるように配置したマスクを用いて、位置ずれ計測時にウエハステージをＹｂだけシフトしてＸ方向の位置ずれ量ｘｍを求める工程を有することを特徴としている。ここでＹｐは第１のアライメントマークから第２のアライメントマークまでの画面法線方向の距離で、画角の外側方向を正とする。
【００１５】
また第１のパターンの中心からブレード先端までの距離をＹａとしたとき、ブレードからマスク面までの距離をＬ、露光光のブレード先端での発散角をθ、ブレードのマスク面上での半影ボケ量をＹｃとしたとき
Ｘ１＋Ｙｍ／２＋Ｙｃ／２−Ｌｔａｎ（θ）＜Ｙａ＜Ｘ２−Ｙｍ／２−Ｙｃ／２−Ｌｔａｎ（θ）
の範囲になるようにブレードを設定することを特徴としている。前述のように、ＹｍはＸのアライメントマークの画角法線方向の幅を示す。
【００１６】
同様の位置ずれ量検出及びブレードの設定がＹ方向についても行なわれ、ずれ量ｙｍが求められる。
【００１７】
アライメントに用いるマークとブレードを上記の関係として計測した第１と第２のアライメントマークのずれｘｍ，ｙｍをウエハステージの駆動量に反映させることにより、ウエハ側のアライメントマークの更新を不必要でも毎回行なわねばならないという制約から開放されることができる。又、ブレードの穴を遮光する第２のアパーチャーブレードを有している。
【００１８】
また本発明による露光装置においては第１のパターンとその周辺に配置された位置ずれ計測用の第１のアライメントマーク（画角の法線方向の幅Ｙｍ）が形成された露光対象物であるウエハと、第２のパターンとその周辺に露光光透過部の存在する位置ずれ計測用の第２のアライメントマーク（画角の法線方向の幅が同じくＹｍ）が形成された転写対象物であるマスクを用いる。
【００１９】
本発明ではこのようなマスク及びウエハの第１と第２のアライメントマークの位置ずれ量をアライメント検出系で計測して、ウエハ上の第１パターンにマスク上の第２パターンを露光転写する露光装置において、、ウエハ上の第１のパターンの中心から第１のアライメントマークまでの画角法線方向の距離をＹ１、マスク上の第１のパターンの中心から第２のアライメントマークまでの画角法線方向の距離をＹ２としたとき、
Ｙ２＝Ｙ１＋Ｙｐ＋Ｙｂ          （Ｙｂ＞０）
となるように配置したマスクを用い、位置ずれ計測時にウエハステージをＹｂだけシフトした位置に導いた状態でアライメント検出系によりＸ方向の位置ずれ量ｘｍを求めることを特徴としている。ここでＹｐは第１のアライメントマークから第２のアライメントマークまでの画面法線方向の距離で、画角の外側方向を正とする。
【００２０】
また該露光装置は露光光源と、アライメント検出系、マスクステージ、ウエハステージを備えるとともに、ウエハ上のアライメントマークへの不要な露光を防ぐ目的を兼ね備えた露光画角を規定するブレードを持つことを特徴としている。
【００２１】
該ブレードは第１のパターンの中心からブレード先端までの距離をＹａとしたとき、ブレードからマスク面までの距離をＬ、露光光のブレード先端での発散角をθ、ブレードのマスク面上での半影ボケ量をＹｃとしたとき
Ｘ１＋Ｙｍ／２＋Ｙｃ／２−Ｌｔａｎ（θ）＜Ｙａ＜Ｘ２−Ｙｍ／２−Ｙｃ／２−Ｌｔａｎ（θ）
の範囲になるように値が設定される。上記不等式を満足することによりウエハ側のアライメントマークを不要に露光することを防ぐことができ、工程毎にアライメントマークを更新する制約から逃れることが可能となる。
【００２２】
同様の位置ずれ量検出及びブレードの設定がＹ方向についても行なわれ、ずれ量ｙｍが求められる。
【００２３】
本発明の露光装置では、露光時にもアライメント検出系が露光光を遮らない配置となっていることを特徴としており、アライメント時と露光時との間でアライメント検出系を駆動する必要がなく、スループットを上げることが可能である。また、本発明の露光装置では露光装置に対してアライメント検出系自体、従ってアライメント検出系の位置を固定することも可能であり、簡素でコスト的にメリットのある露光装置を構成することが可能である。以下、具体的に本発明の構成を述べると次のとおりである。
請求項１の発明の露光装置は、第１のパターンとその周辺に配置される第１のアライメントマークを形成し、ウエハと第２のパターンとその周辺に露光光透過部の存在する第２のアライメントマークを形成したマスクを用いて、該第１のアライメントマークと該第２のアライメントマークの位置ずれ量を検出して、位置合わせをして、該第１のパターン上に該第２のパターンを露光転写する露光装置であって、該マスクが位置ずれ計測時の第１のアライメントマーク（画角法線方向の幅Ｙｍ）からの第２のアライメントマーク（画角法線方向の幅Ｙｍ）までの画角法線方向の距離をＹｐ（画角外側を正）とし、ウエハ上の第１のパターンの中心から第１のアライメントマーク中心までの画角法線方向の距離をＸ１（画角外側を正）としたときに、マスク上の第２のパターン中心からの第２のアライメントマーク中心までの画角法線方向の距離Ｘ２（画角外側を正）がＸ２＝Ｘ１＋Ｙｐ＋Ｙｂ（Ｙｂ＞０）になるように、第２のパターンと第２のアライメントマークが配置されており、少なくとも、露光光源と、照明系と、アライメント検出系と、マスクステージと、ウエハステージと、露光画角を規定する露光光を遮断し、アライメント光を通過するアパーチャーブレードと、該アパーチャーブレードの穴を遮光する第２のアパチャーブレードとから構成され、第１のパターン中心からアパーチャーブレード先端までの距離Ｙａが、アパーチャーブレードからマスク面までの距離をＬ、露光光のアパーチャーブレード先端での発散角をθ、アパーチャーブレードのマスク面上での半影ボケ量をＹｃとしたとき
Ｘ１＋Ｙｍ／２＋Ｙｃ／２−Ｌｔａｎ（θ）＜Ｙａ＜Ｘ２−Ｙｍ／２−Ｙｃ／２−Ｌｔａｎ（θ）
の範囲になるように該アパーチャーブレードを設定し、該アライメント検出系によって位置合わせ状態を検出する位置と、露光を行うときの前記マスクとウエハの相対関係が所定量オフセット（Ｙｂ）を持っていることを特徴としている。
請求項２の発明の露光装置は、マスクアライメント検出系により装置に対するマスクの位置ずれを検出し、装置に対してマスクを位置決めし、第１のパターンとその周辺に配置されるアライメントマークを形成したウエハを、ウエハアライメント検出系で、該アライメントマークを検出して前記装置に対して位置決めして、該第１のパターン上に該マスク上の第２のパターンを露光転写する露光装置であって、該マスクが、前記マスクを固定するマスクチャック上に設けられているアライメント光透過部（画角法線方向の幅Ｙｍ）を有し、ウエハ上の第１のパターンの中心から該アライメントマーク中心までの画角法線方向の距離をＸ１（画角外側を正）としたときに、マスク上の第２のパターン中心から該アライメント光透過部中心までの画角法線方向の距離Ｘ２（画角外側を正）がＸ２＝Ｘ１＋Ｙｂ（Ｙｂ＞０）になるように、第２のパターンとアライメント光透過部が配置されており、少なくとも、露光光源と、照明系と、マスクアライメント検出系と、該アライメント光透過部を通して、該ウエハ上のアライメントマークの位置ずれを検出するウエハアライメント検出系と、マスクステージと、ウエハステージと、露光画角を規定するアパーチャーブレードとから構成され、第１のパターン中心からアパーチャーブレード先端までの距離Ｙａが、アパーチャーブレードからマスク面までの距離をＬ、露光光のアパーチャーブレード先端での発散角をθ、アパーチャーブレードのマスク面上での半影ボケ量をＹｃとしたとき、
Ｘ１＋Ｙｍ／２＋Ｙｃ／２−Ｌｔａｎ（θ）＜Ｙａ＜Ｘ２−Ｙｍ／２−Ｙｃ／２−Ｌｔａｎ（θ）
の範囲になるように該アパーチャーブレードを設定し、該ウエハアライメント検出系によって位置合わせ状態を検出する位置と、露光を行うときの前記マスクとウエハの相対関係が所定量オフセット（Ｙｂ）を持っていることを特徴としている。
請求項３の発明の露光方法は、マスクアライメント検出系により装置に対するマスクの位置ずれを検出し、装置に対してマスクを位置決めし、第１のパターンとその周辺に配置されるアライメントマークを形成したウエハを、ウエハアライメント検出系で、該アライメントマークを検出して前記装置に対して位置決めして、該第１のパターン上に該マスク上の第２のパターンを露光転写する露光方法であって、該マスクが、前記マスクを固定するマスクチャック上に設けられているアライメント光透過部（画角法線方向の幅Ｙｍ）を有し、ウエハ上の第１のパターンの中心から該アライメントマーク中心までの画角法線方向の距離をＸ１（画角外側を正）としたときに、マスク上の第２のパターン中心から該アライメント光透過部中心までの画角法線方向の距離Ｘ２（画角外側を正）がＸ２＝Ｘ１＋Ｙｂ（Ｙｂ＞０）になるように、第２のパターンとアライメント光透過部が配置されており、少なくとも、露光光源と、照明系と、マスクアライメント検出系と、該アライメント光透過部を通して、該ウエハ上のアライメントマークの位置ずれを検出するウエハアライメント検出系と、マスクステージと、ウエハステージと、露光画角を規定するアパーチャーブレードとから構成され、第１のパターン中心からアパーチャーブレード先端までの距離Ｙａが、アパーチャーブレードからマスク面までの距離をＬ、露光光のアパーチャーブレード先端での発散角をθ、アパーチャーブレードのマスク面上での半影ボケ量をＹｃとしたとき、
Ｘ１＋Ｙｍ／２＋Ｙｃ／２−Ｌｔａｎ（θ）＜Ｙａ＜Ｘ２−Ｙｍ／２−Ｙｃ／２−Ｌｔａｎ（θ）
の範囲になるように該アパーチャーブレードを設定し、該ウエハアライメント検出系によって位置合わせ状態を検出する位置と、露光を行うときの前記マスクとウエハの相対関係が所定量オフセット（Ｙｂ）を持っていることを特徴としている。
請求項４の発明の露光方法は、１回の露光で複数の回路パターンを同時に露光する半導体露光方法において、第１の複数回路パターンと画角内側の前記第１の複数回路パターンの間のスクライブラインにのみ配置される第１のアライメントマークを配置した第１のマスクを用い、ウエハ上に前記第１の複数回路パターンと前記第１のアライメントマークを露光転写し（工程１）、第２の複数回路パターンと画角外側に配置した第２のアライメントマークを配置した第２のマスクに対して、前記ウエハの第１のアライメントマークと前記マスクの第２のアライメントマークとの位置ずれを所定のシフト量だけオフセットを与えた状態で検出して、その検出結果に基づいて前記ウエハとマスクの位置合わせを前記オフセットを与えずに行い（工程２）、前記第２の複数回路パターンを前記第１の複数回路パターンに露光転写し（工程３）、工程１と工程３の露光転写時に、露光光源と前記マスク間に配置したアパーチャーブレードにより、隣接するショット間での多重露光を防ぐことを特徴としている。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施例１の光学系の概略図で、本発明をＸ線露光装置に装備されるマスクとウエハの相対位置合わせ装置に応用したものである。図でＬＤ等の光源１から出射された波長λ１の光束はコリメータレンズ２により平行光束になる。平行光束は投光レンズ３を通り、ミラー５で偏向されて、マスク８、ウエハ９上に設けられた横ずれ検知用のアライメントマークである物理光学素子１８ｘ、１９ｘに照射される。マスク８上でのビームスポットサイズは投光レンズ３によりアライメントマーク１８ｘより数１０μｍ大きくなるように設定される。各物理光学素子からの回折光はマスク８とウエハ９の横ずれ量を示す情報を含んでおり、受光レンズ１４により光検出器１５の受光面に結像される。
【００２５】
アライメント検出系６はユニット化され、Ｘ、Ｙ方向に駆動できるステージ４上に搭載されている。７はアパチャーブレードで、露光光のＸ線を吸収し、ウエハ上に露光光を照射させない役割をしている。図１にはＸ軸方向の位置ずれを検出するアライメントマーク１８ｘ、１９ｘとそれに対応する光ピックアップ６の構成概略図のみを示しているが、Ｙ軸方向についても露光画角の他の一辺に接するようにアライメントマーク１８ｙ、１９ｙと対応する光ピックアップ（不図示が９０°回転された状態で配置されている。２つの位置ずれ検出信号をもとにＸ、Ｙ方向のシフト成分及びチップローテーションが演算器２８により処理される。２８は処理した相対位置ずれ量に応じてマスク保持器３１、ウエハステージ３２の移動量を決定し、駆動信号をアクチュエータ２９、３０に送る。またアパチャーブレード７は露光画角の４辺に対応してそれぞれ装備され、不図示のドライバーにより画角に応じて位置決めされる。
【００２６】
図２は物理光学素子を用いたマスク８とウエハ９の相対位置合わせ方法の原理説明図である。実施形態はウエハで反射回折が行なわれるが、図では説明上、実施形態と等価な透過回折光学系の形で表わした。図２においてマスク８、ウエハ９上にはレンズ作用を持つフレネルゾーンプレートの物理光学素子が配置されている。マスク８上には物理光学素子１６ａ、１７ａ、ウエハ９上には物理光学素子１６ｂ、１７ｂがそれぞれ配置され、マスク８とウエハ９はｇの間隔をおいて配置されている。ここで物理光学素子１６ａ、１７ａ、１６ｂ、１７ｂの焦点距離はｆｍｐｌ、ｆｍｎｌ、ｆｗｎｌ、ｆｗｐｌとする。
【００２７】
ここでマスク８上の２つの物理光学素子１６ａ、１７ａに対し波長λ１の光を平行光束として照射すると、物理光学素子１６ａでレンズ作用を受けた光束は、１６ａの対抗位置に配置された物理光学素子１６ｂにより、ウエハ９からＬだけ離れた光検出器１５の受光面とレンズ１４に関して共役な面Ｓに集光される。同様に物理光学素子１７ａでレンズ作用を受けた光束は、物理光学素子１７ａの対抗位置に配置された物理光学素子１７ｂにより、ウエハ９からＬだけ離れた光検出器１５の受光面とレンズ１４に関して共役な面Ｓに集光される。
【００２８】
マスク８とウエハ９のｘ方向へのεのずれはマスク上の物理光学素子とウエハ上の物理光学素子の光学配置変化に相当する。εずれた時、光検出器の受光面上に集光された２つのスポットのうち、物理光学素子１６ａ、１６ｂの組み合わせで形成されるスポットの位置は
Ｓ１＝｛１−Ｌ／（ｆｍｐｌ−ｇ）｝・ε      ‥‥（１）
だけ移動し、物理光学素子１７ａ、１７ｂの組み合わせで形成されるスポットの位置は
Ｓ２＝｛１−Ｌ／（ｆｍｎｌ−ｇ）｝・ε      ‥‥（２）
だけ移動する。ここで
ｆｍｐｌ＝２３０μｍ、ｆｍｎｌ＝−２３０μｍ、ｇ＝３０μｍ、Ｌ＝２０ｍｍ
とすると、
Ｓ１＝ー９９ε、Ｓ２＝７７．９ε
となり、マスク８とウエハ９の相対位置ずれ量εに対し、光検出器２２の受光面では２つのスポット間隔変化が１７６．９倍に拡大されて現われる。したがって該スポット間隔の変化を検出すればマスク８とウエハ９の相対位置ずれ量εを精度よく知ることができる。ここで光検出器上に集光するためのウエハ側ゾーンプレートの焦点距離ｆｗｎｌ、ｆｗｐｌは結像方程式から以下の式で決定される。
【００２９】
１／Ｌ＝１／（ｆｍｐｌ−ｇ）＋１／ｆｗｎｌ    ‥‥（３）
１／Ｌ＝１／（ｆｍｎｌ−ｇ）＋１／ｆｗｎｌ    ‥‥（４）
本実施例では（３）、（４）式から
ｆｗｎｌ＝−２０２μｍ、ｆｗｐｌ＝２５６．７μｍ
である。
【００３０】
図３は本実施例で用いたマスク内のパターン配置図である。図３（Ａ）は１ｓｔ露光用のマスクで、マスクのメンブレン上にはＩＣパターン２１、マスクアライメントマーク２０、Ｘ方向ずれ測定用ウエハ側アライメントマーク１９ｘ、Ｙ方向ずれ測定用ウエハ側アライメントマーク１９ｙ、及び露光光不透過部２２が配置されている。図３（Ｂ）は１ｓｔ露光用マスクで露光されたウエハに対して重ね合せる２ｎｄ露光用のマスクを示す。マスクのメンブレン上にはＩＣパターン２３、マスクアライメントマーク２０、Ｘ方向ずれ測定用ウエハ側アライメントマーク１８ｘ、Ｙ方向ずれ測定用ウエハ側アライメントマーク１８ｙ、及び露光光不透過部２２が配置されている。
【００３１】
マスクアライメントマーク２０はマスクとウエハステージの原点のオフセット量及びウエハステージの走りに対してマスクの回転量を合わせるために用いる。Ｘ方向ずれ検出マークでは図３（Ａ）のウエハー側ｘマーク１９ｘの座標を（Ｘ１，Ｙ１）とすると、図３（Ｂ）のマスク側ｘマーク１８ｘは画角外側の座標（Ｘ１−Ｘｂ，Ｙ１＋Ｙｂ）に配置されている。同様にＹ方向ずれ検出マークでは図３（Ａ）のウエハー側ｙマーク１９ｙの座標を（Ｘ２，Ｙ２）とすると、図３（Ｂ）のマスク側ｙマーク１８ｙは画角外側の座標（Ｘ２−Ｘｂ，Ｙ２＋Ｙｂ）に配置されている。なおＸｂ、Ｙｂは
Ｘｂ，Ｙｂ＞０
であり、例えば数値例としては
Ｘｂ＝Ｙｂ＝２００μｍ
といった値に設定される。なお、図３中のＢｕＢｕ’、ＢｄＢｄ’、ＢｌＢｌ‘、ＢｒＢｒ’のラインはアパチャーブレード７のエッジのマスク面上での像の位置を示す。
【００３２】
図４は図３のマスクを使用してのアライメント及び露光動作の説明図である。図４（Ａ）はアライメント時、所定のショットのＸ方向ずれを計測している様子の断面をＸ方向から見た図である。ウエハ９上には図３（Ａ）の１ｓｔ用マスクを用いて作成された回路パターン２１及びアライメントマーク１９ｘが所定の間隔で配置され、ウエハ上は不図示のレジストで覆われている。
【００３３】
位置ずれ（アライメント）計測はウエハ９をマスク８に対向させた状態でアライメント検出系６により行なわれる。アライメント計測時のマスク８とウエハ９の関係はマスク側アライメントマーク１８ｘとウエハ側アライメントマーク１９ｘが設計上重なる位置となっている。この位置はマスクとウエハ上のＩＣパターン２１、２３が重なる状態からマスク上でシフト量（−Ｘｂ，Ｙｂ）分オフセットを与えられた位置で、この位置にウエハステージが送られる。本実施例では
Ｘｂ＝Ｙｂ＝２００μｍ
とオフセットの絶対値を等しくしたため、アライメントマーク１８ｘ、１９ｘが重なった時、Ｙ方向のずれを検出するアライメントマーク１８ｙ、１９ｙも同時に重なっている。従ってＸのアライメント検出系６と同様に設けられている不図示のＹのアライメント検出系により、Ｘ方向とＹ方向のずれを同時に観察することができる。この様な配置はスループット上最も有利である。しかしながら、マーク配置上の制約からＸ方向マークとＹ方向マークに関してオフセットの異なる配置となっても、それぞれのマーク計測毎にウエハステージを駆動して位置ずれを計測すればよい。与えるオフセット量は一般には１００から１０００μｍと小さな値で充分なため、ウエハステージの干渉計の倍率変動が１ｐｐｍ程度あってもその影響は１ｎｍ以下で、問題となる量ではない。
【００３４】
また図中７はアライメント検出系とマスクの間に設けられたアパチャーブレードで、露光光を吸収し、アライメント光を透過するものである。
【００３５】
この様なオフセットを与えた位置関係でグローバルアライメントの場合は決められたサンプルショットに対して、ダイバイダイアライメントの場合は各ショット毎に、露光前の位置ずれ計測が行なわれる。この時の位置ずれ計測値を（ｘｍ，ｙｍ）とする。
【００３６】
露光の様子を図４（Ｂ）に示す。図４（Ａ）で位置ずれが計測された後、位置ずれ計測値（ｘｍ，ｙｍ）を補正する方向にウエハステージを駆動した後、露光が行なわれる。この時はアライメント計測時に与えたオフセット（−Ｘｂ，Ｙｂ）は反映されない。
【００３７】
図４（Ｂ）はまたアパチャーブレード７により露光エリアを規定する状況も示している。露光に用いられるＳＲ光は理想的な点光源ではなく所定の大きさを有しており、その結果図４（Ｂ）に示す様にアパチャーブレード７の影がシャープな像にならずにウエハ上で例えば１０μｍ程度の半影ボケを生じる。この様な場合でも図４（Ｂ）に示す様にブレード上の半影ボケのエリアがマスクの吸収体領域２２に入るようにアパチャーブレード７の位置を決めてやれば、ウエハ上で７の半影ボケの影響を防ぐことができる。
【００３８】
今回使用したマスク側アライメントマーク１８ｘ、１８ｙ及びマスクアライメントマーク２０はアパチャーブレード７により露光光が当たらない位置に設定される。このため１８ｘ、１８ｙ及び２０はウエハ側に転写されず、ウエハ側アライメントマーク１９ｘ、１９ｙに影響を与えない。ブレード７の位置は図４（Ｂ）より、第１のパターン中心からブレード先端までの距離をＹａ、ブレードからマスク面までの距離をＬ、露光光のブレード先端での発散角をθ、ブレードのマスク面上での半影ボケ量をＹｃとしたとき、
Ｘ１＋Ｙｍ／２＋Ｙｃ／２−Ｌｔａｎ（θ）＜Ｙａ＜Ｘ２−Ｙｍ／２−Ｙｃ／２−Ｌｔａｎ（θ）                                          ‥‥（５）
の範囲になるようにブレードを設定している。ここでＸｍとＹｍはそれぞれＸ及びＹのアライメントマークの画角法線方向の幅を示す。図４（Ｂ）にはアライメントマーク１８ｘが画角の法線方向に持っている幅Ｙｍが図示されている。このようなアパチャーブレードの設定はＸ１、Ｘ２、Ｙｍの値を設定すれば自動で設定できるようにしてもよい。
【００３９】
本実施例では図４（Ａ）に示すようにマスク側アライメントマーク１８ｘからマスク８上のＩＣパターン２３までの距離がアライメントビームスポット径に比べて長いため、マスク８上のＩＣパターン２３からの散乱ノイズの影響を受けにくい。更に露光光吸収エリア２２の効果でウエハ９上のＩＣパターン２１にはアライメントビームが照射されないため２１からの散乱ノイズの影響も受けにくいという特別の効果がある。
【００４０】
図５は本発明の実施例２で、本発明をＸ線プロキシミティ露光装置のマスクとウエハの相対位置合わせ装置に応用した光学系概略図である。２周波数レーザー４１から発せられたｐ偏光の周波数ｆ１の光は、偏光ビームスプリッタ４２を透過してミラー４５で偏向され、アパチャーブレード７を透過してアライメントマークであるＹ方向に格子の配列した回折格子状のマスク上のアライメントマーク５８ｘ及びウエハ上のアライメントマーク５９ｘに入射する。
【００４１】
一方、２周波数レーザー４１から発せられたｓ偏光の周波数ｆ２の光は、偏光ビームスプリッタ４２で反射してミラー４６で偏向され、アパチャーブレード７を透過して同じくマスク上のアライメントマーク５８ｘ及びウエハ上のアライメントマーク５９ｘに入射する。
【００４２】
マスク８上のアライメントマーク５８ｘとウエハ９上のアライメントマーク５９ｘは図６（Ｂ）に示す様にＹｄ離れており、５９ｘ上部のマスクには図７に示す様にアライメント透過部が設けられている。周波数ｆ１と周波数ｆ２の光はＸＺ平面内を進み、回折格子状のアライメントマーク５８ｘ、５９ｘで回折した周波数ｆ１の光の＋１次回折光と、周波数ｆ２の光の−１次回折光は垂直方向（Ｚ方向）に進むようにミラー４５、４６の角度及び回折格子のピッチが設計してある。回折格子５８ｘ、５９ｘからの回折光はミラー４７で偏向し、偏光板４８で偏向方向が揃えられた後、エッジミラー４９により回折格子５８ｘと５９ｘからの回折光が分離される。エッジミラー４９で反射されない回折格子５９ｘからの回折光は直進して光検出器５１で受光され、回折格子５８ｘからの回折光はエッジミラー４９で反射されて光検出器５０で受光される。
【００４３】
光検出器５０で検出される電気信号の強度変化Ｉ１は以下の式で表わされる。
【００４４】
Ｉ１＝Ａ＋Ｂ＊ｃｏｓ｛２π（ｆ１−ｆ２）ｔ＋４πｘｍ／ｐ）｝…（６）
ここでＡは定数でＤＣ成分、Ｂは定数でＡＣ成分の振幅を表わす。ｔは時間、ｐは回折格子５８ｘのピッチ、ｘｍは回折格子５８ｘのＸ方向のずれ量を示す。
【００４５】
一方、光検出器５１で検出される電気信号の強度変化Ｉ２は以下の式で表わされる。
【００４６】
Ｉ２＝Ａ’＋Ｂ’＊ｃｏｓ｛２π（ｆ１−ｆ２）ｔ＋４πｘｗ／ｐ）｝‥‥（７）
ここでＡ’は定数でＤＣ成分、Ｂ’は定数でＡＣ成分の振幅を表わす。ｔは時間、ｐは回折格子５９ｘのピッチ、ｘｗは回折格子５９ｘのＸ方向のずれ量を示す。
【００４７】
光検出器５０と５１で検出される信号は周波数（ｆ１−ｆ２）のビート信号となり、電気信号Ｉ１とＩ２の位相差φは次の式で表わされる。
【００４８】
φ＝４π（ｘｍ−ｘｗ）／ｐ        ‥‥（８）
（８）式より位相差φを測定すれば回折格子５８ｘと回折格子５９ｘのＸ方向の相対的なずれ（ｘｍ−ｘｗ）、即ちマスク８に対するウエハ９のＸ方向の位置ずれを算出することができる。
【００４９】
本実施例では検出系はユニット化されている。またアライメント検出系とマスクの間に設けられたアパチャーブレード７は露光光のＸ線を吸収し、ウエハ上に露光光が照射されないようにしている。
【００５０】
図５にはＸ軸方向の位置ずれを検出するアライメントマーク５８ｘ、５９ｘとそれに対応する光ピックアップ６の構成概略図のみを示しているが、Ｙ軸方向の位置ずれ検出には露光画角の他の一辺に接するようにアライメントマーク５８ｙ、５９ｙと対応する光ピックアップ（不図示）が９０°回転されて配置されている。２つの位置ずれ検出信号をもとにＸ、Ｙ方向のシフト成分及びチップローテーションが演算器２８により処理される。２８は処理した相対位置ずれ量に応じてマスク保持器３１、ウエハステージ３２の移動量を決定して駆動信号をアクチュエータ２９、３０に送る。またアパチャーブレード７は露光画角の４辺にそれぞれ装備され、不図示のドライバーにより画角に応じて位置決めされる。
【００５１】
図６は本実施例で用いたマスク内のパターン配置図を示している。図６（Ａ）は１ｓｔ露光用のマスクで、マスクのメンブレン上にはＩＣパターン２１、マスクアライメントマーク２０、Ｘ方向ずれ測定用ウエハ側アライメントマーク５９ｘ、Ｙ方向ずれ測定用ウエハ側アライメントマーク５９ｙ、及び露光光不透過部２２が配置されている。図６（Ｂ）は１ｓｔ露光用マスクで露光されたウエハに対して重ね合せる２ｎｄ露光用のマスクを示す。マスクのメンブレン上にはＩＣパターン２３、マスクアライメントマーク２０、Ｘ方向ずれ測定用ウエハ側アライメントマーク５８ｘ、Ｙ方向ずれ測定用ウエハ側アライメントマーク５８ｙ、次レイヤーで使用するウエハ側アライメントマーク５９ｘ’、５９ｙ’、及び露光光不透過部２２が配置されている。
【００５２】
マスクアライメントマーク２０はマスクとウエハステージの原点のオフセット量及びウエハステージの走りに対してマスクの回転量を合わせるために用いる。Ｘ方向ずれ検出マークに関しては図６（Ａ）のウエハー側Ｘマーク５９ｘの座標を（Ｘ１，Ｙ１）とすると、図６（Ｂ）のマスク側Ｘマーク５８ｘは画角外側の座標（Ｘ１−Ｘｂ，Ｙ１＋Ｙｂ＋ｄ）に配置されている。同様にＹ方向ずれ検出マークは図６（Ａ）のウエハー側Ｙマーク５９ｙの座標を（Ｘ２，Ｙ２）とすると、図６（Ｂ）のマスク側Ｙマーク５８ｙは画角外側の座標（Ｘ２−Ｘｄ−ｄ，Ｙ２＋Ｙｄ）に配置されている。なおここでは回折格子の大きさを１００ｘ２００μｍ２□、
Ｘｂ＝Ｙｄ＝５０μｍ、Ｘｄ＝Ｙｂ＝１５００μｍ
とした。なお、図６中のＢｕＢｕ’、ＢｄＢｄ’、ＢｌＢｌ’、ＢｒＢｒ’のラインはアパチャーブレード７のエッジのマスク面上に投影された位置を示す。
【００５３】
図７、８は図６のマスクを使用してのアライメント及び露光動作の説明図である。図７（Ａ）はアライメント時所定のショットのｘ方向ずれを計測している様子の断面をＸ方向から見た図である。ウエハ９上には図６（Ａ）の１ｓｔ用マスクを用いて作成された回路パターン２１及びアライメントマーク５９ｘが所定の間隔で配置され、ウエハ上は不図示のレジストで覆われている。
【００５４】
このウエハ９をマスク８に対向させた状態でアライメント検出系４４により位置ずれを計測する。Ｘ方向のアライメント計測時のマスク８とウエハ９の関係はマスク側アライメントマーク５８ｘとウエハ側アライメントマーク５９ｘがＹ方向に所定の間隔ｄになる位置に設定される。この位置は図８（Ａ）に示す様にマスクとウエハ上のＩＣパターン２１、２３が重なる状態からマスク上でシフト量（−Ｘｂ，Ｙｂ）分オフセットを与えられた位置で、Ｘ計測ではこの位置にウエハステージが送られる。
【００５５】
同様にＹ方向のアライメント計測時のマスク８とウエハ９の関係はマスク側アライメントマーク５８ｙとウエハ側アライメントマーク５９ｙがＸ方向に所定の間隔ｄになる位置に設定される。この位置は図８（Ｂ）に示す様にマスクとウエハ上のＩＣパターン２１、２３が重なる状態からマスク上でシフト量（−Ｘｄ，Ｙｄ）分オフセットを与えられた位置で、Ｙ計測ではこの位置にウエハステージが送られる。
【００５６】
また図中７はアライメント検出系とマスクの間に設けられたアパチャーブレードで、露光光を吸収し、アライメント光を透過する。
【００５７】
この様なオフセットを与えた位置関係でグローバルアライメントの場合は決められたサンプルショットに対して、ダイバイダイアライメントの場合は各ショット毎に、露光前の位置ずれ計測が行なわれる。この時の位置ずれ計測値を（ｘｍ，ｙｍ）とする。
【００５８】
露光の様子は図７（Ｂ）及び図８（Ｃ）に示されている。図７（Ａ）で位置ずれが計測された後、位置ずれ計測値（ｘｍ，ｙｍ）を補正する方向にウエハステージを駆動した後、露光が行なわれる。この時はアライメント時に与えたオフセット（−Ｘｂ，Ｙｂ）、（−Ｘｄ，Ｙｄ）は反映されない。
【００５９】
図７（Ｂ）はまたアパチャーブレード７により露光エリアを規定する状況も示している。露光に用いられるＳＲ光は理想的な点光源ではなく所定の大きさを有しており、その結果図７（Ｂ）に示す様にアパチャーブレード７の影がシャープな像にならず、ウエハ上で例えば１０μｍ程度の半影ボケを生じる。Ｙ方向についての半影ボケのエリアの設定は、図７（Ｂ）に示す様に、次レイヤ用ウエハ側アライメントマーク５９ｘ’とマスク側アライメントマーク５８ｘの間の吸収体領域２２に入るようにアパチャーブレード７の位置を決めれば、ウエハ上での半影ボケを防ぐことができる。Ｘ方向のアパチャーブレードの設定についても同様である。
【００６０】
今回使用したマスク側アライメントマーク５８ｘ、５８ｙにはアパチャーブレード７により露光光が照射されないためウエハ９側に転写されず、ウエハ側アライメントマーク５９ｘ、５９ｙに影響を与えない。図７（Ｂ）では５９ｘ’の上に５９ｘがあるように見えるが、該２つのマークは紙面垂直方向にずれているため重なりあうことはない。また、次レイヤで使用するウエハ側アライメントマーク５９ｘ’、５９ｙ’には均一な露光光が照射されるため、マークは所望の精度でウエハ側に転写される。
【００６１】
本実施例ではＩＣ回路周辺に配置したＸ方向及びＹ方向それぞれのアライメントマークによるＸ、Ｙ方向のずれの計測を、露光エリア外に固定して配置したアライメント光学系で行なうことができる。また該アライメント光学系は露光光のエリアと空間的に干渉しない位置に配置されているため、マーク計測毎にウエハステージを駆動して位置ずれを計測すれば、アライメント光学系を移動させるステージが省略でき、装置の簡易化、コストダウンに寄与できる。
【００６２】
更に画角の１辺に投光光学系を置き、斜めに光を照射して対向する位置に受光光学系を配置していた従来例に比べ、アライメント検出系が簡素化してマスク周りの占有面積を減少できる効果がある。
【００６３】
図９は本発明の実施例３で、本発明をＸ線プロキシミティ露光装置のマスクとウエハの相対位置合わせに応用した時の光学系概略図である。前述の実施例ではマスク上のアライメントマークとウエハ上のアライメントマークの相対ずれを直接測定して位置合わせする方法を示したが、本実施例は装置の基準にマスクを合わせ、その後、該装置基準に対しウエハを合わせるウエハアライメント法の実施例である。この場合、マスクは予め公知の手段で前記装置の基準に対して位置決めされている。
【００６４】
図９においてアライメント検出系６４内の光源６１からの光は照明光学系内で整形された後、ハーフミラー６３、ミラー６５で折り返される。続いてアライメント検出系とマスクの間に設けられたアパチャーブレード７、マスク８上の開口部６８ｘを透過した光はウエハ９上のアライメントマーク６９ｘに照射される。６８ｘは予め装置に対して固定された観察位置で、アライメントマーク６９ｘを観察するためにあけられた開口部である。マスクは既に装置に対して位置合わせされており、該位置合わせされたマスク上にあけられた開口部６８ｘの位置は露光装置のアライメント検出部の観察位置が既知であるため予め決定しておくことができる。開口部６８ｘを通して照射されたアライメントマーク６９ｘはレンズ６７から７０で構成された結像光学系により、１次元ラインセンサー７１上に結像される。
【００６５】
図１１はラインセンサー７１の出力でピーク位置Ｐ１とＰ２の平均位置の変位量を結像光学系の倍率で割ることにより、ウエハ９の位置ずれが検出される。図１０は図９（Ａ）のＡ部をＺ方向から拡大して見た図である。マスク８上のメンブレン周辺にはアライメント光及び露光光を通さない非透過部２２があり、その一部に開口部６８ｘが開いている。図１０の様にウエハ側マーク６９ｘ’はウエハ上に転写されるｙ＝ｙｗの位置にに配置され、マスク開口部６８ｘはウエハ上に転写されないｙ＝ｙｗ＋ｙｂの位置に配置されている。この様なマーク配置を取ると、Ｘ方向のずれに関しては設計上回路パターン２１と２３が重なる位置からウエハステージをＹ方向にｙｂだけシフトさせてウエハのＸ方向のずれｘｍを測定し、Ｙ方向のずれに関しては２１と２３が重なる位置からウエハステージをｘ方向にｘｂだけシフトさせてウエハのｙ方向のずれｙｍを測定すれば、ウエハ９の装置へのアライメントを行なうことができる。
【００６６】
図９（Ｂ）は露光時の位置関係を示すもので、（ｘｍ，ｙｍ）の値を反映してウエハをマスクに位置合わせしたものである。本実施例でもアライメント検出系６４は露光画角内を照明する露光光を遮らない位置に配置されているため、検出系を駆動するステージを不要にできる。
【００６７】
実施例３ではマスクメンブレン領域に開口部を設ける方法を示したが、図１２に示す実施例４ではマスクフレーム８１上にアライメント開口部８０ｘ、８０ｙを設けるとともに、マスクがセットされているマスクチャックにも同じ位置に開口部を設け、該位置を観察するようアライメント検出系を固定している。この場合、露光装置の基準位置はマスクチャックの開口部に相当する位置になる。図１２の配置でウエハ側アライメントマークが該開口部に位置するようにウエハステージに所定のオフセットを与えて計測し、アライメントを行なってもよい。本実施例でもアライメント検出系６４は露光画角内を照明する露光光を遮らない位置に配置されているため、検出系を駆動するステージを不要にできる。
【００６８】
以上の実施例で説明した様にアライメント検出系を露光光を遮らない位置に固定することにより、アライメント検出系のシステム構成は大幅に簡素化される。更に、本発明ではウエハ側アライメントマーク上、あるいはその近傍にマスク側アライメントマークを転写しないので、ウエハ側アライメントマーク更新の回数を減らすことができる。またマスクから離れた位置にアライメント系を配置する、いわゆるオフアクシスアライメント系を用いる場合に比べ、アライメント位置と露光位置との差であるベースライン長を短くすることができるため、ウエハーステージ系のドリフトの影響を小さくでき、アライメント精度の向上につなげることができる。
【００６９】
本発明ではマスクを通してアライメント検出を行なうとともに、検出時ウエハを露光位置とは異なる位置に駆動することが特徴となっており、露光時にはアライメント検出位置からウエハを駆動する必要がある。したがって、Ｄ／Ｄのシーケンスは可能ではあるが、ウエハ駆動精度の影響を受けるためＤ／Ｄ本来のメリットを活かすことができない。本発明は初めからウエハを駆動するステージ精度を利用したグローバルアライメントに適した方法といえる。
【００７０】
また本発明の実施例では説明を簡単にするため一方向のアライメント手順しか説明しなかったものがあるが、実際は２次元的な位置合わせが必要なので図８に示されるようにＸ及びＹ計測が常に行なわれていることは言うまでもない。このＸ及びＹ計測はアライメントマークの配置によって同時に行なえる場合も、各方向別々に行なわれることもある。
【００７１】
本発明は前述までのアライメント方式に限定されるものではなく、例えば本出願人になる特願平９−１５９２３４号公報に示されているような画像処理方法にも同様に適用することが可能である。
【００７２】
本発明のこれまでの実施例ではアライメント検出系とマスクの間に設けられたアパチャーブレードの分光透過率を露光光は透過せず、アライメント光は透過するものについて取り上げた。しかしながら、本発明におけるアパチャーブレードは別の実施形態をとることもできる。
【００７３】
アパチャーブレードの別の実施形態の一例として、アパチャーブレードの一部に穴をあけ、該穴部分を透過してマスクとウエハのアライメントを行なう例をあげることができる。この場合、露光範囲の変化に対応してアパチャーブレードが動く分、穴の大きさが大きくなる。
【００７４】
即ち、アパチャーブレードは露光範囲が変わると、その変更に対応して設定位置を移動させる必要がある。この時、アライメントの検出位置は前述の様にマスクに対し固定された一定位置なので、アパチャーブレードの端とマスクのアライメント位置までの距離がアパチャーブレードを移動する分だけ変化する。該変化分だけアパチャーブレードの穴の大きさを大きくしておけば、露光範囲の変化に対応してアライメント検出を行なうことができる。
【００７５】
迷光等で、露光時にこのアパチャーブレードの穴からウエハを露光してしまう場合には、今まで述べてきたアパチャーブレード（第１のアパチャーブレード）７とは別に駆動される第２のアパチャーブレード７−２を構成してもよい。アパチャーブレード７−２はアライメント時はアパチャーブレード７の穴をアライメント光が透過できる位置に、露光時にはアパチャーブレード７の穴に対する迷光等を遮光できる位置に駆動可能なものである。該アパチャーブレード７−２はＸ、Ｙ方向別々に構成してもよいし、マスク上のＸ、Ｙのアライメントマークを１つのアパチャーブレードで覆うことができるなら、１つだけの構成とすることも可能である。
【００７６】
アパチャーブレード７−２の駆動は、７−２の大きさを第１のアパチャーブレード７の穴の大きさより適宜大きくすることにより、高精度に制御する必要をなくすことができる。高精度制御の必要がなくなると、高速駆動が可能となり、トータルのスループット低下を起こさない装置構成を行なうことができる。
【００７７】
続いて、本発明の実施形態４について説明する。本実施形態はＸ線プロキシミティ露光装置のマスクとウエハの相対位置合わせ装置に応用したものであり、装置の構成は、基本的に実施形態（図１）と同じである。実施形態１では、ウエハ上でのショット間の分離は、マスク上の周辺領域の吸収体で行う例を示したが、吸収体はＸ線を全て吸収できず、１０％以上の透過率でウエハ上に届く場合がある。このとき、ショットの隣接する領域では、吸収体を透過した光で多重露光されて、ショット間の分離が不十分になる。従って、マスクの吸収体に頼らず、露光装置のアパーチャーブレードでＸ線を遮光して、ショット間の分離を行う必要がある。
【００７８】
本実施形態は、１ショット内に複数の回路パターンを設けたマスクを用い、その回路パターンの間のスクライブラインのみにアライメントマークを配置し、各ショット間のスクライブラインにはアライメントマークを配置していないようにすることで、アパーチャーブレードでショット間の分離を行う場合に、スクライブラインを細くしようとするものである。
【００７９】
本実施形態で使用するマスクは、図１３の（Ａ），（Ｂ）で示すように、有効露光画角内に複数のＩＣ回路パターン（９１，９２，９３，９４と９５，９６，９７，９８）が配置されている。このマスクを用いて、１回の露光により複数のＩＣ回路パターンを転写して、スループットを向上させている。
【００８０】
図１３の（Ａ）に示すように、有効露光画角内の複数のＩＣ回路パターン（９１，９２，９３，９４）の間のスクライブラインにアライメントマーク１９ｘ，１９ｙが配置されている。
【００８１】
図１３（Ａ）に示すマスクを用いて実施形態１で述べたようにマスクアライメントマーク２０を用いて本マスクをアライメントして、図１４のようにウエハ上に転写する。次の半導体リソグラフィ工程で、同様に図１３（Ｂ）に示すマスク８をマスクアライメントマーク２０を用いてアライメントを行う。マスク８には図１３（Ｂ）のように、有効露光画角の外側にマスク側のアライメントマーク１８ｘ，１９ｘが配置されている。
【００８２】
次に、図１４で示されるショットレイアウトのウエハを本露光装置上に搭載して、今まで説明してきたように、ウエハ９をアライメントする場合は、このウエハ９をマスク８に対向させた状態でアライメント検出系６により位置ずれを計測する。この時、マスク側アライメントマーク１８ｘとウエハ側アライメントマーク１９ｘが設計上重なる位置、即ち図１３（Ｂ）に示すマスク上のシフト量（−Ｘｂ、Ｙｂ）分オフセットを与えて、ウエハステージを送るようにしている。
【００８３】
次に、露光の様子を図１５を用いて説明する。前述のように、位置ずれを計測した後、位置ずれ量計測値（ｘｍ、ｙｍ）を補正する方向にウエハステージを駆動した後露光を行う。この時は、アライメント時に与えたオフセット（−Ｘｂ、Ｙｂ）は与えない。
【００８４】
図１５は、図１４の９０の領域のスクライブライン（ショットとショットの間のスクライブライン）が露光されるときの摸式図である。第ｎショット目を露光する場合、右側のアパーチャーブレード７Ｒにより露光光は、遮られ、隣のｎ＋１ショット目を露光しないようにしている。
【００８５】
次にｎ＋１ショット目の露光時には、左側のアパーチャーブレード７Ｌで露光光は、遮られ、隣のｎショット目を露光しないようにしている。同様に上下の隣接するショットは上側のアパーチャーブレードと下側のアパーチャーブレードで二重に露光される領域が無いようにしている。アパーチャーブレード７は、図１５（Ｃ）で示すように、スクライブライン上でのアパーチャーブレードの半影ボケが重ならないように位置決めされる。
【００８６】
ショットの隣接するスクライブラインにアライメントマークを露光する必要がないので、アパーチャーブレードの半影ボケ量（×２）にアパーチャーブレードのセッティング誤差を合計したものが最小のスクライブライン幅になる。
【００８７】
このように、本実施形態の露光方法、露光装置を用いれば、露光装置のアパーチャーブレードでＸ線を遮光して、ショット間の分離する場合に、ウエハ上のスクライブライン幅を狭くでき、ウエハの有効に利用することができる。
【００８８】
本実施形態は、実施形態１のアライメント方式に限らず、第２，第３で示したアライメント方式でも同様の効果がある。
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明ではマスク側アライメントマークを露光対象となる画面の外側にオフセットをもたせて配置し、該配置に応じたアライメント検出系の配置と装置本体のシーケンス制御、及びアパチャーブレードの設定を行なうことにより、マスク側のアライメントマークが転写されないため、不必要にウエハ側アライメントマークを更新する必要がなくなり、更新の回数を減らすことが可能となった。アパチャーブレードの設定はアライメントマークの配置と装置の定数によって決定される。このため半導体プロセスの都合に従い、所望の時点でウエハ側アライメントマークの更新を行なうことができる。
【００９０】
またマスク側アライメントマークを露光対象となる画面の外側にオフセットを持たせた配置はプロキシミティ露光装置において露光光を遮断しない位置にアライメント検出系を配置することを可能とした。このため、マスク上の決められた決められた位置、即ち露光装置上の固定位置にアライメントマークを配置し、該固定位置をアライメント検出系で常に観察するようにすれば、露光時にアライメント検出系を動かす必要をなくすことができる。したがって、露光装置側にアライメント検出系の駆動機構が必要なくなり、装置の簡略化を図ることができる。なお、この時にウエハは該固定位置での観察を可能とするようステージ駆動量が決定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態１の半導体露光装置の位置合わせ装置を示す図
【図２】  位置ずれ検出の原理説明図
【図３】  実施形態１のマスク上のパターン配置図
【図４】  実施形態１のアライメント時と露光時の装置の状態を示す図
【図５】  本発明の実施形態２の半導体露光装置の位置合わせ装置を示す図
【図６】  実施形態２のマスク上のパターン配置図
【図７】  実施形態２のアライメント時と露光時の装置の状態を示す図
【図８】  実施形態２のＸ、Ｙ計測時と露光時の装置の状態を示す図
【図９】  本発明の実施形態３の半導体露光装置の位置合わせ装置を示す図
【図１０】  実施形態３のマスク上のパターン配置詳細図
【図１１】  実施形態３での信号出力を示す図
【図１２】  本発明の実施形態３のマスク及びマスクフレーム構造
【図１３】  本実施形態４のマスク上パターン配置図
【図１４】  本実施形態４のウエハ上パターン配置図
【図１５】  実施形態４の露光方法を示す図
【図１６】  従来のアライメント検出方法を示す図
【図１７】  従来の課題を示す図
【符号の説明】
１  ＬＤ
２  コリメータレンズ
３  投光レンズ
４  ステージ
５  ミラー
６  アライメント検出系用ピックアップ
７  アパチャーブレード
８  マスク
９  ウエハ
１４  受光レンズ
１５  ラインセンサー
１６ａ、１６ｂ    透過型グレーティングレンズ
１７ａ、１７ｂ    反射型グレーティングレンズ
１８ｘ、１８ｙ    マスク側アライメントマーク
１９ｘ、１９ｙ    ウエハ側アライメントマーク
２０  マスクアライメントマーク
２１、２３  回路パターン
２２  非透過部
２８  演算器
２９、３０  アクチュエータ
３１  マスク保持器
３２  ウエハステージ
４１  ２周波ゼーマンレーザー
４２  偏光ビームスプリッタ
４３、４５、４６、４７  ミラー
４８  偏光板
４９  エッジミラー
５０、５１  光検出器
５８ｘ、５８ｙ、５９ｘ、５９ｙ    アライメントマーク
６１  アライメント検出系光源
６２  照明光学系
６３  ハーフミラー
６４  アライメント検出系
６５  ミラー
６７、７０  レンズ
６８ｘ、６８ｙ    マスク上開口部
６９ｘ、６９ｙ    ウエハ側アライメントマーク
７１  １次元ラインセンサ
８０ｘ、８０ｙ    アライメント用開口部
８１  マスクフレーム
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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