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JP2004111955A - Alignment adjustment device - Google Patents

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JP2004111955A
JP2004111955A JP2003306003A JP2003306003A JP2004111955A JP 2004111955 A JP2004111955 A JP 2004111955A JP 2003306003 A JP2003306003 A JP 2003306003A JP 2003306003 A JP2003306003 A JP 2003306003A JP 2004111955 A JP2004111955 A JP 2004111955A
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JP
Japan
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mask
alignment
mark
wafer
marks
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Pending
Application number
JP2003306003A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tei Goto
後藤 禎
Michio Tsunoda
角田 道雄
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NSK Ltd
Original Assignee
NSK Ltd
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Publication date
Application filed by NSK Ltd filed Critical NSK Ltd
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

【課題】 観測光学系の配置を容易としたアライメント調整装置を提供する。
【解決手段】 ウエハマーク(W1〜W3)を単位処理領域の周りに複数形成した被処理基板(50)と、被処理基板を載置するステージ(201)と、被処理基板の単位処理領域(41)に対応する位置にマスクパターンを有し、この周りに複数のウエハマークに対応して複数のマスクマーク(M1〜M3)を形成したマスク(50)と、各ウエハマークにそれぞれ対応して配置されたウエハマークとマスクマークとを照明する複数の光源(L1〜L3)と、各ウエハマークの延在方向にそれぞれ位置し、光源によって照明されたウエハマークとマスクマークとを観測する複数のカメラと、観測結果に基づいて被処理基板とマスクとの相対的な位置を調整する制御部(205)と、を備え、複数のマスクマークのいずれか2つを結ぶ仮想線上に2つのカメラが位置しないように各カメラを配置する。
【選択図】  図12
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an alignment adjusting device which facilitates arrangement of an observation optical system.
A processing target substrate (50) having a plurality of wafer marks (W1 to W3) formed around a unit processing region, a stage (201) for mounting the processing target substrate, and a unit processing region ( A mask (50) having a mask pattern at a position corresponding to 41), a plurality of mask marks (M1 to M3) formed around the mask pattern corresponding to the plurality of wafer marks, and a mask corresponding to each wafer mark. A plurality of light sources (L1 to L3) for illuminating the arranged wafer mark and the mask mark, and a plurality of light sources (L1 to L3) for observing the wafer mark and the mask mark which are respectively positioned in the extending direction of each wafer mark and illuminated by the light source A camera, and a control unit (205) for adjusting a relative position between the substrate to be processed and the mask based on the observation result, wherein the two cameras are on an imaginary line connecting any two of the plurality of mask marks. Position each camera so that it is not located.
[Selection diagram] FIG.

Description

 本発明は、半導体装置の製造工程におけるパターン露光やイオン注入などを行う際に、被処理基板とマスクとの位置合せを行うアライメント調整装置に関する。 The present invention relates to an alignment adjustment apparatus for performing alignment between a substrate to be processed and a mask when performing pattern exposure, ion implantation, or the like in a semiconductor device manufacturing process.

 マスクを用いて基板にパターンを露光したり、部分的にイオン注入を行ったりする場合には、基板とマスクとの位置合せが不可欠である。このようなマスクと基板との位置合せを行う一方法として、カメラと画像処理系とを組み合わせたものがある。これは、基板に位置合せ用に形成されたアライメントマークとマスクに位置合せ用に形成されたマスクマーク(例えば、窓)とをカメラでそれぞれ観測し、読み取った画像を画像処理して位置ずれを検出し、この検出結果に基づいて基板とマスクの各マークが一致するように基板とマスクとを相対的に移動して位置合せ(アライメント調整)を行うものである。 (4) When exposing a pattern to a substrate using a mask or performing partial ion implantation, alignment between the substrate and the mask is indispensable. One method of performing such alignment between the mask and the substrate is a combination of a camera and an image processing system. In this method, an alignment mark formed on a substrate for alignment and a mask mark (for example, a window) formed on a mask for alignment are observed with a camera, and the read image is processed to correct the positional deviation. Based on the detection result, the substrate and the mask are relatively moved so that the marks of the substrate and the mask coincide with each other to perform alignment (alignment adjustment).

 この検出に際し、基板のアライメントマークをマスクに対して垂直な方向から観測する場合と、斜め方向から観測する場合とがあるが、前者は観測のためのカメラの光学系が露光領域(あるいは被処理領域)に入り込むので、露光やイオン注入の際には光学系を待避させることが必要となる。後者はマスク面に対して光軸が斜めになるようにカメラの光学系を配置することがでるので、該光学系が露光光を遮らないように配置することが可能となる。このため、露光中に光学系(カメラ)を待避させる必要がなく、露光中もアライメントマークを観測することができる。 In this detection, there are cases where the alignment mark of the substrate is observed from a direction perpendicular to the mask and cases where the alignment mark is observed from an oblique direction. Region), it is necessary to retract the optical system during exposure or ion implantation. In the latter case, the optical system of the camera can be arranged so that the optical axis is oblique to the mask surface, so that the optical system can be arranged so as not to block the exposure light. Therefore, it is not necessary to evacuate the optical system (camera) during the exposure, and the alignment mark can be observed even during the exposure.

 しかしながら、後述する図5に示すように、マスクの各マークを観測するためには各マークで反射した明るい反射光がカメラの光軸方向に生ずるように照明光源を配置することが必要となる。この場合の照明光源の光軸の反射面への入射角度αは、この反射面へのカメラの光軸の入射角度αと同じになる。すなわち、照明光源の光線の光軸とカメラの光軸とは反射面の法線に対して左右対称の関係となる。アライメント調整を正確に行うため、複数箇所、例えば、3カ所以上のアライメントマークとマスクマークを設ける。これらの各々にカメラと照明光源とを対にして配置することが必要となるが、後述の図8に示すように、狭い空間に照明光源及びカメラの観測光学系を、露光光を遮ることなく複数配置することは困難である。 However, as shown in FIG. 5 described later, in order to observe each mark of the mask, it is necessary to arrange the illumination light source so that bright reflected light reflected by each mark is generated in the optical axis direction of the camera. In this case, the angle of incidence α of the optical axis of the illumination light source on the reflecting surface is the same as the angle of incidence α of the optical axis of the camera on this reflecting surface. That is, the optical axis of the light beam of the illumination light source and the optical axis of the camera are symmetrical with respect to the normal to the reflecting surface. In order to accurately perform alignment adjustment, a plurality of, for example, three or more alignment marks and mask marks are provided. Although it is necessary to arrange a camera and an illumination light source in each of these pairs, as shown in FIG. 8 described later, the illumination light source and the observation optical system of the camera are arranged in a narrow space without blocking the exposure light. It is difficult to arrange a plurality.

 また、精度の良い位置調整を行うためには、解像度の高い開口数の大きいレンズを使用することが望ましいが、図7に示すように、大口径のカメラの対物レンズは露光領域と干渉するので、露光の際には、対物レンズを待避することが必要となる。これでは垂直方向からの観察の場合と同様に、スループットが低下して不具合である。 In order to perform accurate position adjustment, it is desirable to use a lens with a high resolution and a large numerical aperture. However, as shown in FIG. 7, the objective lens of a large-diameter camera interferes with the exposure area. At the time of exposure, it is necessary to retract the objective lens. In this case, as in the case of observation from the vertical direction, the throughput is disadvantageously reduced.

 よって、本発明は基板のアライメントマーク(基板マーク)とマスクのアライメントマーク(マスクマーク)とを観測する観測光学系の配置を容易としたアライメント調整装置を提供することを目的とする。 Accordingly, it is an object of the present invention to provide an alignment adjustment device that facilitates arrangement of an observation optical system for observing an alignment mark (substrate mark) of a substrate and an alignment mark (mask mark) of a mask.

 上記目的を達成するため本発明のアライメント調整装置は、位置調整のためのアライメントマーク(基板マーク)を単位処理領域の周りに複数形成した被処理基板と、上記被処理基板を載置するステージと、上記被処理基板の単位処理領域に所定のパターンを転写するためのマスクパターンを有し、この周りに上記複数のアライメントマークに対応して複数のマスクマークを形成したマスクと、上記マスクを上記被処理基板上に保持するマスクホルダと、上記各アライメントマークにそれぞれ対応して設けられる上記アライメントマークと上記マスクマークとを照明する複数の照明光源と、各アライメントマークにそれぞれ対応し、上記照明光源によって照明された上記アライメントマークと上記マスクマークとを観測する複数のカメラと、上記観測結果に基づいて上記被処理基板と上記マスクとの相対的な位置を調整する制御部と、を備え、上記複数のマスクマークのいずれか2つを結ぶ仮想線及びこの延長線上に2つのカメラが位置しないように各カメラが配置される。 In order to achieve the above object, an alignment adjustment apparatus according to the present invention includes a substrate to be processed in which a plurality of alignment marks (substrate marks) for position adjustment are formed around a unit processing region, and a stage for mounting the substrate to be processed. A mask having a mask pattern for transferring a predetermined pattern to a unit processing area of the substrate to be processed, and a plurality of mask marks formed around the mask pattern corresponding to the plurality of alignment marks; and A mask holder that is held on the substrate to be processed, a plurality of illumination light sources that illuminate the alignment mark and the mask mark that are provided corresponding to the alignment marks, and an illumination light source that corresponds to each alignment mark. A plurality of cameras for observing the alignment mark and the mask mark illuminated by A control unit that adjusts a relative position between the substrate to be processed and the mask based on the observation result, and a virtual line connecting any two of the plurality of mask marks and two on the extension of the virtual line. Each camera is arranged so that the camera is not located.

 かかる構成とすることによって、一組のカメラ及び照明光源(観測光学系)の配置領域と他の組のカメラ及び照明光源の配置領域とが重複し、あるいは接近しすぎる状態となるとを回避可能となる。 With this configuration, it is possible to prevent the arrangement area of one set of camera and illumination light source (observation optical system) from overlapping or being too close to the arrangement area of another set of camera and illumination light source. Become.

 好ましくは、上記複数のアライメントマーク各々の延在方向が互いに異なる方向となるように形成される。このアライメントマークの延在方向にカメラの視点(光軸)方向を定めることによって、各カメラの向きを異なる方向に設定することが可能となり、異なる領域に観測光学系(照明光源、カメラ)を配置し易くなる。 Preferably, the plurality of alignment marks are formed such that the extending directions of the plurality of alignment marks are different from each other. By determining the viewpoint (optical axis) of the camera in the direction in which the alignment mark extends, it is possible to set the direction of each camera in a different direction, and arrange the observation optical system (illumination light source, camera) in different regions. Easier to do.

 好ましくは、上記複数のアライメントマークのいずれか2つを結ぶ仮想線上に両アライメントマークの線分が該仮想線と同方向に延在しないように、各アライメントマークの延在方向が設定される。それにより、2つのカメラが互いに相対する配置となることを回避する。 Preferably, the extending direction of each alignment mark is set such that the line segment of both alignment marks does not extend in the same direction as the virtual line on a virtual line connecting any two of the plurality of alignment marks. This prevents the two cameras from being arranged opposite to each other.

 好ましくは、上記ステージは互いに直交するX軸及びY軸方向にステップ移動可能になされる。それにより、いわゆるステッパとして装置を機能させる。 Preferably, the stage is capable of stepping in the X-axis and Y-axis directions orthogonal to each other. This causes the device to function as a so-called stepper.

 好ましくは、上記アライメントマークは少なくとも3つ形成され、各アライメントマークの線分の方向は、各線分と前記X軸又は前記Y軸とのなす角度で、それぞれ0度、45度及び90度である。 Preferably, at least three alignment marks are formed, and a direction of a line segment of each alignment mark is 0 degree, 45 degrees, and 90 degrees, respectively, at an angle formed between each line segment and the X axis or the Y axis. .

 好ましくは、上記被処理基板はウエハであり、上記アライメントマークはウエハに形成されたウエハマークである。 Preferably, the substrate to be processed is a wafer, and the alignment mark is a wafer mark formed on the wafer.

 好ましくは、上記マスクは結晶性基板に上記マスクパターン及び複数のマスクマークをエッチングによって形成したものであり、該マスクマークのうち観測の基準として用いられるエッジの方向は上記結晶性基板の特定の結晶方向と合うように複数の面方位のうち特定の面方位を使用して形成される。それにより、結晶性基板の結晶面方位によってエッチングレートが異なる(結晶異方性)ことによるエッチングパターンの変形(エッチング不良)が生じにくい結晶面でマスクマークのうち観測の基準となる重要な部分を形成し、マスク不良率を低減させる。 Preferably, the mask is formed by etching the mask pattern and a plurality of mask marks on a crystalline substrate, and the direction of an edge of the mask mark used as a reference for observation is a specific crystal of the crystalline substrate. It is formed using a specific plane orientation among a plurality of plane orientations so as to match the direction. As a result, an important portion serving as a reference for observation among mask marks is formed on a crystal surface where an etching rate is different depending on a crystal plane orientation of a crystalline substrate (crystal anisotropy) and deformation of an etching pattern (etching failure) is unlikely to occur. To reduce the mask defect rate.

 好ましくは、上記結晶性基板に、シリコンなど基板を使用した場合、上記特定の面方位は、ミラーの面指数で表した場合に(100),(010)及び(001)等で表される結晶面を含む結晶面の集合{100}のいずれかの結晶面を使用する。シリコンの場合には、ウェットエッチングを行った場合、面方位{110}の結晶面のエッチングレートが他の面方位よりも低いので、この面のマスクマークの重要な部分への使用をなるべく避けるようにする。結晶方位で表すと<110>を避け、<100>とするのが好ましい。 Preferably, when a substrate such as silicon is used as the crystalline substrate, the specific plane orientation is a crystal represented by (100), (010), (001), or the like when represented by a plane index of a mirror. Any of the crystal planes of the set of crystal planes including the plane {100} is used. In the case of silicon, when wet etching is performed, the etching rate of a crystal plane having a plane orientation of {110} is lower than that of the other plane orientations. To In terms of crystal orientation, it is preferable to avoid <110> and set <100>.

 また、本発明の露光装置は上述したアライメント調整装置を使用する。 露 光 The exposure apparatus of the present invention uses the above-described alignment adjustment apparatus.

 また、本発明のイオン注入装置は上述したアライメント調整装置を使用する。 イ オ ン The ion implantation apparatus of the present invention uses the above-described alignment adjustment apparatus.

 また、本発明のスパッタ装置は、上述したアライメント調整装置を使用する。 ス パ ッ タ Further, the sputtering apparatus of the present invention uses the above-described alignment adjusting apparatus.

 以上説明したように、本発明のアライメント調整装置によれば、被処理基板とマスクとの位置合せのために、被処理基板のアライメントマークとマスクマークとを観測する複数の観測光学系を狭い場所に互いに干渉せずに配置することが可能となって好ましい。 As described above, according to the alignment adjustment apparatus of the present invention, a plurality of observation optical systems for observing the alignment mark and the mask mark of the substrate to be processed are placed in a narrow place for positioning the substrate and the mask. It is preferable because they can be arranged without interfering with each other.

 以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

 図1は、本発明のアライメント調整装置が使用される半導体製造装置1の例を示している。 FIG. 1 shows an example of a semiconductor manufacturing apparatus 1 in which the alignment adjusting device of the present invention is used.

 半導体製造装置1は、概略、処理対象となる複数のウエハ(被処理基板)を格納するワーク室11、プロセスに使用する複数のマスクを格納するマスク室12、ウエハ及びマスクの向きをそれぞれの外周縁に設けられた切り欠きを基準として揃えるプリアライメント室13、ウエハ露光やイオン注入を行うプロセス室14、ロボットアームを配置して各室間のウエハの搬送を行うローダ室15、ローダ室15と各室相互間の遮蔽を行って製造装置1内の真空度を保つゲートバルブ16等によって構成される。プロセス室14内には、ウエハに塗布された感光膜への露光、ウエハへのイオン注入、ドライエッチング等を行うプロセス処理装置20が配置されている。 The semiconductor manufacturing apparatus 1 generally includes a work chamber 11 for storing a plurality of wafers (substrates to be processed) to be processed, a mask chamber 12 for storing a plurality of masks used in a process, and the directions of the wafer and the mask. A pre-alignment chamber 13 for aligning with reference to a notch provided on a peripheral edge, a process chamber 14 for performing wafer exposure and ion implantation, a loader chamber 15 for arranging a robot arm and transferring a wafer between the chambers, and a loader chamber 15. The manufacturing apparatus 1 includes a gate valve 16 and the like for shielding the chambers from each other to maintain the degree of vacuum in the manufacturing apparatus 1. In the process chamber 14, a processing apparatus 20 for exposing a photosensitive film applied to a wafer, implanting ions into the wafer, performing dry etching, and the like is arranged.

 図2は、プロセス装置20の例として露光装置を示している。露光装置20は、ウエハ40を載置するウエハステージ201、マスク50を静電力で保持する静電チャック202、ウエハ40のウエハマークやマスクマークを観測する複数の測定ユニット203、露光光線を発生する露光光発生部204、アライメント調整や露光の制御を行う制御部205を含んで構成される。 FIG. 2 shows an exposure apparatus as an example of the process apparatus 20. The exposure apparatus 20 includes a wafer stage 201 on which the wafer 40 is placed, an electrostatic chuck 202 for holding the mask 50 by electrostatic force, a plurality of measurement units 203 for observing wafer marks and mask marks on the wafer 40, and generates an exposure light beam. The exposure light generation unit 204 includes a control unit 205 that performs alignment adjustment and exposure control.

 ウエハステージ201は、図示のX軸及びY軸方向におけるステップ送りと、X軸、Y軸及びZ軸方向への微調整と各軸周りの微調整、Z軸方向での粗調整が可能なウエハの載置台であり、制御部205によって駆動されて、ウエハ40とマスク50との相対的な位置を決定する。 The wafer stage 201 is capable of performing a step feed in the illustrated X-axis and Y-axis directions, fine adjustment in the X-axis, Y-axis and Z-axis directions, fine adjustment around each axis, and coarse adjustment in the Z-axis direction. The mounting table is driven by the control unit 205 to determine a relative position between the wafer 40 and the mask 50.

 図3は、ウエハ40に形成されたアライメントマークの例を示している。例えば、シリコン基板であるウエハの表面には、例えば、30mm×30mm程度のパターン領域41がマトリクス状に多数配置されている。各パターン領域41間には後のチップ切り出しのための、例えば、数十ミクロン幅の隔離領域42が格子状に形成されている。この隔離領域42内の適当な場所に1つの領域につき3つのウエハマークW1〜W3がシリコン酸化膜によって予め線状に形成されている。図示の例では、ウエハマークW1及びW2はY軸方向に、ウエハマークW3はX軸方向に生成されている。図では、ハッチングを施した中央のパターン領域に対応するウエハマークのみを示しているが、全てのパターンの周囲に同様にウエハマークW1、W2、W3が配されている。シリコン酸化膜は酸化の際に体積を増してウエハ面から少し隆起しており、ウエハマークW1〜W3は観測可能である。 FIG. 3 shows an example of an alignment mark formed on the wafer 40. For example, a large number of pattern areas 41 of, for example, about 30 mm × 30 mm are arranged in a matrix on the surface of a silicon substrate wafer. Between each pattern area 41, for example, an isolation area 42 having a width of several tens of microns is formed in a lattice shape for cutting out chips later. Three wafer marks W1 to W3 per area are formed in advance at appropriate positions in the isolation area 42 by a silicon oxide film. In the illustrated example, the wafer marks W1 and W2 are generated in the Y-axis direction, and the wafer mark W3 is generated in the X-axis direction. In the figure, only the wafer marks corresponding to the hatched central pattern area are shown, but wafer marks W1, W2, and W3 are similarly arranged around all the patterns. The silicon oxide film increases in volume during oxidation and slightly protrudes from the wafer surface, and the wafer marks W1 to W3 are observable.

 なお、ウエハマークW1、W2、W3は線状のシリコン酸化膜を周囲の部分と面一あるいは僅かに隆起した状態とすることで得ることが出来るが、この代わりにウエハ上にシリコン酸化膜の線状のパターンを突出させるパターンとしても良い。あるいは逆にウエハマークW1、W2、W3をシリコンとしてその周囲をシリコン酸化膜で囲むようにしても良い。 Incidentally, the wafer marks W1, W2, W3 can be obtained by making the linear silicon oxide film flush with the surrounding portion or in a slightly raised state. It is good also as a pattern which makes a shape pattern project. Alternatively, the wafer marks W1, W2, and W3 may be made of silicon and the periphery thereof may be surrounded by a silicon oxide film.

 図4は、マスク50を説明する説明図であり、同図(a)は平面図、同図(b)は図(a)のA−A方向における断面図である。 FIG. 4 is an explanatory view for explaining the mask 50. FIG. 4A is a plan view, and FIG. 4B is a cross-sectional view in the AA direction of FIG.

 マスク50はステンシルマスクであり、外形が円形状で相対的に厚手の周縁部51、この内側の領域の相対的に薄手のメンブレン部52、中央部のマスクパターン部53、マスクパターン部53の周囲のウエハのウエハマークW1乃至W3に対応する位置にそれぞれ形成されたマスクマーク(貫通孔)M1乃至M3、周縁部51に形成されたプリアライメント用の切欠き及びプロセス室での粗調整用のグローバルアライメントマーク57を有している。 The mask 50 is a stencil mask having a circular outer shape, a relatively thick peripheral portion 51, a relatively thin membrane portion 52 in an inner area thereof, a central mask pattern portion 53, and a periphery of the mask pattern portion 53. Mask marks (through holes) M1 to M3 respectively formed at positions corresponding to the wafer marks W1 to W3 of the wafer, notches for pre-alignment formed in the peripheral portion 51, and global for coarse adjustment in the process chamber. It has an alignment mark 57.

 マスク50は、例えば、シリコンであり、直径4インチ、周縁部51の厚さ0.5mm、この中央領域のメンブレン部52の厚さ10μmである。 The mask 50 is, for example, silicon and has a diameter of 4 inches, a thickness of the peripheral portion 51 of 0.5 mm, and a thickness of the membrane portion 52 in the central region of 10 μm.

 図5は、測定ユニット203の構成例を示している。測定ユニット203は、例えば、ハロゲンランプやLEDによる照明光源L及びカメラCによって構成される。照明光源Lの光軸とカメラCの光軸とをウエハマークW1の面の法線に対して左右対称となるように配置し、照明光源Lから出射した照明光がウエハマークW1で反射してカメラCの入射光となるようにしている。 FIG. 5 shows a configuration example of the measurement unit 203. The measurement unit 203 includes, for example, an illumination light source L such as a halogen lamp or an LED, and a camera C. The optical axis of the illumination light source L and the optical axis of the camera C are arranged symmetrically with respect to the normal to the surface of the wafer mark W1, and the illumination light emitted from the illumination light source L is reflected by the wafer mark W1. The light is incident on the camera C.

 カメラCは、例えば、結像光学系とCCDとによって構成されている。図示しないが、制御部205はグローバルアライメント用マーク57を観測することによって図示しない位置決め機構により、マスクの位置を粗調整し、更にウエハ40上の所定の基準を用いてステージの位置を粗調整する。これにより、ステップ送りによりウエハ40のパターンを転写する位置にマスクパターン部53が対向するように位置決めされた際に、ウエハ40のウエハマークW1がマスクマークM1内に位置するように調整する。更に、ウエハ40上の1つのパターン領域41にマスク50のパターン部53が対向された状態で制御部205はカメラCによってマスクの窓(マスクマーク)M1とウエハマークとを同時に観測し、マスクマークの中央にウエハ40のウエハマークW1が存在するようにステージ201を微調整する。 The camera C is composed of, for example, an imaging optical system and a CCD. Although not shown, the control unit 205 coarsely adjusts the position of the mask by a positioning mechanism (not shown) by observing the global alignment mark 57, and further coarsely adjusts the position of the stage using a predetermined reference on the wafer 40. . Thereby, when the mask pattern portion 53 is positioned so as to face the position where the pattern of the wafer 40 is transferred by the step feed, the adjustment is performed so that the wafer mark W1 of the wafer 40 is positioned within the mask mark M1. Further, with the pattern section 53 of the mask 50 facing one pattern area 41 on the wafer 40, the control section 205 simultaneously observes the mask window (mask mark) M1 and the wafer mark by the camera C, and The stage 201 is finely adjusted so that the wafer mark W1 of the wafer 40 exists at the center of the stage 201.

 図6は、位置合せの微調整の例を説明する説明図である。制御部205は、照明光源Lによってウエハ40上に生じたマスクマークM1のエッジの影SのカメラCに正対する方向から見た場合の幅ΔZをカメラCによって観測し、ウエハ40とマスク50間の間隔gを計算する。間隔gは、g=ΔZ/2sinαによって求められる。また、ウエハマークW1とマスクマークM1の中央との偏差ΔXを観測する。他のウエハマークW2とマスクマークM2、ウエハマークW3とマスクマークM3についても同様に測定を行う。各測定結果に基づいてステージ201を微調整し、ウエハ40とマスク50間の距離を均等な所定値にし、ウエハ40とマスク50のパターン位置を正確に合わせる。この後、露光装置204を作動させて(感光材料を塗布した)ウエハ40に露光潜像を形成する。このような位置合わせ、露光をウエハ40上の全てのパターン領域41について行った後にウエハ40は露光装置から搬出され、現像、エッチングなどを行ってウエハ40に所望のパターンを形成する。イオン注入の場合にも、同様のプロセスによってウエハ40とマスク50間のアライメント調整を行うことができる。 FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating an example of fine adjustment of the alignment. The control unit 205 observes the width ΔZ of the shadow S of the edge of the mask mark M1 generated on the wafer 40 by the illumination light source L when the camera C is viewed from the direction directly opposite to the camera C. Is calculated. The interval g is determined by g = ΔZ / 2 sin α. Further, the deviation ΔX between the wafer mark W1 and the center of the mask mark M1 is observed. The same measurement is performed for the other wafer mark W2 and mask mark M2, and for the other wafer mark W3 and mask mark M3. The stage 201 is finely adjusted based on each measurement result, the distance between the wafer 40 and the mask 50 is set to an equal predetermined value, and the pattern positions of the wafer 40 and the mask 50 are accurately adjusted. Thereafter, the exposure device 204 is operated to form an exposure latent image on the wafer 40 (to which the photosensitive material has been applied). After such alignment and exposure are performed for all the pattern regions 41 on the wafer 40, the wafer 40 is carried out of the exposure apparatus, and is subjected to development, etching, and the like to form a desired pattern on the wafer 40. Also in the case of ion implantation, alignment adjustment between the wafer 40 and the mask 50 can be performed by a similar process.

 ところで、ウエハマークなどの微細なパターンを観測し、画素をボケなく読取るにはカメラの解像力が高いことが望ましい。カメラの解像度を向上させるためには、撮像光学系の対物レンズの開口数NAを大きくすると良い。 By the way, in order to observe a fine pattern such as a wafer mark and read a pixel without blur, it is desirable that the resolution of the camera is high. In order to improve the resolution of the camera, it is preferable to increase the numerical aperture NA of the objective lens of the imaging optical system.

 図7は、開口数NAの大きい対物レンズを撮像光学に使用する場合を示している。同図に示すように、開口数NAの大きい対物レンズはレンズ径が大きくなって露光エリアに接近する。 FIG. 7 shows a case where an objective lens having a large numerical aperture NA is used for imaging optics. As shown in the figure, an objective lens having a large numerical aperture NA has a large lens diameter and approaches an exposure area.

 図8は、マスクマークM1〜M3が形成されたマスク50上に配置されているカメラC1〜C3とこれに対応して設けられている照明光源L1〜L3の状態を示している。カメラの光軸(対物レンズの光軸)と照明光源の照射光の光軸は、X−Z平面、Y−Z平面においては、図5に示すように、ウエハマークW1上の反射面の法線を対称軸とする「V」字状の2点鎖線で示されるが、図8に示すX−Y平面に投影されたカメラ及び照射光源の光軸は直線の2点鎖線で示される。各マスクマークについてカメラCnと露光光源Lnの対が2点鎖線上に配置されるのでマスク50上の空間が混み合っている。特に、2点鎖線の位置がX座標上で同じとなるマスクマークM1及びM2についてのカメラC1、C2と光源L1、L2の配置は困難となる。更に、図7に示したような大口径の対物レンズのカメラを配置することはより観測光学系の配置を困難にする。更に、パターンの高密度化に伴い、チップの小型化も進み、このことも観測光学系の配置をより困難にしている。 FIG. 8 shows the state of the cameras C1 to C3 arranged on the mask 50 on which the mask marks M1 to M3 are formed and the illumination light sources L1 to L3 provided corresponding to the cameras C1 to C3. As shown in FIG. 5, the optical axis of the camera (the optical axis of the objective lens) and the optical axis of the light emitted from the illumination light source in the XZ plane and the YZ plane are, as shown in FIG. Although indicated by a two-dot chain line of a “V” shape having the line as the axis of symmetry, the optical axes of the camera and the irradiation light source projected on the XY plane shown in FIG. 8 are indicated by a straight two-dot chain line. Since the pair of the camera Cn and the exposure light source Ln is arranged on the two-dot chain line for each mask mark, the space on the mask 50 is crowded. In particular, it is difficult to dispose the cameras C1 and C2 and the light sources L1 and L2 for the mask marks M1 and M2 in which the positions of the two-dot chain lines are the same on the X coordinate. Further, arranging a camera having a large-aperture objective lens as shown in FIG. 7 makes it more difficult to arrange an observation optical system. Further, with the increase in the density of the pattern, the size of the chip has been reduced, which also makes the arrangement of the observation optical system more difficult.

 図9乃至図12は、本発明の実施例を示している。この実施例では、上述した照明光源及びカメラからなる観測光学系の複数の組を各組相互の近接を可及的に回避するために、2つのウエハマークを結ぶ線上に2つの観測光学系が存在しないように各観測光学系を配置するようにしている。このため、まず、ウエハマーク(アライメントマーク)及びマスクマークの配置を工夫している。 FIGS. 9 to 12 show an embodiment of the present invention. In this embodiment, in order to avoid as close as possible a plurality of sets of the observation optical system including the illumination light source and the camera described above, two observation optical systems are provided on a line connecting the two wafer marks. Each observation optical system is arranged so as not to exist. Therefore, first, the arrangement of the wafer mark (alignment mark) and the mask mark is devised.

 図9は、実施例のウエハ上に形成されるウエハマークの例を示しており、同図において図3と対応する部分には同一符号を付している。 FIG. 9 shows an example of a wafer mark formed on the wafer of the embodiment, and the same reference numerals in FIG. 9 denote parts corresponding to those in FIG.

 この例においても、図3と同様に、ウエハ40に形成された位置合せ用のマークであるウエハマークW1〜W3はパターン領域41の周囲の隔離領域42に形成されているが、直線状のウエハマークW1の延在方向は図示のY軸方向であり、ウエハマークW2の延在方向はX軸方向であり、ウエハマークW3の延在方向はX軸から反時計回りに45度の方向(あるいはY軸から時計回りに45度の方向)である。ウエハマークW3はパターン領域右上の縦方向及び横方向の隔離領域が交差する部分に形成されている。このようにして、複数のウエハマーク各々の延在方向が互いに異なる方向を向くようにしている。後述のように、各ウエハマークの上を通り、各ウエハマークの延在方向を示す仮想線上に観測光学系を配置して観測を行うようにする。 Also in this example, similarly to FIG. 3, the wafer marks W1 to W3, which are alignment marks formed on the wafer 40, are formed in the isolated area 42 around the pattern area 41. The extending direction of the mark W1 is the illustrated Y-axis direction, the extending direction of the wafer mark W2 is the X-axis direction, and the extending direction of the wafer mark W3 is a 45 ° counterclockwise direction from the X-axis (or (Direction of 45 degrees clockwise from the Y axis). The wafer mark W3 is formed at a portion where the vertical and horizontal isolation regions at the upper right of the pattern region intersect. In this way, the extending directions of the plurality of wafer marks are different from each other. As will be described later, observation is performed by arranging an observation optical system on a virtual line that passes over each wafer mark and indicates the extending direction of each wafer mark.

 図10は、実施例に使用するマスクを示しており、図4と対応する部分には同一符号を付している。 FIG. 10 shows a mask used in the embodiment, and portions corresponding to FIG. 4 are denoted by the same reference numerals.

 マスク50の位置合せ用の四角形のマスクマーク(開口窓)M1〜M3は、それぞれウエハマークW1〜W3と対応する位置に形成され、マスクパターンM3は領域53の右上の角に図示のX軸から45度傾斜して形成されている。 Square mask marks (opening windows) M1 to M3 for alignment of the mask 50 are formed at positions corresponding to the wafer marks W1 to W3, respectively, and the mask pattern M3 is located at the upper right corner of the region 53 from the X axis shown in the figure. It is formed inclined at 45 degrees.

 図11は、ウエハ40にマスク50を重ねて上方より見た例を示している。マスクマークM1〜M3の各窓の中にそれぞれウエハマークW1〜W3が見えている。前述したように、マスク50及びウエハ40の位置合せの粗調整を行い、マスクマークM1〜M3の中にウエハマークW1〜W3が位置するように粗調整される。 FIG. 11 shows an example in which the mask 50 is overlaid on the wafer 40 and viewed from above. The wafer marks W1 to W3 can be seen in the windows of the mask marks M1 to M3, respectively. As described above, the coarse adjustment of the alignment of the mask 50 and the wafer 40 is performed, and the coarse adjustment is performed so that the wafer marks W1 to W3 are positioned within the mask marks M1 to M3.

 図12は、ウエハマークW1とマスクマークM1を観測する第1の観測光学系(カメラC1、照明光源L1)、ウエハマークW2とマスクマークM2を観測する第2の観測光学系(カメラC2、照明光源L2)、ウエハマークW3とマスクマークM3を観測する第3の観測光学系(カメラC3、照明光源L3)の配置例を示している。同図に2点鎖線で示される仮想線は、各ウエハマークの延在方向を示しており、この仮想線を含む平面上(本実施の形態では鉛直な平面上)に対応する観測光学系の光軸を配置する。X軸上において同じ位置となるウエハマークW1及びW2はマークの延在方向が互いに異なるように配置されている。従って、図8に示した場合と異なり、カメラC1及びC2が相対することとなる配置を回避することができる。この実施例では図示していないが、Y軸上において同じ位置となる2つのウエハマークが存在する場合にも、各ウエハマークの延在方向が互いに異なるように配置される。各カメラによる観測結果に基づいてステージ201の位置が制御部205によって微調整され、ウエハ40の位置とマスク50の位置合せが終了する。この後、露光光発生部204が起動されてマスクの中央のパターン部に露光光が照射され、パターン露光が行われる。 FIG. 12 shows a first observation optical system (camera C1, illumination light source L1) for observing wafer mark W1 and mask mark M1, and a second observation optical system (camera C2, illumination) for observing wafer mark W2 and mask mark M2. An example of the arrangement of a third observation optical system (camera C3, illumination light source L3) for observing the light source L2), the wafer mark W3 and the mask mark M3 is shown. A virtual line indicated by a two-dot chain line in FIG. 5 indicates the extending direction of each wafer mark, and the observation optical system corresponding to a plane including the virtual lines (a vertical plane in the present embodiment). Arrange the optical axis. The wafer marks W1 and W2 located at the same position on the X axis are arranged so that the extending directions of the marks are different from each other. Therefore, unlike the case shown in FIG. 8, it is possible to avoid an arrangement in which the cameras C1 and C2 face each other. Although not shown in this embodiment, even when there are two wafer marks located at the same position on the Y axis, the extending directions of the respective wafer marks are arranged to be different from each other. The position of the stage 201 is finely adjusted by the control unit 205 based on the observation result by each camera, and the alignment of the position of the wafer 40 with the position of the mask 50 is completed. Thereafter, the exposure light generation unit 204 is activated to irradiate the pattern light at the center of the mask with exposure light, thereby performing pattern exposure.

 なお、マスク50側を固定し、ウエハ40側をステージ201で移動してマスクマークに対してウエハマークの位置を合わせる場合、観測光学系は固定されたマスクマークに対して予め配置位置を決めておくと具合がよい。そこで、平面視で複数のマスクマークのいずれか2つを結ぶ仮想線及びこの延長線上に2つの観測光学系が位置しないように各観測光学系を配置すると、観測光学系の配置位置が重複せず、あるいは近接のしすぎを可及的に回避することが可能となって都合がよい。別言すれば、X−Y平面に投影された観測光学系の光軸方向である仮想線は1つのウエハマークの線分の延長線であるから、1つのウエハマークと他のウエハマークとを結ぶこととなる仮想線では他のウエハマークの線分が該仮想線と同方向に延在しないように、各ウエハマークの延在方向を設定することとしても良い。 When the mask 50 side is fixed and the wafer 40 side is moved by the stage 201 to align the position of the wafer mark with respect to the mask mark, the observation optical system determines the arrangement position in advance with respect to the fixed mask mark. It is good to put it. Therefore, when the observation optical systems are arranged such that the two observation optical systems are not positioned on a virtual line connecting any two of the plurality of mask marks in a plan view and the extension line, the arrangement positions of the observation optical systems overlap. This is convenient because it is possible to avoid as much as possible or too close. In other words, the virtual line projected on the XY plane, which is the direction of the optical axis of the observation optical system, is an extension of the line segment of one wafer mark, so that one wafer mark and another wafer mark are In the virtual line to be connected, the extending direction of each wafer mark may be set so that the line segment of another wafer mark does not extend in the same direction as the virtual line.

 また、各観測光学系のX−Y平面に投影された光軸方向が異なっていて、カメラ同士、照明光源同士が干渉しないようにされていればよく、各マスクマークM1〜M3及びウエハマークW1〜W3の隔離領域上の配置位置も上記実施の形態に限定されず、例えば、W1を上辺の中央に、W2を左辺の中央に配置するなども可能である。更に、マスクマークやウエハマークの形状も変更可能である。 Further, it is only necessary that the directions of the optical axes projected on the XY plane of the respective observation optical systems are different so that the cameras and the illumination light sources do not interfere with each other. Each of the mask marks M1 to M3 and the wafer mark W1 may be used. The positions of W3 to W3 on the isolation region are not limited to those in the above embodiment. For example, W1 may be disposed at the center of the upper side, and W2 may be disposed at the center of the left side. Further, the shapes of the mask mark and the wafer mark can be changed.

 ここで、上記のようなマスクマークM1〜M3及びウエハマークW1〜W3の検出結果に基づき、ウエハ40とマスク50とのずれを補正する方法について例示する。 Here, an example of a method of correcting a shift between the wafer 40 and the mask 50 based on the detection results of the mask marks M1 to M3 and the wafer marks W1 to W3 as described above will be described.

 ウエハステージを移動し、マスクパターン部53がウエハ40上の1つのパターン領域41に対向させると、予めグローバルアライメントが行われていることにより、3つのマスクマークM1、M2、M3の開口内に対応するウエハマークW1、W2、W3が観測可能な状態となる。この時点でのウエハマークW1〜W3のマスクマークM1〜M3に対するずれ量をそれぞれd1、d2、d3とする。 When the wafer stage is moved and the mask pattern portion 53 is opposed to one pattern region 41 on the wafer 40, the global alignment has been performed in advance, so that the three mask marks M1, M2, and M3 correspond to the openings. The wafer marks W1, W2, and W3 to be observed can be observed. The shift amounts of the wafer marks W1 to W3 with respect to the mask marks M1 to M3 at this time are d1, d2, and d3, respectively.

 この状態からウエハマークW1、W2、W3のずれd1及びd2を解消するようにウエハステージ201の位置調整をした場合を想定すると、ウエハマークW1及びW2のずれ量はゼロに変化すると共にウエハマークW3のずれ量d3も変化する。この変化後のずれ量をd3’とすると、d3’はd1d2、d3及びX軸を基準としたウエハマークW3の傾き角度(図12の場合45°)に基づき、幾何学的に求められる。 Assuming that the position of the wafer stage 201 is adjusted so as to eliminate the deviations d1 and d2 of the wafer marks W1, W2 and W3 from this state, the deviation amount of the wafer marks W1 and W2 changes to zero and the wafer mark W3 The deviation amount d3 also changes. Assuming that the shift amount after this change is d3 ', d3' is geometrically obtained based on d1d2, d3 and the inclination angle of the wafer mark W3 with respect to the X axis (45 degrees in FIG. 12).

 この状態において、マスクマークM1の中心を通り、X軸方向に延びる直線と、マスクマークM2の中心を通り、Y軸方向に延びる直線との交点を回転基準と定義する。この状態でこの回転基準を中心にウエハ40を回転させることを想定すると、ウエハマークW1及びW2はずれ量の変化がなくウエハマークW3のみずれ量を変化する。従って、この状態でこの回転基準を中心に上記ずれ量d3’を解消するようにウエハ40を回転させれば、ウエハマークW1、W2、W3ともずれ量がゼロになる。すわなわち、マスクパターン部53とウエハ40の対応するパターン領域41との位置合せがされた状態となる。 In this state, the intersection of a straight line passing through the center of the mask mark M1 and extending in the X-axis direction and a straight line passing through the center of the mask mark M2 and extending in the Y-axis direction is defined as a rotation reference. Assuming that the wafer 40 is rotated around this rotation reference in this state, the shift amounts of the wafer marks W1 and W2 do not change and only the wafer mark W3 changes the shift amount. Therefore, in this state, if the wafer 40 is rotated around the rotation reference so as to eliminate the shift amount d3 ', the shift amounts of the wafer marks W1, W2, and W3 become zero. That is, the mask pattern portion 53 and the corresponding pattern region 41 of the wafer 40 are aligned.

 以上を踏まえると、初期の状態でのずれ量d1、d2、d3を知ることができればこれらの値と、マスクマークM1〜M3の位置のXY座標の値とに基づき、ずれ量d1、d2、d3を補正するために必要となるウエハステージのX軸方向移動量、Y軸方向移動量及び回転角度を求めることが出来る。制御部205には検出されるずれ量d1、d2、d3からこれ等調整すべき移動量、回転角度を計算するためのプログラムが組み込まれており、計算結果に基づいてアライメントが実行される。 Based on the above, if the shift amounts d1, d2, and d3 in the initial state can be known, the shift amounts d1, d2, and d3 are determined based on these values and the XY coordinates of the positions of the mask marks M1 to M3. , The amount of movement of the wafer stage in the X-axis direction, the amount of movement in the Y-axis direction, and the angle of rotation required to correct the above. The control unit 205 incorporates a program for calculating the amount of movement and rotation angle to be adjusted based on the detected deviation amounts d1, d2, and d3, and performs alignment based on the calculation results.

 図13乃至図18は、結晶基板をマスク基板とし、量産に好適なウェットエッチングによってマスクパターン及びマスクマークを形成する場合の改良例を説明する説明図である。 FIGS. 13 to 18 are explanatory views for explaining an improved example in which a crystal pattern is used as a mask substrate and a mask pattern and a mask mark are formed by wet etching suitable for mass production.

 結晶基板のマスク50は、例えば、シリコンウエハ基板であり、直径4インチ、周縁部51の厚さ0.5mm、この中央領域のメンブレン部52の厚さ10μmである。このウエハの例では、オリエンテーションフラット54の端面がミラーの面指数(100)、ウエハ面が(001)、結晶方位[100]に対して90度方向(図の左右方向)が結晶方位[010]となっている。この場合、結晶学的に等価な結晶方位[001]、結晶方位[010]、結晶方位[100]等の集合である結晶方位〈100〉と比べて、この方位と45°傾いた方位〈110〉ではKOH、EDP等を用いたウエットエッチングではエッチングレートが低く、結晶異方性エッチングとなる。従って、図10及び図12示すようにマスクマークM3のアライメント検出に用いるエッジの方向をX軸([010])又はY軸([100])に対して斜め方向に設けた場合には、結晶の異方性による影響を受けることになる。 The mask 50 of the crystal substrate is, for example, a silicon wafer substrate, and has a diameter of 4 inches, a thickness of the peripheral portion 51 of 0.5 mm, and a thickness of the membrane portion 52 in the central region of 10 μm. In this example of the wafer, the end face of the orientation flat 54 has a plane index (100) of the mirror, the wafer plane has a plane index (001), and the crystal orientation [010] corresponds to a 90-degree direction (left-right direction in the drawing) with respect to the crystal orientation [100]. It has become. In this case, as compared with a crystal orientation <100> which is a set of crystallographically equivalent crystal orientation [001], crystal orientation [010], crystal orientation [100], etc., an orientation <110 inclined at 45 ° with respect to this orientation. In <2>, the wet etching using KOH, EDP or the like has a low etching rate, and is a crystal anisotropic etching. Therefore, as shown in FIGS. 10 and 12, when the direction of the edge used for the alignment detection of the mask mark M3 is set oblique to the X axis ([010]) or the Y axis ([100]), Will be affected by the anisotropy of

 図14は、結晶異方性エッチングにより、ウエハのマスクマーク(貫通孔)にエッチング不良が生じた例を示している。ウエハの結晶面{110}が露出する部分に不良が生じやすくなる。なお、結晶面{110}による結晶異方性が生じないようなエッチング法もあるが、ウエットエッチングには量産容易で比較的に安価にエッチングを行えるという利点がある。 FIG. 14 shows an example in which poor etching has occurred in a mask mark (through hole) of a wafer due to crystal anisotropic etching. A defect is likely to occur in a portion where the crystal plane {110} of the wafer is exposed. Although there is an etching method that does not cause crystal anisotropy due to the crystal plane {110}, wet etching has an advantage that etching can be performed easily at a low cost and mass production is relatively easy.

 図15は、結晶方位〈100〉に対して斜め方向に配置されるマスクマークM3を、結晶異方性を考慮したマスクパターンで形成した例を示している。この例では、マスクパターン中の観察に使用される基準部分となる辺ab及び辺afをそれぞれ結晶方位[100]及び[010]に沿うように形成している。また、辺cd及び辺deもそれぞれ結晶方位[100]及び[010]に沿うように形成している。それにより、辺ab及び辺af、辺cd及び辺deは結晶異方性の影響を受けず正確にパターニング(エッチング)される。 FIG. 15 shows an example in which the mask mark M3 arranged obliquely to the crystal orientation <100> is formed by a mask pattern in consideration of the crystal anisotropy. In this example, sides ab and af serving as reference portions used for observation in the mask pattern are formed along the crystal orientations [100] and [010], respectively. The sides cd and de are also formed along the crystal orientations [100] and [010], respectively. Thereby, the side ab and the side af, the side cd and the side de are accurately patterned (etched) without being affected by the crystal anisotropy.

 図16に示すように、マスクマークM3の開口内に被処理対象ウエハのウエハマークW3が入っている場合、例えば、パターンの頂点aと影S(マスクエッジbafの被処理基板40からの反射像)の頂点との距離が図6に示したΔZに相当する。また、頂点aとdを結ぶ線分とウエハマークW3とのズレΔαがカメラC3で観察される。具体的には、辺ab及び辺afと図16で水平に交わる特定の検出ライン上にて辺ab、辺afの位置が検出されることにより線分adの水平方向位置が求められる。また、W3の水平方向位置は開口内の明るい部分に対応する特定の水平方向の検出ライン上にて求められる。なお、影の部分の明るさとW3の明るさの差が十分であれば上記辺ab、辺afの検出ラインとW3の検出ラインを共通化できる。従って、図6に示した場合と同様に、被処理基板40とマスク50間の距離調整、マスクマークM3及びウエハマークW3同士の位置合わせを行うことが出来る。また、マスクパターンの比較対象となる基準部分bafのエッチング不良は少ない。、
 図17は、結晶方位〈100〉に対して斜め方向に配置されるマスクマークM3を、結晶異方性を考慮したマスクパターンで形成した他の例(菱形)を示している。この例でも、マスクパターン中の観察に使用される基準部分となる辺ab及び辺adをそれぞれ結晶方位[100]及び[010]に沿うように形成している。また、辺bc及び辺cdもそれぞれ結晶方位[010]及び[100]に沿うように形成している。それにより、辺ab及び辺ad、辺bc及び辺cdは結晶異方性の影響を受けず正確にパターニングされる。
As shown in FIG. 16, when the wafer mark W3 of the wafer to be processed is included in the opening of the mask mark M3, for example, a vertex a of the pattern and a shadow S (a reflection image of the mask edge baf from the substrate 40 to be processed) ) Corresponds to ΔZ shown in FIG. Further, a deviation Δα between the line segment connecting the vertices a and d and the wafer mark W3 is observed by the camera C3. Specifically, the horizontal position of the line segment ad is obtained by detecting the positions of the side ab and the side af on a specific detection line that intersects the side ab and the side af in FIG. Further, the horizontal position of W3 is obtained on a specific horizontal detection line corresponding to a bright portion in the opening. If the difference between the brightness of the shadow portion and the brightness of W3 is sufficient, the detection lines of the sides ab and af and the detection line of W3 can be shared. Therefore, similarly to the case shown in FIG. 6, the distance between the processing target substrate 40 and the mask 50 can be adjusted, and the position of the mask mark M3 and the position of the wafer mark W3 can be adjusted. Also, there is little etching failure in the reference portion baf to be compared with the mask pattern. ,
FIG. 17 shows another example (diamond) in which the mask mark M3 arranged obliquely to the crystal orientation <100> is formed by a mask pattern in consideration of the crystal anisotropy. Also in this example, sides ab and ad serving as reference portions used for observation in the mask pattern are formed along the crystal orientations [100] and [010], respectively. The sides bc and cd are also formed along the crystal orientations [010] and [100], respectively. Thereby, the sides ab and ad, and the sides bc and cd are accurately patterned without being affected by the crystal anisotropy.

 図18に示すように、図17に示したマスクマークM3の開口内に被処理対象ウエハのウエハマークW3が入っている場合、例えば、パターンの頂点aと影S(マスクエッジbadの被処理基板40からの反射像)の頂点との距離が図6に示したΔZに相当する。また、頂点aとcを結ぶ線分とウエハマークW3とのズレΔαがカメラC3で観察される。従って、図6に示した場合と同様に、被処理基板40とマスク50間の距離調整、マスクマークM3及びウエハマークW3同士の位置合わせを行うことが出来る。また、マスクパターンの比較対象となる基準部分bacのエッチング不良は少ない。 As shown in FIG. 18, when the wafer mark W3 of the processing target wafer is in the opening of the mask mark M3 shown in FIG. 17, for example, the vertex a of the pattern and the shadow S (the processing target substrate of the mask edge bad) The distance from the vertex of the reflected image (from 40) corresponds to ΔZ shown in FIG. Further, a deviation Δα between the line segment connecting the vertices a and c and the wafer mark W3 is observed by the camera C3. Therefore, similarly to the case shown in FIG. 6, the distance between the processing target substrate 40 and the mask 50 can be adjusted, and the position of the mask mark M3 and the position of the wafer mark W3 can be adjusted. Further, there are few etching defects in the reference portion bac to be compared with the mask pattern.

 このように基板の結晶面方位の存在方向を考慮してマスク50のアライメントマークW3の形状を決定することによって結晶異方性エッチングによるエッチング不良率を減少させることが可能となる。 (4) By determining the shape of the alignment mark W3 of the mask 50 in consideration of the existing direction of the crystal plane orientation of the substrate, it is possible to reduce the etching failure rate due to the crystal anisotropic etching.

 なお、上述した実施例では、露光装置に使用したアライメント装置の例について説明したが、同様に、被処理基板とマスクとの位置合わせが必要なイオン注入装置、スパッタ装置にも使用することができる。 In the above-described embodiment, the example of the alignment apparatus used for the exposure apparatus has been described. However, similarly, the present invention can also be used for an ion implantation apparatus and a sputtering apparatus which require alignment between a processing target substrate and a mask. .

 このように、本実施例によれば、各観測光学系が相対する配置とならず、また、隣接する観測光学系と可及的に離間する配置が可能となるので観測光学系の空間的配置がより容易となる。それにより、照明系と結像系の光軸を一致させ、十分に光量を確保し易くなる。 As described above, according to the present embodiment, the observation optical systems do not face each other and can be arranged as far as possible from the adjacent observation optical systems. Becomes easier. Thereby, the optical axes of the illumination system and the imaging system are made to coincide with each other, and it becomes easy to sufficiently secure the light amount.

 また、高いアライメント精度を実現する検出分解能の高い大口径のレンズを使用することが可能となる。露光やイオン注入等の際に、干渉を防止するために大口径のレンズを都度退避させる構造や工程の必要がなく、スループットの点でも有利である。 Also, it is possible to use a large-diameter lens with high detection resolution that achieves high alignment accuracy. In the case of exposure, ion implantation, or the like, there is no need for a structure or a step of retreating a large-diameter lens each time to prevent interference, which is advantageous in terms of throughput.

 また、実施例ではマスクウエハ50の主面の結晶方位を[001]、オリエンテーションフラット54の方向に結晶方位[100]を存在させた例で説明したが、結晶方位[100]、[010]、[001]は対称性によって同じ性質を持つので同様に他の結晶方位で組み合わせたものも実質的に同じ実施例となる。 Further, in the embodiment, the example in which the crystal orientation of the main surface of the mask wafer 50 is [001] and the crystal orientation [100] is present in the direction of the orientation flat 54 is described, but the crystal orientations [100], [010], Since [001] has the same property due to symmetry, a combination in another crystal orientation is also substantially the same as the embodiment.

半導体製造装置の概略を説明する説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating an outline of a semiconductor manufacturing apparatus. プロセス装置の概略を説明する説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an outline of a process device. 被処理基板(ウエハ)に形成されたアライメントマーク(ウエハマーク)の例を説明する説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an example of an alignment mark (wafer mark) formed on a substrate to be processed (wafer). マスクの例を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the example of a mask. マスクマーク、ウエハマーク、照明光源及びカメラの相互位置関係を説明する説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a mutual positional relationship between a mask mark, a wafer mark, an illumination light source, and a camera. マスクマーク及びウエハマークをカメラによって読取り、画像処理を行う例を説明する説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating an example in which a mask mark and a wafer mark are read by a camera and image processing is performed. 露光領域と大口径(高開口数)レンズの関係を説明する説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a relationship between an exposure region and a large-diameter (high numerical aperture) lens. ウエハマーク、マスクマーク、照明光源及びカメラの配置関係を説明する説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an arrangement relationship between a wafer mark, a mask mark, an illumination light source, and a camera. 本発明に係る被処理基板(ウエハ)に形成されたアライメントマーク(ウエハマーク)の例を説明する説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating an example of an alignment mark (wafer mark) formed on a substrate to be processed (wafer) according to the present invention. 本発明に係るマスクの例を声明する説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram which states an example of a mask according to the present invention. マスクマーク(開口部)を介してウエハマークを見た状態を説明する説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a state in which a wafer mark is viewed through a mask mark (opening). 本発明に係るウエハマーク、マスクマーク、照明光源及びカメラの配置関係を説明する説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an arrangement relationship between a wafer mark, a mask mark, an illumination light source, and a camera according to the present invention. 図13は、結晶異方性を説明する説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating crystal anisotropy. 図14は、結晶異方性エッチングによる不良バーンの発生例を説明する説明図である。FIG. 14 is an explanatory diagram illustrating an example of occurrence of defective burn due to crystal anisotropic etching. 図15は、結晶異方性エッチングを考慮したマスクマークの例(矢羽根形)を説明する説明図である。FIG. 15 is an explanatory diagram illustrating an example (arrow blade shape) of a mask mark in consideration of crystal anisotropic etching. 図16は、結晶異方性エッチングを考慮したマスクマークM3内に被処理基板のウエハマークW3が見えている例を説明する説明図である。FIG. 16 is an explanatory diagram illustrating an example in which the wafer mark W3 of the substrate to be processed is visible within the mask mark M3 in consideration of the crystal anisotropic etching. 図17は、結晶異方性エッチングを考慮した他のマスクマークの例(菱形)を説明する説明図である。FIG. 17 is an explanatory diagram illustrating another example (diamond) of a mask mark in consideration of crystal anisotropic etching. 図18は、図17に示した結晶異方性エッチングを考慮した菱形状のマスクマークM3内に被処理基板のウエハマークW3が見えている例を説明する説明図である。FIG. 18 is an explanatory diagram illustrating an example in which the wafer mark W3 of the substrate to be processed is visible within the diamond-shaped mask mark M3 in consideration of the crystal anisotropic etching illustrated in FIG.

符号の説明Explanation of reference numerals

 50 ステージ、40 ウエハ(被処理基板)、50 マスク、203 観測ユニット(照明光源、カメラ)、204 露光光発生部、205 制御部、L1〜L3 照明光源、M1〜M3 マスクマーク、W1〜W3 ウエハマーク 50 stage, 40 wafer (substrate to be processed), 50 mask, 203 observation unit (illumination light source, camera), 204 exposure light generation unit, 205 control unit, L1 to L3 illumination light source, M1 to M3 mask mark, W1 to W3 wafer mark

Claims (11)

 位置調整のためのアライメントマークを単位処理領域の周りに複数形成した被処理基板と、
 前記被処理基板を載置するステージと、
 前記被処理基板の単位処理領域に所定のパターンを転写するためのマスクパターンを有し、この周りに前記複数のアライメントマークに対応して複数のマスクマークを形成したマスクと、
 前記マスクを前記被処理基板上に保持するマスクホルダと、
 前記各アライメントマークにそれぞれ対応して設けられる前記アライメントマークと前記マスクマークとを照明する複数の照明光源と、
 各アライメントマークにそれぞれ対応し、前記照明光源によって照明された前記アライメントマークと前記マスクマークとを観測する複数のカメラと、
 前記観測結果に基づいて前記被処理基板と前記マスクとの相対的な位置を調整する制御部と、を備え、
 前記複数のマスクマークのいずれか2つを結ぶ仮想線及びこの延長線上に2つのカメラが位置しないように各カメラが配置される、アライメント調整装置。
A substrate to be processed in which a plurality of alignment marks for position adjustment are formed around the unit processing region,
A stage for mounting the substrate to be processed,
A mask having a mask pattern for transferring a predetermined pattern to a unit processing region of the substrate to be processed, and a plurality of mask marks formed around the mask pattern corresponding to the plurality of alignment marks;
A mask holder for holding the mask on the substrate to be processed,
A plurality of illumination light sources that illuminate the alignment mark and the mask mark provided corresponding to each of the alignment marks,
A plurality of cameras respectively corresponding to each alignment mark and observing the alignment mark and the mask mark illuminated by the illumination light source,
A control unit that adjusts a relative position between the processing target substrate and the mask based on the observation result,
An alignment adjustment device, wherein each camera is arranged such that no two cameras are located on an imaginary line connecting any two of the plurality of mask marks and an extension of the virtual line.
 前記複数のアライメントマーク各々の延在方向が互いに異なる方向を向くように形成されている、請求項1記載のアライメント調整装置。 The alignment adjusting device according to claim 1, wherein the extending directions of the plurality of alignment marks are different from each other.  前記複数のアライメントマークのいずれか2つを結ぶ仮想線上に両アライメントマークの線分が該仮想線と同方向に延在しないように、各アライメントマークの延在方向が設定される、請求項1又は2に記載のアライメント調整装置。 The extending direction of each alignment mark is set so that a line segment of both alignment marks does not extend in the same direction as the virtual line on a virtual line connecting any two of the plurality of alignment marks. Or the alignment adjusting device according to 2.  前記ステージは互いに直交するX軸及びY軸方向にステップ移動可能になされる、請求項1乃至3のいずれかに記載のアライメント調整装置。 4. The alignment adjusting device according to claim 1, wherein the stage is configured to be movable in steps in the X-axis and Y-axis directions orthogonal to each other.  前記アライメントマークは少なくとも3つ形成され、各アライメントマークの線分の方向は、各線分と前記X軸又は前記Y軸とのなす角度で、それぞれ0度、45度及び90度である、請求項4に記載のアライメント調整装置。 The at least three alignment marks are formed, and a direction of a line segment of each alignment mark is 0 degree, 45 degrees, and 90 degrees, respectively, at an angle formed between each line segment and the X axis or the Y axis. 5. The alignment adjusting device according to 4.  前記被処理基板はウエハであり、前記アライメントマークはウエハに形成されたウエハマークである、請求項1乃至5のいずれかに記載のアライメント調整装置。 6. The alignment adjustment device according to claim 1, wherein the substrate to be processed is a wafer, and the alignment mark is a wafer mark formed on the wafer.  前記マスクは結晶性基板に前記マスクパターン及び複数のマスクマークをエッチングによって形成したものであり、該マスクマークのうち観測の基準として用いられるエッジの方向は前記結晶性基板の特定の結晶方向と合うように複数の面方位のうち特定の面方位を使用して形成される、請求項1乃至6のいずれかに記載のアライメント調整装置。 The mask is formed by etching the mask pattern and a plurality of mask marks on a crystalline substrate, and an edge direction of the mask marks used as a reference for observation matches a specific crystal direction of the crystalline substrate. The alignment adjustment device according to claim 1, wherein the alignment adjustment device is formed using a specific plane orientation among the plurality of plane orientations.  前記結晶性基板はシリコン基板であり、前記特定の面方位は{100}である、請求項7に記載のアライメント調整装置。 The alignment adjusting device according to claim 7, wherein the {crystalline substrate is a silicon substrate, and the specific plane orientation is {100}.  請求項1乃至8のいずれかに記載のアライメント調整装置を使用した露光装置。 An exposure apparatus using the alignment adjustment device according to any one of claims 1 to 8.  請求項1乃至8のいずれかに記載のアライメント調整装置を使用したイオン注入装置。 An ion implantation device using the alignment adjustment device according to any one of claims 1 to 8.  請求項1乃至8のいずれかに記載のアライメント調整装置を使用したスパッタ装置。 A sputtering apparatus using the alignment adjusting device according to any one of claims 1 to 8.
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