JPH06204118A - Substrate position alignment method - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To improve the position alignment precision of a semiconductor wafer or a photomask on an aligner up to the order of nanometer (nm). CONSTITUTION:An uneven mark 30 for position alignment is formed on the rear 1b side of a wafer 1, and scanned by using a probe 6 of an atomic force microscope (AFM) or a probe 9 of a scanning tunnelling electron microscope (STM). Since the form and the position of the uneven mark 30 are not affected by a process performed on the front 1a side, high precision detection is always enabled. The pattern density of the uneven mark 30 is increased toward the center of symmetry, and the change periods of interatomic force and tunnel current are shortened in the vicinity of the center, so that the optimum position can be very easily determined. On a photomask substrate, the uneven mark is formed by working a Cr light shielding film, and similarly can be detected.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は基板位置合わせ方法に関
し、特に半導体装置等の製造を目的としたフォトリソグ
ラフィの分野において、露光装置上で半導体ウェハもし
くはフォトマスク基板の位置合わせ精度をナノメータ
（ｎｍ）のオーダーまで向上させる技術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a substrate alignment method, and particularly in the field of photolithography for the purpose of manufacturing semiconductor devices and the like, the alignment accuracy of a semiconductor wafer or a photomask substrate on an exposure apparatus is nanometer (nm). ) Related to the technology to improve.

【０００２】[0002]

【従来の技術】フォトマスク基板上の回路パターンを半
導体ウェハ上に転写するフォトリソグラフィの工程で
は、ステッパもしくはアライナーと呼ばれる縮小投影露
光装置が広く用いられている。この露光装置において
は、半導体ウェハやフォトマスク基板の位置合わせに極
めて高い精度が要求される。2. Description of the Related Art In a photolithography process for transferring a circuit pattern on a photomask substrate onto a semiconductor wafer, a reduction projection exposure apparatus called a stepper or aligner is widely used. In this exposure apparatus, extremely high accuracy is required for alignment of the semiconductor wafer and the photomask substrate.

【０００３】上記位置合わせには様々な方法が知られて
いるが、代表的なものとしては、半導体ウェハ上の回路
パターンの非形成領域において適当な凹凸パターンを有
する位置合わせマークを形成しておき、この位置合わせ
マークをＨｅ−Ｎｅレーザ等のレーザ光で走査する方法
がある。この場合、位置合わせマークに由来する反射光
を検出したり、あるいは回折光や散乱光の最大強度位置
を検出することにより、半導体ウェハの向きや中心部の
座標をＣＲＴ画面上でモニタし、半導体ウェハを載置す
るＸＹステージを駆動してその位置を微調整している。Various methods are known for the above-mentioned alignment, but as a typical example, an alignment mark having an appropriate concavo-convex pattern is formed in a region where a circuit pattern is not formed on a semiconductor wafer. There is a method of scanning this alignment mark with a laser beam such as a He-Ne laser. In this case, the orientation of the semiconductor wafer and the coordinates of the central portion are monitored on the CRT screen by detecting the reflected light originating from the alignment mark or the maximum intensity position of the diffracted light and scattered light. The XY stage on which the wafer is mounted is driven to finely adjust its position.

【０００４】ところで、半導体装置のデザイン・ルール
の微細化に伴い、位置合わせ精度に対する要求水準も年
々上昇している。たとえば、次々世代のメモリ素子であ
る２５６ＭＤＲＡＭや６４ＭＳＲＡＭでは、最小線幅
０．２５μｍの微細加工が要求され、これに応じて位置
合わせにも０．１μｍ以下の精度が必要となる。しか
し、従来のようなレーザ光による検出では、波長に応じ
て決まるビーム・スポット径で光学的分解能が制限され
る。また、この方法では位置合わせマークの凹凸を直接
検知しているのではなく、反射光，散乱光，回折光等の
強度に応じて電気信号を生成し、これにもとづいて位置
合わせマークのエッジを検出しているため、誤差の発生
が避けられない。しかも、半導体プロセスでは幾種類も
の材料層がウェハ上に積層されるが、このとき各材料層
は成膜方法や材料自身の特性により必ずしもコンフォー
マルに積層されるわけではない。このため、位置合わせ
マークのエッジが次第に不明瞭となったり段差が減少す
る等の現象が生じ、検出精度が必然的に低下してしま
う。By the way, with the miniaturization of design rules of semiconductor devices, the required level of alignment accuracy is increasing year by year. For example, in the next-generation memory elements 256 MDRAM and 64 MSRAM, fine processing with a minimum line width of 0.25 μm is required, and accordingly, alignment is required to have an accuracy of 0.1 μm or less. However, in conventional detection using a laser beam, the optical resolution is limited by the beam spot diameter determined according to the wavelength. Further, in this method, the unevenness of the alignment mark is not directly detected, but an electric signal is generated according to the intensity of reflected light, scattered light, diffracted light, etc., and the edge of the alignment mark is detected based on this. Since it is detected, an error cannot be avoided. Moreover, in the semiconductor process, several kinds of material layers are laminated on the wafer, but at this time, each material layer is not necessarily laminated conformally depending on the film forming method and the characteristics of the material itself. For this reason, the edges of the alignment marks gradually become unclear, the steps decrease, and the like, which inevitably lowers the detection accuracy.

【０００５】この問題を解決する技術として、特開平３
−４６２１８号公報に、ウェハ上の凹凸を走査型トンネ
ル電子顕微鏡で検出する方法が開示されている。走査型
トンネル電子顕微鏡（ＳＴＭ) は、導電性の試料と金属
性の微小な探針との間にバイアス電圧を加えて極微小距
離まで近づけた場合に、量子効果により両者の間に流れ
るトンネル電流にもとづいて試料の表面構造を画像化す
る装置である。この方法によれば、垂直分解能をオング
ストロームのオーダーまで高めることが可能である。As a technique for solving this problem, Japanese Patent Laid-Open No. Hei 3
No. 46218 discloses a method of detecting irregularities on a wafer with a scanning tunneling electron microscope. A scanning tunneling electron microscope (STM) is a tunneling current that flows between a conductive sample and a metallic microprobe when a bias voltage is applied to bring it close to a microscopic distance. This is an apparatus for imaging the surface structure of a sample based on the above. According to this method, the vertical resolution can be increased to the order of angstrom.

【０００６】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＳＴＭ
では電流を利用するために、導電性の試料しか観察する
ことかできない。そこで、誘電体や半導体を観察するに
は試料に導電性物質を付着させる等の処理が必要であ
り、上述の公知技術においても表面に金属系の薄膜を有
する複合膜でＳｉ基板の表面を処理している。[Problems to be Solved by the Invention] However, the STM
However, since an electric current is used, only a conductive sample can be observed. Therefore, in order to observe a dielectric or semiconductor, it is necessary to perform processing such as attaching a conductive substance to a sample. Even in the above-mentioned known technique, the surface of the Si substrate is treated with a composite film having a metal-based thin film on the surface. is doing.

【０００７】また、上記公知技術では、位置合わせマー
クのエッジの鈍化の問題を克服するために、露光パター
ンに応じて凹凸の形状変化を起こす非晶質カルコゲナイ
ド膜を上記複合膜の下層側の膜として用い、この複合膜
で基板上の位置合わせマークを被覆して露光を行うこと
により、上記位置合わせマークのエッジを強調してい
る。しかし、この方法では位置合わせマークと複合膜に
形成された凹凸の位置とが一致していることをその都度
確認しなければならず、スループットの低下が避けられ
ない。また、本来のデバイス形成とは無関係な材料膜を
ウェハ上に被覆することは工程数の増加につながり、し
かも位置合わせマークの近傍にのみを非晶質カルコゲナ
イド膜で被覆しようとすれば、より一層の工程の複雑化
を招く。Further, in the above-mentioned known technique, in order to overcome the problem of the blunting of the edge of the alignment mark, an amorphous chalcogenide film which causes the shape change of the unevenness according to the exposure pattern is formed on the lower layer side of the composite film. The alignment mark on the substrate is covered with this composite film and exposed to enhance the edge of the alignment mark. However, in this method, it is necessary to confirm that the alignment mark and the position of the unevenness formed on the composite film match each time, and thus the decrease in throughput cannot be avoided. In addition, coating a material film unrelated to the original device formation on the wafer leads to an increase in the number of steps, and if it is attempted to cover only the vicinity of the alignment mark with the amorphous chalcogenide film, it becomes even more difficult. The process is complicated.

【０００８】そこで本発明は、プロセスの種類や工程数
の影響を受けることなく、また不要な工程の増加や複雑
化を招くことなく、高精度、高信頼性、高スループット
をもって基板の位置合わせを行う方法を提供することを
目的とする。Therefore, the present invention aligns substrates with high accuracy, high reliability, and high throughput without being affected by the type of process or the number of steps, and without causing unnecessary steps to be increased or complicated. The purpose is to provide a way to do.

【０００９】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上述の目的
を達成するために検討を行った結果、プロセスの種類や
工程数の影響を受けずに位置合わせを行うためには、位
置合わせマークを半導体ウェハの裏側、つまり通常の回
路パターンの形成面ではない側に形成し、この位置合わ
せマークを探針を用いて走査し、原子間力やトンネル電
流にもとづいて直接的に観察することが有効であること
を着想するに至った。また、この位置合わせマークの形
状や探針の接近方法を工夫し、かつフォトマスク基板に
対しても一部この技術を適用することにより、精度やス
ループットの大幅な向上がもたらされることを見出し
た。DISCLOSURE OF THE INVENTION As a result of studies to achieve the above-mentioned object, the present inventor has found that in order to perform alignment without being affected by the type of process or the number of steps, it is necessary to perform alignment. Form a mark on the back side of the semiconductor wafer, that is, the side that is not the normal circuit pattern formation surface, scan this alignment mark with a probe, and observe directly based on atomic force or tunnel current. Came to the idea that is effective. It was also found that by devising the shape of this alignment mark and the approaching method of the probe, and applying this technique to some photomask substrates, the accuracy and throughput were greatly improved. .

【００１０】本発明の基板位置合わせ方法はかかる知見
にもとづいて提案されるものであり、回路パターンの非
形成面側に凹凸マークが形成された基板の該非形成面を
探針機構を用いて走査し、前記凹凸マークのパターンに
応じた前記基板と前記探針機構との間の相互作用の変化
にもとづいて該基板の位置を検出するものである。The substrate alignment method of the present invention is proposed on the basis of such knowledge, and the non-formation surface of the substrate on which the concave and convex marks are formed on the non-formation surface side of the circuit pattern is scanned using a probe mechanism. However, the position of the substrate is detected based on the change in the interaction between the substrate and the probe mechanism according to the pattern of the concave and convex marks.

【００１１】本発明はまた、前記探針機構が共通の駆動
ステージに支持される第１の探針と該第１の探針より長
い第２の探針とを備え、前記駆動ステージを前記基板に
相対的に速い速度で接近させて前記第２の探針を前記非
形成面に接触もしくは近接させた後、該駆動ステージを
相対的に遅い速度で接近させて前記第１の探針を前記非
形成面に接触もしくは近接させ、該第１の探針を用いて
前記非形成面を走査するものである。According to the present invention, the probe mechanism includes a first probe supported by a common drive stage and a second probe longer than the first probe, and the drive stage is provided on the substrate. To the non-formation surface by bringing the second probe into contact with or approaching the non-formation surface at a relatively high speed, and then moving the drive stage at a relatively slow speed to move the first probe into the non-formation surface. The non-formed surface is brought into contact with or brought close to the non-formed surface, and the non-formed surface is scanned using the first probe.

【００１２】本発明はまた、前記探針機構が第１の駆動
ステージに支持される第１の探針と、第２の駆動ステー
ジに支持され前記第１の探針よりも常に先行しながら前
記基板に接近する第２の探針とを備え、前記第２の探針
が前記非形成面に接触もしくは近接した後直ちに前記第
２の駆動ステージを後退させると共に、前記第１の駆動
ステージを相対的に遅い速度で接近させて前記第１の探
針を前記非形成面に接触もしくは近接させ、該第１の探
針を用いて前記非形成面を走査するものである。The present invention is also characterized in that the probe mechanism is supported by a first drive stage and a first probe supported by a second drive stage and always precedes the first probe. A second probe that approaches the substrate, and immediately after the second probe contacts or approaches the non-forming surface, the second drive stage is retracted and the first drive stage is moved relative to the second drive stage. The first probe is brought into contact with or close to the non-formation surface at a relatively low speed, and the non-formation surface is scanned using the first probe.

【００１３】本発明はまた、前記凹凸マークが外縁部か
ら対称中心に向けて漸次密となるパターンを有し、前記
走査をこの対称中心を通過するごとく行うことにより前
記相互作用の変化の周期を該対称中心近傍において短縮
するものである。The present invention also has a pattern in which the concavo-convex marks gradually become denser from the outer edge toward the center of symmetry, and the scanning is performed as it passes through the center of symmetry, whereby the cycle of change in the interaction is determined. It is shortened near the center of symmetry.

【００１４】本発明はまた、回路パターンの非形成領域
に外周部から対称中心に向けて漸次密となる遮光膜パタ
ーンが設けられたフォトマスク基板を探針機構を用いて
走査し、前記遮光膜パターンに応じた前記フォトマスク
基板と前記探針機構との間の相互作用の変化にもとづい
て該フォトマスク基板の位置を検出し、この位置を請求
項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の方法にもと
づいて検出された前記基板の位置と比較することにより
該基板と該フォトマスク基板との相対位置を補正するも
のである。According to the present invention, a photomask substrate provided with a light-shielding film pattern that gradually becomes denser from the outer peripheral portion toward the center of symmetry in a region where a circuit pattern is not formed is scanned using a probe mechanism, and the light-shielding film is formed. The position of the photomask substrate is detected based on a change in interaction between the photomask substrate and the probe mechanism according to a pattern, and the position is detected according to any one of claims 1 to 4. The relative position between the substrate and the photomask substrate is corrected by comparing with the position of the substrate detected based on the described method.

【００１５】本発明はさらに、前記相互作用の変化とし
て原子間力の変化もしくはトンネル電流の変化を利用す
るものである。The present invention further utilizes a change in atomic force or a change in tunnel current as the change in the interaction.

【００１６】[0016]

【作用】本発明では、位置合わせ用の凹凸マークが基板
面のうち回路パターンの非形成面側（以下、裏側と称す
る。）に形成される。したがって、回路パターンの形成
面側（以下、表側と称する。）でいかなる数と種類の材
料層が積層されたとしても、凹凸マークの位置や形状に
は何ら変化が生じない。つまり、本発明の基板位置合わ
せ方法の精度は、プロセスの影響を受けない。しかも、
この凹凸マークを探針機構を用いて走査（スキャン）
し、該探針機構と基板との間の相互作用の変化を直接的
に観察するため、極めて誤差が生じにくい。この相互作
用の典型例であり、実用上も最も重要と考えられるの
は、原子間力およびトンネル電流である。In the present invention, the concave-convex mark for alignment is formed on the surface of the substrate on which the circuit pattern is not formed (hereinafter referred to as the back side). Therefore, no matter how many and what kind of material layers are stacked on the side where the circuit pattern is formed (hereinafter referred to as the front side), the position and shape of the concave and convex marks do not change at all. That is, the accuracy of the substrate alignment method of the present invention is not affected by the process. Moreover,
Scan this concave and convex mark using the probe mechanism
However, since the change in the interaction between the probe mechanism and the substrate is directly observed, an error is extremely unlikely to occur. Atomic forces and tunnel currents are typical examples of this interaction, and are considered to be the most important in practice.

【００１７】ところで、かかる探針機構を用いる観察方
法では、微小な探針に損傷を与えることなくこれを試料
の表面に接触もしくは近接させることが必要である。た
とえば、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）では、光学顕微鏡で
モニタしながら探針を試料表面から約１０μｍ程度の距
離まで機械的手段を用いて接近させ、その後、電気的手
段を用いて探針を試料表面に接触させている。しかし、
このような方法を高スループットの要求されるステッパ
の位置合わせにそのまま応用しようとすると、位置合わ
せの所要時間が膨大となり、実用性が著しく損なわれ
る。By the way, in the observing method using such a probe mechanism, it is necessary to bring the fine probe into contact with or close to the surface of the sample without damaging it. For example, in an atomic force microscope (AFM), the probe is made to approach a distance of about 10 μm from the sample surface by a mechanical means while being monitored by an optical microscope, and then the probe is made by an electrical means to move the probe to the sample. It is in contact with the surface. But,
If such a method is directly applied to the stepper alignment requiring high throughput, the time required for the alignment becomes enormous, and the practicality is significantly impaired.

【００１８】そこで本発明では、探針を２系統用意して
この問題を解決する。すなわち、基板に高速で接近して
ガイドの役割を果たす第２の探針と、この第２の探針に
遅れて低速で接近し、実際の凹凸マークの観察に用いら
れる第１の探針を用いるのである。これら２系統の探針
が共通の駆動ステージに支持されている場合、ガイド役
の第２の探針を第１の探針よりもわずかに長くしてお
き、第２の探針が基板の裏面に接触もしくは十分に近接
した時点で接近速度を大幅に低下させ、第１の探針を基
板の裏面に接触もしくは十分に近接させる。この場合、
スキャン中には第１の探針と第２の探針の双方が基板に
接触もしくは近接していることになる。Therefore, the present invention solves this problem by preparing two systems of probes. That is, the second probe that approaches the substrate at a high speed and plays a role of the guide, and the first probe that approaches the second probe at a low speed after being delayed and is used for observing the actual uneven mark are used. To use. When these two systems of probes are supported by a common drive stage, the second probe serving as a guide is made slightly longer than the first probe, and the second probe is the back surface of the substrate. At the point of contact with or sufficiently close to, the approach speed is significantly reduced, and the first probe is brought into contact with or sufficiently close to the back surface of the substrate. in this case,
During scanning, both the first probe and the second probe are in contact with or in close proximity to the substrate.

【００１９】一方、これら２系統の探針が別々の駆動ス
テージに支持されている場合には、第２の探針が基板の
裏面に接触もしくは十分に近接したら、直ちにこれを後
退させ、第１の探針をゆっくりと基板に接近させる。こ
の場合、スキャン中に基板に接触もしくは近接するのは
第１の探針のみである。いずれにしても、第２の探針が
基板の裏面に接触もしくは近接するまでの時間を十分に
短縮しておけば、全体として大幅なスループットの改善
が期待できるわけである。これと同時に、観察用の第１
の探針を損傷から保護することができる。On the other hand, when these two systems of probes are supported by different drive stages, as soon as the second probe comes into contact with or is sufficiently close to the back surface of the substrate, it is immediately retracted to move the first probe. Slowly approach the substrate to the substrate. In this case, only the first probe contacts or comes close to the substrate during scanning. In any case, if the time until the second probe comes into contact with or approaches the back surface of the substrate is sufficiently shortened, it is possible to expect a significant improvement in throughput as a whole. At the same time, the first for observation
Can protect the probe from damage.

【００２０】本発明では、さらに凹凸マークの精密かつ
容易な判定を可能とする方法も提案する。すなわち、凹
凸マークのパターンを外縁部から対称中心に向けて漸次
密となるように形成し、この凹凸マークを対称中心を通
過するごとくスキャンするのである。かかるスキャンを
行った場合、対称中心に近づくにつれて原子間力やトン
ネル電流等の変化の周期が短くなるため、凹凸マークの
中心を容易に検出し、基板の最適位置を精密に決定する
ことができる。The present invention also proposes a method that enables precise and easy determination of uneven marks. That is, the pattern of the concave and convex marks is formed so as to be gradually dense from the outer edge portion toward the center of symmetry, and the concave and convex marks are scanned as they pass through the center of symmetry. When such a scan is performed, the cycle of changes in atomic force, tunnel current, etc. becomes shorter as the center of symmetry is approached, so the center of the uneven mark can be easily detected and the optimum position of the substrate can be determined precisely. .

【００２１】ところで、上述の技術は主として半導体ウ
ェハを想定したものであるが、同様の考え方は一部、フ
ォトマスク基板の位置合わせにも適用できる。フォトマ
スク基板上では、回路パターンがＣｒ膜等の遮光膜で形
成されているため、位置合わせ用の遮光膜パターンは回
路パターンの形成領域外においてこの遮光膜の一部を加
工することにより形成される。この遮光膜パターンも上
述のごとく対称中心に向かって密に形成すれば、探針を
用いて該フォトマスク基板の位置を容易に決定すること
ができる。さらに、このフォトマスク基板の位置を前述
のようにして検出された基板の位置と比較することによ
り、マスク合わせを精密に行うことができる。By the way, although the above-mentioned technique is mainly intended for a semiconductor wafer, the same idea can be partially applied to the alignment of the photomask substrate. Since the circuit pattern is formed of a light-shielding film such as a Cr film on the photomask substrate, the light-shielding film pattern for alignment is formed by processing a part of the light-shielding film outside the area where the circuit pattern is formed. It If the light-shielding film pattern is also densely formed toward the center of symmetry as described above, the position of the photomask substrate can be easily determined by using the probe. Further, by comparing the position of the photomask substrate with the position of the substrate detected as described above, the mask alignment can be performed accurately.

【００２２】なお、本発明において具体的に検出される
相互作用は、前述のように原子間力またはトンネル電流
である。トンネル電流は導電性物質を表面に有する試料
について用いることができ、原子間力は試料の種類を問
わず用いることができる。The interaction specifically detected in the present invention is the atomic force or tunnel current as described above. The tunnel current can be used for a sample having a conductive substance on its surface, and the atomic force can be used regardless of the type of sample.

【００２３】[0023]

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。EXAMPLES Specific examples of the present invention will be described below.

【００２４】実施例１ 本実施例では、ステッパのウェハ・ステージ上にセット
された半導体ウェハについて、その裏面に形成された凹
凸マークをＡＦＭまたはＳＴＭを用いて検出する方法
を、図１を参照しながら概念的に説明する。図１（ａ）
にはＡＦＭ、図１（ｂ）にはＳＴＭを用いた場合の検出
原理をそれぞれ示す。ウェハ１は、その表（おもて）面
１ａ、すなわち回路パターンの形成面がステッパの投影
光学系の縮小投影レンズ４に対面するごとくウェハ・ス
テージ３上にセットされている。ウェハの裏面１ｂ、す
なわち回路パターンの非形成面には、所定の合わせマー
ク領域２において凹凸マーク３０が形成されている。こ
の合わせマーク領域２では、ウェハ１の裏面１ｂをエッ
チングすることにより形成されたたとえば深さ１０μｍ
程度の凹部の中に、たとえば高さ１００ｎｍ程度の凹凸
マーク３０が形成されている。このように凹部を設ける
のは、ドライエッチングやＣＶＤ等のようにウェハ・ス
テージにウェハ１の裏面１ｂを密着させた状態で処理を
行うプロセスを経る場合にも、ウェハ・ステージとの接
触による凹凸マーク３０の損傷を防止するためである。
この凹凸マーク３０の具体的な形状については、実施例
４および実施例５で後述する。 Example 1 In this example, referring to FIG. 1, a method for detecting a concave-convex mark formed on the back surface of a semiconductor wafer set on a wafer stage of a stepper using AFM or STM is described. While explaining conceptually. Figure 1 (a)
Shows the detection principle when using AFM, and FIG. 1B shows the detection principle when using STM. The wafer 1 is set on the wafer stage 3 so that its front surface 1a, that is, the surface on which the circuit pattern is formed faces the reduction projection lens 4 of the projection optical system of the stepper. Concavo-convex marks 30 are formed in a predetermined alignment mark area 2 on the back surface 1b of the wafer, that is, the surface on which the circuit pattern is not formed. In this alignment mark region 2, for example, a depth of 10 μm formed by etching the back surface 1b of the wafer 1
An uneven mark 30 having a height of, for example, about 100 nm is formed in the concave portion of about 100 nm. Providing the recessed portion in this manner allows unevenness due to contact with the wafer stage even when undergoing a process such as dry etching or CVD in which the back surface 1b of the wafer 1 is brought into close contact with the wafer stage. This is to prevent the mark 30 from being damaged.
The specific shape of the uneven mark 30 will be described later in Examples 4 and 5.

【００２５】ＡＦＭの場合は、図１（ａ）に示されるよ
うに、ウェハ１の裏面１ｂにカンチレバー５上に固定さ
れた微小な探針６を接触させる。このとき、ファンデル
ワールス力や斥力に起因して探針６と裏面１ｂとの間に
働く力が、原子間力である。上記カンチレバー５は、ピ
エゾ素子等を備えた図示されない駆動ステージに支持さ
れており、微小距離の駆動が可能とされている。In the case of the AFM, as shown in FIG. 1A, a minute probe 6 fixed on the cantilever 5 is brought into contact with the back surface 1b of the wafer 1. At this time, the force acting between the probe 6 and the back surface 1b due to the Van der Waals force or the repulsive force is the atomic force. The cantilever 5 is supported by a drive stage (not shown) equipped with a piezo element and the like, and is capable of being driven by a minute distance.

【００２６】この状態で探針６を裏面１ｂに沿ってスキ
ャンすると、凹凸マーク３０上を通過する際に原子間力
が変化し、カンチレバー５が矢印Ａ方向に撓む。カンチ
レバー５には図示されないミラーが取り付けられてお
り、ここにレーザ素子（Ｌ）７からレーザ光が照射され
ているため、撓みに応じて反射光の位置が変化する。こ
の反射光をフォトダイオード（ＰＤ）８で検出してカン
チレバー５の変位を求め、この変位（すなわち原子間
力）を一定に維持するようなフィードバック制御を上記
駆動ステージに対して行う。この駆動ステージはＸ−Ｙ
方向にもラスタスキャンされており、上記フィードバッ
ク制御における制御量とＸ−Ｙ座標にもとづいて裏面１
ｂのプロファイルが立体画像化される。When the probe 6 is scanned along the back surface 1b in this state, the atomic force changes when passing over the uneven mark 30, and the cantilever 5 bends in the direction of arrow A. A mirror (not shown) is attached to the cantilever 5, and the laser light is emitted from the laser element (L) 7 to the cantilever 5, so that the position of the reflected light changes according to the bending. This reflected light is detected by the photodiode (PD) 8 to obtain the displacement of the cantilever 5, and feedback control is performed on the drive stage so as to maintain this displacement (that is, atomic force) constant. This drive stage is XY
Direction is also raster-scanned, and the rear surface 1 is based on the control amount and the XY coordinates in the feedback control.
The profile of b is converted into a stereoscopic image.

【００２７】一方、ＳＴＭの場合は、図１（ｂ）に示さ
れるように、ウェハ１の裏面１ｂに対して１ｎｍ程度の
極微小距離を隔てた位置に探針９を近接させる。上記探
針９も、やはりピエゾ素子等を備えた駆動ステージ上に
支持されている。このとき、裏面１ｂが導電性物質に被
覆されており、上記探針９に数１０ｍＶ程度のバイアス
電圧が印加されていれば、該探針９から裏面１ｂに向け
て量子効果によりトンネル電流が流れる。On the other hand, in the case of the STM, as shown in FIG. 1B, the probe 9 is brought close to the back surface 1b of the wafer 1 at a position separated by an extremely small distance of about 1 nm. The probe 9 is also supported on a drive stage that also includes a piezo element and the like. At this time, if the back surface 1b is covered with a conductive material and a bias voltage of about several tens of mV is applied to the probe 9, a tunnel current flows from the probe 9 toward the back surface 1b by a quantum effect. .

【００２８】この状態で探針９を裏面１ｂに沿ってスキ
ャンすると、凹凸マーク３０上を通過する際にトンネル
電流の大きさが変化する。このときの変化量は指数関数
的であり、０．１ｎｍの距離変化により１桁増減するほ
ど敏感である。上記トンネル電流を電流計（ＡＭ）１０
によりモニタし、この電流値を一定に維持するようなフ
ィードバック制御を上記駆動ステージに対して行う。こ
のときの制御量とＸ−Ｙ座標にもとづいて、裏面１ｂの
プロファイルが立体画像化される。When the probe 9 is scanned along the back surface 1b in this state, the magnitude of the tunnel current changes when passing over the uneven mark 30. The amount of change at this time is exponential, and is more sensitive as it increases or decreases by one digit as the distance changes by 0.1 nm. Ammeter (AM) 10 for the tunnel current
And the feedback control for maintaining the current value constant is performed on the drive stage. Based on the control amount and the XY coordinate at this time, the profile of the back surface 1b is converted into a stereoscopic image.

【００２９】いずれにしても、従来のレーザ光を用いた
位置合わせ方法よりもはるかに高い精度で凹凸マーク３
０を検出することができる。しかも、この凹凸マーク３
０はウェハ１の裏面１ｂに形成されているため、表面１
ａ側でいかなるプロセスが行われたとしても、その位置
や形状が変化しない。したがって、常に高い精度で位置
合わせを行うことができる。In any case, the concave-convex mark 3 is provided with much higher accuracy than the conventional alignment method using laser light.
0 can be detected. Moreover, this uneven mark 3
Since 0 is formed on the back surface 1b of the wafer 1, the front surface 1
No matter what process is performed on the a side, its position or shape does not change. Therefore, the alignment can always be performed with high accuracy.

【００３０】実施例２ 本実施例では、特にＡＦＭを用いた場合を想定し、ウェ
ハの裏面に探針を接近させるための所要時間を短縮する
と共に、探針の損傷を防止する方法について、図２を参
照しながら説明する。なお、図２の参照符号は、図１と
一部共通である。 Example 2 In this example, assuming that an AFM is used, a method for shortening the time required to bring the probe closer to the back surface of the wafer and preventing damage to the probe will be described. This will be described with reference to 2. Note that the reference numerals in FIG. 2 are partially common to those in FIG.

【００３１】本実施例で用いられる探針機構は、図示さ
れるように、ピエゾ素子１４を内蔵する駆動ステージ１
３上に２系統の探針、すなわち第１のカンチレバー１２
ａに固定された第１の探針１１ａと、第２のカンチレバ
ー１２ｂに固定された第２の探針１１ｂを備えている。
上記第２の探針１１ｂは、第１の探針１１ａに比べてた
とえば０．５μｍ程度長く形成されている。第２の探針
１１ｂは、実際のスキャンに用いられるものではないの
で、先端がそれほど鋭利に加工されている必要はない。
本実施例では、この第２の探針１１ｂとして、円柱状の
ダミー探針を用いた。The probe mechanism used in this embodiment is, as shown in the figure, a drive stage 1 having a piezo element 14 incorporated therein.
Two probes on top of 3, ie, the first cantilever 12
It has a first probe 11a fixed to a and a second probe 11b fixed to a second cantilever 12b.
The second probe 11b is formed to be, for example, 0.5 μm longer than the first probe 11a. Since the second probe 11b is not used for actual scanning, the tip does not need to be processed so sharply.
In the present embodiment, a cylindrical dummy probe is used as the second probe 11b.

【００３２】また、図面ではこれら２系統の探針がバネ
様の部材を介して駆動ステージ１３に接続されているよ
うに描かれているが、これは、原子間力が一定に制御さ
れている状態を便宜上このように表現しているのであ
る。Further, in the drawing, these two systems of probe are drawn as connected to the drive stage 13 via a spring-like member, but the atomic force is controlled to be constant. The state is expressed in this way for convenience.

【００３３】図２（ａ）は、駆動ステージ１３をウェハ
１の裏面１ｂに向けて矢印Ｚ方向に接近させ、長い第２
の探針１１ｂを裏面１ｂに接触させた状態を示してい
る。この時点を第１接触と定義する。また図２（ｂ）
は、駆動ステージ１３をさらに接近させ、短い第１の探
針１１ａも裏面１ｂに接触した状態を示している。この
時点を第２接触と定義する。In FIG. 2A, the drive stage 13 is moved toward the back surface 1b of the wafer 1 in the direction of arrow Z, and the second long
The probe 11b is shown in contact with the back surface 1b. This time point is defined as the first contact. 2 (b)
Shows a state in which the drive stage 13 is brought closer to the first probe 11a and the short first probe 11a is also in contact with the back surface 1b. This time point is defined as the second contact.

【００３４】以上の接近過程において、Ｚ方向のステー
ジ移動距離とピエゾ素子１４に加わる力の関係を示す
と、図２（ｃ）のとおりとなる。ピエゾ素子１４に何の
力も加わらない第１接触以前の領域Ｉは、第２の探針１
１ｂがウェハの裏面１ｂに接触するまでの移動に対応す
る領域である。第１接触によりピエゾ素子１４に加わる
力は急激に上昇し、以後、第１の探針１１ａが接触する
までこの力は一定に保たれる。この間の領域が領域IIで
ある。第１の探針１１ａが接触する第２接触では、これ
までの力に第１の探針１１ａによる力が加わり、ピエゾ
素子１４に加わる力はここでまた急激に増大し、以後一
定に保たれる。In the above approaching process, the relationship between the stage movement distance in the Z direction and the force applied to the piezo element 14 is shown in FIG. 2 (c). The region I before the first contact in which no force is applied to the piezo element 14 is the second probe 1
This is an area corresponding to the movement of 1b until it contacts the back surface 1b of the wafer. The force applied to the piezo element 14 by the first contact rapidly rises, and thereafter, this force is kept constant until the first probe 11a comes into contact. The area between them is area II. In the second contact in which the first probe 11a comes into contact, the force by the first probe 11a is added to the force so far, and the force applied to the piezo element 14 increases sharply again and is kept constant thereafter. Be done.

【００３５】上述の過程の所要時間を短縮しようとする
場合、短縮可能な部分は領域Ｉの所要時間である。つま
り、ダミーの探針である第２の探針１１ｂを裏面１ｂに
接触させるまでの時間である。これに対し、実際の凹凸
マーク３０の検出に用いられる第１の探針１１ａについ
ては、損傷防止の観点からその接近速度を従来以上に速
めることは好ましくなく、したがって領域IIの所要時間
を短縮することは事実上不可能である。If the time required for the above process is to be shortened, the shortenable portion is the time required for the region I. That is, it is the time until the second probe 11b, which is a dummy probe, is brought into contact with the back surface 1b. On the other hand, it is not preferable to increase the approach speed of the first probe 11a used for detecting the actual concave-convex mark 30 from the viewpoint of preventing damage, and thus the time required for the area II is shortened. It is virtually impossible.

【００３６】本実施例では、上述のように探針を２系統
化し、ダミーの探針をウェハに高速接近させてウェハ面
の位置を検出し、観察用の探針をこれに追従させること
により、観察用の探針に損傷を与えることなく、その接
近時間を従来よりも大幅に短縮することができた。In this embodiment, the probe is divided into two systems as described above, the dummy probe is brought close to the wafer at high speed to detect the position of the wafer surface, and the probe for observation is made to follow this. , The approach time was able to be shortened much more than before without damaging the probe for observation.

【００３７】実施例３ 本実施例では、実施例２の変形例として、２系統の探針
をそれぞれ独立の駆動ステージ上に支持した場合につい
て、図３を参照しながら説明する。なお、図３の参照符
号は、図１と一部共通である。本実施例で用いられる探
針機構は、互いに独立に駆動可能な第１の探針ユニット
２５ａと第２の探針ユニット２５ｂからなる。この両ユ
ニットの構成はほぼ同じであり、それぞれピエゾ素子２
４を内蔵する駆動ステージ２３上にカンチレバー２２に
固定された第１の探針２１ａもしくは第２の探針２１ｂ
を備えたものである。ここで、上記第１の探針２１ａは
凹凸マーク３０の観察用である。第２の探針２１ｂとし
ては、第１の探針２１ａと同じものを用いても良いが、
ここではダミーの探針を用いた。また、第１の探針２１
ａと第２の探針２１ｂとは、実施例２のように互いに長
さが異なっている必要は特にない。 Third Embodiment In this embodiment, as a modified example of the second embodiment, a case in which two systems of probes are supported on independent drive stages will be described with reference to FIG. Note that the reference numerals in FIG. 3 are partially common to those in FIG. The probe mechanism used in this embodiment includes a first probe unit 25a and a second probe unit 25b that can be driven independently of each other. The configuration of both units is almost the same, and the piezo element 2
The first probe 21a or the second probe 21b fixed to the cantilever 22 on the drive stage 23 containing 4
It is equipped with. Here, the first probe 21a is for observing the concave and convex mark 30. As the second probe 21b, the same one as the first probe 21a may be used,
Here, a dummy probe was used. In addition, the first probe 21
It is not necessary that the a and the second probe 21b have different lengths from each other as in the second embodiment.

【００３８】本実施例における接近過程では、まず第１
の探針ユニット２５ａに対して第２の探針ユニット２５
ｂを先行させた状態で、かつ両者の相対位置を一定に保
持しながらこれをウェハ１の裏面１ｂへ向けて矢印Ｚ方
向に接近させる。図３（ａ）は、先行する第２の探針ユ
ニット２５ｂの第２の探針２１ｂが裏面１ｂに接触した
状態を示している。この時点を第１接触と定義する。In the approaching process of this embodiment, firstly,
The second probe unit 25 with respect to the second probe unit 25a
In the state where b is preceded, and while keeping the relative position of the two constant, this is moved toward the back surface 1b of the wafer 1 in the direction of arrow Z. FIG. 3A shows a state in which the second probe 21b of the preceding second probe unit 25b is in contact with the back surface 1b. This time point is defined as the first contact.

【００３９】この後、第２の探針ユニット２５ｂは直ち
に後退させ、第１の探針ユニット２５ａのみを接近させ
る。図３（ｂ）は、こうして第１の探針ユニット２５ａ
の第１の探針２１ａが裏面１ｂに接触した状態を示して
いる。この時点を第２接触と定義する。After this, the second probe unit 25b is immediately retracted, and only the first probe unit 25a is moved closer. FIG. 3B shows the first probe unit 25a thus
Shows the state in which the first probe 21a of 1 comes into contact with the back surface 1b. This time point is defined as the second contact.

【００４０】以上の接近過程において、Ｚ方向のステー
ジ移動距離とピエゾ素子２４に加わる力の関係を示す
と、図３（ｃ）のようになる。ただし、本実施例におけ
るＺ方向のステージ移動距離のうち、第１接触までは第
２の探針ユニット２５ｂの駆動ステージ２３の移動距
離、第１接触から第２接触までは第１の探針ユニット２
５ａの駆動ステージ２３の移動距離を意味する。The relationship between the stage moving distance in the Z direction and the force applied to the piezo element 24 in the above approaching process is shown in FIG. 3 (c). However, of the stage movement distances in the Z direction in the present embodiment, the movement distance of the drive stage 23 of the second probe unit 25b up to the first contact, and the first probe unit from the first contact to the second contact. Two
It means the moving distance of the drive stage 23 of 5a.

【００４１】ここで、領域III は第１接触以前の領域で
あるから、ピエゾ素子２４には力が加わらない。第１接
触時には、第２の探針ユニット２５ｂのピエゾ素子２４
に加わる力が急激に上昇するが、その後のユニットの後
退に伴いこの力は直ちに消滅する。以後、第１の探針２
１ａが接触する第２接触までの領域IVでは、ピエゾ素子
２４に加わる力はゼロである。第２接触では、第１の探
針ユニット２５ａのピエゾ素子２４に第１接触時とほぼ
同等の力が加わり、以後この力は一定に保たれる。Since the region III is the region before the first contact, no force is applied to the piezo element 24. At the time of the first contact, the piezo element 24 of the second probe unit 25b
The force applied to will rise sharply, but this force will immediately disappear as the unit retreats. After that, the first probe 2
In the area IV up to the second contact where 1a contacts, the force applied to the piezo element 24 is zero. In the second contact, a force almost equal to that in the first contact is applied to the piezo element 24 of the first probe unit 25a, and thereafter this force is kept constant.

【００４２】本実施例では、領域III における第２の探
針ユニット２５ｂの接近速度を上げ、接近の所要時間を
短縮することにより、従来よりも大幅にスループットを
向上させることができた。しかも、本実施例では先行す
るダミーの探針を接触後直ちに後退させているため、ウ
ェハ面に余分な力が加わらず、検出感度も向上するとい
うメリットが得られた。In the present embodiment, the approaching speed of the second probe unit 25b in the region III is increased and the time required for the approaching is shortened, whereby the throughput can be greatly improved as compared with the conventional case. Moreover, in this embodiment, since the preceding dummy probe is retracted immediately after contact, there is an advantage that the wafer surface is not subjected to an excessive force and the detection sensitivity is improved.

【００４３】実施例４ 本実施例では、前述の凹凸マーク３０の具体的な構成
と、これにもとづく最適位置の判定方法について、図４
を参照しながら説明する。図４（ａ）に、ウェハ１の裏
面１ｂの合わせマーク領域２において形成された凹凸マ
ーク３０の拡大斜視図を、また図４（ｂ）にはそのＸ−
Ｘ線断面図を示す。この凹凸マーク３０は、同心円状に
配列された高さ約１００ｎｍの４個の凸部３０ａ，３０
ｂ，３０ｃ，３０ｄから構成されている。ここで、中心
に位置する凸部３０ａは円柱状をなし、その外周側の凸
部３０ｂ，３０ｃ，３０ｄはリング状をなす。これら凸
部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄはたとえばＳｉＯ₂
層をパターニングすることにより形成されており、その
配列間隔は外周側から中心に向かって密とされている。
たとえば、凸部３０ｄとそのすぐ内側の溝の幅は各１０
０ｎｍ、凸部３０ｃとそのすぐ内側の溝の幅は各５０ｎ
ｍ、凸部３０ｂとそのすぐ内側の溝の幅は各２０ｎｍ、
中央の凸部３０ａの直径は１０ｎｍとされている。 Embodiment 4 In this embodiment, a concrete structure of the concave and convex mark 30 and a method of judging an optimum position based on this will be described with reference to FIG.
Will be described with reference to. FIG. 4A is an enlarged perspective view of the concave-convex mark 30 formed in the alignment mark area 2 on the back surface 1b of the wafer 1, and FIG.
An X-ray sectional view is shown. The concavo-convex mark 30 includes four convex portions 30a, 30 having a height of about 100 nm arranged concentrically.
It is composed of b, 30c and 30d. Here, the convex portion 30a located at the center has a cylindrical shape, and the convex portions 30b, 30c, 30d on the outer peripheral side thereof have a ring shape. These protrusions 30a, 30b, 30c, 30d are made of, for example, SiO ₂
The layers are formed by patterning the layers, and the arrangement intervals are made denser from the outer peripheral side toward the center.
For example, the width of the convex portion 30d and the groove immediately inside thereof is 10 each.
0 nm, the width of the convex portion 30c and the groove immediately inside thereof is 50 n each
m, the width of the convex portion 30b and the groove immediately inside thereof is 20 nm,
The diameter of the central convex portion 30a is set to 10 nm.

【００４４】いま、ＡＦＭもしくはＳＴＭの探針を用
い、かかる凹凸マーク３０をＸ−Ｘ線に沿って定速でス
キャンすると、この凹凸パターンに応じて、図４（ｃ）
に示されるような電気信号波形が得られる。図中、横軸
はスキャン方向を表し、縦軸はＡＦＭにおける変位制御
量、あるいはＳＴＭにおけるトンネル電流を表す。この
波形は、凹凸マーク３０のパターンを直接的に反映した
ものであり、凸部の間隔が密となる中央部近傍では信号
強度の増減の周期が短くなる。したがって、信号強度を
モニタしながら上記周期が最短となるようにウェハ・ス
テージ３を駆動し、ウェハ１を移動させれば、このウェ
ハを極めて容易かつ高精度に最適位置へセットすること
が可能となる。本実施例の場合、凹凸マーク３０の中心
に凸部３０ａが位置しているため、最適位置は電気信号
波形の中央のピーク位置により判定すれば良い。When an AFM or STM probe is used to scan the concave-convex mark 30 at a constant speed along the line X--X, according to the concave-convex pattern, the pattern shown in FIG.
An electric signal waveform as shown in is obtained. In the figure, the horizontal axis represents the scanning direction, and the vertical axis represents the displacement control amount in the AFM or the tunnel current in the STM. This waveform directly reflects the pattern of the concavo-convex mark 30, and the cycle of increase and decrease of the signal intensity becomes short in the vicinity of the central portion where the intervals of the convex portions are close. Therefore, if the wafer stage 3 is driven and the wafer 1 is moved so that the above-mentioned period becomes the shortest while monitoring the signal intensity, it is possible to set this wafer to the optimum position extremely easily and highly accurately. Become. In the case of this embodiment, since the convex portion 30a is located at the center of the concave-convex mark 30, the optimum position may be determined by the central peak position of the electric signal waveform.

【００４５】実施例５ 本実施例では、実施例４の変形例として、凹凸マークの
中心に溝部が存在する場合の最適位置の判定方法につい
て図５を参照しながら説明する。図５（ａ）に、ウェハ
１の裏面１ｂの合わせマーク領域２において形成された
凹凸マーク４０の断面図を、また図４（ｂ）にはこの凹
凸マーク４０をスキャンして得られる電気信号波形を示
す。この凹凸マーク４０の斜視図は省略するが、３個の
リング状の凸部４０ａ，４０ｂ，４０ｃが同心円状に配
列された構成を有する。これらの凸部４０ａ，４０ｂ，
４０ｃの幅および配列間隔も、外周側から中心部に向か
って密とされている。 Fifth Embodiment In this embodiment, as a modified example of the fourth embodiment, a method of determining the optimum position when a groove portion exists at the center of the uneven mark will be described with reference to FIG. FIG. 5A is a cross-sectional view of the uneven mark 40 formed in the alignment mark region 2 on the back surface 1b of the wafer 1, and FIG. 4B is the electric signal waveform obtained by scanning the uneven mark 40. Indicates. Although the perspective view of the concave-convex mark 40 is omitted, it has a configuration in which three ring-shaped convex portions 40a, 40b, 40c are arranged concentrically. These convex portions 40a, 40b,
The width and arrangement interval of the 40c are also made smaller from the outer peripheral side toward the central portion.

【００４６】この凹凸パターン４０は、実施例４の凹凸
パターン３０と異なり中央が溝部であるため、定速スキ
ャンの電気信号波形にもとづく最適位置は、中央の谷の
位置で判定する。The uneven pattern 40 differs from the uneven pattern 30 of the fourth embodiment in that the center is the groove, and therefore the optimum position based on the electric signal waveform of the constant speed scan is determined by the position of the central valley.

【００４７】実施例６ 本実施例では、フォトマスク基板の位置合わせ用に、Ｃ
ｒ遮光膜の一部を利用して凹凸マークを形成した例につ
いて説明する。図６に、本実施例で形成した凹凸マーク
５２を示す。この凹凸マーク５２は、ガラス基板５１上
にＣｒ遮光膜５０が被着された通常のマスク・ブランク
ス上で電子ビーム描画により回路パターンを形成する際
に、回路パターンの非形成領域において同時に形成され
たものである。つまり、この凹凸マーク５２は回路パタ
ーンの形成面側にあり、その凸部５２ａ，５２ｂは同心
円状に配置されたリング状のＣｒ遮光膜で構成され、凹
部の底面はガラス基板５１の露出面となる。上記凹凸マ
ーク５２の凸部５２ａ，５２ｂも、外周側から中央部に
向かって密に形成されている。さらに、上記凹凸マーク
５２は、中央部の凸部５２ａから凸部５２ｂを経て周囲
のＣｒ遮光膜５０につながるブリッジ部５２ｃを有し、
蓄積電荷をリークできるようになされている。 Embodiment 6 In this embodiment, C is used for aligning the photomask substrate.
An example in which a concave-convex mark is formed by using a part of the r light-shielding film will be described. FIG. 6 shows the uneven mark 52 formed in this example. The concavo-convex mark 52 is formed simultaneously in the circuit pattern non-formation area when the circuit pattern is formed by electron beam drawing on the ordinary mask blanks having the Cr light shielding film 50 deposited on the glass substrate 51. It is a thing. That is, the concave and convex mark 52 is on the side where the circuit pattern is formed, the convex portions 52a and 52b are formed by concentric ring-shaped Cr light shielding films, and the bottom surface of the concave portion is the exposed surface of the glass substrate 51. Become. The convex portions 52a and 52b of the concave-convex mark 52 are also densely formed from the outer peripheral side toward the central portion. Further, the concave-convex mark 52 has a bridge portion 52c connecting from the central convex portion 52a to the peripheral Cr light-shielding film 50 via the convex portion 52b,
It is designed to leak the accumulated charge.

【００４８】かかる凹凸マーク５２のスキャンは、ＡＦ
ＭもしくはＳＴＭを用いてウェハの場合と同様に行うこ
とができる。ただし、このスキャンは上記ブリッジ部５
２ｃを通過しないような線、たとえば図中のＷ−Ｗ線に
沿って行う。また、このようにして求められたフォトマ
スク基板の最適位置を前述のようにして求められたウェ
ハの最適位置と比較し、両者の相対位置を補正すること
により、極めて精密なマスク合わせを行うことができ
る。The scanning of the uneven mark 52 is performed by AF
It can be performed using M or STM as in the case of a wafer. However, this scan is for the bridge unit 5
It is performed along a line that does not pass through 2c, for example, the line WW in the figure. In addition, the optimum position of the photomask substrate thus obtained is compared with the optimum position of the wafer obtained as described above, and the relative position between the two is corrected to perform extremely precise mask alignment. You can

【００４９】以上、本発明を６例の実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではない。たとえば、凹凸マークとしては上述のよ
うな同心円状パターンの他、対称中心を有するあらゆる
パターンを持つものが可能である。また、２系統の探針
を用いて接近過程の所要時間を短縮する場合、先行する
第２の探針の接近過程で従来のような光学顕微鏡による
非接触モニタを併用することにより、より一層のスルー
プットの向上を図ることもできる。Although the present invention has been described based on the six examples, the present invention is not limited to these examples. For example, the concavo-convex mark can have any pattern having a center of symmetry in addition to the concentric circular pattern as described above. Further, in the case where the time required for the approaching process is shortened by using the probes of two systems, the non-contact monitor by the conventional optical microscope is used together in the approaching process of the preceding second probe to further improve Throughput can also be improved.

【００５０】また、上記接近過程の短縮はＡＦＭを例と
して説明したが、ＳＴＭを用いた場合にも基本的には同
じ考え方が適用できる。ただし、ＳＴＭの場合は探針を
試料の表面に接触させないので、上記の説明文中の「接
触」を「近接」と読み替えれば良い。The shortening of the approaching process has been described by using the AFM as an example, but the same idea can be basically applied to the case of using the STM. However, in the case of STM, since the probe is not brought into contact with the surface of the sample, “contact” in the above description may be read as “proximity”.

【００５１】[0051]

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明では位置合わせ用の凹凸マークをウェハの裏側に形成
するため、表側でいかなる半導体プロセスが行われたと
しても、これらプロセスの影響を受けることなく、常に
高い精度で凹凸マークを検出することができる。しか
も、本発明では上記凹凸マークの検出手段として、その
凹凸パターンを直接的に検知するＡＦＭまたはＳＴＭを
用いているため、誤差も極めて少ない。フォトマスク基
板上でも、同じ手段で凹凸マークを検出することができ
る。また、本発明で形成される凹凸マークは、パターン
の粗密に工夫が施されており、容易かつ精密に最適位置
を決定することを可能とする。さらに、ＡＦＭやＳＴＭ
の探針を２系統化することにより、試料面への探針の接
近所要時間を短縮し、スループットを大幅に改善するこ
とが可能となる。As is clear from the above description, the present invention forms the concave and convex marks for alignment on the back side of the wafer. Therefore, no matter what semiconductor process is performed on the front side, the influence of these processes will not be affected. The concave and convex marks can always be detected with high accuracy without receiving the marks. Moreover, in the present invention, since the AFM or STM that directly detects the concave / convex pattern is used as the concave / convex mark detecting means, the error is extremely small. Even on the photomask substrate, the uneven mark can be detected by the same means. Further, the uneven mark formed in the present invention is devised in terms of the pattern density so that the optimum position can be determined easily and precisely. Furthermore, AFM and STM
By dividing the probe into two systems, the time required for the probe to approach the sample surface can be shortened, and the throughput can be significantly improved.

【００５２】本発明は、たとえば微細なデザイン・ルー
ルにしたがって製造され、高集積度、高性能、高信頼性
を要求される半導体装置の製造等において極めて有用で
ある。The present invention is extremely useful, for example, in manufacturing a semiconductor device which is manufactured according to a fine design rule and which requires high integration, high performance and high reliability.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明の基板位置合わせ方法の概念を説明する
ための模式的断面図であり、（ａ）は凹凸マークの検出
にＡＦＭを用いる場合、（ｂ）はＳＴＭを用いる場合を
それぞれ表す。1A and 1B are schematic cross-sectional views for explaining the concept of a substrate alignment method of the present invention, in which FIG. 1A shows a case where an AFM is used for detecting concave and convex marks, and FIG. 1B shows a case where an STM is used. .

【図２】本発明における共通の駆動ステージ上に固定さ
れた２系統のＡＦＭ探針をウェハ面へ接近させる方法を
説明するための図であり、（ａ）は第２の探針がウェハ
の裏面に接触した状態を示す模式的断面図、（ｂ）は第
１の探針も裏面に接触した状態を示す模式的断面図、
（ｃ）はこれらの過程においてピエゾ素子に加わる力の
変化を示すグラフである。FIG. 2 is a diagram for explaining a method of bringing two AFM probes fixed on a common drive stage closer to a wafer surface according to the present invention, and FIG. A schematic cross-sectional view showing a state of contacting the back surface, (b) a schematic cross-sectional view showing a state of the first probe also contacting the back surface,
(C) is a graph showing changes in the force applied to the piezo element in these processes.

【図３】本発明における別々の駆動ステージ上に固定さ
れた２系統のＡＦＭ探針をウェハ面へ接近させる方法を
説明するための図であり、（ａ）は第２の探針がウェハ
の裏面に接触した状態を示す模式的断面図、（ｂ）は第
２の探針が後退し第１の探針が裏面に接触した状態を示
す模式的断面図、（ｃ）はこれらの過程においてピエゾ
素子に加わる力の変化を示すグラフである。FIG. 3 is a diagram for explaining a method of bringing two AFM probes fixed on different drive stages closer to the wafer surface in the present invention, and FIG. A schematic cross-sectional view showing a state in which the back surface is in contact, (b) is a schematic cross-sectional view showing a state in which the second probe is retracted and the first probe is in contact with the back surface, and (c) is in these processes It is a graph which shows the change of the force added to a piezo element.

【図４】本発明において形成される凹凸マークに関する
説明図であり、（ａ）はその一構成例の拡大斜視図、
（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図、（ｃ）はこの凹凸マ
ークをＡＦＭまたはＳＴＭの探針でスキャンした場合の
電気信号変化を示すグラフである。FIG. 4 is an explanatory view of a concavo-convex mark formed in the present invention, (a) is an enlarged perspective view of a configuration example thereof,
(B) is a cross-sectional view taken along line XX of (a), and (c) is a graph showing an electric signal change when the uneven mark is scanned by a probe of an AFM or STM.

【図５】本発明において形成される他の凹凸マークに関
する説明図であり、（ａ）はその構成例の拡大断面図、
（ｂ）はこの凹凸マークをＡＦＭまたはＳＴＭの探針で
スキャンした場合の電気信号変化を示すグラフである。FIG. 5 is an explanatory view of another concave-convex mark formed in the present invention, in which (a) is an enlarged cross-sectional view of a configuration example thereof.
(B) is a graph showing a change in electric signal when the uneven mark is scanned by an AFM or STM probe.

【図６】フォトマスク基板上に形成される凹凸マークの
一構成例を示す要部拡大平面図である。FIG. 6 is an enlarged plan view of an essential part showing a configuration example of a concave-convex mark formed on a photomask substrate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ ・・・ウェハ １ａ ・・・表面（回路パターンの形成面） １ｂ ・・・裏面（回路パターンの非形成面） ２ ・・・合わせマーク領域 ３ ・・・ウェハ・ステージ ５ ・・・カンチレバー ６ ・・・（ＡＦＭの）探針 ７ ・・・レーザ素子 ８ ・・・フォトダイオード ９ ・・・（ＳＴＭの）探針 １０ ・・・電流計 １１ａ，２１ａ・・・第１の探針 １１ｂ，２１ｂ・・・第２の探針 １３，２３ ・・・駆動ステージ １４，２４ ・・・ピエゾ素子 ２５ａ ・・・第１の探針ユニット ２５ｂ ・・・第２の探針ユニット ３０，４０ ・・・（ウェハ裏面の）凹凸マーク ５０ ・・・ガラス基板 ５１ ・・・Ｃｒ遮光膜 ５２ ・・・（フォトマスク基板上の）凹凸マ
ーク1 ... Wafer 1a ... Front surface (circuit pattern forming surface) 1b ... Back surface (circuit pattern non-forming surface) 2 ... Alignment mark area 3 ... Wafer stage 5 ... Cantilever 6 ... (AFM) probe 7 ... laser element 8 ... photodiode 9 ... (STM) probe 10 ... ammeter 11a, 21a ... first probe 11b, 21b ... second probe 13,23 ... driving stage 14,24 ... piezo element 25a ... first probe unit 25b ... second probe unit 30,40 ... -Concavo-convex mark (on back surface of wafer) 50 ... Glass substrate 51 ... Cr light-shielding film 52 ... Concavo-convex mark (on photomask substrate)

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 回路パターンの非形成面側に凹凸マーク
が形成された基板の該非形成面を探針機構を用いて走査
し、前記凹凸マークのパターンに応じた前記基板と前記
探針機構との間の相互作用の変化にもとづいて該基板の
位置を検出することを特徴とする基板位置合わせ方法。1. A probe mechanism is used to scan the non-formation surface of a substrate having a concave-convex mark formed on the non-formation surface side of a circuit pattern, and the substrate and the probe mechanism according to the pattern of the concave-convex mark. A substrate alignment method, which comprises detecting the position of the substrate based on a change in interaction between the substrates. 【請求項２】 前記探針機構が共通の駆動ステージに支
持される第１の探針と該第１の探針より長い第２の探針
とを備え、前記駆動ステージを前記基板に相対的に速い
速度で接近させて前記第２の探針を前記非形成面に接触
もしくは近接させた後、該駆動ステージを相対的に遅い
速度で接近させて前記第１の探針を前記非形成面に接触
もしくは近接させ、該第１の探針を用いて前記非形成面
を走査することを特徴とする請求項１記載の基板位置合
わせ方法。2. The probe mechanism includes a first probe supported by a common drive stage and a second probe longer than the first probe, and the drive stage is relatively mounted on the substrate. To the non-formation surface by bringing the second probe into contact or close to the non-formation surface at a relatively high speed, and then moving the drive stage at a relatively low speed to bring the first probe into the non-formation surface. The substrate alignment method according to claim 1, wherein the substrate is brought into contact with or brought close to the substrate and the non-formed surface is scanned using the first probe. 【請求項３】 前記探針機構が第１の駆動ステージに支
持される第１の探針と、第２の駆動ステージに支持され
前記第１の探針よりも常に先行しながら前記基板に接近
する第２の探針とを備え、前記第２の探針が前記非形成
面に接触もしくは近接した後直ちに前記第２の駆動ステ
ージを後退させると共に、前記第１の駆動ステージを相
対的に遅い速度で接近させて前記第１の探針を前記非形
成面に接触もしくは近接させ、該第１の探針を用いて前
記非形成面を走査することを特徴とする請求項１記載の
基板位置合わせ方法。3. The first probe, wherein the probe mechanism is supported by a first drive stage, and the second probe, which is supported by a second drive stage, always approaches the substrate while always preceding the first probe. And a second probe that moves the second drive stage immediately after the second probe contacts or approaches the non-formation surface, and the first drive stage is relatively slow. 2. The substrate position according to claim 1, wherein the first probe is brought into contact with or close to the non-formation surface by approaching at a speed so as to scan the non-formation surface using the first probe. How to match. 【請求項４】 前記凹凸マークが外縁部から対称中心に
向けて漸次密となるパターンを有し、前記走査をこの対
称中心を通過するごとく行うことにより、前記相互作用
の変化の周期を該対称中心近傍において短縮することを
特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記
載の基板位置合わせ方法。4. The uneven mark has a pattern in which it gradually becomes denser from the outer edge portion toward the center of symmetry, and the scanning is performed as it passes through the center of symmetry, whereby the period of change of the interaction is changed. 4. The substrate alignment method according to claim 1, wherein the substrate is shortened near the center. 【請求項５】 回路パターンの非形成領域に外縁部から
対称中心に向けて漸次密となる遮光膜パターンが設けら
れたフォトマスク基板を探針機構を用いて走査し、前記
遮光膜パターンに応じた前記フォトマスク基板と前記探
針機構との間の相互作用の変化にもとづいて該フォトマ
スク基板の位置を検出し、この位置を請求項１ないし請
求項４のいずれか１項に記載の方法にもとづいて検出さ
れた前記基板の位置と比較することにより該基板と該フ
ォトマスク基板との相対位置を補正することを特徴とす
る基板位置合わせ方法。5. A photomask substrate provided with a light-shielding film pattern that gradually becomes denser from the outer edge toward the center of symmetry in the area where the circuit pattern is not formed is scanned by using a probe mechanism, and the light-shielding film pattern is scanned according to the light-shielding film pattern. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the position of the photomask substrate is detected based on a change in interaction between the photomask substrate and the probe mechanism, and the position is detected. A substrate alignment method, wherein the relative position between the substrate and the photomask substrate is corrected by comparing the detected position of the substrate based on the above. 【請求項６】 前記相互作用の変化が原子間力の変化も
しくはトンネル電流の変化であることを特徴とする請求
項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の基板位置合
わせ方法。6. The substrate alignment method according to claim 1, wherein the change in the interaction is a change in atomic force or a change in tunnel current.