JP2005286133A - 露光装置、位置合わせ処理方法及びマスク装着方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 スループットを高めることが可能な露光装置を提供することである。
【解決手段】 位置の基準となる基準面を画定する基準ベースに粗動ステージが取り付けられている。粗動ステージは、その可動部を、基準面に平行な方向に移動させる。複数の微動ステージが、各々処理対象物を保持する保持面を有し、粗動ステージの可動部に対して、基準面に平行な方向に保持面を移動させることができる。微動ステージごと、対応する微動ステージの保持面に保持された処理対象物にエネルギビームを照射するビーム源が配置されている。さらに、微動ステージごとに、対応する微動ステージの保持面に保持された処理対象物の位置を検出する対象物用アライメントセンサが配置されている。微動ステージと、対象物用アライメントセンサとの相対的な位置関係は、粗動ステージを移動させても、すべての微動ステージに関して同じになる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、露光装置及び位置合わせ処理方法に関し、特に近接露光に適用可能な露光装置及び位置合わせ処理方法に関する。さらに、この露光装置にマスクを装着する方法に関する。

特許文献１に、低エネルギ電子ビームリソグラフィ（ＬＥＥＰＬ）技術が開示されている。ＬＥＥＰＬでは、ウエハとマスクとを近接配置し、低エネルギの電子ビームを、マスクを介してウエハに照射することにより露光を行う。従来の光を用いたリソグラフィに比べて、より微細なパターンを形成することが可能になる。

米国特許第５８３１２７２号公報

現在、ＬＥＥＰＬ装置の試作機が完成しているが、この試作機のウエハ１枚あたりの処理時間は、従来の紫外線露光装置の処理時間に比べて長い。ステージの移動速度を限界値まで速めたとしても、スループットを、従来の紫外線露光装置のスループットまで高めることは困難である。

本発明の一目的は、スループットを高めることが可能な露光装置、及び位置合わせ処理方法を提供することである。本発明の他の目的は、この露光装置にマスクを装着する方法を提供することである。

本発明の一観点によると、位置の基準となる基準面を画定する基準ベースに取り付けられ、可動部を、該基準面に平行な方向に移動させる粗動ステージと、各々処理対象物を保持する保持面が設けられ、前記粗動ステージの可動部に対して、前記基準面に平行な方向に該保持面を移動させることができる複数の微動ステージと、前記微動ステージごとに配置され、対応する微動ステージの保持面に保持された処理対象物にエネルギビームを照射するビーム源と前記微動ステージごとに配置され、対応する微動ステージの保持面に保持された処理対象物の位置を検出する対象物用アライメントセンサとを有し、前記粗動ステージの可動部を移動させたとき、前記微動ステージの各々と、それに対応する対象物用アライメントセンサとの相対的な位置関係が、すべての微動ステージについて常に同じになるように、前記対象物用アライメントセンサが配置されている露光装置が提供される。

本発明の他の観点によると、（ａ）基準面に平行な方向に移動可能な粗動ステージの可動部に取り付けられた複数の微動ステージの各々の保持面に処理対象物を保持し、該処理対象物の各々を、対応するマスクと近接して配置する工程と、（ｂ）前記微動ステージごとに配置され、前記粗動ステージの可動部の移動に伴って移動するマスク用アライメントセンサを用いて、該微動ステージごとに配置され、該粗動ステージの可動部の移動に伴って移動する参照マークと、対応するマスク上のアライメントマークとを検出する工程と、（ｃ）前記粗動ステージの可動部を移動させて、前記微動ステージごとに配置された対象物用アライメントセンサに対向する位置に、対応する参照マークを配置し、該対象物用アライメントセンサにより、対応する参照マークの位置を検出する工程と、（ｄ）前記粗動ステージの可動部を移動させて、前記対象物用アライメントセンサに対向する位置に、対応する微動ステージに保持された処理対象物上のアライメントマークを配置し、該対象物用アライメントセンサにより、対象物上のアライメントマークの位置を検出する工程と、（ｅ）前記工程ｂにおける位置検出結果、前記工程ｃにおける粗動ステージの可動部の移動量と位置検出結果、及び前記工程ｄにおける粗動ステージの可動部の移動量と位置検出結果に基づいて、マスクの各々と、対応する微動ステージの保持面に保持された処理対象物との相対位置情報を得る工程とを有する位置合わせ処理方法が提供される。

本発明のさらに他の観点によると、基準面に平行な方向に移動可能な粗動ステージの可動部に取り付けられた複数の微動ステージの各々の保持面に処理対象物を保持し、前記微動ステージごとに配置されたマスクステージに、対応する処理対象物に近接させてマスクを保持し、該微動ステージごとに配置された対象物用アライメントセンサで、対応する処理対象物上のアライメントマークを検出して、該マスクと、対応する処理対象物との位置合わせを行い、該マスクを通して処理対象物を露光する露光装置のマスクステージにマスクを取り付ける方法であって、（ａ）微動ステージの各々の保持面にマスクを保持する工程と、（ｂ）微動ステージの保持面に保持されたマスク上のアライメントマークが、対応する対象物用アライメントセンサで検出される位置に配置されるように前記粗動ステージの可動部を移動させる工程と、（ｃ）前記微動ステージの保持面に保持されたすべてのマスクについて、前記対象物用アライメントセンサで、対応する微動ステージの保持面に保持されているマスク上のアライメントマークの位置を検出する工程と、（ｄ）１つの微動ステージの保持面に保持されたマスク上のアライメントマークの位置の検出結果に基づいて、当該マスクが、対応するマスクステージに対向する位置に配置されるように前記粗動ステージの可動部を移動させ、該マスクを、対応するマスクステージに保持する工程と、（ｅ）すべてのマスクについて、前記工程ｄを繰り返す工程とを有するマスク装着方法が提供される。

複数の微動ステージに保持された処理対象物を、並行して処理することができるため、スループットを高めることができる。複数の微動ステージで１台の粗動ステージを共用しているため、微動ステージごとに粗動ステージをも配置する場合に比べて、部品点数を削減し、装置の小型化を図ることができる。

図１に、第１の実施例による露光装置の概略図を示す。下部基準ベース１と、その上に固定された上部基準ベース２とにより、ほぼ水平な基準面を画定する基準ベース３が構成されている。下部基準ベース１と上部基準ベース２との間の空間に、主要な構成部品が装填される。

下部基準ベース１の上に、粗動ステージ４が取り付けられている。粗動ステージ４は、粗動機構及び可動部（トップステージ）を含んで構成され、可動部が粗動機構により基準面に平行な方向に移動することができる。粗動ステージ４の可動部の上に、微動ステージ５Ａ及び５Ｂが取り付けられている。微動ステージ５Ａ及び５Ｂの各々は、微動機構及び保持面（トップステージ）を含んで構成され、各微動ステージ５Ａ及び５Ｂの保持面は、微動機構により、粗動ステージ４の可動部に対して、基準面に平行な方向に、相互に独立に移動可能である。微動ステージ５Ａ及び５Ｂに対応してレーザ干渉計が配置されている。レーザ干渉計の参照ミラーは、マスクステージ６Ａ及び６Ｂに固定され、測長ミラーは、微動ステージ５Ａ及び５Ｂの保持面に固定されている。レーザ干渉計は、マスクステージ６Ａ及び６Ｂに対する微動ステージ５Ａ及び５Ｂの保持面の変位量を測定する。基準面に平行な面をＸＹ面とし、微動ステージ５Ａ及び５Ｂの並んでいる方向をＸ軸方向とするＸＹＺ直交座標系を定義する。

微動ステージ５Ａ及び５Ｂの保持面に、それぞれウエハ（処理対象物）１３Ａ及び１３Ｂが保持される。ウエハ１３Ａ及び１３Ｂに、それぞれアライメントマーク１４Ａ及び１４Ｂが形成されている。微動ステージ５Ａ及び５Ｂの微動機構は、保持面に保持されたウエハ１３Ａ及び１３ＢをＺ軸方向へ微小移動させ、Ｚ軸に平行な軸を中心とした回転方向に変位させ、かつ基準面に対する傾きを調節することができる。

微動ステージ５Ａ及び５Ｂの保持面に、それぞれ参照マスク８Ａ及び８Ｂが取り付けられている。参照マスク８Ａ及び８Ｂは、粗動ステージ４の可動部の移動に伴って、両者の相対位置関係を保ったまま移動する。微動ステージ５Ａ及び５Ｂの保持面を移動させると、両者は独立に移動する。参照マスク８Ａ及び８Ｂは、光を透過させるマーク支持部と、マーク支持部に形成された参照マーク９Ａ及び９Ｂにより構成される。参照マスク８Ａ及び８Ｂの下方に、それぞれマスク用アライメントセンサ（マスク用アライメント顕微鏡）７Ａ及び７Ｂが配置されている。マスク用アライメントセンサ７Ａ及び７Ｂは、それぞれ微動ステージ５Ａ及び５Ｂの保持面に固定されており、粗動ステージ４の可動部の移動に伴って、両者の相対位置関係を保ったまま移動する。微動ステージ５Ａ及び５Ｂの保持面を移動させると、両者は独立に移動する。

マスクステージ６Ａ、６Ｂ、ウエハ用アライメントセンサ（ウエハ用アライメント顕微鏡）１０Ａ、１０Ｂ、及びレベリングセンサ１５Ａ、１５Ｂが、上部基準ベース２に取り付けられている。マスクステージ６Ａ及び６Ｂは、それぞれウエハ１３Ａ及び１３Ｂから微小間隙（プロキシミティギャップ）を隔ててマスク１１Ａ及び１１Ｂを保持し、基準面に直交する軸を中心とした回転方向に変位させ、マスク１１Ａ及び１１Ｂの、基準面に対する傾きを調節することができる。マスク１１Ａ及び１１Ｂに、それぞれアライメントマーク１２Ａ及び１２Ｂが形成されている。

マスク用アライメントセンサ７Ａ及び７Ｂは、それぞれマスク上のアライメントマーク１２Ａ及び１２Ｂの下方に配置されることにより、参照マスク８Ａ及び８Ｂの、光透過性のマーク支持部を通して、マスク上のアライメントマーク１２Ａ及び１２Ｂを、参照マーク９Ａ及び９Ｂと同時に検出することができる。

ウエハ用アライメントセンサ１０Ａ及び１０Ｂは、それぞれマスクステージ６Ａ及び６Ｂの脇に、微動ステージ５Ａ及び５Ｂ側を向いて取り付けられている。ウエハ用アライメントセンサ１０Ａ及び１０Ｂは、参照マーク９Ａ、９Ｂ、ウエハ上のアライメントマーク１４Ａ及び１４Ｂの位置を検出することができる。

ビーム源１９Ａ及び１９Ｂが、それぞれマスクステージ６Ａ及び６Ｂの上方に配置されている。ビーム源１９Ａ及び１９Ｂは、それぞれ露光用の低エネルギ電子ビームを発生させ、マスク１１Ａ及び１１Ｂを介して、ウエハ１３Ａ及び１３Ｂに入射させる。また、粗動ステージ４の可動部を移動させたとき、微動ステージ５Ａとビーム源１９Ａとの相対的な位置関係と、微動ステージ５Ｂとビーム源１９Ｂとの相対的な位置関係とが常に同じになるように、微動ステージ５Ａ、５Ｂ及びビーム源１９Ａ、１９Ｂが配置されている。

レベリングセンサ１５Ａ及び１５Ｂは、それぞれマスクステージ６Ａ及び６Ｂの脇に、微動ステージ５Ａ及び５Ｂに対向するように配置されている。さらに、マスクステージ６Ａの、微動ステージ５Ａに対向する面に３個のレベリングセンサ１６Ａが取り付けられている（図１では、１個のみを示す）。マスクステージ６Ｂにも、同様に３個のレベリングセンサ１６Ｂが取り付けられている。レベリングセンサ１５Ａ及び１６Ａは、ウエハ１３Ａまでの距離を測定することができる。同様に、レベリングセンサ１５Ｂ及び１６Ｂは、ウエハ１３Ｂまでの距離を測定することができる。粗動ステージ４の可動部を移動させながら、ウエハ１３Ａの複数箇所について測定することにより、ウエハ１３Ａの傾きを検出することができる。レベリングセンサ１５Ａ及び１６Ａのうち少なくとも３個のセンサで、ウエハ１３Ａまでの距離を同時に測定すれば、粗動ステージ４の可動部を移動させることなくウエハ１３Ａの傾きを検出することができる。

同様に、微動ステージ５Ａ及び５Ｂの保持面にも、それぞれレベリングセンサ１７Ａ及び１７Ｂが配置されており、マスク１１Ａ及び１１Ｂの傾きを検出することができる。傾きの検出結果に基づいてマスク１１Ａ、１１Ｂ及びウエハ１３Ａ、１３Ｂの傾きを調節することにより、共に基準面に対して平行になるように配置することができる。

粗動ステージ４の可動部を移動させたとき、レベリングセンサ１５Ａと微動ステージ５Ａとの相対的な位置関係と、レベリングセンサ１５Ｂと微動ステージ５Ｂとの相対的な位置関係とが、常に同じ同じになるように、レベリングセンサ１５Ａ及び１５Ｂの取り付け位置が決定されている。これにより、一方の微動ステージ５Ａ上のウエハ１３Ａの傾きを検出するための粗動ステージ４の作動時に、同時に他方の微動ステージ５Ｂ上のウエハ１３Ｂの傾きを検出することができる。

同様に、ウエハ用アライメントセンサ１０Ａ及び１０Ｂも、粗動ステージ４の可動部を移動させたとき、微動ステージ５Ａとウエハ用アライメントセンサ１０Ａとの相対的な位置関係と、微動ステージ５Ｂとウエハ用アライメントセンサ１０Ｂとの相対的な位置関係とが、常に同じになるように配置されている。

次に、図２を参照して、参照マスク８Ａ及び８Ｂの詳細な構造について説明する。以下、参照マスク８Ａの構造について説明するが、参照マスク８Ｂも参照マスク８Ａと同一の構造を有する。

図２（Ａ）及び図２（Ｃ）に、参照マスク８Ａの底面図及び断面図を示す。例えばシリコン基板で形成された支持基板８１Ａの上に、窒化シリコン膜、炭化シリコン膜等で形成された光透過性メンブレンが形成されている。支持基板８１Ａの一部がエッチングされて開口が形成されている。この開口部分に残されたメンブレンがマーク支持部８２Ａを構成する。マーク支持部８２Ａの所定領域に、開口が形成されており、この開口が参照マーク９Ａを構成している。参照マーク９Ａは、光学像を形成することにより検出できる。

参照マスク８Ａの寸法ｘ１２は、例えば約１０ｍｍ×１０ｍｍであり、支持基板８１Ａの開口の寸法ｘ１１は例えば３ｍｍ×３ｍｍである。マーク支持部８２Ａに参照マーク９Ａを形成したことにより、マーク支持部８１Ａを介してマスク上のアライメントマーク検出用の光を透過させることができると共に、参照マーク９Ａを光学的に観察し、その位置を検出することができる。

図２（Ｄ）及び図２（Ｅ）に、参照マスク８Ａの他の構成例を示す。シリコン基板等の支持基板８１Ａ、及びマーク支持部８２Ａの構成は、図２（Ａ）および（Ｃ）の参照マスクの構成と同様である。マーク支持部８２Ａの上に形成された不透明のパターンが、参照マーク９Ａを構成する。

参照マーク９Ａは、参照マーク検出用の光を反射するか、そのエッジが参照マーク検出用の光を散乱する機能を有する。反射光又は散乱光の光学像を形成することにより、参照マーク９Ａを検出できる。エッジからの散乱光を検出する場合は、参照マーク９Ａの照明光の入射方向と、エッジからの散乱光の測定方向とは、マーク支持部８２Ａの法線に関して非対称な関係に選定できる。

参照マーク９Ａは、図１に示したマスク用アライメントセンサ７Ａで粗動ステージ４側（図１では下方）から検出できると共に、ウエハ用アライメントセンサ１０Ａでマスクステージ６Ａ側（図１では上方）から検出することができる。マスク上のアライメントマーク１２Ａは、マスク用アライメントセンサ７Ａにより、参照マスク８Ａの光透過性のマーク支持部８２Ａを介して、下方から検出することができる。

なお、マーク支持部自体を、光を透過させない材料で形成し、マーク支持部の一部に、光を透過させるための開口を形成してもよい。この場合には、マスク上のアライメントマーク１２Ａは、マーク支持部に形成された開口を通して、マスク用アライメントセンサ７Ａにより検出される。いずれの場合にも、マスク上のアライメントマーク１２Ａは参照マスク８Ａを介して、マスク用アライメントセンサ７Ａにより検出される。

図３（Ａ）に、マスク１１Ａの部分断面図を示す。もう一方のマスク１１Ｂも、マスク１１Ａと同様の構造を有する。

シリコン基板等の支持基板１１１の上に窒化シリコン膜、炭化シリコン膜等のマスクメンブレン１１２が形成されている。露光すべき回路パターンやアライメントマークを配置する領域の支持基板１１１がエッチングにより除去されている。支持基板１１１が除去された部分にマスクメンブレン１１２のみが残る。マスクメンブレン１１２に開口を形成することにより、マスクマーク１２Ａ及び回路パターン１１２が形成されている。

図３（Ｂ）に、ウエハ１３Ａの部分断面図を示す。もう一方のウエハ１３Ｂも、ウエハ１３Ａと同様の構造を有する。シリコン基板等の半導体基板１３１の上に、検出可能な突起パターン（または凹部パターン）が、例えば金属膜等により形成されており、このパターンがアライメントマーク１４Ａを構成する。アライメントマーク１４Ａを覆って、レジスト層１３２が形成されている。

図３（Ｃ）に、マスク用アライメントセンサ７Ａが、色収差２重焦点光学系である場合の構成を概略的に示す。マスク１１Ａのマスクメンブレン１１２に形成されたアライメントマーク１２Ａと、参照マスク８Ａのマーク支持部８２Ａに形成されたステンシルタイプの参照マーク９Ａとを、色収差２重焦点光学系２１で検出する構成を示す。色収差２重焦点光学系２１は、光の波長によって異なる焦点距離ｆ（λ）を有し、２つの波長の照明光に対し、相互に異なる焦点距離を示す。色収差２重焦点光学系２１の光軸上には、異なる位置にマスクメンブレン１１２上のアライメントマーク１２Ａと、マーク支持部８２Ａ上の参照マーク９Ａとが配置されている。色収差２重焦点光学系２１により、マスク上のアライメントマーク１２Ａと参照マーク９Ａとの像が、同一の像面２２上に結像される。

図３（Ｄ）に、マスク用アライメントセンサ７Ａが、エッジ散乱光斜方検出系である場合の構成を概略的に示す。マスクメンブレン１１２上にアライメントマーク１２Ａが形成されている。参照マスク８Ａのマーク支持部８２Ａ上に、メンブレンタイプの参照マーク９Ａが形成されている。エッジ散乱光斜方検出系３１の光軸は、マスク１１Ａ及び参照マスク８Ａの法線に対して斜めに配置される。マスク１１Ａと参照マスク８Ａとの法線と、エッジ散乱光斜方検出系３１の光軸とを含む仮想平面に対して垂直な方向に関して、マスク上のアライメントマーク１２Ａと参照マーク９Ａとの相対位置が検出される。

エッジ散乱光斜方検出系３１の光軸に対し、垂直な面内に物面３２及び像面３３が設定される。物面３２近傍に配置されるマスク上のアライメントマーク１２Ａ及び参照マーク９Ａが、像面３３上に結像される。なお、エッジ散乱光斜方検出系を用いた場合、検出方向は物面３２内の１方向に限定される。面内の２方向の位置を検出するためには、エッジ散乱光斜方検出系を２系統備えればよい。エッジ散乱光斜方検出系を用いた位置検出の詳細については、特開平１０−２４２０３６号公報に開示されている。

次に、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）を参照して、ウエハとマスクとの位置検出から露光までの工程について説明する。

図４（Ａ）に示すように、マスクステージ６Ａ及び６Ｂに、それぞれマスク１１Ａ及び１１Ｂを保持する。微動ステージ５Ａ及び５Ｂの保持面に、それぞれウエハ１３Ａ及び１３Ｂを保持する。マスク用アライメントセンサ７Ａにより、参照マスク８Ａの参照マーク９Ａと、マスク１１Ａのアライメントマーク１２Ａとを同時に観察し、両者の位置を検出する。同様に、もう一方のマスク用アライメントセンサ７Ｂにより、参照マーク９Ｂ及びアライメントマーク１２Ｂの位置を検出する。

図４（Ｂ）に示すように、参照マーク９Ａ及び９Ｂが、それぞれウエハ用アライメントセンサ１０Ａ及び１０Ｂの視野内に配置されるように粗動ステージ４の可動部を移動させる。図４（Ａ）の状態におけるマスク上のアライメントマーク１２Ａと参照マーク９ＡとのＸ軸方向の位置偏差、ウエハ用アライメントセンサ１０Ａで検出された参照マーク９ＡのＸ座標、及び粗動ステージ４の可動部のＸ軸方向に関する移動量に基づいて、マスク上のアライメントマーク１２Ａからウエハ用アライメントセンサ１０Ａ（例えば、画面内の原点）までのＸ軸方向の長さ（Ｘ方向ベースラインの長さ）ＢＸＡが決定される。同様に、図４（Ａ）の状態におけるマスク上のアライメントマーク１２Ａと参照マーク９ＡとのＹ軸方向の位置偏差、ウエハ用アライメントセンサ１０Ａで検出された参照マーク９ＡのＹ座標、及び粗動ステージ４のＹ軸方向の移動量に基づいて、マスク上のアライメントマーク１２Ａからウエハ用アライメントセンサ１０Ａ（例えば、画面内の原点）までのＹ軸方向の長さ（Ｙ方向ベースラインの長さ）が決定される。

同様に、もう一方のマスク上のアライメントマーク１２Ｂ及びウエハ用アライメントセンサ１０Ｂについても、Ｘ方向ベースラインの長さＢＸＢ及びＹ方向ベースラインの長さが決定される。

図４（Ｃ）に示すように、ウエハ上のアライメントマーク１４Ａ及び１４Ｂが、それぞれウエハ用アライメントセンサ１０Ａ及び１０Ｂの視野内に配置されるように、粗動ステージ４の可動部を移動させる。ウエハ用アライメントセンサ１０Ａによりアライメントマーク１４Ａの位置を検出する。さらに、ウエハ１３Ａ上の複数のアライメントマークの位置を検出する。アライメントマークの検出結果、及び粗動ステージ４の可動部の移動量から、ウエハ用アライメントセンサ１０Ａに固定された座標系におけるウエハ１３Ａの位置情報（例えばＸ軸及びＹ軸方向に関する位置情報、及びＺ軸に平行な軸を中心とした回転方向に関する位置情報）が得られる。これらの位置情報から、ウエハ１３Ａ上のダイ（ステップアンドリピート方式で露光される単位となる領域）の位置情報が得られる。

Ｘ方向ベースラインＢＸＡ、Ｙ方向ベースライン、及びダイの位置情報から、マスク１１Ａとウエハ１３Ａとの相対位置情報が得られる。この位置情報に基づいて、各ダイのグローバルアライメントを行うことが可能になる。同様にして、ウエハ１３Ｂについても、グローバルアライメントを行うために必要な位置情報が得られる。グローバルアライメント時には、微動ステージ５Ａ及び５Ｂの保持面を独立して移動させることにより、２組のマスクとウエハとを同時に位置合わせすることができる。グローバルアライメント方式により、ウエハ上の各ダイを順番に露光する。「グローバルアライメント」とは、ウエハの位置情報を用いた推定計算により、ダイの位置を算出し、算出結果に基づいてウエハを移動させて位置合わせを行う方式のことである。

以上説明した第１の実施例において、マスク用アライメントセンサ７Ａは、参照マスク８Ａに形成された参照マーク９Ａと、マスク１１Ａ上のアライメントマーク１２Ａとを同時に検出する。参照マスク８Ａは、軽量、小型に形成でき、図３（Ｃ）に示したマーク支持部８２Ａの透過率を高く設定することができる。従って、参照マーク９Ａとマスク上のアライメントマーク１２Ａとの同時検出が容易となる。

ウエハ用アライメントセンサ１０Ａは、マスク１１Ａを介さず、参照マーク９Ａとウエハ上のアライメントマーク１４Ａとを直接検出する。従って、検出精度を高くすることができる。これら高精度の検出工程に基づき、ウエハ１３Ａとマスク１１Ａとの相対的位置を高精度に設定することが可能となる。同様に、もう一方のウエハ１３Ｂとマスク１１Ｂとの相対的位置を高精度に設定することが可能となる。

上記第１の実施例による方法では、２枚のウエハが並行して処理されるため、スループットを高めることができる。また、１つの粗動ステージ４が２つの微動ステージ５Ａ及び５Ｂで共用されているため、２台の露光装置を準備する場合に比べて、部品点数を削減し、装置の小型化を図ることが可能になる。

次に、図５を参照して、図１に示した露光装置に２枚のマスクを装着する方法について説明する。

マスク１１Ａ及び１１Ｂを、それぞれ微動ステージ５Ａ及び５Ｂの保持面に載置する。マスク１１Ａ及び１１Ｂは、Ｘ軸方向に関する両者の中心間の距離が、ウエハ用アライメントセンサ１０Ａと１０Ｂとの中心間の距離に等しくなり、Ｙ軸方向に関しては両者の中心が一致するようにマスクステージ６Ａ及び６Ｂに保持されることが好ましい。この条件を満たすようにマスクステージにマスクを保持するために、微動ステージ上のマスクの理想的な位置が、予め決められている。

粗動ステージ４の可動部を移動させて、ウエハ用アライメントセンサ１０Ａ及び１０Ｂで、それぞれマスク１１Ａ及び１１Ｂの複数のアライメントマークの位置を検出する。これにより、マスク１１Ａ及び１１ＢのＸ軸方向及びＹ軸方向に関する位置、Ｚ軸を中心とした回転方向に関する姿勢が特定される。マスク１１Ａ及び１１Ｂの各々の理想的な位置からのずれがわかる。マスク１１Ａのずれ分を補正するように粗動ステージ４の可動部を移動させ、微動ステージ５Ａの保持面に保持されたマスク１１Ａを上昇させて、マスクステージ６Ａに装着する。マスク１１Ａは、例えば保持面に設けられたリフトピン等によって上昇させる。

次に、マスク１１Ｂのずれ分を補正するように粗動ステージ４の可動部を移動させ、微動ステージ５Ｂの保持面に保持されたマスク１１Ｂを上昇させて、マスクステージ６Ｂに装着する。これにより、２枚のマスク１１Ａ及び１１Ｂを、それぞれ理想的な位置に位置決めして、マスクステージ６Ａ及び６Ｂに装着することができる。

次に、第２の実施例について説明する。上記第１の実施例では、２つの微動ステージ５Ａ及び５Ｂに、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の微小移動機構を持たせ、少なくとも一方をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させることにより、２組のマスクとウエハとの相対的な位置関係を一致させた。

第２の実施例では、微動ステージ５Ａ及び５Ｂを微小移動させる代わりに、露光用電子ビームの傾きを制御することによりＸ軸方向およびＹ軸方向の位置ずれ補正を行う。このため、微動ステージ５Ａ及び５Ｂは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向への微小駆動機構を備える必要がなく、粗動ステージ４のピッチング、ヨーイング、ローリング、及びウエハの厚さのばらつき等を補正するために、Ｚ軸に平行な方向を回転軸とした微小回転機構、及びウエハの基準面からの傾き調整機構（あおり補正機構）のみを備えればよい。Ｘ軸方向及びＹ軸方向への微小駆動機構を省略したとしても、微小回転方向及び傾きに関する保持面の姿勢を検出する必要があるため、レーザ干渉計を省略することはできない。

微動ステージ５Ａ及び５ＢでＸ軸方向及びＹ軸方向の位置ずれ補正を行う場合に比べて、位置合わせに必要な時間を短縮することができる。これにより、スループットの向上を図ることが可能になる。

次に、図６を参照して、第３の実施例による露光装置について説明する。上記第１の実施例の露光装置では、オフアクシスグローバルアライメント方式が採用されるが、以下に説明する露光装置では、ダイバイダイアライメント方式が採用される。

図６（Ａ）は、第３の実施例による露光装置の平面図を示し、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の一点鎖線Ｂ６−Ｂ６における概略断面図を示す。基準ベース３、粗動ステージ４、微動ステージ５Ａ、５Ｂ、マスクステージ６Ａ、６Ｂ、レベリングセンサ１５Ａ、１５Ｂ、ビーム源１９Ａ、１９Ｂの構成は、図１に示した第１の実施例の場合と同様である。平面図において、マスクステージ６Ａを取り囲むように４つの斜方検出光学装置５１Ａ、５２Ａ、５３Ａ及び５４Ａが配置されている。斜方検出光学装置５１Ａ、５２Ａ、５３Ａ及び５４Ａは、それぞれ３軸ステージ６１Ａ、６２Ａ、６３Ａ及び６４Ａにより上部基準ベース２に取り付けられている。３軸ステージ６１Ａ、６２Ａ、６３Ａ及び６４Ａは、それぞれ斜方検出光学装置５１Ａ、５２Ａ、５３Ａ及び５４Ａを、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及び光軸方向に移動させることができる。

斜方検出光学装置５１Ａ及び５２Ａの光軸は、それぞれＺ軸方向からＹ軸の負の方向及び正の方向に傾いている。斜方検出光学装置５３Ａ及び５４Ａの光軸は、それぞれＺ軸方向からＸ軸の正の方向及び負の方向に傾いている。

各斜方検出光学装置５１Ａ、５２Ａ、５３Ａ及び５４Ａは、マスク上のアライメントマーク及びウエハ上のアライメントマークのエッジによって散乱された光を受け、各アライメントマークの像を形成する。斜方検出光学装置５１Ａ及び５２Ａは、アライメントマークのＸ軸方向に関する位置を検出し、斜方検出光学装置５３Ａ及び５４Ａは、アライメントマークのＹ軸方向に関する位置を検出する。

マスクステージ６Ｂの周囲にも、同様に４つの斜方検出光学装置５１Ｂ、５２Ｂ、５３Ｂ及び５４Ｂが配置されている。斜方検出光学装置５１Ｂ、５２Ｂ、５３Ｂ及び５４Ｂは、それぞれ３軸ステージ６１Ｂ、６２Ｂ、６３Ｂ及び６４Ｂにより上部基準ベース２に取り付けられている。

次に、第３の実施例による露光装置を用いた露光方法について説明する。微動ステージ５Ａ及び５Ｂの保持面に、それぞれウエハ１３Ａ及び１３Ｂを載置する。４つの斜方検出光学装置５１Ａ〜５４Ａにより、それぞれウエハ１３Ａ上のアライメントマークの位置を検出することにより、ウエハ１３Ａのダイの位置情報を得る。同時に、もう一方のウエハ１３Ｂのダイの位置情報を得る。これにより、ウエハ搭載時に生じ得る位置ずれが検出され、ダイごとに行われるファインアライメントに先立って、ダイごとの粗い位置合わせを行うことが可能になる。

粗動ステージ４の可動部を移動させて、ウエハ１３Ａ及び１３Ｂ上の露光すべきダイを、それぞれマスク１１Ａ及び１１Ｂの直下に移動させる。４つの斜方検出光学装置により、マスク上のアライメントマークに対するウエハ上のアライメントマークの相対的な位置を検出する。検出結果から、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の位置、Ｚ軸に平行な軸を中心とした回転方向の位置、及びマスクに対するウエハの相対的な伸縮量を得ることができる。これらの情報に基づいて、微動ステージ５Ａ及び５Ｂの保持面を移動させて、マスクとウエハとの位置合わせを行う（この位置合わせを、「ファインアライメント」という。）。位置合わせが完了した後、露光を行う。

ダイバイダイアライメントを行う場合には、第１の実施例で説明したグローバルアライメントを行う場合に比べて、ダイごとに位置検出及びファインアライメントを行うため、スループットの点では不利であるが、より高精度な位置合わせを行うことができる。

上記第３の実施例では、マスクステージごとに４つの斜方検出光学装置を配置したが、そのうちの１つを省略し、３つの斜方検出光学装置を配置してもよい。斜方検出光学装置を３つにすると、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の位置、Ｚ軸に平行な軸を中心とした回転方向の位置、及びマスクに対するウエハの相対的な伸縮量のうち１つの情報が得られなくなる。得られた３つの情報に基づいてファインアライメントを行う。

例えば、一対のマスクステージ６Ａと６Ｂとの間に配置された斜方検出光学装置５４Ａ及び５３Ｂを省略することにより、マスクステージ６Ａと６Ｂとを近づけ、装置の小型化を図ることが可能になる。

なお、ダイバイダイアライメントでは、ダイごとにマスク上のアライメントマークとウエハ上のアライメントマークとを検出して位置合わせが行われるため、マスクステージ側に、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の微動機構を設けてもよい。このとき、ウエハステージ側には、Ｚ軸方向への微動機構、傾き調節機構、及びＺ軸に平行な軸を中心として回転機構を設ければよい。

次に、上記第１〜第３の実施例による露光装置に、ウエハを装着する方法について説明する。微動ステージ５Ａ及び５Ｂの保持面を、その可動範囲の中央に配置した状態で、ウエハ１３Ａ及び１３Ｂをそれぞれ微動ステージ５Ａ及び５Ｂの保持面の所定の位置に載置して、固定する。最初にウエハを載置すべき位置を、「載置目標位置」と呼ぶこととする。従来の露光装置では、ウエハの位置が載置目標位置からずれた場合には、粗動ステージの可動部を移動させることにより、このずれを補正することが可能であった。

上記実施例の場合において、２枚のウエハ１３Ａ及び１３Ｂが、載置目標位置から同じ向きに同じ量だけずれた場合には、粗動ステージ４の可動部を移動させることにより、ずれを補正することができる。ところが、ずれの向きやずれ量が異なる場合、すなわち２枚のウエハの相対的な位置ずれは、粗動ステージ４で補正することができず、微動ステージ５Ａ及び５Ｂにより補正しなければならない。

通常、露光装置に用いられている微動ステージのストロークは、一般的に４０μｍ程度である。このため、２枚のウエハの相対的な位置ずれ量が４０μｍ以上になると、載置目標位置からのウエハのずれを補正することができなくなる。マスクとウエハとの位置合わせを行う時にウエハを微小移動させるという微動ステージの本来の機能を確保しておくためには、ウエハの載置時における相対位置ずれを２０μｍ以下にすることが好ましい。１枚のウエハに着目すると、その載置目標位置からのずれを１０μｍ以下（一般的には、微動ステージのストロークの１／４倍以下）にすることが好ましい。

なお、ウエハ載置時の回転方向に関するずれは、微動ステージごとに、粗動回転機構を備えることにより補正することができる。

２枚のマスクの相対的な位置ずれが、微動ステージによって補正できない量である場合であっても、微動ステージによる補正と電子ビームの傾き（入射角）を制御することによる補正とを組み合わせることにより、補正できる場合がある。このような場合には、ウエハを装着し直すことなく露光処理を継続することが可能である。

上記実施例では、１つの粗動ステージ４の可動部に、２つの微動ステージ５Ａ及び５Ｂを取り付けたが、３個以上の微動ステージを取り付けることも可能である。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

本発明は、低エネルギ電子ビーム露光に適用することが可能である。その他、Ｘ線近接露光等にも適用可能である。また、縮小投影露光における処理対象物（ウエハ）の位置合わせ等にも適用可能である。

第１の実施例による露光装置の概略図である。 （Ａ）及び（Ｃ）は、それぞれステンシルタイプの参照マスクの底面図及び断面図であり、（Ｂ）及び（Ｄ）は、それぞれメンブレンタイプの参照マスクの底面図及び断面図である。 （Ａ）はマスクの断面図であり、（Ｂ）はウエハの断面図であり、（Ｃ）は、マスクと参照マスク及びそれを観察する色収差２重焦点光学系の概略断面図であり、（Ｄ）は、マスクと参照マスク及びそれを観察する斜方検出光学系の概略断面図である。 第１の実施例による露光装置で位置合わせを行う方法を説明するための露光装置の主要部の概略図（その１）である。 第１の実施例による露光装置で位置合わせを行う方法を説明するための露光装置の主要部の概略図（その２）である。 第１の実施例による露光装置で位置合わせを行う方法を説明するための露光装置の主要部の概略図（その３）である。 実施例による露光装置にマスクを装着する方法を説明するための概略図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ第３の実施例による露光装置の平面図及び断面図である。

符号の説明

１ 下部基準ベース
２ 上部基準ベース
３ 基準ベース
４ 粗動ステージ
５Ａ、５Ｂ 微動ステージ
６Ａ、６Ｂ マスクステージ
７Ａ、７Ｂ マスク用アライメントセンサ
８Ａ、８Ｂ 参照マスク
９Ａ、９Ｂ 参照マーク
１０Ａ、１０Ｂ ウエハ用アライメントセンサ
１１Ａ、１１Ｂ マスク
１２Ａ、１２Ｂ、１４Ａ、１４Ｂ アライメントマーク
１３Ａ、１３Ｂ ウエハ
１５Ａ、１５Ｂ、１６Ａ、１６Ｂ、１７Ａ、１７Ｂ レベリングセンサ
１９Ａ、１９Ｂ ビーム源
２１ 色収差２重焦点光学系
２２、３３ 像面
３１ 斜方検出光学系
３２ 物面
５１Ａ〜５４Ａ、５１Ｂ〜５４Ｂ 斜方検出光学装置
６１Ａ〜６４Ａ、６１Ｂ〜６４Ｂ ３軸ステージ
８１Ａ、１１１ 支持基板
８２Ａ マーク支持部
１１２ マスクメンブレン
１１３ 回路パターン
１３１ 半導体基板
１３２ レジスト層

Claims (11)

1. 位置の基準となる基準面を画定する基準ベースに取り付けられ、可動部を、該基準面に平行な方向に移動させる粗動ステージと、
   各々処理対象物を保持する保持面が設けられ、前記粗動ステージの可動部に対して、前記基準面に平行な方向に該保持面を移動させることができる複数の微動ステージと、
   前記微動ステージごとに配置され、対応する微動ステージの保持面に保持された処理対象物にエネルギビームを照射するビーム源と
   前記微動ステージごとに配置され、対応する微動ステージの保持面に保持された処理対象物の位置を検出する対象物用アライメントセンサと
   を有し、
   前記粗動ステージの可動部を移動させたとき、前記微動ステージの各々と、それに対応する対象物用アライメントセンサとの相対的な位置関係が、すべての微動ステージについて常に同じになるように、前記対象物用アライメントセンサが配置されている露光装置。
2. 前記粗動ステージの可動部を移動させたとき、前記微動ステージの各々と、それに対応するビーム源との相対的な位置関係が、すべての微動ステージについて常に同じになるように、前記微動ステージ及びビーム源が配置されている請求項１に記載の露光装置。
3. さらに、前記微動ステージごとに、対応する微動ステージの保持面に対向する位置に配置され、該保持面に保持された処理対象物までの距離を測定するレベリングセンサが、前記基準ベースに取り付けられており、前記粗動ステージを移動させたとき、前記微動ステージの各々と、それに対応するレベリングセンサとの相対的な位置関係が、すべての微動ステージについて常に同じになるように、該レベリングセンサが配置されている請求項１または２に記載の露光装置。
4. さらに、前記微動ステージごとに配置され、対応する微動ステージの保持面に保持された処理対象物から微小間隙を隔ててマスクを保持するマスクステージを有する請求項１〜３のいずれかに記載の露光装置。
5. さらに、前記微動ステージごとに配置され、少なくとも一部に光を透過させる領域が画定されたマーク支持部、及び該マーク支持部に形成された参照マークを含む参照マスクと、
   前記微動ステージごとに準備され、対応する参照マスクを通して、対応するマスクステージに保持されたマスク上のアライメントマークを検出できると共に、対応する参照マークを検出できるマスク用アライメントセンサと
   を有する請求項４に記載の露光装置。
6. 位置の基準となる基準面を画定する基準ベースに取り付けられ、可動部を、該基準面に平行な方向に移動させる粗動ステージと、
   前記粗動ステージの可動部に取り付けられた複数の微動ステージであって、該微動ステージの各々は、処理対象物を保持する保持面を有し、該保持面に保持された処理対象物を、前記基準面に対して垂直な方向に移動させる機能、及び基準面に対する傾きを調節する機能を有し、保持面に保持された処理対象物の基準面に平行な方向に関する位置は、前記粗動ステージの可動部に対して固定させる複数の微動ステージと、
   前記微動ステージごとに配置され、対応する微動ステージの保持面に保持された処理対象物に電子ビームを照射するとともに、該処理対象物への電子ビームの入射角を変化させることができる電子ビーム源と、
   前記微動ステージごとに配置され、対応する微動ステージの保持面に保持された処理対象物の位置を検出する対象物用アライメントセンサと
   を有する露光装置。
7. （ａ）基準面に平行な方向に移動可能な粗動ステージの可動部に取り付けられた複数の微動ステージの各々の保持面に処理対象物を保持し、該処理対象物の各々を、対応するマスクと近接して配置する工程と、
   （ｂ）前記微動ステージごとに配置され、前記粗動ステージの可動部の移動に伴って移動するマスク用アライメントセンサを用いて、該微動ステージごとに配置され、該粗動ステージの可動部の移動に伴って移動する参照マークと、対応するマスク上のアライメントマークとを検出する工程と、
   （ｃ）前記粗動ステージの可動部を移動させて、前記微動ステージごとに配置された対象物用アライメントセンサに対向する位置に、対応する参照マークを配置し、該対象物用アライメントセンサにより、対応する参照マークの位置を検出する工程と、
   （ｄ）前記粗動ステージの可動部を移動させて、前記対象物用アライメントセンサに対向する位置に、対応する微動ステージに保持された処理対象物上のアライメントマークを配置し、該対象物用アライメントセンサにより、対象物上のアライメントマークの位置を検出する工程と、
   （ｅ）前記工程ｂにおける位置検出結果、前記工程ｃにおける粗動ステージの可動部の移動量と位置検出結果、及び前記工程ｄにおける粗動ステージの可動部の移動量と位置検出結果に基づいて、マスクの各々と、対応する微動ステージの保持面に保持された処理対象物との相対位置情報を得る工程と
   を有する位置合わせ処理方法。
8. さらに、
   （ｆ）前記工程ｅで得られた相対位置情報に基づいて、前記マスクと、対応する微動ステージの保持面に保持された処理対象物とのグローバルアライメントを行い、該マスクを通して処理対象物を露光する工程を含む請求項７に記載の位置合わせ処理方法。
9. 前記工程ｆが、ある２つの微動ステージの保持面を、そのストロークの範囲内で移動させても、当該２つの微動ステージの保持面に保持された処理対象物と、それぞれに対応するマスクとの位置を同時に合わせることができない場合に、処理対象物に入射する電子ビームの入射角を変化させることにより位置ずれを補正して露光を行う工程を含む請求項８に記載の位置合わせ処理方法。
10. 前記工程ｆが、
    （ｆ１）前記工程ｅで取得された相対位置情報に基づき、前記粗動ステージの可動部を移動させることにより、ある微動ステージの保持面に保持された処理対象物と、対応するマスクとの位置合わせを行う工程と、
    （ｆ２）位置合わせの行われた処理対象物に、対応するマスクを介して電子ビームを入射させて露光すると共に、他の処理対象物については、前記工程ｅで取得された相対位置情報、及び前記工程ｆ１における粗動ステージの可動部の移動量に基づいて、処理対象物と、対応するマスクとの位置ずれ量を算出し、処理対象物に入射する電子ビームの入射角を変化させることにより、位置ずれを補正して露光を行う工程と
    を含む請求項８に記載の位置合わせ処理方法。
11. 基準面に平行な方向に移動可能な粗動ステージの可動部に取り付けられた複数の微動ステージの各々の保持面に処理対象物を保持し、前記微動ステージごとに配置されたマスクステージに、対応する処理対象物に近接させてマスクを保持し、該微動ステージごとに配置された対象物用アライメントセンサで、対応する処理対象物上のアライメントマークを検出して、該マスクと、対応する処理対象物との位置合わせを行い、該マスクを通して処理対象物を露光する露光装置のマスクステージにマスクを取り付ける方法であって、
    （ａ）微動ステージの各々の保持面にマスクを保持する工程と、
    （ｂ）微動ステージの保持面に保持されたマスク上のアライメントマークが、対応する対象物用アライメントセンサで検出される位置に配置されるように前記粗動ステージの可動部を移動させる工程と、
    （ｃ）前記微動ステージの保持面に保持されたすべてのマスクについて、前記対象物用アライメントセンサで、対応する微動ステージの保持面に保持されているマスク上のアライメントマークの位置を検出する工程と、
    （ｄ）１つの微動ステージの保持面に保持されたマスク上のアライメントマークの位置の検出結果に基づいて、当該マスクが、対応するマスクステージに対向する位置に配置されるように前記粗動ステージの可動部を移動させ、該マスクを、対応するマスクステージに保持する工程と、
    （ｅ）すべてのマスクについて、前記工程ｄを繰り返す工程と
    を有するマスク装着方法。

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