JP3719965B2 - 位置合わせ装置及び位置合わせ方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、位置合わせ装置及び位置合わせ方法に関し、特に微小間隙(プロキシミティギャップ)を隔てて対向面同士を対向させた2つの対象物の対向面に平行な方向に関して、両者の位置合わせを行う装置及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置の製造に用いられる近接露光装置において、マスクとウエハとの高精度な位置合わせを行う前に、粗い位置合わせが行われる。図3を参照して、この粗い位置合わせ手順について説明する。
【0003】
図3は、従来の近接露光装置の概略断面図を示す。XY面に平行な上面を画定する基台100の上に配置された直動機構101が、回転駆動機構102をX軸方向に並進移動させる。回転駆動機構102は、θZテーブル103をZ軸に平行な軸を中心として回転移動させる。XY駆動テーブル104が、3個のリニアアクチュエータ105を介してθZテーブル103に取り付けられている。リニアアクチュエータ105とXY駆動テーブル104とは、弾性ヒンジを介して接続されている。
【0004】
XY駆動テーブル104は、ウエハチャック106をXY面内方向に並進移動させる。ウエハチャック106は、その上面にウエハ107を吸着し、固定する。リニアアクチュエータ105を駆動することにより、ウエハ107をZ軸方向に並進移動させるとともに、ウエハ107の傾き角を調節することができる。
【0005】
マスクチャック110が、その下面にマスク111を吸着し、固定する。マスク111とウエハ107とは、微少間隙を隔てて対向する。リニアガイド120が、カメラ121をマスクチャック110の上方に、X軸方向に移動可能に保持する。カメラ121は、X軸方向に移動することにより、マスク111に設けられたマスクマークを観測することができる。さらに、ウエハ107に設けられたウエハマークを、マスク111の支持枠に設けられた窓を通して観測することができる。
【0006】
エネルギビーム源125から放射されたエネルギビームが、マスク111を通してウエハ107の表面を露光する。エネルギビームとして、例えば可視光、紫外光、X線、及び電子ビーム等が使用される。
【0007】
露光前の高精度な位置合わせに先立ち、マスク111とウエハ107との粗い位置合わせを行う必要がある。以下、粗い位置合わせ方法について説明する。
【0008】
カメラ121をX軸方向に移動させながらマスク111に形成されている2つのマスクマークを観測する。2つのマスクマークを通過する仮想直線がX軸に平行になるように、マスク111を回転移動させる。カメラ121に観測座標系が関連づけられており、マスク111の位置が、カメラ121の観測座標系における位置座標で表される。
【0009】
次に、カメラ121を固定し、マスク111の支持枠に設けられた窓を通してウエハ107を観測しながらウエハ107をX軸方向に移動させる。ウエハ107の表面上に形成された2つのウエハマークを結ぶ直線がX軸に平行になるように、ウエハ107を回転移動させる。これにより、ウエハ107の位置が、カメラ121の観測座標系における位置座標で表される。マスク111及びウエハ107の位置が、ともにカメラ121の観測座標系で表されるため、両者の位置合わせを行うことができる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
図3に示した従来例では、エネルギビームの通路内に、カメラ121を移動させるための空間が必要とされる。このため、エネルギビーム源125をマスク111からある程度離す必要が生じる。エネルギビーム源125をマスク111から離すと、ウエハ107の露光面上におけるエネルギ密度が低下してしまう。
【0011】
また、マスクマークを観測した後、ウエハマークを観測するためにカメラ121をリニアガイド120に沿って移動させなければならない。このため、リニアガイド120の精度が低いと、マスクマーク及びウエハマークの位置の相対的な位置検出精度が低下してしまう。
【0012】
また、一般的にマスクマークは、マスク111の対向面側に形成されている。このため、マスクマークは、マスクのメンブレンを通して観測される。メンブレン透過時の屈折等により、マスクマークの検出位置に誤差が生ずる場合がある。
【0013】
本発明の目的は、2つの対象物の位置合わせ時に、観測装置自体の位置のぶれに起因する精度の低下を防止することが可能な位置合わせ装置、及びそれを用いた位置合わせ方法を提供することである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、XYZ直交座標系を考えたとき、可動部をX軸方向に並進移動可能に保持する直動機構と、前記直動機構の可動部に取り付けられ、第1の対象物を保持する第1の保持手段と、前記直動機構の可動部に取り付けられ、XY面に平行な第1の観測座標系における観測対象物の位置座標を検出する第1の位置検出手段と、前記第1の保持手段に保持された第1の対象物からZ軸方向に微少間隙を隔てて、対向面同士を相互に対向させるように第2の対象物を保持する第2の保持手段と、前記第2の保持手段に対する相対位置が拘束され、XY面に平行な第2の観測座標系における観測対象物の位置座標を検出する第2の位置検出手段であって、前記直動機構の可動部をX軸方向に移動させることによって前記第1の保持手段に保持された第1の対象物を観測可能な前記第2の位置検出手段と、前記第1の観測座標系と第2の観測座標系とを関連づける座標関連づけ手段とを有し、前記直動機構の可動部をX軸方向に移動させることによって、前記第1の位置検出手段が、前記第2の保持手段に保持された第2の対象物を観測することができる位置合わせ装置が提供される。
【0015】
第1の位置検出手段が第2の対象物を観測することにより、第1の観測座標系における第2の対象物の位置座標を得ることができる。第2の位置検出手段が第1の対象物を観測することにより、第2の観測座標系における第1の対象物の位置座標を得ることができる。第1の観測座標系と第2の観測座標系とを関連づけることにより、第1の対象物と第2の対象物との位置関係を知ることができる。これにより、両者の位置合わせを行うことが可能になる。
【0016】
本発明の他の観点によると、第1の位置検出手段及び第2の位置検出手段が、1つのターゲットを観測し、該第1の位置検出手段により、第1の観測座標系における該ターゲットの位置座標を得るとともに、該第2の位置検出手段により、第2の観測座標系における該ターゲットの位置座標を得る工程と、得られたターゲットの位置座標から、前記第1の観測座標系と第2の観測座標系とを関連づける工程と、第1の対象物を第1の保持手段で保持し、第2の対象物を、該第1の対象物からある間隙を隔てて第2の保持手段で保持する工程と、前記第1の位置検出手段が前記第2の対象物を観測し、前記第1の観測座標系における該第2の対象物の位置座標を得る工程と、前記第1の観測座標系と関連づけられた前記第2の観測座標系における観測対象物の位置座標を検出することができる前記第2の位置検出手段が、前記第1の対象物を観測し、該第2の観測座標系における該第1の対象物の位置座標を得る工程と、前記第1の観測座標系における前記第2の対象物の位置座標と、前記第2の観測座標系における前記第1の対象物の位置座標とを、共通の基準座標系における位置座標に変換する工程と、前記基準座標系における前記第1の対象物の位置座標と前記第2の対象物の位置座標とに基づいて、前記第1の対象物及び第2の対象物の少なくとも一方を移動させて位置合わせを行う工程とを有する位置合わせ方法が提供される。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1に、本発明の実施例による位置合わせ装置の概略断面図を示す。基台1が、XY面に平行な上面を画定する。XY面に垂直な方向をZ軸と定義する。基台1の上面に、直動機構2が取り付けられている。直動機構2は、移動テーブル3をX軸に平行な方向に移動させる。移動テーブル3に、回転駆動機構4及びマスク用カメラ5が取り付けられている。回転駆動機構4は、θZテーブル9を支持するとともに、Z軸に平行な軸を中心として回転させる。直動機構2及び回転駆動機構4は、制御装置7により制御される。
【0018】
θZテーブル9に、3個のリニアアクチュエータ11が取り付けられている。各リニアアクチュエータ11は、その作用点をZ軸方向に変位させる。XY駆動機構13が、弾性ヒンジ12を介して各リニアアクチュエータ11に取り付けられている。XY駆動機構13が、ウエハチャック15をXY面に平行な方向に移動させる。ウエハチャック15が、その上面に露光すべきウエハ16を吸着し固定する。リニアアクチュエータ11及びXY駆動機構13は、制御装置7により制御される。
【0019】
3個のリニアアクチュエータ11の作用点を同一方向に同じ量だけ変位させることにより、ウエハ16をZ軸方向に平行移動させることができる。3個のリニアアクチュエータ11の各々の作用点の変位量を調節することにより、ウエハ16をX軸に平行な軸、及びY軸に平行な軸を中心として微少角度回転させ、傾き角を調節することができる。
【0020】
XY駆動機構13に取り付けられた昇降機構21が、ターゲット板20をZ軸方向に移動可能に保持する。昇降機構21は、制御装置7により制御される。ターゲット板20は、Z軸にほぼ垂直に支持されており、貫通孔20Aがターゲット板20をZ軸方向に貫通する。貫通孔20Aは、マスク用カメラ5で観測可能な位置に配置される。ターゲット板20として、ターゲットマークの形成された透明板を用いてもよい。その外に、ターゲットとして、発光ダイオード等の発光体を用いてもよい。
【0021】
マスクチャック30が、その下面にマスク31を吸着し、固定する。マスク31の下面と、ウエハ16の露光面とが、微少な間隙(プロキシミティギャップ)を隔てて対向配置される。
【0022】
エネルギビーム源40が、マスク31を通してウエハ16の露光面にエネルギビームを照射する。エネルギビームの通過する経路の脇に、ウエハ用カメラ36が取り付けられている。後に説明するウエハ16とマスク31との位置合わせを行う期間、ウエハ用カメラ36の位置は、マスクチャック30に対して相対的に固定される。
【0023】
マスク用カメラ5に、マスク観測座標系が関連づけられている。マスク用カメラ5をX軸上の基準位置まで移動させて対象物を観測することにより、マスク観測座標系における対象物の位置座標を特定することができる。マスク用カメラ5が基準位置にあるときに、対象物が観測可能範囲内に収まらない場合には、マスク用カメラ5をX軸方向に移動させて観測を行うことができる。マスク用カメラ5を移動させて観測した時の観測結果、及びマスク用カメラ5の基準位置からの移動距離に基づいて、マスク観測座標系における対象物の位置座標を特定することができる。マスク用カメラ5の焦点距離は、マスクチャック30に固定されたマスク31の下面に形成されたマスクマークを観測できるように調節されている。
【0024】
ウエハ用カメラ36に、ウエハ観測座標系が関連づけられている。ウエハ用カメラ36で対象物を観測することにより、ウエハ観測座標系における対象物の位置座標を特定することができる。ウエハ用カメラ36の焦点距離は、ウエハチャック15に固定されたウエハ16の露光面上に形成されたウエハマークを観測できるように調節されている。
【0025】
なお、マスク観測座標系のX軸及びウエハ観測座標系のX軸とは、ともに直動機構2の駆動方向に平行になるように、予め設定されている。
【0026】
次に、図2を参照して、図1に示した位置合わせ装置を用いた位置合わせ方法について説明する。
【0027】
ウエハ16をウエハチャック15に固定し、マスク31をマスクチャック30に固定する。ステップST1に進み、ターゲット板20のZ軸方向の位置(高さ)が、ウエハ16の露光面とマスク31の下面との間になるように、昇降機構21を駆動する。
【0028】
ステップST2に進み、直動機構2を駆動し、ウエハ用カメラ36でターゲット板20の貫通孔20Aを観測する。同時に、マスク用カメラ5でも貫通孔20Aを観測する。マスク用カメラ5の焦点(ピント)はマスク31の下面に合い、ウエハ用カメラ36の焦点はウエハ16の露光面に合っているが、両者の焦点深度の重なった領域内にターゲット板20を配置することにより、マスク用カメラ5とウエハ用カメラ36で、同時に貫通孔20Aを観測することができる。
【0029】
マスク観測座標系における貫通孔20Aの位置座標、ウエハ観測座標系における貫通孔20Aの位置座標、及び基準位置からX軸方向へのマスク用カメラ5の移動量に基づいて、マスク観測座標系とウエハ観測座標系とを、相互に座標変換可能に関連づけることができる。この2つの座標系の関連づけは、制御装置7で行われる。これにより、一方の座標系で表された位置座標を、他方の座標系の位置座標に変換することが可能になる。
【0030】
ステップST3に進み、ターゲット板20を下降させる(マスク用カメラ5に近づける)。
【0031】
ステップST4に進み、直動機構2を駆動して、マスク用カメラ5をマスク31の下方まで移動させ、マスクマークを観測する。このとき、ターゲット板20がマスク用カメラ5に近づいているため、マスク用カメラ5は貫通孔20Aを通してマスクマークを観測することができる。マスクマークの観測された位置、及び基準位置からのマスク用カメラ5の移動量に基づいて、マスク観測座標系におけるマスクマークの位置座標が得られる。
【0032】
ステップST5に進み、直動機構2を駆動して、ウエハ16をウエハ用カメラ36の下方まで移動させ、ウエハマークを観測する。ウエハマークの観測された位置、及び基準位置からX軸方向への移動テーブル3の移動量に基づいて、移動テーブル3が基準位置にあるときの、ウエハ観測座標系におけるウエハマークの位置座標が得られる。
【0033】
ステップST6に進み、マスク観測座標系で表されたマスクマークの位置座標を、ウエハ観測座標系における位置座標に変換する。マスクマークとウエハマークとの位置が、ウエハ観測座標系で表されるため、両者の相対的な位置関係が確定される。ステップST7に進み、両者の位置関係に基づいて、直動機構2、回転駆動機構4、及びXY駆動機構13を駆動することにより、ウエハ16とマスク31との粗い位置合わせを行う。なお、マスクマークとウエハマークとの位置を、マスク観測座標系で表してもよいし、いずれかの座標系との対応関係が既知の基準座標系で表してもよい。
【0034】
上述のマスク観測座標系とウエハ観測座標系との対応関係、及びマスクマークやウエハマークの位置座標は、制御装置7に記憶され、座標変換は、制御装置7で行われる。
【0035】
粗い位置合わせが終了すると、例えば特願平7−225165号公報に開示された位置検出方法を用いてウエハ16とマスク31との高精度の打ち合わせを行う。その後、マスク31を介してウエハ16の露光を行う。
【0036】
上記実施例では、ウエハ用カメラ36が固定され、マスク用カメラ5は、ウエハチャック15を移動させるための直動機構2により、ウエハチャック15とともに移動する。図3に示したカメラ用のリニアガイド120を設ける必要がないため、カメラの移動装置に起因する位置測定誤差の発生を防止することができる。
【0037】
また、上記実施例では、マスク31のマスクマークを、マスク31の下面(ウエハ側の面)に配置されたマスク用カメラ5で観測する。X線露光用のマスクにおいては、SiCやダイヤモンドからなるメンブレンの表面に転写すべきパターンが形成されている。一般的に、マスクマークはマスク31のメンブレンの下面に形成されている。このため、メンブレンを介することなく、直接マスクマークを観測することができる。これにより、観測光がメンブレンを透過することに起因する観測誤差の発生を防止することができる。
【0038】
さらに、上記実施例では、ウエハ用カメラ36がエネルギビームの通過する経路の脇に配置される。このため、エネルギビームの経路内に、ウエハ用カメラ36が移動するための空間を確保する必要がない。これにより、図3に示した従来例の場合に比べて、エネルギビーム源40をマスクチャック30に近づけることができる。
【0039】
図4に、本発明の他の実施例による位置合わせ装置の概略断面図を示す。図1に示した実施例では、ターゲット板20がマスク用カメラ5側に取り付けられ、マスク用カメラ5とともにX軸方向に移動したが、図4に示した実施例では、ターゲット板25が昇降機構26を介してウエハ用カメラ36側に取り付けられている。その他の構成は、図1に示した実施例の構成と同様である。ターゲット板25には、貫通孔25Aが形成されている。
【0040】
貫通孔25Aは、ウエハ用カメラ36により観測可能であり、かつ移動テーブル3を移動させることにより、マスク用カメラ5によっても観測される。このように、ターゲット板25をマスク用カメラ36側に取り付けても、図1に示した実施例の場合と同様の方法により、マスク観測座標系とウエハ観測座標系との相対位置関係を特定することができる。従って、図4に示した実施例も、図1に示した実施例と同様の効果を得ることができる。
【0041】
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。
【0042】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、観測装置自体を移動させることによる位置精度の低下を防止し、2つの対象物の位置合わせを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例による位置合わせ装置の概略断面図である。
【図2】 本発明の実施例による位置合わせ方法を示したフローチャートである。
【図3】 従来の位置合わせ装置の概略断面図である。
【図4】 本発明の他の実施例による位置合わせ装置の概略断面図である。
【符号の説明】
1 基台
2 直動機構
3 移動テーブル
4 回転駆動機構
5 マスク用カメラ
7 制御装置
9 θZテーブル
11 リニアアクチュエータ
12 弾性ヒンジ
13 XY駆動機構
15 ウエハチャック
16 ウエハ
20、25 ターゲット板
21、26 昇降機構
30 マスクチャック
31 マスク
36 ウエハ用カメラ
40 エネルギビーム源
Claims (9)
- XYZ直交座標系を考えたとき、可動部をX軸方向に並進移動可能に保持する直動機構と、
前記直動機構の可動部に取り付けられ、第1の対象物を保持する第1の保持手段と、
前記直動機構の可動部に取り付けられ、XY面に平行な第1の観測座標系における観測対象物の位置座標を検出する第1の位置検出手段と、
前記第1の保持手段に保持された第1の対象物からZ軸方向に微少間隙を隔てて、対向面同士を相互に対向させるように第2の対象物を保持する第2の保持手段と、
前記第2の保持手段に対する相対位置が拘束され、XY面に平行な第2の観測座標系における観測対象物の位置座標を検出する第2の位置検出手段であって、前記直動機構の可動部をX軸方向に移動させることによって前記第1の保持手段に保持された第1の対象物を観測可能な前記第2の位置検出手段と、
前記第1の観測座標系と第2の観測座標系とを関連づける座標関連づけ手段と
を有し、前記直動機構の可動部をX軸方向に移動させることによって、前記第1の位置検出手段が、前記第2の保持手段に保持された第2の対象物を観測することができる位置合わせ装置。 - 前記座標関連づけ手段が、
前記第1の位置検出手段及び前記第2の位置検出手段の双方により、観測可能な位置に配置されたターゲットと、
前記第1の観測座標系における前記ターゲットの位置座標と、前記第2の観測座標系における前記ターゲットの位置座標とから、前記第1の観測座標系と第2の観測座標系との相対位置関係を特定する制御手段と
を含む請求項1に記載の位置合わせ装置。 - 前記第1の位置検出手段が前記第2の対象物の対向面に対向するように配置され、前記第2の位置検出手段が前記第1の対象物の対向面に対向するように配置され、前記ターゲットがZ軸方向のある位置にあるとき、前記第1の位置検出手段が該ターゲット及び該第2の対象物の対向面上のマークを検出することができ、かつ前記第2の位置検出手段が前記ターゲット及び前記第1の対象物の対向面上のマークを検出することができる請求項2に記載の位置合わせ装置。
- 前記ターゲットが、板状部材に形成された貫通孔または透明部材に形成されたマークを含む請求項3に記載の位置合わせ装置。
- さらに、前記ターゲットをZ軸に平行な方向に移動させる昇降機構を有する請求項2〜4のいずれかに記載の位置合わせ装置。
- さらに、前記第1の保持手段をX軸、Y軸、及びZ軸方向に並進移動させ、X軸、Y軸、及びZ軸に平行な軸を中心として回転移動させる微少移動機構を有する請求項1〜5のいずれかに記載の位置合わせ装置。
- さらに、前記第1の対象物を通して、前記第2の対象物の対向面にエネルギビームを照射するビーム源を有する請求項1〜6のいずれかに記載の位置合わせ装置。
- 第1の位置検出手段及び第2の位置検出手段が、1つのターゲットを観測し、該第1の位置検出手段により、第1の観測座標系における該ターゲットの位置座標を得るとともに、該第2の位置検出手段により、第2の観測座標系における該ターゲットの位置座標を得る工程と、
得られたターゲットの位置座標から、前記第1の観測座標系と第2の観測座標系とを関連づける工程と、
第1の対象物を第1の保持手段で保持し、第2の対象物を、該第1の対象物からある間隙を隔てて第2の保持手段で保持する工程と、
前記第1の位置検出手段が前記第2の対象物を観測し、前記第1の観測座標系における該第2の対象物の位置座標を得る工程と、
前記第1の観測座標系と関連づけられた前記第2の観測座標系における観測対象物の位置座標を検出することができる前記第2の位置検出手段が、前記第1の対象物を観測し、該第2の観測座標系における該第1の対象物の位置座標を得る工程と、
前記第1の観測座標系における前記第2の対象物の位置座標と、前記第2の観測座標系における前記第1の対象物の位置座標とを、共通の基準座標系における位置座標に変換する工程と、
前記基準座標系における前記第1の対象物の位置座標と前記第2の対象物の位置座標とに基づいて、前記第1の対象物及び第2の対象物の少なくとも一方を移動させて位置合わせを行う工程と
を有する位置合わせ方法。 - 前記基準座標系が、前記第1の観測座標系及び第2の観測座標系の一方である請求項8に記載の位置合わせ方法。
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