JP4497364B2 - 近接露光における位置合わせ方法と位置合わせ装置 - Google Patents
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Description
１．技術分野
本発明は、近接露光における位置合わせ技術に関し、特に電子線、またはＸ線を用いた近接露光に適用可能な位置合わせ技術に関する。
２．背景技術
電子線またはＸ線を用いてマスク上に形成したパターンをウエハ上のレジスト層に転写する場合、１：１の近接露光が用いられる。マスクは、Ｘ線を透過できるＳｉＣ膜、ＳｉＮ膜等のマスクメンブレン上にＸ線を遮蔽する金属膜等のマスクパターンを形成することによって作成される。以下、このようなマスクパターンを有するマスクをメンブレンタイプと呼ぶ。
あるいは、マスクは、電子線を遮蔽する薄いＳｉＣ膜やＳｉＮ膜等のマスクメンブレンに、電子線が通過できる開口部を設けてマスクパターンを形成することによっても作製することができる。以下、このようなマスクパターンを有するマスクをステンシルタイプと呼ぶ。
マスクメンブレンはシリコンウエハ等の支持基板上に形成され、マスク領域では支持基板が除去されている。マスクメンブレンは、効率的な露光を可能とし、マスクパターンを高精度に保持できるように面積、厚さ、強度等が設計される。ただし、マスクメンブレンが十分高い光透過性を有するとは限らない。
一方、メンブレンは、厚さが増すに従い光透過性が低下する。例えば、ＳｉＣ膜によりメンブレンを形成した場合、厚さが１０μｍ程度になると光に対して不透明となる。
図１２Ａ〜図１２Ｃは、従来技術によるエッジ散乱光によるマスクとウエハとの位置合わせを説明するための図である。シリコンウエハは光を透過しないので、検出光はウエハ上方からウエハマークに照射し、ウエハ上方で反射光や散乱光あるいは回折光を検出する。ウエハマークは、露光用マスクを保持するマスクメンブレンを介して検出することになる。
図１２Ａに示すように、マスクメンブレンＭ１を介してウエハ上に形成されているウエハマークＷＭを検出する場合、ウエハマークＷＭからのエッジ散乱光Ｅ１がマスクメンブレンＭ１を介して検出される。マスクメンブレンは電子線やＸ線を透過する膜で形成されるが、検出光に対する透過率は必ずしも高くない。従って検出光はマスクメンブレンＭ１の影響を受けてしまう。また、マスクメンブレンＭ１が光を透過しない場合には、ウエハマークＷＭからのエッジ散乱光Ｅ２を検出できない。
また、図１２Ｂに示すように、ウエハマークＷＭを検出するための対物レンズＬが露光領域Ｅと干渉してしまうため、ウエハマークＷＭを露光領域Ｅの中心付近に配置することはできず、ウエハマークＷＭの配置領域が露光領域Ｅの周辺に限定されてしまう。
また、図１２Ｃに示すように、マスクメンブレンＭ１を保持するための基板Ｂが検出光の障害となり、マスクメンブレンＭ１上の基板Ｂに近い領域にはマスクマークを配置できない。
さらに、数十ミクロン以下の距離で対向配置されたマスクとウエハとの両者に形成されたマークを同時に検出しようとすると、マスクメンブレンを介してこれらの計測を行うことは必ずしも容易でない。
以上説明したように、電子線又はＸ線を用いてマスク上のパターンをウエハ上に転写する近接露光において、マスクとウエハとの位置合わせを行うことは必ずしも容易でなかった。
本発明の一目的は、第１の対象物、例えばマスク上のパターンを第２の対象物、例えばウエハ上に転写する転写方法に適用することができ、第１の対象物と第２の対象物との位置合わせを容易に行うことのできる位置合わせ方法及び位置合わせ装置を提供することである。
本発明の他の目的は、第１の対象物、例えばマスク上のパターンを第２の対象物、例えばウエハ上に転写する転写方法に適用することができ、第１の対象物と第２の対象物との位置合わせを行う新規な方法及び装置を提供することである。
３．発明の開示
本発明の一観点によると、第１の対象物を第２の対象物に近接して配置し、第２の対象物上のパターンを第１の対象物上に転写する転写方法に適用される位置合わせ方法であって、（ａ）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に第１の参照マークを形成した第１の参照マスクと、第１のアライメントマークを形成した第１の対象物とを第１のステージに配置する工程と、（ｂ）前記第１のステージに配置した第１のアライメントセンサを用いて、前記マーク支持部に画定された光を透過させる領域を介して、前記第１のステージに対向して設置される第２のステージに配置される第２の対象物に形成された第２のアライメントマークと、前記第１の参照マークとを同時に検出する工程とを含む位置合わせ方法が提供される。
第１の参照マークと第２のアライメントマークとを同時に検出することにより、第２の対象物と第１の参照マークとの相対位置関係を知ることができる。第１の参照マークが形成された第１の参照マスクと第１の対象物とは、共に第１のステージに配置されるため、両者の相対位置を測定することができる。第１の参照マークと第１の対象物との相対位置が分かれば、第１の対象物と第２の対象物との相対位置関係を知ることができる。第２のアライメントマークは、第１の参照マスクの光を透過させる領域を介して観測されるため、その位置を容易に検出することができる。
下記の装置を用いて、上述の位置合わせ方法を実施することができる。
本発明の他の観点によれば、第１の対象物を第２の対象物に近接して配置し、第２の対象物上のパターンを第１の対象物に転写する近接露光に用いる位置合わせ装置であって、第１のアライメントマークを形成した第１の対象物を保持、移動するための第１のステージと、前記第１のステージと対向し、第２のアライメントマークを形成した第２の対象物を保持するための第２のステージと、前記第１のステージに配置され、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と、該マーク支持部に形成された第１の参照マークとを有する第１の参照マスクと、前記第１のステージに配置され、前記マーク支持部に画定された光を透過させる領域を介して前記第２のアライメントマークを検出できると共に前記第１の参照マークを検出できる第１のアライメントセンサとを有する位置合わせ装置が提供される。
本発明は、近接露光における位置合わせ技術に関し、特に電子線、またはＸ線を用いた近接露光に適用可能な位置合わせ技術に関する。
２．背景技術
電子線またはＸ線を用いてマスク上に形成したパターンをウエハ上のレジスト層に転写する場合、１：１の近接露光が用いられる。マスクは、Ｘ線を透過できるＳｉＣ膜、ＳｉＮ膜等のマスクメンブレン上にＸ線を遮蔽する金属膜等のマスクパターンを形成することによって作成される。以下、このようなマスクパターンを有するマスクをメンブレンタイプと呼ぶ。
あるいは、マスクは、電子線を遮蔽する薄いＳｉＣ膜やＳｉＮ膜等のマスクメンブレンに、電子線が通過できる開口部を設けてマスクパターンを形成することによっても作製することができる。以下、このようなマスクパターンを有するマスクをステンシルタイプと呼ぶ。
マスクメンブレンはシリコンウエハ等の支持基板上に形成され、マスク領域では支持基板が除去されている。マスクメンブレンは、効率的な露光を可能とし、マスクパターンを高精度に保持できるように面積、厚さ、強度等が設計される。ただし、マスクメンブレンが十分高い光透過性を有するとは限らない。
一方、メンブレンは、厚さが増すに従い光透過性が低下する。例えば、ＳｉＣ膜によりメンブレンを形成した場合、厚さが１０μｍ程度になると光に対して不透明となる。
図１２Ａ〜図１２Ｃは、従来技術によるエッジ散乱光によるマスクとウエハとの位置合わせを説明するための図である。シリコンウエハは光を透過しないので、検出光はウエハ上方からウエハマークに照射し、ウエハ上方で反射光や散乱光あるいは回折光を検出する。ウエハマークは、露光用マスクを保持するマスクメンブレンを介して検出することになる。
図１２Ａに示すように、マスクメンブレンＭ１を介してウエハ上に形成されているウエハマークＷＭを検出する場合、ウエハマークＷＭからのエッジ散乱光Ｅ１がマスクメンブレンＭ１を介して検出される。マスクメンブレンは電子線やＸ線を透過する膜で形成されるが、検出光に対する透過率は必ずしも高くない。従って検出光はマスクメンブレンＭ１の影響を受けてしまう。また、マスクメンブレンＭ１が光を透過しない場合には、ウエハマークＷＭからのエッジ散乱光Ｅ２を検出できない。
また、図１２Ｂに示すように、ウエハマークＷＭを検出するための対物レンズＬが露光領域Ｅと干渉してしまうため、ウエハマークＷＭを露光領域Ｅの中心付近に配置することはできず、ウエハマークＷＭの配置領域が露光領域Ｅの周辺に限定されてしまう。
また、図１２Ｃに示すように、マスクメンブレンＭ１を保持するための基板Ｂが検出光の障害となり、マスクメンブレンＭ１上の基板Ｂに近い領域にはマスクマークを配置できない。
さらに、数十ミクロン以下の距離で対向配置されたマスクとウエハとの両者に形成されたマークを同時に検出しようとすると、マスクメンブレンを介してこれらの計測を行うことは必ずしも容易でない。
以上説明したように、電子線又はＸ線を用いてマスク上のパターンをウエハ上に転写する近接露光において、マスクとウエハとの位置合わせを行うことは必ずしも容易でなかった。
本発明の一目的は、第１の対象物、例えばマスク上のパターンを第２の対象物、例えばウエハ上に転写する転写方法に適用することができ、第１の対象物と第２の対象物との位置合わせを容易に行うことのできる位置合わせ方法及び位置合わせ装置を提供することである。
本発明の他の目的は、第１の対象物、例えばマスク上のパターンを第２の対象物、例えばウエハ上に転写する転写方法に適用することができ、第１の対象物と第２の対象物との位置合わせを行う新規な方法及び装置を提供することである。
３．発明の開示
本発明の一観点によると、第１の対象物を第２の対象物に近接して配置し、第２の対象物上のパターンを第１の対象物上に転写する転写方法に適用される位置合わせ方法であって、（ａ）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に第１の参照マークを形成した第１の参照マスクと、第１のアライメントマークを形成した第１の対象物とを第１のステージに配置する工程と、（ｂ）前記第１のステージに配置した第１のアライメントセンサを用いて、前記マーク支持部に画定された光を透過させる領域を介して、前記第１のステージに対向して設置される第２のステージに配置される第２の対象物に形成された第２のアライメントマークと、前記第１の参照マークとを同時に検出する工程とを含む位置合わせ方法が提供される。
第１の参照マークと第２のアライメントマークとを同時に検出することにより、第２の対象物と第１の参照マークとの相対位置関係を知ることができる。第１の参照マークが形成された第１の参照マスクと第１の対象物とは、共に第１のステージに配置されるため、両者の相対位置を測定することができる。第１の参照マークと第１の対象物との相対位置が分かれば、第１の対象物と第２の対象物との相対位置関係を知ることができる。第２のアライメントマークは、第１の参照マスクの光を透過させる領域を介して観測されるため、その位置を容易に検出することができる。
下記の装置を用いて、上述の位置合わせ方法を実施することができる。
本発明の他の観点によれば、第１の対象物を第２の対象物に近接して配置し、第２の対象物上のパターンを第１の対象物に転写する近接露光に用いる位置合わせ装置であって、第１のアライメントマークを形成した第１の対象物を保持、移動するための第１のステージと、前記第１のステージと対向し、第２のアライメントマークを形成した第２の対象物を保持するための第２のステージと、前記第１のステージに配置され、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と、該マーク支持部に形成された第１の参照マークとを有する第１の参照マスクと、前記第１のステージに配置され、前記マーク支持部に画定された光を透過させる領域を介して前記第２のアライメントマークを検出できると共に前記第１の参照マークを検出できる第１のアライメントセンサとを有する位置合わせ装置が提供される。
図１Ａは、本発明の第１の実施例による位置合わせ装置を示す断面図であり、図１Ｂ及び図１Ｃは、それぞれ一構成例による参照マークの底面図及び断面図であり、図１Ｄ及び図１Ｅは、それぞれ他の構成例による参照マークの底面図及び断面図である。
図２Ａは、メンブレンタイプのマスクの断面図であり、図２Ｂは、ステンシルタイプのマスクの断面図であり、図２Ｃは、ウエハの断面図である。図２Ｄは、マスクマークとステンシルタイプの参照マークとを、色収差２重焦点光学系で検出する構成を示す断面図である。図２Ｅは、マスクマークとメンブレンタイプの参照マークとを、エッジ散乱光斜方検出系で検出する構成を示す断面図である。
図３Ａ〜図３Ｄは、第１の実施例の位置合わせ装置による位置合わせ方法を説明する断面図である。
図４Ａは、本発明の第２の実施例による位置合わせ装置を示す断面図であり、図４Ｂ及び図４Ｃは、参照マークとウエハマークの平面図である。
図５Ａ〜図５Ｄは、第２の実施例の位置合わせ装置による位置合わせ方法を説明する断面図である。
図６Ａ〜図６Ｄは、第２の実施例の位置合わせ装置による位置合わせ方法を説明する断面図である。
図７Ａは、本発明の第３の実施例による位置合わせ装置を示す断面図であり、図７Ｂは、参照マーク及びウエハマークの平面図である。
図８Ａ〜図８Ｄは、第３の実施例の位置合わせ装置による位置合わせ方法を説明する断面図である。
図９Ａ〜図９Ｄは、第３の実施例の位置合わせ装置による位置合わせ方法を説明する断面図である。
図１０Ａ及び図１０Ｂは、上記実施例の変形例を示す断面図であり、図１０Ｃ及び図１０Ｄは、それぞれ参照マスクの高さ調節機構を示す平面図及び断面図である。
図１１Ａ及び図１１Ｂは、それぞれマスクの主要部の斜視図及び断面図であり、図１１Ｃ及び図１１Ｄは、参照マスクの主要部の断面図である。
図１２Ａ〜図１２Ｃは、従来技術の説明をするための図である。
図１３は、第４の実施例による位置合わせ装置の主要部の断面図である。
図１４Ａ〜図１４Ｃは、第４の実施例による位置合わせ装置を用いて位置合わせを行う方法を説明するための断面図である。
図１５は、第５の実施例による位置合わせ装置の主要部の断面図である。
図１６は、第５の実施例による位置合わせ装置に用いられるマスクの平面図である。
図１７は、第６の実施例による位置合わせ装置の主要部の断面図である。
図１８Ａは、第６の実施例による位置合わせ装置に用いられるマスクの平面図であり、図１８Ｂは、その参照マーク部の平面図である。
図１９Ａは、第６の実施例による位置合わせ装置に用いられる他の構成のマスクの平面図であり、図１９Ｂは、その参照マーク部の平面図である。
図２０Ａ及び図２０Ｂは、第６の実施例による位置合わせ装置のウエハ側参照マスクの底面図である。
図２１Ａ及び図２１Ｂは、それぞれ第７の実施例による位置合わせ装置の主要部の平面図及び断面図である。
図２２Ａ〜図２２Ｄは、第７の実施例による位置合わせ装置を用いて位置合わせを行う方法を説明するための断面図である。
５．発明を実施するための最良の形態
図１Ａ〜図３Ｄに、本発明の第１の実施例による位置合わせ方法及び位置合わせ装置を示す。
図１Ａに示すように、マスクステージ１１は、電子線又はＸ線を透過させる露光用開口Ｅを有する。マスクステージ１１の露光用開口Ｅを含む面上に、露光パターンを有するマスクＭが保持される。マスクＭは、さらに露光領域内にマスクマークＭＭを有する。マスクステージ１１は、さらにウエハアライメントセンサＷＳを保持する。
ウエハステージ１２は、例えば粗動ステージ１３と微動ステージ１４を含む。粗動ステージ１３の上には、重量のあるマスクアライメントセンサＭＳが配置されている。微動ステージ１４の上には、露光用レジスト層を形成したウエハＷが配置されると共に、小型、軽量の参照マスクＲが配置される。ウエハＷはウエハマークＷＭを有し、参照マスクＲは、光透過性のマーク支持部に参照マークＲＭを有する。
マスクＭとウエハＷとは、数十ミクロン以下の間隔を隔てて対向配置される。マスクアライメントセンサＭＳは、参照マスクＲの参照マークＲＭと、マスクＭ上のマスクマークＭＭとを同時に検出する機能を有する。ウエハアライメントセンサＷＳは、ウエハステージ１２上に配置されたウエハＷのウエハマークＷＭを検出すると共に、参照マスクＲのマーク支持部に形成された参照マークＲＭを検出する機能を有する。
図１Ｂ及び図１Ｃは、参照マスクＲの一構成例を示す底面図及び断面図である。例えばシリコン基板で形成された支持部１５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１６（参照マスクメンブレン、マーク支持部）が形成されている。参照マスクメンブレン１６の所定領域に、開口１７が形成され、参照マークＲＭａを構成している。参照マークＲＭａは、光学像を形成することにより検出できる。
参照マスクの寸法ｘ１２は、例えば約１０ｍｍ×１０ｍｍであり、支持基板１５の開口の寸法ｘ１１は例えば３ｍｍ×３ｍｍである。参照マスクメンブレン１６に開口１７を形成したことにより、参照マスクメンブレン１６を介してマスクマーク検出用検出光を透過させることができると共に、開口１７を光学的に検出し、参照マークＲＭａの位置を検出することができる。
図１Ｄ及び図１Ｅは、参照マスクの他の構成例を示す。シリコン基板等の支持基板１５の上に、参照マスクメンブレン１６が形成され、その上にＸ線吸収体のパターン（あるいは不透明性のパターン）１８が形成されている。Ｘ線吸収体のパターン（あるいは不透明性のパターン）１８は、参照マークＲＭｂを構成する。
参照マークＲＭｂは、参照マーク検出用検出光を反射するか、そのエッジが参照マーク検出用検出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、参照マークを検出できる。エッジ散乱光を検出する場合は、参照マークの照明光の方向と、エッジ散乱光の測定方向とは非対称な関係に選定できる。
ここで用いるＸ線吸収体のパターンは一例であって、参照マークＲＭｂを検出することができるように参照マーク検出用検出光を反射又は散乱することができるパターンであれば、Ｘ線吸収体以外の物質からなるパターンでもよい。
参照マークＲＭは、マスクアライメントセンサＭＳでウエハステージ１２側（図１Ａでは下方）から検出できると共に、ウエハアライメントセンサＷＳでマスクステージ１１側（図１Ａでは上方）から検出することができる。マスクマークＭＭは、マスクアライメントセンサＭＳにより、参照マスクＲＭの光透過性のマーク支持部（マスクメンブレン）を介して、すなわち、マーク支持部を透過する検出光を観測することにより下方から検出することができる。ウエハマークＷＭは、ウエハアライメントセンサＷＳにより、上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、マスクマークＭＭは、マーク支持部に形成された開口を通して、マスクアライメントセンサＭＳにより検出される。いずれの場合にも、マスクマークＭＭは参照マスクを介して、マスクアライメントセンサＭＳにより検出される。
図２Ａは、メンブレンタイプのマスクの構成例を示す。マスクＭは、シリコン基板等の支持基板２１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２２を形成し、その上に金属等の遮蔽材料でマスクマーク２３（ＭＭ）及び露光パターン２４を形成し、マーク及びパターンの存在する領域下の支持基板２１をエッチングにより除去した構成を有する。マスクメンブレン２２は、Ｘ線等の露光エネルギビームを透過するようにその材質、厚さ等が選定されている。
図２Ｂは、ステンシルタイプのマスクの構成例を示す。支持基板２１、マスクメンブレン２２の構造は図２Ａの場合と変わらないが、マスクマークＭＭ及び露光パターン２４がマスクメンブレン２２に開口部を設けることにより形成されている点で異なる。
図２Ｃは、ウエハＷの構成例を示す。ウエハＷは、シリコン基板等の半導体基板２５の上に、検出可能な突起パターン（または凹部パターン）２６が例えば金属膜等により形成され、ウエハマークＷＭを構成している。ウエハマークＷＭを覆って、レジスト層２７が形成されている。
図１Ａに示すような近接露光系において、ウエハＷとマスクＭとは、数十ミクロン以下の間隙を介して対向配置される。マスクアライメントセンサＭＳは、ウエハＷと同一微動ステージ上に配置された参照マスクＲの参照マークＲＭと、マスクＭ上のマスクマークＭＭとを同時に検出することが望まれる。
図２Ｄは、マスクＭのマスクメンブレン２２上に形成されたマスクマークＭＭと、参照マスクの参照メンブレン１６に形成されたステンシルタイプの参照マークＲＭａとを、色収差２重焦点光学系２８で検出する構成を示す。色収差２重焦点光学系２８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、２つの焦点距離を示す。色収差２重焦点光学系２８の光軸上には、異なる位置にマスクメンブレン２２上のマスクマークＭＭと、参照マスクメンブレン１６上の参照マークＲＭａとが配置されている。色収差２重焦点光学系２８により、マスクマークＭＭと参照マークＲＭａとの像が、同一像面２９上に結像される。
図２Ｅは、マスクアライメントセンサＭＳ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２２上にマスクマークＭＭが形成されている点は図２Ｄと同様であるが、図２Ｅでは参照マスクメンブレン１６の上にメンブレンタイプの参照マークＲＭｂ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Ｍ及び参照マスクＲの法線に対して斜めに配置される。エッジ散乱光斜方検出系３１の光軸と、マスクＭと参照マスクＲの法線とを含む仮想平面に対して垂直な方向に関して、マスクマークＭＭと参照マークＲＭｂ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マークＭＭ及び参照マークＲＭｂが、像面３３上に結像される。なお、エッジ散乱光検出光学系を用いた場合、検出方向は物面内の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。
図３Ａ〜図３Ｄは、図１Ａに示す構成を用い、マスクＭとウエハＷとの位置合わせを行う位置合わせ方法を示す断面図である。
図３Ａに示すように、マスクアライメントセンサＭＳにより、参照マスクＲの参照マークＲＭと、マスクＭのマスクマークＭＭとを位置合わせする。この時の、基準点Ｘ０に対するマスクマークＭＭ（参照マークＲＭ）の位置をＡ１とする。
図３Ｂに示すように、ウエハステージを移動し、ウエハアライメントセンサＷＳにより、参照マスクＲの参照マークＲＭを検出する。この時の、基準位置Ｘ０に対する参照マークＲＭ（ウエハアライメントセンサＷＳ）の位置をＢ１とする。
図３Ｃに示すように、粗動ステージ１３を移動し、ウエハアライメントセンサＷＳにより、ウエハマークＷＭを検出する。この時の、基準位置に対する参照マークＲＭの位置をＣ１とする。
図３Ａ〜図３Ｃは、マスクアライメントセンサＭＳにより、参照マークＲＭとマスクマークＭＭとを同時に検出し、ウエハアライメントセンサＷＳにより、参照マークＲＭとウエハマークＷＭとを検出している。
図３Ｄは、これらの結果に基づき、ウエハＷとマスクＭとの位置合わせを行う原理を示す。ウエハアライメントセンサＷＳに、参照マークＲＭが検出されている時、参照マークＲＭとマスクマークＭＭとの位置の差はＢ１−Ａ１である。参照マークＲＭとウエハマークＷＭとの位置の差は、Ｃ１−Ｂ１である。従って、ウエハマークＷＭとマスクマークＭＭとの位置の差Ｘ１は、Ｘ１＝Ｂ１−Ａ１−（Ｃ１−Ｂ１）となる。
以上説明した実施例において、マスクアライメントセンサＭＳは、参照マスクＲ上の参照マークＲＭと、マスクＭ上のマスクマークＭＭとを同時に検出する。参照マスクＲは、軽量、小型に形成でき、参照マスクメンブレンの透過率は高く設定することができる。従って、参照マークＲＭとマスクマークＭＭとの同時検出が容易となる。
ウエハアライメントセンサＷＳは、マスクＭを介さず、参照マークＲＭとウエハマークＷＭ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ＷとマスクＭとの相対的位置を高精度に設定することが可能となる。
上述の実施例において、マスクアライメントセンサＭＳと、ウエハアライメントセンサＷＳとにおける位置合わせマーク検出方法は、例えばエッジ散乱光を検出する同一の検出方法となる。位置合わせマークを、正反射光を用いた光学像検出等の他の検出方法で検出することが望まれる場合もある。
図４Ａ〜図６Ｄに、本発明の第２の実施例による位置合わせを示す断面図及び平面図である。
図４Ａに示すように、マスクステージ１１上に２種類のウエハアライメントセンサＷＳ１、ＷＳ２を配置し、ウエハＷ上に２種類のウエハマークＷＭ１、ＷＭ２を配置し、参照マスクＲ上に２種類の参照マークＲＭ１、ＲＭ２を形成する。２種類のセンサと２種類のマークにより２種類の測定方法が可能となる。２種類の測定方法は、例えばエッジ散乱光検出と、光学顕微鏡を用いた正反射光によるパターンの輪郭検出である。
図４Ｂは、エッジ散乱光検出に用いるマークの構成を示す。第１の参照マークＲＭ１及び第１のウエハマークＷＭ１は、エッジ散乱光を発生するエッジを有するパターン、例えば１方向に配列された複数列の孤立パターンで形成されている。ここで、第１の参照マークＲＭ１及び第１のウエハマークＷＭ１の寸法及び形状は同一である。
図４Ｃに示すように、光学像を検出する第２の参照マークＲＭ２及び第２のウエハマークＷＭ２は、その輪郭を検出するのに適したパターン、例えば複数のストライプパターンで形成される。ここで、第２の参照マークＲＭ２及び第２のウエハマークＷＭ２の寸法及び形状は同一である。
図５Ａ〜図５Ｄに、第１のウエハアライメントセンサＷＳ１と第１の参照マークＲＭ１、第１のウエハマークＷＭ１を用いて第１の位置合わせを行う工程を示す。
図５Ａに示すように、マスクアライメントセンサＭＳにより、第１の参照マークＲＭ１とマスクマークＭＭが、エッジ散乱光等により同時に検出される。この時の測定位置をＡ２１とする。これは図３Ａと同様の工程である。
図５Ｂにおいては、第１のウエハアライメントセンサＷＳ１を用い、第１の参照マークＲＭ１の検出が行われる。この時の測定位置をＢ２１とする。図３Ｂと同様の工程である。
図５Ｃに示すように、第１のウエハアライメントセンサＷＳ１を用い、第１のウエハマークＷＭ１の検出が行われる。この時の測定位置をＣ２１とする。図３Ｃと同様の工程である。
図５Ｄに示すように、図５Ａ〜図５Ｃの結果を用い、第１のウエハマークＷＭ１とマスクマークＭＭとの位置の差Ｘ２１を求める。図３Ｄと同様の工程である。位置の差Ｘ２１は、
Ｘ２１＝Ｂ２１−Ａ２１−（Ｃ２１−Ｂ２１）
として求められる。
図６Ａ〜図６Ｄは、第２のウエハアライメントセンサＷＳ２と第２の参照マークＲＭ２、第２のウエハマークＷＭ２を用いて第２の位置合わせを行う工程を示す。
図６Ａに示すように、マスクアライメントセンサＭＳを用い、第１の参照マークＲＭ１とマスクマークＭＭとを同時に検出する。この時の測定位置をＡ２２とする。この工程は異なる高さにある２つのマークを検出するため図５Ａと同じエッジ散乱光検出による。この時の、基準位置に対する参照マークＲＭ１の位置をＡ２２とする。
図６Ｂに示すように、第２のウエハアライメントセンサＷＳ２により、第２の参照マークＲＭ２から正反射光等が検出され、位置合わせが行われる。この時の、基準位置に対する第１の参照マークＲＭ１の位置をＢ２２とする。第１の参照マークＲＭ１と第２の参照マークＲＭ２は所定距離Ｄ離れて配置されている。
図６Ｃに示すように、第２のウエハアライメントセンサＷＳ２を用い、第２のウエハマークＷＭ２の検出が行われる。この時の、基準位置に対する第１の参照マークＲＭ１の位置をＣ２２とする。
図６Ｄに示すように、ウエハＷとマスクＭとの相対的位置を示す距離Ｘ２２は、
Ｘ２２＝Ｂ２２−Ａ２２−Ｄ−（Ｃ２２−Ｂ２２）
として求められる。
なお、図６Ａに示す工程は、図５Ａに示す工程と同様であるため、図６Ａの工程を省略してもよい。この場合、距離Ａ２２は、Ａ２１で置換すればよい。
第２の実施例においては、２種類のウエハアライメントセンサを設け、それぞれのセンサに対応して２種類の参照マーク及びウエハマークを形成した。１種類の参照マーク及びウエハマークを用い、２種類のウエハアライメントセンサによる測定に対応させることも可能である。
図７Ａ〜図９Ｄは、本発明の第３の実施例による位置合わせ工程を示す断面図及び平面図である。
図７Ａに示すように、マスクステージ１１上には、例えばエッジ散乱光斜方検出系である第１のウエハアライメントセンサＷＳ１と、正反射光による輪郭検出系である第２のウエハアライメントセンサＷＳ２とが配置されている。ウエハ微動ステージ１４上には、参照マスクＲとウエハＷとが配置されている。参照マスクＲは、参照マークＲＭ１を有し、ウエハＷは、ウエハマークＷＭ１を有する。
図７Ｂは、ウエハマークＷＭ１及び参照マークＲＭ１の構成例を示す。ウエハマークＷＭ１及び参照マークＲＭ１は、それぞれ複数列に配置された孤立パターンの集合からなり、各孤立パターンのエッジ、及び孤立パターンの集合の輪郭により位置合わせマーク機能を果たすことができる。ここで、参照マークＲＭ１及びウエハマークＷＭ１の寸法及び形状は同一である。
図８Ａ〜図８Ｄは、第１のウエハアライメントセンサＷＳ１と参照マークＲＭ１、ウエハマークＷＭ１を用いて、エッジ散乱光検出により第１の位置合わせを行う工程を示す。
図８Ａに示すように、マスクアライメントセンサＭＳにより、参照マスクＲの参照マークＲＭとマスクＭのマスクマークＭＭをエッジ散乱光により同時に検出する。この時の、基準位置に対する参照マークＲＭ１の位置をＡ３１とする。
図８Ｂは、ウエハアライメントセンサＷＳ１により、参照マスクＲ上の参照マークＲＭ１を検出する工程を示す。この時の、基準位置に対する参照マークＲＭ１の位置をＢ３１とする。
図８Ｃは、ウエハアライメントセンサＷＳ１によるウエハマークＷＭ１の検出工程を示す。この時の、基準位置に対する参照マークＲＭ１の位置をＣ３１とする。
図８Ｄは、図８Ａ〜図８Ｃの結果を用い、マスクＭとウエハＷとの相対的位置を確定する工程を示す。マスクＭ上のマスクマークＭＭと、ウエハＷ上のウエハマークＷＭ１との位置の差Ｘ３１は、
Ｘ３１＝Ｂ３１−Ａ３１−（Ｃ３１−Ｂ３１）
で得られる。
図９Ａ〜図９Ｄは、第２のウエハアライメントセンサＷＳ２と参照マークＲＭ１、ウエハマークＷＭ１を用いて第２の位置合わせを行う工程を示す。
図９Ａに示すように、マスクアライメントセンサＭＳにより、参照マスクＲの参照マークＲＭ１とマスクＭのマスクマークＭＭとを同時に検出する。この時の、基準位置に対する参照マークＲＭ１の位置をＡ３２とする。
図９Ｂに示すように、参照マークＲＭ１の検出を第２ウエハアライメントセンサＷＳ２で行う。この時の、基準位置に対する参照マークＲＭ１の位置をＢ３２とする。
図９Ｃに示すように、第２ウエハアライメントセンサＷＳ２を用い、ウエハＷのウエハマークＷＭ１の検出を行う。この時の、基準位置に対する参照マークＲＭ１の位置をＣ３２とする。
図９Ｄは、図９Ａ〜図９Ｃの結果を用い、ウエハＷとマスクＭとの位置合わせを行う工程を示す。マスクＭとウエハＷとの相対的位置の差Ｘ３２は、
Ｘ３２＝Ｂ３２−Ａ３２−（Ｃ３２−Ｂ３２）
で求められる。
この方法によれば、２種類の測定方法で精度を向上しつつ、同一のマークを用いることにより、マーク形成領域を節約することが可能となる。
上述の実施例においては、参照マスクＲ上の参照マークＲＭと、ウエハＷ上のウエハマークＷＭとを同一のウエハアライメントセンサＷＳで検出している。参照マークＲＭの高さとウエハマークＷＭと高さとが異なると、検出精度が低下する。
図１０Ａは、参照マスクＲの厚さがウエハＷの厚さより厚く、参照マークＲＭがウエハマークＷＭよりも高い位置に配置される場合を示す。
図１０Ｂは、参照マスクＲの厚さがウエハＷの厚さよりも薄く、参照マークＲＭが、ウエハマークＷＭよりも低い位置に配置される場合を示す。
同一のウエハアライメントセンサＷＳにより、光軸上距離の異なる参照マークＲＭとウエハマークＷＭとを焦点深度内に収め、検出しようとすると、倍率が高くできず、検出精度が低下してしまう。
図１０Ｃは、参照マスクＲの高さを調整できる構成を示す。ウエハの微動ステージ９２の上に、ウエハＷが配置されると共に、高さ調整機構９１を介して参照マスクＲが配置される。高さ調整機構９１は、圧電素子等を含み、参照マスクＲの高さを調整することができる。
図１０Ｄに示すように、高さ調整機構９１が参照マスクＲの高さをウエハＷの高さと同一とするように調整する。参照マスクＲとウエハマークＷＭとの高さの差が消滅することにより、ウエハアライメントセンサＷＳの倍率を高くし、検出感度を向上することが可能となる。
上述の実施例においては、シリコン基板の上にメンブレンを形成し、メンブレン上に露光パターンを形成し、露光パターン下のシリコン基板を除去したものをマスクとして用いた。マスクは、メンブレンタイプ又はステンシルタイプのいずれかにより形成される。
図１１Ａは、マスクの構成例を示す。シリコン基板の表面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を形成した後、シリコン基板裏面からの選択エッチングにより、マイナーストラット５１を残し、露光領域に対応する基板の複数領域が除去される。マスクメンブレン５２の厚さは例えば２μｍであり、マイナーストラット５１の高さは、用いたシリコン基板の厚さに等しく、例えば約０．７５ｍｍである。マイナーストラット５１の幅は、例えば１７０μｍである。
このような構成によれば、マイナーストラット５１の画定する領域が露光領域となり、マイナーストラット５１は、露光領域を画定する非露光（遮蔽）領域となる。（マイナーストラットに関しては「電子材料２００２年３月号」（タイトル：７０ｎｍノード対応「ＥＢステッパ」）のｐ．７３の図３参照）
図１１Ｂに示すように、マイナーストラット５１に対応するメンブレン５２上の領域は、露光に用いることができない。マイナーストラット５１に対応するメンブレン表面上に、マスクマーク５３を形成することができる。幅１７０μｍの領域は位置合わせマークを配置する領域としては十分な面積である。この構成によれば、マスクマーク５３の配置面積を広く確保できる。
上述の実施例においては、参照マスクを、シリコン基板等の支持基板上に形成したメンブレンに形成した開口、又はメンブレン上の不透明パターンにより形成した。参照マスクは、位置合わせのみに用いられるマスクであり、露光用マスクと同一構成であることを要しない。
図１１Ｃ及び図１１Ｄは、参照マスクの他の構成例を示す。検出光の波長に対し透明な材料で形成された透明基板３５上に、図１１Ｃのメンブレンタイプでは検出光の波長に対し不透明な材料のパターンにより、図１１Ｄのステンシルタイプでは開口により参照マーク１８が形成されている。透明基板３５は、例えば、２〜３μｍ程度の薄いＳｉＣ膜又はＳｉＮ膜で形成される。参照マーク１８は、例えば、図１１Ｃに示すメンブレンタイプの場合には重金属（例えば、Ｔａ（タンタル）等）で形成され、図１１Ｄに示すステンシルタイプの場合には開口部を設けることにより形成される。
次に、図１３〜図１４Ｄを参照して、第４の実施例について説明する。
図１３に、第４の実施例による位置合わせ装置の断面図を示す。ウエハステージ１２及びマスクアライメントセンサＭＳは、図１Ａに示した第１の実施例による位置合わせ装置のものと同様の構成である。ウエハステージ１２の微動ステージ１４に、ウエハＷ及びウエハ側参照マスクＷＲＭが配置されている。ウエハ側参照マスクＷＲは、図１Ｂ〜図１Ｅに示した参照マスクＲと同様の構成を有し、光透過性のマーク保持部にウエハ側参照マークＷＲＭを有している。
図１Ａではマスクステージ１１を概略的に示したが、より詳細には、マスクステージ１１は、マスクチャック１００、変位機構１０１、及び支持基盤（支持ベース）１０２を含んで構成される。支持ベース１０２は、ウエハステージ１２の粗動ステージ１３が取り付けられた基台に固定される。
支持ベース１０２は、変位機構１０１を支持し、変位機構１０１がマスクチャック１００を支持する。マスクチャック１００の底面に、マスクＭ及びマスク側参照マスクＭＲが固定されている。マスク側参照マスクＭＲは、図１Ｂ〜図１Ｅに示した参照マスクＲと同様の構成を有し、光透過性のマーク保持部にマスク側参照マークＭＲＭを有している。マスクＭ及びマスク側参照マスクＭＲは、微小間隙（プロキシミティギャップ）を挟んでウエハＷ及びウエハ側参照マスクＷＲに対向する。
変位機構１０１は、特開２００２−３５３１１５号公報の図２に開示されたマスクステージと同様の構造を有し、マスクチャック１００に保持されたマスクＭを、マスク面に垂直な軸を中心とした回転方向、及びあおり方向に微小に変位させることができる。
マスクチャック１００は、マスクＭの転写パターンが形成された領域、及びマスク側参照マスクＭＲのマーク支持部に対応する領域に、窓（貫通孔）を有する。
ウエハアライメントセンサＷＳが、支持ベース１０２に取り付けられている。ウエハアライメントセンサＷＳは、マスクチャック１００に形成された窓、及びマスク側参照マスクＭＲのマーク支持部を通して、ウエハ側参照マークＷＲＭ及びウエハマークＷＭの一方を、マスク側参照マークＭＲＭと同時に検出することができる。ウエハアライメントセンサＷＳとして、図２Ｄに示した色収差２重焦点光学系を用いたものや、図２Ｅに示したエッジ散乱光斜方検出系を用いたものを使用することができる。
図１４Ａ〜図１４Ｄを参照して、第４の実施例による位置合わせ方法について説明する。
図１４Ａに示すように、マスクアライメントセンサＭＳでウエハ側参照マークＷＲＭとマスクＭのマスクマークＭＭとを同時に検出する。この方法は、図３Ａを参照して説明した方法と同様であり、基準点Ｘ０に対するマスクマークＭＭ（ウエハ側参照マークＷＲＭ）の位置Ａ１が求められる。
図１４Ｂに示すように、ウエハステージ１２を移動し、ウエハアライメントセンサＷＳにより、マスク側参照マークＭＲＭとウエハマークＷＭとを同時に検出する。この時、基準位置Ｘ０に対するウエハ側参照マークＷＲＭの位置Ｃ１が求まる。
図１４Ｃに示すように、ウエハステージ１２を移動し、ウエハアライメントセンサＷＳによりマスク側参照マークＭＲＭとウエハ側参照マークＷＲＭとを同時に検出する。この時、基準位置Ｘ０に対するウエハ側参照マークＷＲＭ（マスク側参照マークＭＲＭ）の位置Ｂ１が求まる。
この状態において、ウエハマークＷＭとマスクマークＭＭとの位置の差Ｘ１が、Ｘ１＝（Ｂ１−Ａ１）−（Ｃ１−Ｂ１）と表される。ウエハステージ１２を距離Ｘ１だけ移動させることにより、ウエハマークＷＭとマスクマークＭＭとの位置を合わせることができる。
第１の実施例においては、図１４Ｂ及び図１４Ｃの状態の時に、マスク側参照マークＭＲＭを検出することなく、ウエハアライメントセンサＷＳでウエハマークＷＭのみ、またはウエハ側参照マークＷＲＭのみを検出していた。このため、図３Ｂ及び図３Ｃに示した位置Ｂ１及びＣ１の精度が、ウエハアライメントセンサＷＳの位置精度に依存する。位置Ｂ１を検出してから、位置Ｃ１を検出するときまでに、基準位置Ｘ０（マスクＭ）に対してウエハアライメントセンサＷＳの相対位置がずれると、求めるべき差Ｘ１に誤差が生ずる。
第４の実施例では、図１４Ｂ及び図１４Ｃに示した状態の時に、マスク側参照マークＭＲＭを基準にして、ウエハマークＷＭ及びウエハ側参照マークＷＲＭの位置を検出する。このため、基準位置Ｘ０（マスクＭ）に対するウエハアライメントセンサＷＳの相対位置のずれに依存せず、ウエハマークＷＭ及びウエハ側参照マークＷＲＭの位置を検出することができる。
マスク側参照マスクＭＲは、マスクＭとともに図１３に示したマスクチャック１００に固定されている。従って、マスクＭに対するマスク側参照マスクＭＲの相対位置のずれは生じにくい。このため、図１４Ｂに示した位置Ｃ１及び図１４Ｃに示した位置Ｂ１を、高精度に検出することができる。これにより、ウエハマークＷＭとマスクマークＭＭとの位置合わせ精度を高めることができる。
次に、図１５及び図１６を参照して、第５の実施例について説明する。
図１５に、第５の実施例による位置合わせ装置の断面図を示す。以下、図１３に示した第４の実施例による位置合わせ装置との相違点について説明する。第４の実施例では、マスク側参照マークＭＲＭが、マスクＭとは別体のマスク側参照マスクＭＲに形成されている。これに対し、第５の実施例では、マスク側参照マークＭＲＭが、マスクＭ内に形成されている。ウエハアライメントセンサＷＳは、マスクＭ内に形成されたマスク側参照マークＭＲＭを検出することができる。
図１６に、マスクＭの平面図を示す。支持基板ＭＳＰ内に、転写すべきパターンが形成された転写パターン部ＭＰが配置され、さらに、転写パターン部ＭＰとは異なる位置に参照マーク部ＭＲＡが配置されている。転写パターン部ＭＰ内にマスクマークＭＭが配置されている。参照マーク部ＭＲＡは、光透過性のマーク支持部ＭＲＳ、及びマーク支持部ＭＲＳ内に配置されたマスク側参照マークＭＲＭで構成される。
例えば、支持基板ＭＳＰの直径は２００ｍｍ（８インチ）、転写パターン部ＭＰは、５０ｍｍ×６６ｍｍの長方形であり、参照マーク部ＭＲＡは、２ｍｍ×２ｍｍ〜３ｍｍ×３ｍｍの正方形である。
第５の実施例では、マスク側参照マークＭＲＭがマスクＭ内に配置されるため、図１３に示した場４の実施例の場合に比べて、マスク側参照マークＭＲＭとマスクマークＭＭとを近づけることができる。両者が近づくと、ウエハ側参照マークＷＲＭとマスクマークＭＭとを同時に検出している図１４Ａの状態から、ウエハマークＷＭとマスク側参照マークＭＲＭとを同時に検出している図１４Ｂの状態に変化する時のウエハステージ１２の移動距離が短くなる。
第５の実施例では、ウエハステージ１２の移動距離を短くすることができるため、より高精度な位置合わせを行うことが可能になる。ウエハアライメントセンサＷＳとして、図２Ｄに示した色収差２重焦点光学系を用いたものを採用すると、１つのマスク側参照マークＭＲＭで２方向の位置を検出することができる。
次に、図１７〜図２０Ｂを参照して、第６の実施例について説明する。
図１７に、第６の実施例による位置合わせ装置の断面図を示す。第６の実施例では、図１５のウエハアライメントセンサＷＳの代わりに、エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｘ及び１１０ｙが配置されている。エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｘは、支持ベース１０２に、ｙ軸方向に移動可能に取り付けられており、エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｙは、支持ベース１０２に、ｘ軸方向に移動可能に取り付けられている。エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｘの光軸は、マスクＭの法線方向（ｚ軸方向）からｙ軸方向に傾けられており、エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｙの光軸は、マスクＭの法線方向からｘ軸方向に傾けられている。
ウエハステージ１２側に取り付けられたウエハ側参照マスクＷＲに、ｘ用ウエハ側参照マークＷＲＭｘ及びｙ用ウエハ側参照マークＷＲＭｙが形成されている。マスクアライメントセンサＭＳの代わりに、ｘ用エッジ散乱光斜方検出装置１１１ｘ及びｙ用エッジ散乱光斜方検出装置１１１ｙが配置されている。
図１８Ａに、マスクＭの平面図を示す。支持基板ＭＳＰ内に、転写すべきパターンが形成された転写パターン部ＭＰが配置され、さらに、転写パターン部ＭＰとは異なる位置にｘ用参照マーク部ＭＲＡｘ及びｙ用参照マーク部ＭＲＡｙが配置されている。転写パターン部ＭＰ内にｘ用マスクマークＭＭｘ及びｙ用マスクマークＭＭｙが配置されている。ｘ用参照マーク部ＭＲＡｘは、光透過性のマーク支持部、及びこのマーク支持部内に配置されたｘ用マスク側参照マークＭＲＭｘで構成される。ｙ用参照マーク部ＭＲＡｙも同様の構成であり、マーク支持部とｙ用マスク側参照マークＭＲＭｙで構成される。
図１８Ｂに、ｘ用参照マーク部ＭＲＡｘの平面図を示す。ｙ用参照マーク部ＭＲＡｙの構成も、ｘ用参照マーク部ＭＲＡｘと同様である。光透過性のマーク支持部ＭＲＳｘ内に、ｘ用マスク側参照マークＭＲＭｘが配置されている。ｘ用マスク側参照マークＭＲＭｘは、図２Ｅまたは図４Ｂに示したエッジ散乱光用のマークと同様の構成を有し、少なくともｙ方向に、好ましくは行列状に配列された複数のエッジを含む。
ｘ軸方向に関してｘ用マスク側参照マークＭＲＭｘの両側に、マーク支持部ＭＲＳｘを貫通する窓ＷＩｘが配置されている。この窓ＷＩｘを通して、ウエハ側のエッジ散乱光用のマークを観測することができる。
図１９Ａに、マスクＭの他の構成例を示す。図１８Ａに示したマスクＭでは、ｘ用とｙ用の参照マーク部が別々に配置されていたが、図１９ＡのマスクＭにおいては、１つの参照マーク部ＭＲＡ内にｘ用マスク側参照マークＭＲＭｘとｙ用マスク側参照マークＭＲＭｙとが配置されている。
図１９Ｂに、参照マーク部ＭＲＡの平面図を示す。ｘ用マスク側参照マークＭＲＭｘの両脇（ｘ軸方向の正側及び負側）に窓ＭＩｘが配置され、ｙ用マスク側参照マークＭＲＭｙの両脇（ｙ軸方向の正側及び負側）に窓ＭＩｙが配置されている。ｘ用マスク側参照マークＭＲＭｘ及びｙ用マスク側参照マークＭＲＭｙは、図１８Ａに示したマスク側参照マークと同様の構成を有する。
図２０Ａに、ウエハ側参照マスクＷＲの底面図を示す。矩形状の光透過性のマーク保持部ＷＲＳが、梁ＷＢにより補強されている。梁ＷＢは、例えば、マーク保持部ＷＲＳの外周線よりやや内側を１周する外周部と、その外周部の相互に対向する２本の辺の中点同士を接続する接続部とを含む。
ｘ用ウエハ側参照マークＷＲＭｘが、梁ＷＢで区分された１つの区画内に配置され、ｙ用ウエハ側参照マークＷＲＭｙが、ｘ用ウエハ側参照マークＷＲＭｘの配置された区画の対角位置の区画内に配置されている。ｘ用ウエハ側参照マークＷＲＭｘは、ｘ方向に離れて配置された一対のエッジ群からなり、各エッジ群は、少なくともｙ方向に、好ましくは行列状に配置された複数のエッジを有する。ｙ用ウエハ側参照マークＷＲＭｙは、ｙ方向に離れて配置された一対のエッジ群からなり、各エッジ群は、少なくともｘ方向に、好ましくは行列状に配置された複数のエッジを有する。
図２０Ｂに示すように、マーク保持部ＷＲＳの十分な機械的強度が得られる場合には、梁を省略してもよい。
第６の実施例による位置検出方法の基本的な原理は、図１４Ａ〜図１４Ｃで説明した原理と同様である。
図１４Ａに示した工程に対応する工程について説明する。図１７に示したウエハステージ１２側のｘ用エッジ散乱光斜方検出装置１１１ｘにより、図１８Ａに示したｘ用マスクマークＭＭｘと、図２０Ａまたは図２０Ｂに示したｘ用参照マーク部ＷＲＭｘとを同時に検出する。このとき、ｘ用マスクマークＭＭｘがｘ用ウエハ側参照マークＷＲＭｘの一対のエッジ群の間に位置するようにウエハステージ１２の位置を調節する。一対のエッジ群の間のマーク保持部ＷＲＳを通して、ｘ用マスクマークＭＭｘが観察される。これにより、ｘ用マスクマークＭＭｘとｘ用ウエハ側参照マークＷＲＭｘとの、ｘ方向に関する相対位置関係が正確に測定される。
同様の方法で、ｙ用マスクマークＭＭｙとｙ用ウエハ側参照マークＷＲＭｙとの、ｙ方向に関する相対位置関係を正確に測定することができる。
図１４Ｃに示した工程に対応する工程について説明する。なお、図１４Ｂに示した工程は、図１４Ｃのウエハ側参照マークがウエハマークに置き換わるだけであり、マークの検出原理は図１４Ｃの工程における検出原理と同様である。
図１７に示したｘ用エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｘにより、図１８Ｂに示したｘ用マスク側参照マークＭＲＭｘと、図２０Ａまたは図２０Ｂに示したｘ用参照マーク部ＷＲＭｘとを同時に検出する。ｘ用マスク側参照マークＭＲＭｘがｘ用ウエハ側参照マークＷＲＭｘの一対のエッジ群の間に位置するようにウエハステージ１２の位置を調節する。ｘ用マスク側参照マークＭＲＭｘの両脇の窓ＷＩｘを通してｘ用ウエハ側参照マークＷＲＭｘが観察される。これにより、ｘ用マスク側参照マークＭＲＭｘとｘ用ウエハ側参照マークＷＲＭｘとの、ｘ方向に関する相対位置関係が正確に測定される。
同様の方法で、ｙ用マスク側参照マークＭＲＭｙとｙ用ウエハ側参照マークＷＲＭｙとの、ｙ方向に関する相対位置関係を正確に測定することができる。図１８Ａ及び図１９Ａの転写パターン部ＭＰ内のマーク支持部の光透過率が十分高い場合には、エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｘ及び１１０ｙは、マスクＭに形成されたマスクマークＭＭ及びウエハＷに形成されたウエハマークＷＭとを同時に検出し、両者の位置合わせを行うことができる。
次に、図２１Ａ〜図２２Ｄを参照して、第７の実施例について説明する。
図２１Ａ及び図２１Ｂは、それぞれ第７の実施例による位置合わせ装置の主要部の平面図及び断面図を示す。図１３に示した第４の実施例の場合と同様に、マスクチャック１００、変位機構１０１、及び支持ベース１０２により、マスクステージ１１が構成されている。マスクチャック１００にマスクＭが保持されている。マスクＭに微小間隙を隔ててウエハＷが、図１３に示したウエハステージ１２と同様のウエハステージにより保持されている。
マスクＭの転写パターン部にマスクマークＭＭが形成されている。マスクＭに、その支持基板を貫通する窓Ｈｙが形成されている。ウエハＷにウエハマークＷＭが形成されている。
エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｙが、ｘ方向移動機構１２０、ｙ方向移動機構１２１、及び光軸方向移動機構１２２により、支持ベース１０２に支持されている。ｘ方向移動機構１２０及びｙ方向移動機構１２１は、それぞれエッジ散乱光斜方検出機構１１０ｙを、ｘ軸方向及びｙ軸方向に並進移動させる。光軸方向移動機構１２２は、エッジ散乱光斜方検出機構１１０ｙをその光軸方向に移動させる。エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｙの光軸は、ｚｘ面に平行であり、ｚ軸から傾斜している。
同様に、エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｘが支持ベース１０２に支持されている。ただし、エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｘの光軸は、ｙｚ面に平行であり、ｚ軸方向から傾斜している。
変位機構１０１の円盤の中央に、露光用の電子ビームを通過させる窓１０１Ａが形成されている。窓１０１Ａの外周の一部に、切り込み部１０１Ｂ及び１０１Ｃが形成されている。エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｙがウエハマークＷＭ及びウエハ側参照マークＷＲＭ（図１３参照）を観察する時、エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｙの鏡筒の先端が切り込み部１０１Ｂに接触するように姿勢制御される。エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｙは、切り込み部１０１Ｂに接触した状態で、マスクＭに形成された窓Ｈｙを通してウエハマークＷＭ及びウエハ側参照マークＷＲＭを観察することができる。同様に、エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｘの鏡筒の先端が、切り込み部１０１Ｃに接触する。
エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｙの鏡筒の先端が切り込み部１０１Ｂに接触しているため、その姿勢を安定させることができる。このため、エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｙの光軸を基準として、ウエハマークＷＭ及びウエハ側参照マークＷＲＭのｙ軸方向に関する位置を高精度に測定することができる。同様に、エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｘにより、ウエハマークとマスクマークとのｘ軸方向の位置を高精度に検出することができる。
変位機構１０１の円盤は、ｚ軸に平行な中心軸の周りに回転可能であるが、その回転角度は極微小である。変位機構１０１の円盤が微小角度だけ回転方向に変位したとしても、エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｙの鏡筒の先端を切り込み部１０１Ｂに安定して接触させることができる。なお、エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｙを用いて位置合わせを行う期間は、変位機構１０１は固定されている。
図２２Ａ〜図２２Ｄを参照して、第７の実施例による位置合わせ装置を用いて位置合わせする方法を説明する。
図２２Ａに示すように、マスクアライメントセンサＭＳにより、ウエハ側参照マスクＷＲのウエハ側参照マークＷＲＭと、マスクＭのマスクマークＭＭとを位置合わせする。この時の、基準点Ｙ０に対するマスクマークＭＭ（ウエハ側参照マークＷＲＭ）の位置をＡ１とする。
図２２Ｂに示すように、ウエハステージを移動し、エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｙにより、ウエハ側参照マスクＷＲのウエハ側参照マークＷＲＭを検出する。この時の、基準位置Ｙ０に対するウエハ側参照マークＷＲＭの位置をＢ１とする。このとき、エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｙの鏡筒の先端は、図２１Ａ及び図２１Ｂに示したように、変位機構１０１の切り込み部１０１Ｂに接触し、その姿勢が安定に保たれている。
図２２Ｃに示すように、粗動ステージ１３を移動し、エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｙにより、ウエハマークＷＭを検出する。この時の、基準位置Ｙ０に対するウエハ側参照マークＷＲＭの位置をＣ１とする。
図２２Ｄは、これらの結果に基づき、ウエハＷとマスクＭとの位置合わせを行う原理を示す。エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｙに、ウエハ側参照マークＷＲＭが検出されている時、ウエハ側参照マークＷＲＭとマスクマークＭＭとの位置の差はＢ１−Ａ１である。ウエハ側参照マークＷＲＭとウエハマークＷＭとの位置の差は、Ｃ１−Ｂ１である。従って、ウエハマークＷＭとマスクマークＭＭとの位置の差Ｙ１は、Ｘ１＝Ｂ１−Ａ１−（Ｃ１−Ｂ１）となる。このようにして、ｙ軸方向の位置合わせを行うことができる。
同様にして、エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｘを用い、ウエハマークとマスクマークとのｘ軸方向の位置合わせを行うことができる。
上記実施例では、近接露光を例にとって位置合わせ装置及び方法を説明したが、この位置合わせ装置及び方法は、その他のパターン転写方法に適用することができる。例えば、ナノインプリント技術における型とウエハとの位置合わせに適用することができる。
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。
図２Ａは、メンブレンタイプのマスクの断面図であり、図２Ｂは、ステンシルタイプのマスクの断面図であり、図２Ｃは、ウエハの断面図である。図２Ｄは、マスクマークとステンシルタイプの参照マークとを、色収差２重焦点光学系で検出する構成を示す断面図である。図２Ｅは、マスクマークとメンブレンタイプの参照マークとを、エッジ散乱光斜方検出系で検出する構成を示す断面図である。
図３Ａ〜図３Ｄは、第１の実施例の位置合わせ装置による位置合わせ方法を説明する断面図である。
図４Ａは、本発明の第２の実施例による位置合わせ装置を示す断面図であり、図４Ｂ及び図４Ｃは、参照マークとウエハマークの平面図である。
図５Ａ〜図５Ｄは、第２の実施例の位置合わせ装置による位置合わせ方法を説明する断面図である。
図６Ａ〜図６Ｄは、第２の実施例の位置合わせ装置による位置合わせ方法を説明する断面図である。
図７Ａは、本発明の第３の実施例による位置合わせ装置を示す断面図であり、図７Ｂは、参照マーク及びウエハマークの平面図である。
図８Ａ〜図８Ｄは、第３の実施例の位置合わせ装置による位置合わせ方法を説明する断面図である。
図９Ａ〜図９Ｄは、第３の実施例の位置合わせ装置による位置合わせ方法を説明する断面図である。
図１０Ａ及び図１０Ｂは、上記実施例の変形例を示す断面図であり、図１０Ｃ及び図１０Ｄは、それぞれ参照マスクの高さ調節機構を示す平面図及び断面図である。
図１１Ａ及び図１１Ｂは、それぞれマスクの主要部の斜視図及び断面図であり、図１１Ｃ及び図１１Ｄは、参照マスクの主要部の断面図である。
図１２Ａ〜図１２Ｃは、従来技術の説明をするための図である。
図１３は、第４の実施例による位置合わせ装置の主要部の断面図である。
図１４Ａ〜図１４Ｃは、第４の実施例による位置合わせ装置を用いて位置合わせを行う方法を説明するための断面図である。
図１５は、第５の実施例による位置合わせ装置の主要部の断面図である。
図１６は、第５の実施例による位置合わせ装置に用いられるマスクの平面図である。
図１７は、第６の実施例による位置合わせ装置の主要部の断面図である。
図１８Ａは、第６の実施例による位置合わせ装置に用いられるマスクの平面図であり、図１８Ｂは、その参照マーク部の平面図である。
図１９Ａは、第６の実施例による位置合わせ装置に用いられる他の構成のマスクの平面図であり、図１９Ｂは、その参照マーク部の平面図である。
図２０Ａ及び図２０Ｂは、第６の実施例による位置合わせ装置のウエハ側参照マスクの底面図である。
図２１Ａ及び図２１Ｂは、それぞれ第７の実施例による位置合わせ装置の主要部の平面図及び断面図である。
図２２Ａ〜図２２Ｄは、第７の実施例による位置合わせ装置を用いて位置合わせを行う方法を説明するための断面図である。
５．発明を実施するための最良の形態
図１Ａ〜図３Ｄに、本発明の第１の実施例による位置合わせ方法及び位置合わせ装置を示す。
図１Ａに示すように、マスクステージ１１は、電子線又はＸ線を透過させる露光用開口Ｅを有する。マスクステージ１１の露光用開口Ｅを含む面上に、露光パターンを有するマスクＭが保持される。マスクＭは、さらに露光領域内にマスクマークＭＭを有する。マスクステージ１１は、さらにウエハアライメントセンサＷＳを保持する。
ウエハステージ１２は、例えば粗動ステージ１３と微動ステージ１４を含む。粗動ステージ１３の上には、重量のあるマスクアライメントセンサＭＳが配置されている。微動ステージ１４の上には、露光用レジスト層を形成したウエハＷが配置されると共に、小型、軽量の参照マスクＲが配置される。ウエハＷはウエハマークＷＭを有し、参照マスクＲは、光透過性のマーク支持部に参照マークＲＭを有する。
マスクＭとウエハＷとは、数十ミクロン以下の間隔を隔てて対向配置される。マスクアライメントセンサＭＳは、参照マスクＲの参照マークＲＭと、マスクＭ上のマスクマークＭＭとを同時に検出する機能を有する。ウエハアライメントセンサＷＳは、ウエハステージ１２上に配置されたウエハＷのウエハマークＷＭを検出すると共に、参照マスクＲのマーク支持部に形成された参照マークＲＭを検出する機能を有する。
図１Ｂ及び図１Ｃは、参照マスクＲの一構成例を示す底面図及び断面図である。例えばシリコン基板で形成された支持部１５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１６（参照マスクメンブレン、マーク支持部）が形成されている。参照マスクメンブレン１６の所定領域に、開口１７が形成され、参照マークＲＭａを構成している。参照マークＲＭａは、光学像を形成することにより検出できる。
参照マスクの寸法ｘ１２は、例えば約１０ｍｍ×１０ｍｍであり、支持基板１５の開口の寸法ｘ１１は例えば３ｍｍ×３ｍｍである。参照マスクメンブレン１６に開口１７を形成したことにより、参照マスクメンブレン１６を介してマスクマーク検出用検出光を透過させることができると共に、開口１７を光学的に検出し、参照マークＲＭａの位置を検出することができる。
図１Ｄ及び図１Ｅは、参照マスクの他の構成例を示す。シリコン基板等の支持基板１５の上に、参照マスクメンブレン１６が形成され、その上にＸ線吸収体のパターン（あるいは不透明性のパターン）１８が形成されている。Ｘ線吸収体のパターン（あるいは不透明性のパターン）１８は、参照マークＲＭｂを構成する。
参照マークＲＭｂは、参照マーク検出用検出光を反射するか、そのエッジが参照マーク検出用検出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、参照マークを検出できる。エッジ散乱光を検出する場合は、参照マークの照明光の方向と、エッジ散乱光の測定方向とは非対称な関係に選定できる。
ここで用いるＸ線吸収体のパターンは一例であって、参照マークＲＭｂを検出することができるように参照マーク検出用検出光を反射又は散乱することができるパターンであれば、Ｘ線吸収体以外の物質からなるパターンでもよい。
参照マークＲＭは、マスクアライメントセンサＭＳでウエハステージ１２側（図１Ａでは下方）から検出できると共に、ウエハアライメントセンサＷＳでマスクステージ１１側（図１Ａでは上方）から検出することができる。マスクマークＭＭは、マスクアライメントセンサＭＳにより、参照マスクＲＭの光透過性のマーク支持部（マスクメンブレン）を介して、すなわち、マーク支持部を透過する検出光を観測することにより下方から検出することができる。ウエハマークＷＭは、ウエハアライメントセンサＷＳにより、上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、マスクマークＭＭは、マーク支持部に形成された開口を通して、マスクアライメントセンサＭＳにより検出される。いずれの場合にも、マスクマークＭＭは参照マスクを介して、マスクアライメントセンサＭＳにより検出される。
図２Ａは、メンブレンタイプのマスクの構成例を示す。マスクＭは、シリコン基板等の支持基板２１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２２を形成し、その上に金属等の遮蔽材料でマスクマーク２３（ＭＭ）及び露光パターン２４を形成し、マーク及びパターンの存在する領域下の支持基板２１をエッチングにより除去した構成を有する。マスクメンブレン２２は、Ｘ線等の露光エネルギビームを透過するようにその材質、厚さ等が選定されている。
図２Ｂは、ステンシルタイプのマスクの構成例を示す。支持基板２１、マスクメンブレン２２の構造は図２Ａの場合と変わらないが、マスクマークＭＭ及び露光パターン２４がマスクメンブレン２２に開口部を設けることにより形成されている点で異なる。
図２Ｃは、ウエハＷの構成例を示す。ウエハＷは、シリコン基板等の半導体基板２５の上に、検出可能な突起パターン（または凹部パターン）２６が例えば金属膜等により形成され、ウエハマークＷＭを構成している。ウエハマークＷＭを覆って、レジスト層２７が形成されている。
図１Ａに示すような近接露光系において、ウエハＷとマスクＭとは、数十ミクロン以下の間隙を介して対向配置される。マスクアライメントセンサＭＳは、ウエハＷと同一微動ステージ上に配置された参照マスクＲの参照マークＲＭと、マスクＭ上のマスクマークＭＭとを同時に検出することが望まれる。
図２Ｄは、マスクＭのマスクメンブレン２２上に形成されたマスクマークＭＭと、参照マスクの参照メンブレン１６に形成されたステンシルタイプの参照マークＲＭａとを、色収差２重焦点光学系２８で検出する構成を示す。色収差２重焦点光学系２８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、２つの焦点距離を示す。色収差２重焦点光学系２８の光軸上には、異なる位置にマスクメンブレン２２上のマスクマークＭＭと、参照マスクメンブレン１６上の参照マークＲＭａとが配置されている。色収差２重焦点光学系２８により、マスクマークＭＭと参照マークＲＭａとの像が、同一像面２９上に結像される。
図２Ｅは、マスクアライメントセンサＭＳ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２２上にマスクマークＭＭが形成されている点は図２Ｄと同様であるが、図２Ｅでは参照マスクメンブレン１６の上にメンブレンタイプの参照マークＲＭｂ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Ｍ及び参照マスクＲの法線に対して斜めに配置される。エッジ散乱光斜方検出系３１の光軸と、マスクＭと参照マスクＲの法線とを含む仮想平面に対して垂直な方向に関して、マスクマークＭＭと参照マークＲＭｂ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マークＭＭ及び参照マークＲＭｂが、像面３３上に結像される。なお、エッジ散乱光検出光学系を用いた場合、検出方向は物面内の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。
図３Ａ〜図３Ｄは、図１Ａに示す構成を用い、マスクＭとウエハＷとの位置合わせを行う位置合わせ方法を示す断面図である。
図３Ａに示すように、マスクアライメントセンサＭＳにより、参照マスクＲの参照マークＲＭと、マスクＭのマスクマークＭＭとを位置合わせする。この時の、基準点Ｘ０に対するマスクマークＭＭ（参照マークＲＭ）の位置をＡ１とする。
図３Ｂに示すように、ウエハステージを移動し、ウエハアライメントセンサＷＳにより、参照マスクＲの参照マークＲＭを検出する。この時の、基準位置Ｘ０に対する参照マークＲＭ（ウエハアライメントセンサＷＳ）の位置をＢ１とする。
図３Ｃに示すように、粗動ステージ１３を移動し、ウエハアライメントセンサＷＳにより、ウエハマークＷＭを検出する。この時の、基準位置に対する参照マークＲＭの位置をＣ１とする。
図３Ａ〜図３Ｃは、マスクアライメントセンサＭＳにより、参照マークＲＭとマスクマークＭＭとを同時に検出し、ウエハアライメントセンサＷＳにより、参照マークＲＭとウエハマークＷＭとを検出している。
図３Ｄは、これらの結果に基づき、ウエハＷとマスクＭとの位置合わせを行う原理を示す。ウエハアライメントセンサＷＳに、参照マークＲＭが検出されている時、参照マークＲＭとマスクマークＭＭとの位置の差はＢ１−Ａ１である。参照マークＲＭとウエハマークＷＭとの位置の差は、Ｃ１−Ｂ１である。従って、ウエハマークＷＭとマスクマークＭＭとの位置の差Ｘ１は、Ｘ１＝Ｂ１−Ａ１−（Ｃ１−Ｂ１）となる。
以上説明した実施例において、マスクアライメントセンサＭＳは、参照マスクＲ上の参照マークＲＭと、マスクＭ上のマスクマークＭＭとを同時に検出する。参照マスクＲは、軽量、小型に形成でき、参照マスクメンブレンの透過率は高く設定することができる。従って、参照マークＲＭとマスクマークＭＭとの同時検出が容易となる。
ウエハアライメントセンサＷＳは、マスクＭを介さず、参照マークＲＭとウエハマークＷＭ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ＷとマスクＭとの相対的位置を高精度に設定することが可能となる。
上述の実施例において、マスクアライメントセンサＭＳと、ウエハアライメントセンサＷＳとにおける位置合わせマーク検出方法は、例えばエッジ散乱光を検出する同一の検出方法となる。位置合わせマークを、正反射光を用いた光学像検出等の他の検出方法で検出することが望まれる場合もある。
図４Ａ〜図６Ｄに、本発明の第２の実施例による位置合わせを示す断面図及び平面図である。
図４Ａに示すように、マスクステージ１１上に２種類のウエハアライメントセンサＷＳ１、ＷＳ２を配置し、ウエハＷ上に２種類のウエハマークＷＭ１、ＷＭ２を配置し、参照マスクＲ上に２種類の参照マークＲＭ１、ＲＭ２を形成する。２種類のセンサと２種類のマークにより２種類の測定方法が可能となる。２種類の測定方法は、例えばエッジ散乱光検出と、光学顕微鏡を用いた正反射光によるパターンの輪郭検出である。
図４Ｂは、エッジ散乱光検出に用いるマークの構成を示す。第１の参照マークＲＭ１及び第１のウエハマークＷＭ１は、エッジ散乱光を発生するエッジを有するパターン、例えば１方向に配列された複数列の孤立パターンで形成されている。ここで、第１の参照マークＲＭ１及び第１のウエハマークＷＭ１の寸法及び形状は同一である。
図４Ｃに示すように、光学像を検出する第２の参照マークＲＭ２及び第２のウエハマークＷＭ２は、その輪郭を検出するのに適したパターン、例えば複数のストライプパターンで形成される。ここで、第２の参照マークＲＭ２及び第２のウエハマークＷＭ２の寸法及び形状は同一である。
図５Ａ〜図５Ｄに、第１のウエハアライメントセンサＷＳ１と第１の参照マークＲＭ１、第１のウエハマークＷＭ１を用いて第１の位置合わせを行う工程を示す。
図５Ａに示すように、マスクアライメントセンサＭＳにより、第１の参照マークＲＭ１とマスクマークＭＭが、エッジ散乱光等により同時に検出される。この時の測定位置をＡ２１とする。これは図３Ａと同様の工程である。
図５Ｂにおいては、第１のウエハアライメントセンサＷＳ１を用い、第１の参照マークＲＭ１の検出が行われる。この時の測定位置をＢ２１とする。図３Ｂと同様の工程である。
図５Ｃに示すように、第１のウエハアライメントセンサＷＳ１を用い、第１のウエハマークＷＭ１の検出が行われる。この時の測定位置をＣ２１とする。図３Ｃと同様の工程である。
図５Ｄに示すように、図５Ａ〜図５Ｃの結果を用い、第１のウエハマークＷＭ１とマスクマークＭＭとの位置の差Ｘ２１を求める。図３Ｄと同様の工程である。位置の差Ｘ２１は、
Ｘ２１＝Ｂ２１−Ａ２１−（Ｃ２１−Ｂ２１）
として求められる。
図６Ａ〜図６Ｄは、第２のウエハアライメントセンサＷＳ２と第２の参照マークＲＭ２、第２のウエハマークＷＭ２を用いて第２の位置合わせを行う工程を示す。
図６Ａに示すように、マスクアライメントセンサＭＳを用い、第１の参照マークＲＭ１とマスクマークＭＭとを同時に検出する。この時の測定位置をＡ２２とする。この工程は異なる高さにある２つのマークを検出するため図５Ａと同じエッジ散乱光検出による。この時の、基準位置に対する参照マークＲＭ１の位置をＡ２２とする。
図６Ｂに示すように、第２のウエハアライメントセンサＷＳ２により、第２の参照マークＲＭ２から正反射光等が検出され、位置合わせが行われる。この時の、基準位置に対する第１の参照マークＲＭ１の位置をＢ２２とする。第１の参照マークＲＭ１と第２の参照マークＲＭ２は所定距離Ｄ離れて配置されている。
図６Ｃに示すように、第２のウエハアライメントセンサＷＳ２を用い、第２のウエハマークＷＭ２の検出が行われる。この時の、基準位置に対する第１の参照マークＲＭ１の位置をＣ２２とする。
図６Ｄに示すように、ウエハＷとマスクＭとの相対的位置を示す距離Ｘ２２は、
Ｘ２２＝Ｂ２２−Ａ２２−Ｄ−（Ｃ２２−Ｂ２２）
として求められる。
なお、図６Ａに示す工程は、図５Ａに示す工程と同様であるため、図６Ａの工程を省略してもよい。この場合、距離Ａ２２は、Ａ２１で置換すればよい。
第２の実施例においては、２種類のウエハアライメントセンサを設け、それぞれのセンサに対応して２種類の参照マーク及びウエハマークを形成した。１種類の参照マーク及びウエハマークを用い、２種類のウエハアライメントセンサによる測定に対応させることも可能である。
図７Ａ〜図９Ｄは、本発明の第３の実施例による位置合わせ工程を示す断面図及び平面図である。
図７Ａに示すように、マスクステージ１１上には、例えばエッジ散乱光斜方検出系である第１のウエハアライメントセンサＷＳ１と、正反射光による輪郭検出系である第２のウエハアライメントセンサＷＳ２とが配置されている。ウエハ微動ステージ１４上には、参照マスクＲとウエハＷとが配置されている。参照マスクＲは、参照マークＲＭ１を有し、ウエハＷは、ウエハマークＷＭ１を有する。
図７Ｂは、ウエハマークＷＭ１及び参照マークＲＭ１の構成例を示す。ウエハマークＷＭ１及び参照マークＲＭ１は、それぞれ複数列に配置された孤立パターンの集合からなり、各孤立パターンのエッジ、及び孤立パターンの集合の輪郭により位置合わせマーク機能を果たすことができる。ここで、参照マークＲＭ１及びウエハマークＷＭ１の寸法及び形状は同一である。
図８Ａ〜図８Ｄは、第１のウエハアライメントセンサＷＳ１と参照マークＲＭ１、ウエハマークＷＭ１を用いて、エッジ散乱光検出により第１の位置合わせを行う工程を示す。
図８Ａに示すように、マスクアライメントセンサＭＳにより、参照マスクＲの参照マークＲＭとマスクＭのマスクマークＭＭをエッジ散乱光により同時に検出する。この時の、基準位置に対する参照マークＲＭ１の位置をＡ３１とする。
図８Ｂは、ウエハアライメントセンサＷＳ１により、参照マスクＲ上の参照マークＲＭ１を検出する工程を示す。この時の、基準位置に対する参照マークＲＭ１の位置をＢ３１とする。
図８Ｃは、ウエハアライメントセンサＷＳ１によるウエハマークＷＭ１の検出工程を示す。この時の、基準位置に対する参照マークＲＭ１の位置をＣ３１とする。
図８Ｄは、図８Ａ〜図８Ｃの結果を用い、マスクＭとウエハＷとの相対的位置を確定する工程を示す。マスクＭ上のマスクマークＭＭと、ウエハＷ上のウエハマークＷＭ１との位置の差Ｘ３１は、
Ｘ３１＝Ｂ３１−Ａ３１−（Ｃ３１−Ｂ３１）
で得られる。
図９Ａ〜図９Ｄは、第２のウエハアライメントセンサＷＳ２と参照マークＲＭ１、ウエハマークＷＭ１を用いて第２の位置合わせを行う工程を示す。
図９Ａに示すように、マスクアライメントセンサＭＳにより、参照マスクＲの参照マークＲＭ１とマスクＭのマスクマークＭＭとを同時に検出する。この時の、基準位置に対する参照マークＲＭ１の位置をＡ３２とする。
図９Ｂに示すように、参照マークＲＭ１の検出を第２ウエハアライメントセンサＷＳ２で行う。この時の、基準位置に対する参照マークＲＭ１の位置をＢ３２とする。
図９Ｃに示すように、第２ウエハアライメントセンサＷＳ２を用い、ウエハＷのウエハマークＷＭ１の検出を行う。この時の、基準位置に対する参照マークＲＭ１の位置をＣ３２とする。
図９Ｄは、図９Ａ〜図９Ｃの結果を用い、ウエハＷとマスクＭとの位置合わせを行う工程を示す。マスクＭとウエハＷとの相対的位置の差Ｘ３２は、
Ｘ３２＝Ｂ３２−Ａ３２−（Ｃ３２−Ｂ３２）
で求められる。
この方法によれば、２種類の測定方法で精度を向上しつつ、同一のマークを用いることにより、マーク形成領域を節約することが可能となる。
上述の実施例においては、参照マスクＲ上の参照マークＲＭと、ウエハＷ上のウエハマークＷＭとを同一のウエハアライメントセンサＷＳで検出している。参照マークＲＭの高さとウエハマークＷＭと高さとが異なると、検出精度が低下する。
図１０Ａは、参照マスクＲの厚さがウエハＷの厚さより厚く、参照マークＲＭがウエハマークＷＭよりも高い位置に配置される場合を示す。
図１０Ｂは、参照マスクＲの厚さがウエハＷの厚さよりも薄く、参照マークＲＭが、ウエハマークＷＭよりも低い位置に配置される場合を示す。
同一のウエハアライメントセンサＷＳにより、光軸上距離の異なる参照マークＲＭとウエハマークＷＭとを焦点深度内に収め、検出しようとすると、倍率が高くできず、検出精度が低下してしまう。
図１０Ｃは、参照マスクＲの高さを調整できる構成を示す。ウエハの微動ステージ９２の上に、ウエハＷが配置されると共に、高さ調整機構９１を介して参照マスクＲが配置される。高さ調整機構９１は、圧電素子等を含み、参照マスクＲの高さを調整することができる。
図１０Ｄに示すように、高さ調整機構９１が参照マスクＲの高さをウエハＷの高さと同一とするように調整する。参照マスクＲとウエハマークＷＭとの高さの差が消滅することにより、ウエハアライメントセンサＷＳの倍率を高くし、検出感度を向上することが可能となる。
上述の実施例においては、シリコン基板の上にメンブレンを形成し、メンブレン上に露光パターンを形成し、露光パターン下のシリコン基板を除去したものをマスクとして用いた。マスクは、メンブレンタイプ又はステンシルタイプのいずれかにより形成される。
図１１Ａは、マスクの構成例を示す。シリコン基板の表面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を形成した後、シリコン基板裏面からの選択エッチングにより、マイナーストラット５１を残し、露光領域に対応する基板の複数領域が除去される。マスクメンブレン５２の厚さは例えば２μｍであり、マイナーストラット５１の高さは、用いたシリコン基板の厚さに等しく、例えば約０．７５ｍｍである。マイナーストラット５１の幅は、例えば１７０μｍである。
このような構成によれば、マイナーストラット５１の画定する領域が露光領域となり、マイナーストラット５１は、露光領域を画定する非露光（遮蔽）領域となる。（マイナーストラットに関しては「電子材料２００２年３月号」（タイトル：７０ｎｍノード対応「ＥＢステッパ」）のｐ．７３の図３参照）
図１１Ｂに示すように、マイナーストラット５１に対応するメンブレン５２上の領域は、露光に用いることができない。マイナーストラット５１に対応するメンブレン表面上に、マスクマーク５３を形成することができる。幅１７０μｍの領域は位置合わせマークを配置する領域としては十分な面積である。この構成によれば、マスクマーク５３の配置面積を広く確保できる。
上述の実施例においては、参照マスクを、シリコン基板等の支持基板上に形成したメンブレンに形成した開口、又はメンブレン上の不透明パターンにより形成した。参照マスクは、位置合わせのみに用いられるマスクであり、露光用マスクと同一構成であることを要しない。
図１１Ｃ及び図１１Ｄは、参照マスクの他の構成例を示す。検出光の波長に対し透明な材料で形成された透明基板３５上に、図１１Ｃのメンブレンタイプでは検出光の波長に対し不透明な材料のパターンにより、図１１Ｄのステンシルタイプでは開口により参照マーク１８が形成されている。透明基板３５は、例えば、２〜３μｍ程度の薄いＳｉＣ膜又はＳｉＮ膜で形成される。参照マーク１８は、例えば、図１１Ｃに示すメンブレンタイプの場合には重金属（例えば、Ｔａ（タンタル）等）で形成され、図１１Ｄに示すステンシルタイプの場合には開口部を設けることにより形成される。
次に、図１３〜図１４Ｄを参照して、第４の実施例について説明する。
図１３に、第４の実施例による位置合わせ装置の断面図を示す。ウエハステージ１２及びマスクアライメントセンサＭＳは、図１Ａに示した第１の実施例による位置合わせ装置のものと同様の構成である。ウエハステージ１２の微動ステージ１４に、ウエハＷ及びウエハ側参照マスクＷＲＭが配置されている。ウエハ側参照マスクＷＲは、図１Ｂ〜図１Ｅに示した参照マスクＲと同様の構成を有し、光透過性のマーク保持部にウエハ側参照マークＷＲＭを有している。
図１Ａではマスクステージ１１を概略的に示したが、より詳細には、マスクステージ１１は、マスクチャック１００、変位機構１０１、及び支持基盤（支持ベース）１０２を含んで構成される。支持ベース１０２は、ウエハステージ１２の粗動ステージ１３が取り付けられた基台に固定される。
支持ベース１０２は、変位機構１０１を支持し、変位機構１０１がマスクチャック１００を支持する。マスクチャック１００の底面に、マスクＭ及びマスク側参照マスクＭＲが固定されている。マスク側参照マスクＭＲは、図１Ｂ〜図１Ｅに示した参照マスクＲと同様の構成を有し、光透過性のマーク保持部にマスク側参照マークＭＲＭを有している。マスクＭ及びマスク側参照マスクＭＲは、微小間隙（プロキシミティギャップ）を挟んでウエハＷ及びウエハ側参照マスクＷＲに対向する。
変位機構１０１は、特開２００２−３５３１１５号公報の図２に開示されたマスクステージと同様の構造を有し、マスクチャック１００に保持されたマスクＭを、マスク面に垂直な軸を中心とした回転方向、及びあおり方向に微小に変位させることができる。
マスクチャック１００は、マスクＭの転写パターンが形成された領域、及びマスク側参照マスクＭＲのマーク支持部に対応する領域に、窓（貫通孔）を有する。
ウエハアライメントセンサＷＳが、支持ベース１０２に取り付けられている。ウエハアライメントセンサＷＳは、マスクチャック１００に形成された窓、及びマスク側参照マスクＭＲのマーク支持部を通して、ウエハ側参照マークＷＲＭ及びウエハマークＷＭの一方を、マスク側参照マークＭＲＭと同時に検出することができる。ウエハアライメントセンサＷＳとして、図２Ｄに示した色収差２重焦点光学系を用いたものや、図２Ｅに示したエッジ散乱光斜方検出系を用いたものを使用することができる。
図１４Ａ〜図１４Ｄを参照して、第４の実施例による位置合わせ方法について説明する。
図１４Ａに示すように、マスクアライメントセンサＭＳでウエハ側参照マークＷＲＭとマスクＭのマスクマークＭＭとを同時に検出する。この方法は、図３Ａを参照して説明した方法と同様であり、基準点Ｘ０に対するマスクマークＭＭ（ウエハ側参照マークＷＲＭ）の位置Ａ１が求められる。
図１４Ｂに示すように、ウエハステージ１２を移動し、ウエハアライメントセンサＷＳにより、マスク側参照マークＭＲＭとウエハマークＷＭとを同時に検出する。この時、基準位置Ｘ０に対するウエハ側参照マークＷＲＭの位置Ｃ１が求まる。
図１４Ｃに示すように、ウエハステージ１２を移動し、ウエハアライメントセンサＷＳによりマスク側参照マークＭＲＭとウエハ側参照マークＷＲＭとを同時に検出する。この時、基準位置Ｘ０に対するウエハ側参照マークＷＲＭ（マスク側参照マークＭＲＭ）の位置Ｂ１が求まる。
この状態において、ウエハマークＷＭとマスクマークＭＭとの位置の差Ｘ１が、Ｘ１＝（Ｂ１−Ａ１）−（Ｃ１−Ｂ１）と表される。ウエハステージ１２を距離Ｘ１だけ移動させることにより、ウエハマークＷＭとマスクマークＭＭとの位置を合わせることができる。
第１の実施例においては、図１４Ｂ及び図１４Ｃの状態の時に、マスク側参照マークＭＲＭを検出することなく、ウエハアライメントセンサＷＳでウエハマークＷＭのみ、またはウエハ側参照マークＷＲＭのみを検出していた。このため、図３Ｂ及び図３Ｃに示した位置Ｂ１及びＣ１の精度が、ウエハアライメントセンサＷＳの位置精度に依存する。位置Ｂ１を検出してから、位置Ｃ１を検出するときまでに、基準位置Ｘ０（マスクＭ）に対してウエハアライメントセンサＷＳの相対位置がずれると、求めるべき差Ｘ１に誤差が生ずる。
第４の実施例では、図１４Ｂ及び図１４Ｃに示した状態の時に、マスク側参照マークＭＲＭを基準にして、ウエハマークＷＭ及びウエハ側参照マークＷＲＭの位置を検出する。このため、基準位置Ｘ０（マスクＭ）に対するウエハアライメントセンサＷＳの相対位置のずれに依存せず、ウエハマークＷＭ及びウエハ側参照マークＷＲＭの位置を検出することができる。
マスク側参照マスクＭＲは、マスクＭとともに図１３に示したマスクチャック１００に固定されている。従って、マスクＭに対するマスク側参照マスクＭＲの相対位置のずれは生じにくい。このため、図１４Ｂに示した位置Ｃ１及び図１４Ｃに示した位置Ｂ１を、高精度に検出することができる。これにより、ウエハマークＷＭとマスクマークＭＭとの位置合わせ精度を高めることができる。
次に、図１５及び図１６を参照して、第５の実施例について説明する。
図１５に、第５の実施例による位置合わせ装置の断面図を示す。以下、図１３に示した第４の実施例による位置合わせ装置との相違点について説明する。第４の実施例では、マスク側参照マークＭＲＭが、マスクＭとは別体のマスク側参照マスクＭＲに形成されている。これに対し、第５の実施例では、マスク側参照マークＭＲＭが、マスクＭ内に形成されている。ウエハアライメントセンサＷＳは、マスクＭ内に形成されたマスク側参照マークＭＲＭを検出することができる。
図１６に、マスクＭの平面図を示す。支持基板ＭＳＰ内に、転写すべきパターンが形成された転写パターン部ＭＰが配置され、さらに、転写パターン部ＭＰとは異なる位置に参照マーク部ＭＲＡが配置されている。転写パターン部ＭＰ内にマスクマークＭＭが配置されている。参照マーク部ＭＲＡは、光透過性のマーク支持部ＭＲＳ、及びマーク支持部ＭＲＳ内に配置されたマスク側参照マークＭＲＭで構成される。
例えば、支持基板ＭＳＰの直径は２００ｍｍ（８インチ）、転写パターン部ＭＰは、５０ｍｍ×６６ｍｍの長方形であり、参照マーク部ＭＲＡは、２ｍｍ×２ｍｍ〜３ｍｍ×３ｍｍの正方形である。
第５の実施例では、マスク側参照マークＭＲＭがマスクＭ内に配置されるため、図１３に示した場４の実施例の場合に比べて、マスク側参照マークＭＲＭとマスクマークＭＭとを近づけることができる。両者が近づくと、ウエハ側参照マークＷＲＭとマスクマークＭＭとを同時に検出している図１４Ａの状態から、ウエハマークＷＭとマスク側参照マークＭＲＭとを同時に検出している図１４Ｂの状態に変化する時のウエハステージ１２の移動距離が短くなる。
第５の実施例では、ウエハステージ１２の移動距離を短くすることができるため、より高精度な位置合わせを行うことが可能になる。ウエハアライメントセンサＷＳとして、図２Ｄに示した色収差２重焦点光学系を用いたものを採用すると、１つのマスク側参照マークＭＲＭで２方向の位置を検出することができる。
次に、図１７〜図２０Ｂを参照して、第６の実施例について説明する。
図１７に、第６の実施例による位置合わせ装置の断面図を示す。第６の実施例では、図１５のウエハアライメントセンサＷＳの代わりに、エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｘ及び１１０ｙが配置されている。エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｘは、支持ベース１０２に、ｙ軸方向に移動可能に取り付けられており、エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｙは、支持ベース１０２に、ｘ軸方向に移動可能に取り付けられている。エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｘの光軸は、マスクＭの法線方向（ｚ軸方向）からｙ軸方向に傾けられており、エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｙの光軸は、マスクＭの法線方向からｘ軸方向に傾けられている。
ウエハステージ１２側に取り付けられたウエハ側参照マスクＷＲに、ｘ用ウエハ側参照マークＷＲＭｘ及びｙ用ウエハ側参照マークＷＲＭｙが形成されている。マスクアライメントセンサＭＳの代わりに、ｘ用エッジ散乱光斜方検出装置１１１ｘ及びｙ用エッジ散乱光斜方検出装置１１１ｙが配置されている。
図１８Ａに、マスクＭの平面図を示す。支持基板ＭＳＰ内に、転写すべきパターンが形成された転写パターン部ＭＰが配置され、さらに、転写パターン部ＭＰとは異なる位置にｘ用参照マーク部ＭＲＡｘ及びｙ用参照マーク部ＭＲＡｙが配置されている。転写パターン部ＭＰ内にｘ用マスクマークＭＭｘ及びｙ用マスクマークＭＭｙが配置されている。ｘ用参照マーク部ＭＲＡｘは、光透過性のマーク支持部、及びこのマーク支持部内に配置されたｘ用マスク側参照マークＭＲＭｘで構成される。ｙ用参照マーク部ＭＲＡｙも同様の構成であり、マーク支持部とｙ用マスク側参照マークＭＲＭｙで構成される。
図１８Ｂに、ｘ用参照マーク部ＭＲＡｘの平面図を示す。ｙ用参照マーク部ＭＲＡｙの構成も、ｘ用参照マーク部ＭＲＡｘと同様である。光透過性のマーク支持部ＭＲＳｘ内に、ｘ用マスク側参照マークＭＲＭｘが配置されている。ｘ用マスク側参照マークＭＲＭｘは、図２Ｅまたは図４Ｂに示したエッジ散乱光用のマークと同様の構成を有し、少なくともｙ方向に、好ましくは行列状に配列された複数のエッジを含む。
ｘ軸方向に関してｘ用マスク側参照マークＭＲＭｘの両側に、マーク支持部ＭＲＳｘを貫通する窓ＷＩｘが配置されている。この窓ＷＩｘを通して、ウエハ側のエッジ散乱光用のマークを観測することができる。
図１９Ａに、マスクＭの他の構成例を示す。図１８Ａに示したマスクＭでは、ｘ用とｙ用の参照マーク部が別々に配置されていたが、図１９ＡのマスクＭにおいては、１つの参照マーク部ＭＲＡ内にｘ用マスク側参照マークＭＲＭｘとｙ用マスク側参照マークＭＲＭｙとが配置されている。
図１９Ｂに、参照マーク部ＭＲＡの平面図を示す。ｘ用マスク側参照マークＭＲＭｘの両脇（ｘ軸方向の正側及び負側）に窓ＭＩｘが配置され、ｙ用マスク側参照マークＭＲＭｙの両脇（ｙ軸方向の正側及び負側）に窓ＭＩｙが配置されている。ｘ用マスク側参照マークＭＲＭｘ及びｙ用マスク側参照マークＭＲＭｙは、図１８Ａに示したマスク側参照マークと同様の構成を有する。
図２０Ａに、ウエハ側参照マスクＷＲの底面図を示す。矩形状の光透過性のマーク保持部ＷＲＳが、梁ＷＢにより補強されている。梁ＷＢは、例えば、マーク保持部ＷＲＳの外周線よりやや内側を１周する外周部と、その外周部の相互に対向する２本の辺の中点同士を接続する接続部とを含む。
ｘ用ウエハ側参照マークＷＲＭｘが、梁ＷＢで区分された１つの区画内に配置され、ｙ用ウエハ側参照マークＷＲＭｙが、ｘ用ウエハ側参照マークＷＲＭｘの配置された区画の対角位置の区画内に配置されている。ｘ用ウエハ側参照マークＷＲＭｘは、ｘ方向に離れて配置された一対のエッジ群からなり、各エッジ群は、少なくともｙ方向に、好ましくは行列状に配置された複数のエッジを有する。ｙ用ウエハ側参照マークＷＲＭｙは、ｙ方向に離れて配置された一対のエッジ群からなり、各エッジ群は、少なくともｘ方向に、好ましくは行列状に配置された複数のエッジを有する。
図２０Ｂに示すように、マーク保持部ＷＲＳの十分な機械的強度が得られる場合には、梁を省略してもよい。
第６の実施例による位置検出方法の基本的な原理は、図１４Ａ〜図１４Ｃで説明した原理と同様である。
図１４Ａに示した工程に対応する工程について説明する。図１７に示したウエハステージ１２側のｘ用エッジ散乱光斜方検出装置１１１ｘにより、図１８Ａに示したｘ用マスクマークＭＭｘと、図２０Ａまたは図２０Ｂに示したｘ用参照マーク部ＷＲＭｘとを同時に検出する。このとき、ｘ用マスクマークＭＭｘがｘ用ウエハ側参照マークＷＲＭｘの一対のエッジ群の間に位置するようにウエハステージ１２の位置を調節する。一対のエッジ群の間のマーク保持部ＷＲＳを通して、ｘ用マスクマークＭＭｘが観察される。これにより、ｘ用マスクマークＭＭｘとｘ用ウエハ側参照マークＷＲＭｘとの、ｘ方向に関する相対位置関係が正確に測定される。
同様の方法で、ｙ用マスクマークＭＭｙとｙ用ウエハ側参照マークＷＲＭｙとの、ｙ方向に関する相対位置関係を正確に測定することができる。
図１４Ｃに示した工程に対応する工程について説明する。なお、図１４Ｂに示した工程は、図１４Ｃのウエハ側参照マークがウエハマークに置き換わるだけであり、マークの検出原理は図１４Ｃの工程における検出原理と同様である。
図１７に示したｘ用エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｘにより、図１８Ｂに示したｘ用マスク側参照マークＭＲＭｘと、図２０Ａまたは図２０Ｂに示したｘ用参照マーク部ＷＲＭｘとを同時に検出する。ｘ用マスク側参照マークＭＲＭｘがｘ用ウエハ側参照マークＷＲＭｘの一対のエッジ群の間に位置するようにウエハステージ１２の位置を調節する。ｘ用マスク側参照マークＭＲＭｘの両脇の窓ＷＩｘを通してｘ用ウエハ側参照マークＷＲＭｘが観察される。これにより、ｘ用マスク側参照マークＭＲＭｘとｘ用ウエハ側参照マークＷＲＭｘとの、ｘ方向に関する相対位置関係が正確に測定される。
同様の方法で、ｙ用マスク側参照マークＭＲＭｙとｙ用ウエハ側参照マークＷＲＭｙとの、ｙ方向に関する相対位置関係を正確に測定することができる。図１８Ａ及び図１９Ａの転写パターン部ＭＰ内のマーク支持部の光透過率が十分高い場合には、エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｘ及び１１０ｙは、マスクＭに形成されたマスクマークＭＭ及びウエハＷに形成されたウエハマークＷＭとを同時に検出し、両者の位置合わせを行うことができる。
次に、図２１Ａ〜図２２Ｄを参照して、第７の実施例について説明する。
図２１Ａ及び図２１Ｂは、それぞれ第７の実施例による位置合わせ装置の主要部の平面図及び断面図を示す。図１３に示した第４の実施例の場合と同様に、マスクチャック１００、変位機構１０１、及び支持ベース１０２により、マスクステージ１１が構成されている。マスクチャック１００にマスクＭが保持されている。マスクＭに微小間隙を隔ててウエハＷが、図１３に示したウエハステージ１２と同様のウエハステージにより保持されている。
マスクＭの転写パターン部にマスクマークＭＭが形成されている。マスクＭに、その支持基板を貫通する窓Ｈｙが形成されている。ウエハＷにウエハマークＷＭが形成されている。
エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｙが、ｘ方向移動機構１２０、ｙ方向移動機構１２１、及び光軸方向移動機構１２２により、支持ベース１０２に支持されている。ｘ方向移動機構１２０及びｙ方向移動機構１２１は、それぞれエッジ散乱光斜方検出機構１１０ｙを、ｘ軸方向及びｙ軸方向に並進移動させる。光軸方向移動機構１２２は、エッジ散乱光斜方検出機構１１０ｙをその光軸方向に移動させる。エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｙの光軸は、ｚｘ面に平行であり、ｚ軸から傾斜している。
同様に、エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｘが支持ベース１０２に支持されている。ただし、エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｘの光軸は、ｙｚ面に平行であり、ｚ軸方向から傾斜している。
変位機構１０１の円盤の中央に、露光用の電子ビームを通過させる窓１０１Ａが形成されている。窓１０１Ａの外周の一部に、切り込み部１０１Ｂ及び１０１Ｃが形成されている。エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｙがウエハマークＷＭ及びウエハ側参照マークＷＲＭ（図１３参照）を観察する時、エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｙの鏡筒の先端が切り込み部１０１Ｂに接触するように姿勢制御される。エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｙは、切り込み部１０１Ｂに接触した状態で、マスクＭに形成された窓Ｈｙを通してウエハマークＷＭ及びウエハ側参照マークＷＲＭを観察することができる。同様に、エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｘの鏡筒の先端が、切り込み部１０１Ｃに接触する。
エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｙの鏡筒の先端が切り込み部１０１Ｂに接触しているため、その姿勢を安定させることができる。このため、エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｙの光軸を基準として、ウエハマークＷＭ及びウエハ側参照マークＷＲＭのｙ軸方向に関する位置を高精度に測定することができる。同様に、エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｘにより、ウエハマークとマスクマークとのｘ軸方向の位置を高精度に検出することができる。
変位機構１０１の円盤は、ｚ軸に平行な中心軸の周りに回転可能であるが、その回転角度は極微小である。変位機構１０１の円盤が微小角度だけ回転方向に変位したとしても、エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｙの鏡筒の先端を切り込み部１０１Ｂに安定して接触させることができる。なお、エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｙを用いて位置合わせを行う期間は、変位機構１０１は固定されている。
図２２Ａ〜図２２Ｄを参照して、第７の実施例による位置合わせ装置を用いて位置合わせする方法を説明する。
図２２Ａに示すように、マスクアライメントセンサＭＳにより、ウエハ側参照マスクＷＲのウエハ側参照マークＷＲＭと、マスクＭのマスクマークＭＭとを位置合わせする。この時の、基準点Ｙ０に対するマスクマークＭＭ（ウエハ側参照マークＷＲＭ）の位置をＡ１とする。
図２２Ｂに示すように、ウエハステージを移動し、エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｙにより、ウエハ側参照マスクＷＲのウエハ側参照マークＷＲＭを検出する。この時の、基準位置Ｙ０に対するウエハ側参照マークＷＲＭの位置をＢ１とする。このとき、エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｙの鏡筒の先端は、図２１Ａ及び図２１Ｂに示したように、変位機構１０１の切り込み部１０１Ｂに接触し、その姿勢が安定に保たれている。
図２２Ｃに示すように、粗動ステージ１３を移動し、エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｙにより、ウエハマークＷＭを検出する。この時の、基準位置Ｙ０に対するウエハ側参照マークＷＲＭの位置をＣ１とする。
図２２Ｄは、これらの結果に基づき、ウエハＷとマスクＭとの位置合わせを行う原理を示す。エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｙに、ウエハ側参照マークＷＲＭが検出されている時、ウエハ側参照マークＷＲＭとマスクマークＭＭとの位置の差はＢ１−Ａ１である。ウエハ側参照マークＷＲＭとウエハマークＷＭとの位置の差は、Ｃ１−Ｂ１である。従って、ウエハマークＷＭとマスクマークＭＭとの位置の差Ｙ１は、Ｘ１＝Ｂ１−Ａ１−（Ｃ１−Ｂ１）となる。このようにして、ｙ軸方向の位置合わせを行うことができる。
同様にして、エッジ散乱光斜方検出装置１１０ｘを用い、ウエハマークとマスクマークとのｘ軸方向の位置合わせを行うことができる。
上記実施例では、近接露光を例にとって位置合わせ装置及び方法を説明したが、この位置合わせ装置及び方法は、その他のパターン転写方法に適用することができる。例えば、ナノインプリント技術における型とウエハとの位置合わせに適用することができる。
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。
Claims (19)
- 第１の対象物を第２の対象物に近接して配置し、第２の対象物上のパターンを第１の対象物上に転写する転写方法に適用される位置合わせ方法であって、
（ａ）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に第１の参照マークを形成した第１の参照マスクと、第１のアライメントマークを形成した第１の対象物とを第１のステージに配置する工程と、
（ｂ）前記第１のステージに配置した第１のアライメントセンサを用いて、前記マーク支持部に画定された光を透過させる領域を介して、前記第１のステージに対向して設置される第２のステージに配置される第２の対象物に形成された第２のアライメントマークと、前記第１の参照マークとを同時に検出する工程とを含む位置合わせ方法。 - 前記工程（ｂ）が、エッジ散乱光斜方検出系、または色収差２重焦点光学系によるものである請求項１に記載の位置合わせ方法。
- さらに、（ｃ）第２の対象物との相対位置を拘束することができる第２のアライメントセンサを用い、前記第１のステージを移動させて前記第１の参照マークと前記第１のアライメントマークとを検出する工程を含む請求項１に記載の位置合わせ方法。
- 前記工程（ｃ）が、エッジ散乱光斜方検出系、または光学顕微鏡によるものである請求項３に記載の位置合わせ方法。
- さらに、（ｄ）前記第１の参照マスクの表面高さを調整して、前記第１の対象物の表面高さと合わせる工程を含む請求項１に記載の位置合わせ方法。
- 前記工程（ｃ）が、
前記第２の対象物との相対位置が固定され、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に形成された第２の参照マークと、前記第１の参照マークとを、前記第２のアライメントセンサを用いて同時に検出する工程と、
前記第１のステージを移動させて、前記第２の参照マークと前記第１のアライメントマークとを同時に検出する工程と
を含む請求項３に記載の位置合わせ方法。 - 前記第２の参照マークが第１の支持基板に形成され、転写すべきパターンが、該第１の支持基板とは異なる第２の支持基板に形成されており、該第１の支持基板と第２の支持基板とが同一の保持面上に固定されている請求項６に記載の位置合わせ方法。
- 前記第２の参照マークと、転写すべきパターンとが、同一の支持基板に形成されている請求項６に記載の位置合わせ方法。
- 前記第２の参照マークが形成されているマーク支持部の、該第２の参照マークの脇に、該マーク支持部を貫通する貫通孔が形成されており、前記工程（ｃ）において、前記第２のアライメントセンサは、該マーク支持部を貫通する貫通孔を通して前記第１の参照マーク及び前記第１のアライメントマークを検出する請求項６に記載の位置合わせ方法。
- 前記第２の対象物がチャック機構に固定され、該チャック機構がチャック支持体に支持されており、前記工程（ｃ）において、前記第２のアライメントセンサの鏡筒の先端を、前記チャック支持体の一部に接触させた状態で前記第１の参照マーク及び前記第１のアライメントマークを検出する請求項３に記載の位置合わせ方法。
- 前記第２の対象物が、転写すべきパターンの形成された露光部と、該露光部を支持する支持部とを含み、該支持部に貫通孔が形成されており、前記工程（ｃ）において、前記第２のアライメントセンサが、該支持部に形成された貫通孔を通して前記第１の参照マーク及び前記第１のアライメントマークを検出する請求項１０に記載の位置合わせ方法。
- 第１の対象物を第２の対象物に近接して配置し、第２の対象物上のパターンを第１の対象物に転写する転写方法に用いる位置合わせ装置であって、
第１のアライメントマークを形成した第１の対象物を保持、移動するための第１のステージと、
前記第１のステージと対向し、第２のアライメントマークを形成した第２の対象物を保持するための第２のステージと、
前記第１のステージに配置され、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と、該マーク支持部に形成された第１の参照マークとを有する第１の参照マスクと、
前記第１のステージに配置され、前記マーク支持部に画定された光を透過させる領域を介して前記第２のアライメントマークを検出できると共に前記第１の参照マークを検出できる第１のアライメントセンサと
を有する位置合わせ装置。 - 前記第１のステージが粗動ステージと微動ステージとを含み、前記第１の参照マスクは前記微動ステージに配置され、前記第１のアライメントセンサは前記粗動ステージに配置されている請求項１２に記載の位置合わせ装置。
- 前記第１のアライメントセンサが、エッジ散乱光斜方検出系、または色収差２重焦点光学系を含む請求項１２に記載の位置合わせ装置。
- さらに、前記第２のステージに配置された第２の対象物との相対位置を拘束することができ、前記第１の参照マークおよび第１の対象物上の第１のアライメントマークを検出できる第２のアライメントセンサを有する請求項１２に記載の位置合わせ装置。
- 前記第２のアライメントセンサがエッジ散乱光斜方検出系または光学顕微鏡を含む請求項１５に記載の位置合わせ装置。
- さらに、前記第１の参照マスクの高さを調整できる高さ調整機構を有する請求項１２に記載の位置合わせ装置。
- 前記第２のステージが、第２の対象物を固定するチャックと、該チャックを変位させる変位機構とを有し、
さらに、前記変位機構を支持する基台を有し、
前記第２のアライメントセンサが前記基台に取り付けられている請求項１５に記載の位置合わせ装置。 - さらに、前記チャックに固定される第２の対象物との相対位置が拘束され、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と、該マーク支持部に形成された第２の参照マークとを有する第２の参照マスクを有し、
前記第２のアライメントセンサは、前記第２の参照マークと前記第１の参照マークとを同時に検出することができ、かつ前記第１のステージに保持された第１の対象物の第１のアライメントマークと前記第２の参照マークとを同時に検出することができる請求項１８に記載の位置合わせ装置。
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