JPS6074527A - マスク装着方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、半導体ウェハ、バブルウェハ等にマスクのパ
ターンを転写する装置において、上記のマスクをマスク
保持用のチャックに正しく位置合わせして取υ付ける方
法、及び同取付装置に関するものである。

〔発明の背景〕

現在、半導体製造用の露光装置は、紫外１１１ｉ！を用
いるフォトリソグラフィが主流であるが、パターンの微
細化が進み、１μｍ以下（サブミクロン）パターンの形
成を目的として、Ｘ線リソグラフィが注目きれている。

第１図は、Ｘ線リソグラフィを用いて、マスクのパター
ンをウェハ上に転写するためのＸ線露光装置の基本的構
成を示している。本装置はウェハ１を露光位置に移動さ
せるためのウェハステージ２、ウェハ１に微小ギャップ
ｇだけ隔ててマスク３を保持するマスクチャック４、マ
スク３に対してウェハ１を精密にアライメントするため
のアライメント検出光学系５、Ｘ線の減衰しにくいＨｅ
（ヘリウム）等の不活性ガスを封入したチェンバ６、及
びＸ線発生装置７により構成されている。

Ｘ線８は真空室９内で、電子ビーム１０ヲターゲツト１
１に加速して照射することによ多発生する特性Ｘ１ｆｓ
を、Ｘ線取出窓１２から取シ出す構造である。

Ｘ線リソグラフィに用いるＸ線マスク５は、従来のフォ
トリングラフィ用のフォトマスクとけ異５　了１ なり、通常、シリコンウェハ（厚さ４００ミクロン位）
の表面に、Ｓｉｓ　Ｎ４　＊　ＢＮｒあるいはポリイミ
ドなどの薄膜と金パターンとを形成した後、裏面からシ
リコンをエツチングによシ除去して製作したものである
。このマスク３は、アライメント検出光学系５０光軸に
、あらかじめ精密に位置合わせして、マスクチャック４
に固定する必要がある。

Ｘ線露光装置においては、露光パターンが変わるたびに
、マスク３を交換する必要があシ、そのため着脱容易な
マスク装着機構が不可欠である。

そこで、従来は、ウェハステージ２が、露光領域から移
動し去った後、マスクチャック４の下方からマスクの装
着機構（マスクローダ）でマスク３をセットし、かつ、
装着後、マスクチャツク４全体をｘ、ｙ、θ１　ｚｌ　
及びチルト機構によシ、アライメント検出光学系５０光
軸に、マスク３のアライメントマークを位置合わせして
いた。この方式では、まず、マスク３の位置調整のため
に、超精密なｘ、ｙ、θ、２及びチルト機構をマスクチ
ャック４に付設する必要があシ、機構的に複雑６　−自 となり、かつ、多軸の動作制御が複雑となる欠点がある
。また、このように、マスク３の変位に自由度を多くも
たせると、マスク５の支持剛性が低くなシ、Ｘ線露光中
に、マスク５の静止安定性が悪くなル、サブミクロンパ
ターン転写精度の劣化につながるという問題もかかえて
いる。

さらに、マスク５を交換するためのマスク装着機構（マ
スクローダ）を、新たに露光装置に付加することになる
ため、装置全体が複雑となシかっ制御対象も増加するた
め、装置コストが増加するという欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明は上に述べた従来技術の欠点を解消すべく為され
、霧光装置にマスクローダを付設する必要なく、シかも
、露光装置のマスクチャックにＸ。

Ｙ、θ２機構を付設する必要なしに、該マスクチャック
に対して正しい位置、姿勢でマスクを装着し得る方法、
及び上記の方法を実施するに好適なマスク装着装置を提
供することを目的とする。

〔発明の概要〕

７１ｒ 上記の目的を達成するための本発明の方法及び装置の基
本的原理は、当該露光装置に本来的に設けられているウ
ェハ搬送手段、及びウェハ位置合わせ手段を有効に利用
してマスクの搬送、及びマスクの精密位置合わせを行な
うものである。

上記の原理に基づいて前記の目的を達成する為、本発明
のマスク装着方法はマスク保持用のチャックに吸着保持
されたマスクに設けられているパターンをウェハ上に転
写するため、前記のマスクをチャックに装着する方法に
おいて、ウェハ搬送用の平面走行ステージ上に前記のマ
スクを保持具と共に吸着固定した後、平面走行ステージ
を走行させて該マスクを前記のチャックの下方へ移送し
、該マスクを走行ステージからチャックに受け渡すこと
を特徴とする。

また、上記の方法を容易に実施するため、本発明のマス
ク装着装置は、マスク保持用のチャックを備え、上記チ
ャックの下面にマスクを吸着保持して該マスクに設けら
れたパターンをウニノ・上に転写する露光装置において
、ウェハ搬送用の平面走行ステージ上に前記のマスクを
保持具と共に吸着する手段を設けるとともに、上記の吸
着位置をプリアライメントする手段を設け、かつ、前記
の平面走行ステージを走行せしめて上記の吸着したマス
クを前記チャックの真下部に搬送して、該マスクを平面
走行ステージからチャックに受け渡し得べく為したるこ
とを特徴とする。

〔発明の実施例〕

次に、本発明方法及び本発明装置の実施例を第２図乃至
第８図について説明する。

第２図は本発明方法を実施するため、本発明装置を適用
して構成したマスク装着装置の１実施例の説明図である
。この実施例は、ウニノ・ステージ２によって支持され
ているウェハ（図示せず）の表面にマスクのパターンを
ステップ＆リピート方式で転写する露光装置に好適なよ
うに構成したものである。

第２図の０位置は、ウニノＳｌ’ｔウエノ１チャック１
５にセットし、プリアライメントする位置である。

本発明方法は、上記の位置を、マスク３のセット９頁 位置として兼用することからはじまる。

ウェハステージ２は、ＸＹステージ１４．θステージ１
５．ウェハチャック（真空チャック）１５．及び、チル
ト機′＃４１６から構成されており、０位置、すなわち
プリアライメント位置には、プリアライメントに用いる
光学顕微鏡１７が設置されている。

０７位置は、第１図におけると同様にして露光操作を行
う位置を示してお夛、ここＫは、マスク６をセットする
ためのマスクチャック４、これを上下、及びチルトする
ためのマスクチルト機構１８゜マスク３とウニノ・１の
相対位置の検出用の対物レンズ１９．及び２重焦点アラ
イメント光学系２０を設けである。

２重焦点アライメント光学系２０は、マスク６とウェハ
１とを微小ギャップｇだけ離した状態で、単焦点対物レ
ンズ１９で両者のアライメントマークに焦点を合わせて
、相互の位置ずれを検出できるように、ギャップｇに対
応する光路差をプリズム２１によシ設け、光路Ａでは、
ウニノ１１を、光路Ｂではマスク３のアライメントマー
クを、それぞれ１０頁 アライメント検出器２２に結像するように構成しである
。

次に、マスク装着方法を第２図〜第８図について説明す
る。

まず、第２図に示すプリアライメント位置（０位置）に
おいて、マスク！１をマスクホルダ５０ととモニ、ウェ
ハチャック１５上にセットし、真空吸着固定する。マス
クホルダ５０及びウニノ１チャック１５の構成を第３図
および第４図に示す。

マスクホルダ′５０は、円形凹部５１をもつホルダペー
ス５２ニ、マスク５をのせるパッド３５をマスク３の外
周に合わせて円周状に複数個配列したもので、本実施例
では、両部材とも合成樹脂材質の薄板で構成し、互いに
接着しておる。また、パッド５５の中央部には、真空穴
５４があり、これは、ホルダペース５２ニ設ケたスルー
ホール５５ヲ介して、ウニノ飄チャック１３の真空チャ
ック穴３６とつながるようになっている。すなわち、マ
スク３をマスクホルダ３０にセットした状態で、マスク
ホルダ５０ごとウェハチャック１５で真空チャックする
ことによシ、両者とも、真空吸着されることになる。

本例の如くマスクホルダ５０がマスク３と共にウェハチ
ャック１３に吸着されるとき、吸着用の連通孔５４がマ
スク５の周辺部に対向する構造にすると、マスク６に設
けられたパターン支持膜（図示せず）を歪ませる虞れが
無い。更に、本実施例のようにパッド５３を円周状に列
設すると、その真空孔３４からもれる真空圧によシ、マ
スク３のパターン形成部（薄膜部、厚さ５μｍ程度）が
、下方にたわまないという効果が有る。

第４図に示すように、ウェハチャック１５の上面からパ
ッド聞の上面までの高さ寸法Ｃは、第１図に示したウェ
ハ１の厚さ寸法Ｃと同一になるように構成する。また、
パッド外の上にマスク６（仮想線で示す）を載置したと
き、ウニノ・チャック１３の上面からマスク３の上面ま
での高さ寸法ｈ′は、ホルダペース６２の厚さ寸法りよ
りも大きく設定する。

（第２図参照）前述のようにマスク３をマスクホルダろ
０と共にウニノーチャック１３に真空吸着固定した後、
プリアライメント用の顕微鏡によりマスク３のアライメ
ントマーク（図示せず）と顕微鏡１７の基準マーク（図
示せず）とが一致するように、ウェハステージ２のｘ、
ｙ、θステージ１４，１５、及びチルト機′ＪＲＩ１１
６によシ、マスク３を移動し、プリアライメントする。

次に、ＸＹステージ１４を、露光中心位置（０′位置）
へ移動する。

第５図〜第８図は、主に、マスク３の装着方法を動作の
順に示したものである。

第５図は、上述の如くＸＹステージ１４を露光中心位置
に移動させ、これに搭載したウニノ・チャック１！１を
対物レンズ１９に対向せしめた状態を示す。

ウェハアライメントマーク検出用の光路Ａでマスク５の
アライメントマークを検出し、ウニノーチャック１！１
をｘ、ｙ、θ方向に微動させてマスク３の精アライメン
トを行なう。

第６図は、マスク３をマスクチャック４に移し変える動
作を示している。まず、マスクチャック４に真空ポンプ
４１よシ真空引きを行ない、次にマスクチルト機＄１８
によシマスフチャック４を一様３ に下降させる。マスクチャック４がマスク６に近づくと
、真空管路４２の途中に設けた差動式圧力−電圧変換器
４３の出力が変化し、マスクチャック４とマスク３との
ギャップＣが約５０μｍになった時の電圧値をもって、
マスクチャック４の下降を停止する。（なお、ギャップ
Ｃと発生電圧値は、あらかじめ実験によシ測定しておく
）。次いで、ウェハチャック１３の真空’ｔ　ＯＦＦす
ると、マスク３は、ギャップＣを隔てたマスクチャック
４に吸着される。上記のように約５０μｍのギャップを
介してマスク５の移し変えを行なうと、はとんど位置ず
れを起こさずに移し変えできる。

上記のギャップｃｆｔＯにして、即ち、マスクチャック
４をマスク５に押し当てて該マスク５の移し変えをする
と、マスクチャック４がマスク３に当接する際に位置ず
れを発生する虞れが有るが、この位置ずれを許容できる
場合はギャップｃｆ：０にしてマスク３の移し変えを行
っても良い。

本発明者らの実験によれば、前記のギャップＣを０にし
てマスク３の移し変えを行った場合、マスク３とアライ
メント元軸との位置ずれ量は１μｍ以下であることが確
認された。

第７図は、マスク３をマスクチャック４へ移し変えた後
、マスクチルト機構１８によシマスフチャック４を上方
へ移動し、ウェハステージ２を、第２図に示す０位置（
プリアライメント位置）へ移動する動作を示している。

なお、マスクホルダ５０゛は、マスク３がマスクチャッ
ク４に移し変えられた後、再度、ウェハチャック１５に
よシ真空チャックし、次に０位置に戻ってから、真空チ
ャックをＯＦＦ　して回収する。

第８図は、第７図の状態でマスク装着の終ったマスク５
を、マスク側光路（Ｂ光路）の焦点にくるようにモニタ
４０（第２図参照）で観測しつつ、マスクチルト機構１
８で高さ調整をする動作を示している。この調整をもっ
て、マスク５は、アライメント検出光学系２００光軸上
の、マスク側光路（Ｂ光路）の焦点合わせが完了する。

なお、マスク３の排出（アンローディング）は、装着手
順のほぼ逆の動作を行なうことになるが、１５　バ アライメント光軸とマスク３の位置合わせ、及びプリア
ライメントの動作は不要である。

以上に述べたマスク装着方法のうち、第５図に示したマ
スク６の精アライメントを行なわずに、第２図の位置で
、プリアライメント用顕微鏡１７０代シに、対物レンズ
１９と絶対寸法の定まった位置に、高精度のオフアクシ
スアライメント検出器を設け、これによシマスフ５の位
置合わせをした後、第６図以後の動作を行なうマスク装
着方法も可能である。ただし、この際、ウェハステージ
２の位置決め精度が、マスク５のアライメントマークと
アライメント光軸中心との位置ずれにきいてくるので、
この誤差を考慮して、マスク装着方法を選択する必要が
ある。上述の実施例はＸ線を用いた露光装置に本発明の
方法、装置を適用した場合を示したが、本発明の方法及
び同装置はＸ線以外の光線を用いた露光装置にも適用で
きる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明のマスク装着方法は、露光
装置にマスクローダを付設する必要が無く、マスクチャ
ックにｘ、ｙ、θ機構を付設する必要無しに、マスクチ
ャックに対して正しい位置。

姿勢でマスクを装着することができる。また、本発明の
マスク装着装置によれば、上記の本発明方法を容易に実
施してその効果を発揮せしめることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＸ線露光装置の基本的構成を説明するための垂
直断面部、第２図は本発明方法を実施するために構成し
た本発明装置の１実施例の説明図、第３図は上記実施例
におけるマスクホルダ付近の平面図、第４図は同垂直断
面図である。第５図乃至第８図は本発明方法の１実施例
における本発明装置の１実施例の作動を順次に描いた説
明図である。 １・・・ウェハ、２・・・ウェハステージ、６・・・マ
スク、４・・・マスクチャック、８・・・ＸＮｊ、　１
３・・・ウェハチャック、１７・・・プリアライメント
用顕微鐘、２０・・・アライメント検出光学系、５０・
・・マスクホルダ。 代理人　弁理士　秋　本　正　実 第３図 ６ｂ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　マスク保持用のチャックに吸着保持されたマスク
   に設けられているパターンをウェハ上に転写するため、
   前記のマスクをチャックに装着する方法において、ウェ
   ハ搬送用の平面走行ステージ上に前記のマスクを保持具
   と共に吸着固定した後、平面走行ステージを走行させて
   該マスクを前記のチャックの下方へ移送し、該マスクを
   走行ステージからチャックに受け渡すことを特徴とする
   マスク装着方法。 ２、前記の転写はＸ線によって行う本のであることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載のマスク装着方法
   。 五　マスク保持用のチャックを備え、上記チャックの下
   面にマスクを吸着保持して該マスクに設けられたパター
   ンをウェハ上に転写する露光装置において、ウェハ搬送
   用の平面走行ステージ上に前記のマスクを保持具と共に
   吸着する手段を設け２（す るとともに、上記の吸着位置をプリアライメントする手
   段を設け、かつ、前記の平面走行ステージを走行せしめ
   て上記の吸着したマスクを前記チャックの真下部に搬送
   して、該マスクを平面走行ステージからチャックに受け
   渡し得べく為したることｔ−特徴とするマスク装着装置
   。 ４、前記の露光装置はＸ線露光装置であることを特徴と
   する特許請求の範囲第３項に記載のマスク装着装置。 ５、　前記のマスクを保持具と共に吸着する手段は、マ
   スクを保持具と共に吸着した状態で、これを水平面内の
   直交２軸Ｘ、Ｙ方向に平行駆動すること、垂直軸の回シ
   に回転駆動すること、垂直方向に平行駆動すること、及
   び、水平面に対する傾角を変化せしめる方向に回転駆動
   することのできる構造とし、吸着保持したマスクを、ウ
   ニノ・用アライメント検出光学系によって位置合わせで
   きるように構成したことを特徴とする特許請求の範囲第
   ３項に記載のマスク装着装置。 ＆　前記のマスク保持具は、マスクと共に平面３　了、 走行ステージ上に吸着されたとき、吸着用の真を連通孔
   の開口部をパッドを介してマスクの周辺部に対向密着せ
   しめる構造として、該マスクに設けたパターン支持膜の
   歪みを防止できるように構成したことを特徴とする特許
   請求の範囲第６項に記載のマスク装着装置。 ｌ　前記露光装置に設けられているウェハ位置合せ用の
   アライメント元学系と別個に、該アライメント元学系か
   ら一定の絶対距離の位置にオフアクシスアライメント光
   学系を設けてマスクの位置合せができるように構成した
   ことを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載のマスク
   装着装置。