(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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
【図１】
0003719965.tif 000002
【図２】
0003719965.tif 000003
【図３】
0003719965.tif 000004
【図４】
0003719965.tif 000005