(57)【要約】【課題】  マスクメンブレンを通してウエハマークを観測することが困難な場合であっても、高精度に位置合わせを行うことができる位置合わせ装置を提供する。【解決手段】  粗動ステージが、ＸＹ面に平行な方向に粗動トップテーブルを移動させる。微動ステージが、ウエハを保持する微動トップテーブルを、粗動トップテーブルに対してＸＹ面に平行な方向に変位させる。微動トップテーブルに基準マークが取り付けられている。マスクステージが、ウエハからある間隔を隔ててマスクを保持する。微動トップテーブルに取り付けられたマスクアライメントセンサが、マスクマークと基準マークとを同時に観測する。基準ベースにウエハアライメントセンサが取り付けられている。微動トップテーブルを移動させることにより基準マークがウエハアライメントセンサの観測可能領域内に配置される。位置センサが、微動トップテーブルの位置を測定する。【選択図】  図１
2005322843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＸＹＺ直交座標系を画定する基準ベースと、
前記基準ベースに取り付けられ、ＸＹ面に平行な方向に粗動トップテーブルを移動させる粗動ステージと、
処理すべきウエハをＸＹ面に平行に保持する微動トップテーブルを、前記粗動トップテーブルに対してＸＹ面に平行な方向に変位させる微動ステージと、
前記微動トップテーブルに取り付けられた基準マークと、
前記微動トップテーブルに保持されたウエハから、Ｚ方向にある間隔を隔て、かつ前記基準ベースに対する相対位置が拘束されるようにマスクを保持するマスクステージと、
前記微動トップテーブルに取り付けられ、前記マスクステージに保持されたマスク上のマスクマークと前記基準マークとを同時に観測することができるマスクアライメントセンサと、
前記基準ベースに取り付けられたウエハアライメントセンサであって、前記粗動トップテーブル及び微動トップテーブルを移動させることにより前記基準マークを該ウエハアライメントセンサの観測可能領域内に配置することができるように取り付けられているウエハアライメントセンサと、
前記微動トップテーブルのＸＹ面内に関する位置を測定する位置センサと
を有する位置合わせ装置。
【請求項２】
前記位置センサは、前記微動トップテーブルの、ＸＹ面からの傾き量及びＺ軸に平行な軸を中心とした回転方向に関する位置を検出することができ、
前記微動ステージは、前記微動トップテーブルの、ＸＹ面からの傾き量を調整し、かつＺ軸に平行な軸を中心とした回転方向に、該微動トップテーブルを変位させることができる請求項１に記載の位置合わせ装置。
【請求項３】
前記マスクアライメントセンサは、
ＸＹ面の法線方向からＹ方向に傾いた光軸を有するＸ用マスクアライメント顕微鏡と、
ＸＹ面の法線方向からＸ方向に傾いた光軸を有するＹ用マスクアライメント顕微鏡と
を含み、
前記基準マークは、前記Ｘ用マスクアライメント顕微鏡で観測されるＸ用基準マークと、前記Ｙ用マスクアライメント顕微鏡で観測されるＹ用基準マークとを含む請求項１または２に記載の位置合わせ装置。
【請求項４】
前記Ｘ用マスクアライメント顕微鏡による前記Ｘ用基準マークの観測、及び前記Ｙ用マスクアライメント顕微鏡による前記Ｙ用基準マークの観測が同時に行えるように、前記Ｘ用マスクアライメント顕微鏡、前記Ｙ用マスクアライメント顕微鏡、前記Ｘ用基準マーク、及び前記Ｙ用基準マークが配置されている請求項３に記載の位置合わせ装置。
【請求項５】
前記基準マークは、観測用の照明光を透過させる透過部材に形成された複数の散乱源を含んで構成され、
さらに、該透過部材に、該基準マークと同一形状を有する予備基準マークが、該基準マークと異なる位置に形成されている請求項４に記載の位置合わせ装置。
【請求項６】
前記ウエハアライメントセンサは、
ＸＹ面の法線方向からＹ方向に傾いた光軸を有するＸ用ウエハアライメント顕微鏡と、
ＸＹ面の法線方向からＸ方向に傾いた光軸を有するＹ用ウエハアライメント顕微鏡と
を含む請求項４または５に記載の位置合わせ装置。
【請求項７】
前記粗動トップテーブル及び前記微動トップテーブルを静止させた状態で、前記Ｘ用ウエハアライメント顕微鏡による前記Ｘ用基準マークの観測、及び前記Ｙ用ウエハアライメント顕微鏡による前記Ｙ用基準マークの観測が同時に行えるように、該Ｘ用ウエハアライメント顕微鏡及びＹ用ウエハアライメント顕微鏡が配置されている請求項６に記載の位置合わせ装置。
【請求項８】
さらに、Ｙ軸方向に関して、前記マスクステージの両側において前記基準ベースに固定されるように前記基準ベースに取り付けられ、該基準ベースの材料よりも熱膨張係数の小さな材料で形成された低熱膨張部材を有し、
前記ウエハアライメントセンサが、Ｙ軸方向に関して前記マスクステージと重なる位置に配置され、前記低熱膨張部材を介して前記基準ベースに取り付けられている請求項７に記載の位置合わせ装置。
【請求項９】
前記ウエハアライメントセンサは、Ｘ軸方向に関して、前記Ｘ用ウエハアライメント顕微鏡の光軸の位置と同一の位置において、前記低熱膨張部材に固定されている請求項８に記載の位置合わせ装置。
【請求項１０】
前記ウエハアライメントセンサは、Ｚ軸と平行な光軸を有する垂直観測用ウエハアライメント顕微鏡を有し、該垂直観測用ウエハアライメント顕微鏡は、前記基準マークを観測することができる請求項1〜９のいずれかに記載の位置合わせ装置。
【請求項１１】
ＸＹＺ直交座標系を画定する基準ベースと、
前記基準ベースに取り付けられ、ＸＹ面に平行な方向に粗動トップテーブルを移動させる粗動ステージと、
処理すべきウエハをＸＹ面に平行に保持する微動トップテーブルを、前記粗動トップテーブルに対してＸＹ面に平行な方向に変位させる微動ステージと、
前記微動トップテーブルに取り付けられた基準マークと、
前記微動トップテーブルに保持されたウエハから、Ｚ方向にある間隔を隔て、かつ前記基準ベースに対する相対位置が拘束されるようにマスクを保持するマスクステージと、
前記微動トップテーブルに取り付けられ、前記マスクステージに保持されたマスク上のマスクマークと前記基準マークとを同時に観測することができるマスクアライメントセンサと、
前記基準ベースに取り付けられたウエハアライメントセンサであって、前記粗動トップテーブル及び微動トップテーブルを移動させることにより前記基準マークを該ウエハアライメントセンサの観測可能領域内に配置することができるウエハアライメントセンサと、
前記微動トップテーブルのＸＹ面内に関する位置を測定する位置センサと
を有する位置合わせ装置を用いて位置合わせを行う方法であって、
（ａ）前記ウエハアライメントセンサで前記基準マークを観測できるように前記粗動ステージ、または該粗動ステージと前記微動ステージとの両方を駆動し、前記位置センサで測定された前記微動トップテーブルの位置を示す第１の情報と、該ウエハアライメントセンサで観測された前記基準マークの位置を示す第２の情報とを取得する工程と、
（ｂ）前記マスクステージに、前記マスクアライメントセンサで観測可能なマスクマークが形成されたマスクを保持する工程と、
（ｃ）前記マスクアライメントセンサで、前記基準マーク及び前記マスクマークを同時に観測できるように前記粗動ステージ、または該粗動ステージと前記微動ステージとの両方を駆動し、前記位置センサで測定された前記微動トップテーブルの位置を示す情報と、前記マスクアライメントセンサで測定された前記基準マークと前記マスクマークとの相対位置を示す情報とに基づいて、前記マスクの位置を示す第３の情報を取得する工程と、
（ｄ）前記微動トップテーブルに、前記ウエハアライメントセンサで観測可能なウエハマークが形成されたウエハを保持する工程と、
（ｅ）前記ウエハアライメントセンサで前記ウエハマークを観測できるように、前記粗動ステージ、または該粗動ステージと前記微動ステージとの両方を駆動し、前記位置センサで測定された前記微動トップテーブルの位置を示す情報、及び前記ウエハアライメントセンサで測定された前記ウエハマークの位置を示す情報とに基づいて、前記ウエハの位置を示す第４の情報を取得する工程と、
（ｆ）前記ウエハの表面に画定された複数のショット領域の各々の設計上の位置を示す第５の情報と、前記第４の情報とに基づいて、ショット領域の各々の位置を示す第６の情報を取得する工程と、
（ｇ）前記第１、第２、第３、及び第６の情報に基づいて、前記ウエハの位置合わせすべきショット領域の位置と前記マスクの位置とが一致するように、前記粗動ステージ及び微動ステージを駆動する工程と
を有する位置合わせ方法。
【請求項１２】
前記工程ｅにおいて、前記ウエハの一直線上にない少なくとも３箇所のウエハマークの位置を測定し、前記第４の情報が、ＸＹ面内方向に関する位置、ＸＹ面内方向に関する伸縮量、Ｚ軸に平行な軸を中心とした回転方向に関する位置、及び複数のショット領域の配列の直交度を示す情報を含む請求項１１に記載の位置合わせ方法。
【請求項１３】
前記工程ｃにおいて、前記マスクアライメントセンサで前記基準マーク及びマスクマークを観測する前に、照明用の光源を点灯し、観測が終了すると、該照明用の光源を消灯する請求項１１または１２に記載の位置合わせ方法。
【請求項１４】
前記マスクアライメントセンサは、
ＸＹ面の法線方向からＹ方向に傾いた光軸を有するＸ用マスクアライメント顕微鏡と、
ＸＹ面の法線方向からＸ方向に傾いた光軸を有するＹ用マスクアライメント顕微鏡とを含み、
前記基準マークは、前記Ｘ用マスクアライメント顕微鏡で観測されるＸ用基準マークと、前記Ｙ用マスクアライメント顕微鏡で観測されるＹ用基準マークとを含み、
前記マスクマークは、前記Ｘ用マスクアライメント顕微鏡で観測されるＸ用マスクマークと、前記Ｙ用マスクアライメント顕微鏡で観測されるＹ用マスクマークとを含み、
前記Ｘ用マスクアライメント顕微鏡による前記Ｘ用基準マークと前記Ｘ用マスクマークとの観測、及び前記Ｙ用マスクアライメント顕微鏡による前記Ｙ用基準マークと前記Ｙ用マスクマークとの観測が同時に行えるように、前記Ｘ用マスクアライメント顕微鏡、前記Ｙ用マスクアライメント顕微鏡、前記Ｘ用基準マーク、前記Ｙ用基準マーク、前記Ｘ用マスクマーク、及び前記Ｙ用マスクマークが配置されており、
前記工程ｃにおいて、前記粗動トップテーブル及び前記微動トップテーブルを静止させた状態で、前記Ｘ用基準マーク、前記Ｘ用マスクマーク、前記Ｙ用基準マーク、及び前記Ｙ用マスクマークを観測する請求項１１〜１３のいずれかに記載の位置合わせ方法。
【請求項１５】
前記ウエハアライメントセンサは、
ＸＹ面の法線方向からＹ方向に傾いた光軸を有するＸ用ウエハアライメント顕微鏡と、
ＸＹ面の法線方向からＸ方向に傾いた光軸を有するＹ用ウエハアライメント顕微鏡とを含み、
前記Ｘ用ウエハアライメント顕微鏡による前記Ｘ用基準マークの観測、及び前記Ｙ用ウエハアライメント顕微鏡による前記Ｙ用基準マークの観測が同時に行えるように、前記Ｘ用ウエハアライメント顕微鏡、及び前記Ｙ用ウエハアライメント顕微鏡が配置されており、
前記工程ａにおいて、前記粗動トップテーブル及び前記微動トップテーブルを静止させた状態で、前記Ｘ用基準マーク及び前記Ｙ用基準マークの両方を観測する請求項１１〜１４のいずれかに記載の位置合わせ方法。
【請求項１６】
前記ウエハマークは、前記Ｘ用ウエハアライメント顕微鏡で観測されるＸ用ウエハマークと、前記Ｙ用ウエハアライメント顕微鏡で観測されるＹ用ウエハマークとを含み、
前記Ｘ用ウエハアライメント顕微鏡による前記Ｘ用ウエハマークの観測、及び前記Ｙ用ウエハアライメント顕微鏡による前記Ｙ用ウエハマークの観測が同時に行えるように、前記Ｘ用ウエハマーク及び前記Ｙ用ウエハマークが配置されており、
前記工程ｅにおいて、前記トップテーブル及び前記微動トップテーブルを静止させた状態で、前記Ｘ用ウエハマーク及び前記Ｙ用ウエハマークの両方を観測する請求項１５に記載の位置合わせ方法。
【請求項１７】
前記ウエハアライメントセンサは、Ｚ軸に平行な光軸を有する垂直観測用ウエハアライメント顕微鏡を含み、前記工程ａにおいて、該垂直観測用ウエハアライメント顕微鏡で、前記Ｘ用基準マークとＹ用基準マークとを同時に観測する請求項１４に記載の位置合わせ方法。
【請求項１８】
前記ウエハマークは、ウエハ表面に対して垂直な光軸を有する顕微鏡で観測するためのマークであり、前記工程ｅにおいて、前記垂直観測用ウエハアライメント顕微鏡で前記ウエハマークを観測する請求項１７に記載の位置合わせ方法。
【請求項１９】
前記工程ｅにおいて、前記ウエハマークを観測する前に、該ウエハマークを照明するための光源を点灯し、すべてのウエハマークの観測が終了した時点で、該光源を消灯する請求項１１〜１８のいずれかに記載の位置合わせ方法。
【請求項２０】
前記マスクにマスク基準点が画定され、前記ウエハの各ショット領域に、前記マスクの基準点と位置合わせすべきショット基準点が画定されており、
前記工程ａにおいて、前記基準ベースに固定されたＸＹ座標系と、前記微動トップテーブルに固定されたＵＶ座標系とを関連付ける情報が取得され、
前記工程ｃにおいて、ＸＹ座標系における前記マスクの基準点の座標を取得し、
前記工程ｅにおいて、ウエハ上に固定された設計座標と、前記ＵＶ座標とを関連付ける情報が取得され、
前記工程ｆにおいて、ＵＶ座標系における各ショット領域のショット基準点の座標が取得され、
前記工程ｇにおいて、位置合わせすべきショット領域のショット基準点を、前記マスク基準点に一致させるために、ＵＶ座標系をＸＹ座標系に対してＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させるべき距離を求め、求められた距離だけ、前記微動トップテーブルが移動するように、前記粗動ステージ及び微動ステージを駆動する請求項１１〜１９のいずれかに記載の位置合わせ方法。
【請求項２１】
前記工程ｃにおいて、前記マスク上の一直線上にない少なくとも３箇所のマスクマークの位置を測定し、前記第３の情報は、該マスクのＸ軸及びＹ軸方向に関する位置、Ｚ軸に平行な軸を中心とした回転方向に関する位置、Ｘ軸及びＹ軸方向に関する伸縮量を示す情報を含む請求項１１〜２０のいずれかに記載の位置合わせ方法。
【請求項２２】
前記工程ｇの後、さらに、
前記工程ｃで得られたマスクの回転方向に関する位置及び伸縮量に基づき、該マスクの回転方向の位置ずれ及び伸縮に起因する位置ずれを補償するように、電子ビームを偏向させて、該マスクを通して前記ウエハのショット領域に、マスク上のパターンを転写する工程を有する請求項２１に記載の位置合わせ方法。
【請求項２３】
前記ウエハの複数のショット領域の少なくとも１つがイントラフィールド計測用ショット領域とされ、該イントラフィールド計測用ショット領域に少なくとも２個のウエハマークが形成されており、
前記工程ｅが、前記イントラフィールド計測用ショット領域に設けられた少なくとも２個のウエハマークの位置を測定し、測定結果に基づいて、Ｚ軸に平行な軸を中心とした回転方向に関して、ショット領域内に形成されたパターンの回転量を示す情報を得る工程を含む請求項１１〜２１のいずれかに記載の位置合わせ方法。
【請求項２４】
前記工程ｅにおいて、前記イントラフィールド計測用ショット領域のウエハマークの位置計測結果に基づいて、ショット領域内のパターンの伸縮量を示す情報を得る請求項２３に記載の位置合わせ方法。
【請求項２５】
前記工程ｇの後、さらに、
前記工程ｅで得られたショット領域内のパターンの回転量及び伸縮量に基づき、該ショット領域内のパターンの回転量に起因する位置ずれ及び伸縮量に起因する位置ずれを補償するように、電子ビームを偏向させて、前記マスクを通して前記ウエハのショット領域に、マスク上のパターンを転写する工程を有する請求項２４に記載の位置合わせ方法。
【請求項２６】
前記項工程ｇの後、さらに、
前記工程ｅで得られたショット領域内のパターンの回転量に起因する位置ずれを補償するように、前記マスクを回転させる工程を含む請求項２３または２４に記載の位置合わせ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置合わせ装置及び位置合わせ方法に関し、特にオフアクシスアライメントによりマスクとウエハとの位置合わせを行う位置合わせ装置及び位置合わせ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
ＬＥＥＰＬには、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でマスクパターンが形成されたマスクが用いられる。マスクメンブレンは、マスクパターンを高精度に維持できるように面積、厚さ等が設計される。メンブレンの厚さが増すごとに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程度になると可視光に対して不透明になる。
【０００４】
ＬＥＥＰＬにおいて、マスクとウエハとのダイバイダイアライメントを行う場合には、マスクのメンブレンを通してウエハ上のアライメントマーク（以下、ウエハマークと呼ぶ。）を観測する。マスクメンブレンの光透過性が悪い場合には、マスク上のアライメントマーク（以下、マスクマークと呼ぶ。）の像に対してウエハマークの像が暗くなり、ウエハマークの位置を検出することが困難になる。
【０００５】
特許文献２に、オフアクシスアライメント技術を適用した縮小投影露光装置が開示されている。このオフアクシスアライメント技術によると、まず、ウエハステージ上に設けられた基準マークを露光位置に配置し、スルーザレチクル方式のアライメント顕微鏡で基準マークを観測する。次に、ステージを移動させて基準マークを非露光位置に配置し、ウエハアライメントセンサで基準マークを観測する。露光位置及び非露光位置における基準マークの観測結果により、ベースラインが決定される。
【０００６】
特許文献２の第１８頁右上欄に、このオフアクシスアライメント技術をＸ線露光装置等の近接露光装置に適用することが可能であると示唆されている。特許文献２に開示されたオフアクシスアライメント技術をＬＥＥＰＬに適用すると、基準マークを露光位置に配置し、マスクメンブレンを通して基準マークの位置が測定されることになる。従って、マスクメンブレンの光透過率が低い場合には、基準マークの位置を検出することが困難になる。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５８３１２７２号公報
【特許文献２】特開平４−６５６０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＬＥＥＰＬにダイバイバイアライメントを適用すると、マスクメンブレンの光透過率が低い場合に、マスクメンブレンを通してウエハマークの位置を検出することが困難になる。また、特許文献２に開示されたオフアクシスアライメントを適用しても、マスクメンブレンを通して基準マークの位置を検出することが困難になる。
【０００９】
本発明の目的は、マスクメンブレンの光透過率が低く、マスクメンブレンを通してウエハマークや基準マークを観測することが困難な場合であっても、高精度に位置合わせを行うことができる位置合わせ装置及び位置合わせ方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一観点によると、ＸＹＺ直交座標系を画定する基準ベースと、前記基準ベースに取り付けられ、ＸＹ面に平行な方向に粗動トップテーブルを移動させる粗動ステージと、処理すべきウエハをＸＹ面に平行に保持する微動トップテーブルを、前記粗動トップテーブルに対してＸＹ面に平行な方向に変位させる微動ステージと、前記微動トップテーブルに取り付けられた基準マークと、前記微動トップテーブルに保持されたウエハから、Ｚ方向にある間隔を隔て、かつ前記基準ベースに対する相対位置が拘束されるようにマスクを保持するマスクステージと、前記微動トップテーブルに取り付けられ、前記マスクステージに保持されたマスク上のマスクマークと前記基準マークとを同時に観測することができるマスクアライメントセンサと、前記基準ベースに取り付けられたウエハアライメントセンサであって、前記粗動トップテーブル及び微動トップテーブルを移動させることにより前記基準マークを該ウエハアライメントセンサの観測可能領域内に配置することができるように取り付けられているウエハアライメントセンサと、前記微動トップテーブルのＸＹ面内に関する位置を測定する位置センサとを有する位置合わせ装置が提供される。
【００１１】
本発明の他の観点によると、上述の位置合わせ装置を用いて位置合わせを行う方法であって、（ａ）前記ウエハアライメントセンサで前記基準マークを観測できるように前記粗動ステージ、または該粗動ステージと前記微動ステージとの両方を駆動し、前記位置センサで測定された前記微動トップテーブルの位置を示す第１の情報と、該ウエハアライメントセンサで観測された前記基準マークの位置を示す第２の情報とを取得する工程と、（ｂ）前記マスクステージに、前記マスクアライメントセンサで観測可能なマスクマークが形成されたマスクを保持する工程と、（ｃ）前記マスクアライメントセンサで、前記基準マーク及び前記マスクマークを同時に観測できるように前記粗動ステージ、または該粗動ステージと前記微動ステージとの両方を駆動し、前記位置センサで測定された前記微動トップテーブルの位置を示す情報と、前記マスクアライメントセンサで測定された前記基準マークと前記マスクマークとの相対位置を示す情報とに基づいて、前記マスクの位置を示す第３の情報を取得する工程と、（ｄ）前記微動トップテーブルに、前記ウエハアライメントセンサで観測可能なウエハマークが形成されたウエハを保持する工程と、（ｅ）前記ウエハアライメントセンサで前記ウエハマークを観測できるように、前記粗動ステージ、または該粗動ステージと前記微動ステージとの両方を駆動し、前記位置センサで測定された前記微動トップテーブルの位置を示す情報、及び前記ウエハアライメントセンサで測定された前記ウエハマークの位置を示す情報とに基づいて、前記ウエハの位置を示す第４の情報を取得する工程と、（ｆ）前記ウエハの表面に画定された複数のショット領域の各々の設計上の位置を示す第５の情報と、前記第４の情報とに基づいて、ショット領域の各々の位置を示す第６の情報を取得する工程と、（ｇ）前記第１、第２、第３、及び第６の情報に基づいて、前記ウエハの位置合わせすべきショット領域の位置と前記マスクの位置とが一致するように、前記粗動ステージ及び微動ステージを駆動する工程とを有する位置合わせ方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
ウエハアライメントセンサで、マスクを介することなくウエハマークを観測するため、マスクの光透過率が低い場合であっても、ウエハマークを精度よく観測することができる。マスクアライメントセンサが微動トップテーブルに取り付けられている。この微動トップテーブルは、位置センサにより、その位置及び姿勢が高精度に測定可能である。このため、マスクアライメントセンサの位置及び姿勢を一定に維持することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１に、本発明の実施例による位置合わせ装置を採用した露光装置の概略図を示す。下側基準ベース１Ａ及び上側基準ベース１Ｂにより基準ベース１が構成される。基準ベース１は、他の部品の位置の基準となるＸＹＺ直交座標系を画定する。下側基準ベース１Ａの上に、粗動ステージ２が取り付けられている。粗動ステージ２は、粗動機構２Ａと粗動トップテーブル２Ｂとで構成される。粗動機構２Ａは、粗動トップテーブル２ＢをＸＹ面に平行な方向に移動させる。
【００１４】
粗動トップテーブル２Ｂに、微動ステージ３が取り付けられている。微動ステージ３は、微動機構３Ａと微動トップテーブル３Ｂとで構成される。微動機構３Ａは、粗動トップテーブル２Ｂに対して、微動トップテーブル３Ｂを、ＸＹ面に平行な２次元方向、及びＺ方向に移動させ、Ｚ軸に平行な軸を中心とした回転方向（θｚ方向）に微小変位させる。さらに、微動機構３Ａは、ＸＹ面に対する微動トップテーブル３Ｂの傾きを調節することができる。すなわち、Ｘ軸及びＹ軸に平行な軸を中心とした回転方向（θｘ方向及びθｙ方向）に微小角度変位させることができる。
【００１５】
微動トップテーブル３Ｂの上面にウエハチャックが固定されており、ウエハチャックに、処理すべきウエハ２０が保持される。ウエハ２０の表面がＸＹ面にほぼ平行になる。
【００１６】
微動トップテーブル３Ｂに、基準マスク４が固定されている。基準マスク４は、可視光を透過させるメンブレン、及びメンブレン上に形成された基準マーク４Ｍを含んで構成される。基準マスク４の下方に、マスクアライメントセンサ６が配置されている。マスクアライメントセンサ６は、微動トップテーブル３Ｂに固定されている。
【００１７】
マスクステージ１０が、回転機構１１を介して上側基準ベース１Ｂに取り付けられている。マスクステージ１０は、その下面にマスク２１を保持する。保持されたマスク２１は、ウエハ２０からＺ方向に微小間隔（プロキシミティギャップ）を隔てて配置され、ウエハ２０に対向する。回転機構１１は、マスクステージ１０を、Ｚ軸に平行な軸を中心として回転可能に保持する。マスク２１がマスクステージ１０に保持されると、基準ベース１に対するマスク２１の相対位置及び姿勢が拘束される。
【００１８】
マスク２１に形成されたマスクマークが、基準マスク４を通して、マスクアライメントセンサ６により観測される。マスクアライメントセンサ６は、基準マスク４に形成された基準マーク４Ｍと、マスク２１に形成されたマスクマークとを同時に観測することができる。
【００１９】
上側基準ベース１Ｂに、ウエハアライメントセンサ１２が、微動ステージ３側を向いて取り付けられている。ウエハアライメントセンサ１２は、基準マーク４Ｍ及びウエハ２０上に形成されたウエハマークの位置を測定する。
【００２０】
上側基準ベース１Ｂに位置センサ７が取り付けられている。位置センサ７は、微動トップテーブル３ＢのＸ軸方向及びＹ軸方向の位置、θｘ、θｙ、及びθｚ方向に関する位置を測定する。位置センサ７として、例えばレーザ干渉計を用いることができる。この場合、微動トップテーブル３Ｂの側面に、ＹＺ面に平行な測長ミラー及びＺＸ面に平行な測長ミラーを取り付け、マスクステージ１０に、各測長ミラーに対応する参照ミラーを取り付ければよい。例えば、Ｙ座標の異なる２点を測定することによりθｚ方向の変位量を検出することができ、Ｚ座標の異なる２点を測定することにより、θｘ及びθｙ方向の変位量を検出することができる。
【００２１】
マスクステージ１０の上方に電子線源１５が配置されている。電子線源１５から出射された低エネルギ電子線がマスク２１を介してウエハ２０上に照射される。
【００２２】
図２（Ａ）に、微動トップテーブル３Ｂの平面図を示す。微動トップテーブル３Ｂの形状は、Ｚ軸に平行な視線で見たとき、Ｘ軸およびＹ軸に平行な辺を有する正方形または長方形である。Ｙ軸に直交する側面に、レーザ干渉計の一部を構成するＹ用側長ミラー７Ｙが取り付けられ、Ｘ軸に直交する側面に、Ｘ用側長ミラー７Ｘが取り付けられている。微動トップテーブル３Ｂのほぼ中央に、ウエハチャック３Ｕが配置されている。
【００２３】
ウエハチャック３Ｕと、一つの頂点との間に基準マスク４が取り付けられている。基準マスク４内に基準マーク４Ｍが形成されている。基準マーク４Ｍは、Ｘ用基準マーク４ＭＸと、Ｙ用基準マーク４ＭＹとで構成される。
【００２４】
マスクアライメントセンサ６が、Ｘ用マスクアライメント顕微鏡６Ｘ及びＹ用マスクアライメント顕微鏡６Ｙとを含んで構成される。Ｘ用マスクアライメント顕微鏡６Ｘ及びＹ用マスクアライメント顕微鏡６Ｙの各々は、反射照明により対象物の表面を観測する金属顕微鏡で構成される。Ｘ用マスクアライメント顕微鏡６Ｘの対物レンズの光軸は、ＸＹ面の法線方向からＹ方向に傾いている。Ｙ用マスクアライメント顕微鏡６Ｙの対物レンズの光軸は、ＸＹ面の法線方向からＸ方向に傾いている。
【００２５】
Ｘ用マスクアライメント顕微鏡６Ｘは、Ｘ用基準マーク４ＭＸに照明光を照射すると共に、Ｘ用基準マーク４ＭＸからの散乱光による像の画像信号を生成する。Ｙ用マスクアライメント顕微鏡６Ｙは、Ｙ用基準マーク４ＭＹに照明光を照射すると共に、Ｙ用基準マーク４ＭＹからの散乱光による像の画像信号を生成する。
【００２６】
図２（Ｂ）に、基準マーク４の平面図を示す。上述のように、基準マーク４Ｍは、Ｘ用基準マーク４ＭＸとＹ用基準マーク４ＭＹとで構成される。Ｘ用基準マーク４ＭＸは、Ｙ軸に平行な中心線４ＣＸに関して対称なパターンを有する。中心線４ＣＸを中心とした幅Ｗの領域にはパターンが配置されず、その両側の領域に、正方形パターンが行列状に分布している。図２（Ｂ）では、Ｘ方向に３個、Ｙ方向に１０個の正方形パターンが分布する場合を示している。各正方形パターンのエッジが、照明光を散乱させる散乱源となる。Ｘ用マスクアライメント顕微鏡６Ｘの光軸がＸＹ面の法線方向からＹ方向に傾いているため、Ｘ用基準マーク４ＭＸを構成するすべての正方形パターンにピントが合うことは無く、Ｙ方向に関して被写界深度内に位置する正方形パターンにのみピントが合う。
【００２７】
Ｙ用基準マーク４ＭＹは、Ｘ用基準マーク４ＭＸを９０°回転させたパターンと同一のパターンを有し、Ｘ軸に平行な中心線４ＣＹに関して対称である。Ｘ方向に関して、Ｙ用マスクアライメント顕微鏡６Ｙの被写界深度内に位置する正方形パターンにピントが合う。
【００２８】
Ｘ用マスクアライメント顕微鏡６ＸによるＸ用基準マーク４ＭＸの観測、及びＹ用マスクアライメント顕微鏡６ＹによるＹ用基準マーク４ＭＹの観測が同時に行えるように、これらのマーク及び顕微鏡の位置が調整されている。
【００２９】
図３（Ａ）に、マスク２１に形成されたマスクマークの配置を示す。転写すべき回路パターンが形成されている正方形の領域２１Ａの３つの頂点の近傍のスクライブライン領域内に、それぞれマスクマーク２１Ｍ１〜２１Ｍ３が配置されている。
【００３０】
図３（Ｂ）に、１つのマスクマーク２１Ｍ１の平面図を示す。他のマスクマーク２１Ｍ２及び２１Ｍ３も、マスクマーク２１Ｍ１と同様のパターンを有する。マスクマーク２１Ｍ１は、Ｘ用マスクマーク２１Ｍ１ＸとＹ用マスクマーク２１Ｍ１Ｙとで構成される。Ｘ用マスクマーク２１Ｍ１Ｘは、Ｘ方向に３個、Ｙ方向に１０個行列状に配置された正方形の開口により構成される。Ｙ用マスクマーク２１Ｍ１Ｙは、Ｘ用マスクマーク２１Ｍ１Ｘを９０°回転させたパターンを有する。
【００３１】
図４（Ａ）を参照して、マスクアライメント顕微鏡６Ｘ及び６Ｙにより、基準マーク４Ｍ及びマスクマーク２１Ｍ１を観測する方法について説明する。粗動ステージ２及び微動ステージ３を駆動して基準マーク２１Ｍ１とマスクマーク４Ｍとの位置合わせを行った状態では、Ｚ軸に平行な視線で見たとき、Ｘ用マスクマーク２１Ｍ１Ｘが、Ｘ軸方向に関してＸ用基準マーク４ＭＸのほぼ中央に配置される。同様に、Ｙ用マスクマーク２１Ｍ１Ｙが、Ｙ軸方向に関してＹ用基準マーク４ＭＹのほぼ中央に配置される。
【００３２】
図４（Ｂ）に、Ｘ軸に平行な視線で見たときのＸ用マスクマーク２１Ｍ１Ｘ、及びＸ用基準マーク４ＭＸの配置を示す。基準マスク４とマスク２１とが微小間隔を隔ててほぼ平行に配置されている。基準マスク４のメンブレンの表面に、Ｘ用基準マーク４ＭＸが形成され、マスク２１のマスクメンブレンに、複数の開口からなるＸ用マスクマーク２１Ｍ１Ｘが形成されている。
【００３３】
Ｘ用マスクアライメント顕微鏡６Ｘの光軸３０が、ＸＹ面の法線方向からＹ方向に傾いている。Ｘ用マスクアライメント顕微鏡６Ｘの受像面３１と共役な関係にある物面３２がＸ用基準マーク４ＭＸ及びＸ用マスクマーク２１Ｍ１Ｘと交差する。物面３２と交差する位置に配置されたパターンにピントが合う。Ｘ用基準マーク４ＭＸとＸ用マスクマーク２１Ｍ１Ｘとの両方に同時にピントが合うように、Ｘ用基準マーク４ＭＸ及びＸ用マスクマーク２１Ｍ１Ｘは、相互にＹ方向にずれて配置される。同様に、図４（Ａ）に示したように、Ｙ用基準マーク４ＭＹ及びＹ用マスクマーク２１Ｍ１Ｙは、相互にＸ方向にずれて配置される。
【００３４】
Ｘ用マスクアライメント顕微鏡６Ｘで、Ｘ用基準マーク４ＭＸ及びＸ用マスクマーク２１Ｍ１Ｘを同時に観測することにより、両者のＸ軸方向に関する相対位置を示す情報が得られる。同様に、Ｙ用マスクアライメント顕微鏡６Ｙで、Ｙ用基準マーク４ＭＹ及びＹ用マスクマーク２１Ｍ１Ｙを同時に観測することにより、両者のＹ軸方向に関する相対位置を示す情報が得られる。
【００３５】
マスクアライメントセンサ６は、微動トップテーブル３Ｂに固定され、微動トップテーブル３Ｂは、位置センサ７及び微動機構３Ａにより、その位置及び姿勢が高精度に制御される。このため、マスクアライメントセンサ６の位置及び姿勢も高精度に制御され、その位置及び姿勢を一定に維持することが可能になる。これにより、マスクマーク２１Ｍ及び基準マーク４Ｍの位置の測定精度を高めることができる。
【００３６】
図５に、ウエハアライメントセンサ１２の平面図を示す。中間部材１２Ａに、Ｘ用ウエハアライメント顕微鏡１２Ｘ及びＹ用ウエハアライメント顕微鏡１２Ｙが固定されている。Ｘ用ウエハアライメント顕微鏡１２Ｘ及びＹ用ウエハアライメント顕微鏡１２Ｙは、金属顕微鏡で構成される。中間部材１２Ａが、図１に示した上側基準ベース１Ｂに固定されている。
【００３７】
Ｘ用ウエハアライメント顕微鏡１２Ｘの対物レンズの光軸は、ＸＹ面の法線方向からＹ方向に傾き、Ｙ用ウエハアライメント顕微鏡１２Ｙの対物レンズの光軸は、ＸＹ面の法線方向からＸ方向に傾いている。基準マスク４を移動させることにより、Ｘ用ウエハアライメント顕微鏡１２ＸでＸ用基準マーク４ＭＸを観測し、Ｙ用ウエハアライメント顕微鏡１２ＹでＹ用基準マーク４ＭＹを観測することができる。Ｘ用基準マーク４ＭＸの観測と、Ｙ用基準マーク４ＭＹの観測とを、基準マスク４を静止させた状態で同時に行うことができるように、Ｘ用ウエハアライメント顕微鏡１２Ｘ及びＹ用ウエハアライメント顕微鏡１２Ｙが配置されている。
【００３８】
ウエハライメントセンサ１２で基準マーク４Ｍを観測することにより、基準マーク４Ｍの位置を示す情報を得ることができる。
【００３９】
図６に、露光すべきウエハ２０の平面図を示す。ウエハ２０の表面に、行列状に配置された複数のショット領域３５が画定されている。ショット領域３５は、マスク２１と位置合わせを行う単位であり、ステップアンドリピート方式で露光される単位でもある。
【００４０】
ウエハ２０のスクライブライン内に、４つのウエハマーク２０Ｍ１〜２０Ｍ４が形成されている。少なくとも３組のウエハマーク２０Ｍ１〜２０Ｍ３は、一直線上に位置しないように配置されている。ウエハマーク２０Ｍ３と２０Ｍ４とは、１つのショット領域３５ａに回路パターンを転写する時に同時に転写される。各ウエハマーク２０Ｍ１〜２０Ｍ４は、図２（Ｂ）に示した基準マーク４Ｍと同様のパターンを有し、ウエハアライメントセンサ１２により観測することができる。
【００４１】
ウエハ２０の表面内にローカル座標系が画定されており、このローカル座標系において、ウエハ中心座標、各ショット領域３５の基準点（例えば中心）の設計座標、及び各ウエハマーク２０Ｍ１〜２０Ｍ４の設計座標が予め決められている。
【００４２】
次に、図７〜図８を参照して、上記露光装置を用いてマスクとウエハとの位置合わせを行う方法について説明する。
【００４３】
図７に、基準ベース１に固定されたＸＹ座標系、微動ステージ３Ａに固定されたＵＶ座標系、及びウエハ２０上に画定されたローカルなＰＱ座標系を示す。Ｘ軸とＵ軸とが平行になる。微動トップテーブル３ＢをＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させると、ＸＹ座標系に対してＵＶ座標系が並進移動する。理想的には、Ｐ軸がＵ軸と平行になるように、ウエハ２０が微動トップテーブル３Ｂに保持される。実際には、ウエハ２０を保持する時の機械的精度の限界により、厳密にはＰ軸とＵ軸とは平行にならない。
【００４４】
ウエハアライメンセンサ１２の観測可能領域の中心位置ＣをＸＹ座標系の原点とする。マスク２１の基準点（例えば中心）の位置をＲとする。ウエハ２１のショット領域３５内に画定された基準点Ｓと、マスク２１の基準点Ｒとを一致させることにより、マスク２１とウエハ２０との位置合わせを行うことができる。
【００４５】
微動トップテーブル３Ｂに固定された基準マスク４の基準マーク４Ｍの中心点Ｆ（図２（Ｂ）に示した中心線４Ｃｘと４Ｃｙとが交差する点）を、ＵＶ座標系の原点とする。ＵＶ座標系にウエハ２０が固定される。ウエハ２０の表面に画定されたＰＱ座標系の原点をＧとする。各ショット領域３５の基準点Ｓの、ＰＱ座標系における座標は、設計時に決定されている。この設計時の座標を（ＳＰ，ＳＱ）とする。
【００４６】
図８（Ａ）に示すように、マスクステージ１０にマスク２１を保持し、微動トップテーブル３Ｂにウエハ２０を保持する。
【００４７】
基準マーク４Ｍがウエハアライメントセンサ１２の観測可能領域内に配置されるように粗動ステージ２及び微動ステージ３を駆動する。なお、粗動ステージ２のみを駆動してもよい。ただし、粗動ステージ２を駆動することにより、粗動トップテーブル２Ｂのピッチング、ローリング、及びヨーイングが発生する。ピッチング、ローリング、及びヨーイングにより、微動トップテーブル３Ｂの姿勢が許容範囲を超えて変化した場合には、微動ステージ３を駆動して、微動トップテーブル３Ｂの姿勢を修正することが好ましい。
【００４８】
ウエハアライメントセンサ１２で基準マーク４Ｍの位置を観測し、基準マークの位置を示す情報を取得する。具体的には、微動トップテーブル３Ｂを静止させた状態で、図５に示したＸ用ウエハアライメント顕微鏡１２ＸによるＸ用基準マーク４ＭＸの観測、及びＹ用ウエハアライメント顕微鏡１２ＹによるＹ用基準マーク４ＭＹの観測を同時に行う。また、位置センサ７により微動トップテーブル３Ｂの位置を測定し、このときの微動トップテーブル３Ｂの位置を示す情報を取得する。この２つの位置情報により、ＸＹ座標系とＵＶ座標系との相対位置を関連付ける情報が得られる。ＸＹ座標系において、基準マーク４Ｍの中心点Ｆを移動させるべき目標座標（ベクトルＣＦ、すなわち点ＦのＸＹ座標（ＦＸ，ＦＹ））が与えられると、２つの座標系を関連付ける情報に基づいて、微動トップテーブル３Ｂを移動させ、基準マーク４Ｍをその目標位置に配置させることができる。
【００４９】
図８（Ｂ）に示すように、マスクアライメントセンサ６で基準マーク４Ｍとマスクマーク２１Ｍとを同時に観測できる位置まで微動トップテーブル３Ｂを移動させる。図３（Ａ）に示した３つのマスクマーク２１Ｍ１〜２１Ｍ３を観測し、各マスクマーク２１Ｍ１〜２１Ｍ３のＸＹ座標を取得する。１つのマスクマーク２１Ｍ１を観測する期間には、微動トップテーブル３Ｂを静止させた状態で、図４（Ａ）に示したＸ用マスクアライメント顕微鏡６ＸによるＸ用基準マーク４ＭＸとＸ用マスクマーク２１Ｍ１Ｘとの観測、及びＹ用マスクアライメント顕微鏡６ＹによるＹ用基準マーク４ＭＹとＹ用マスクマーク２１Ｍ１Ｙとの観測を同時に行う。
【００５０】
マスクマーク２１Ｍを観測する直前に、Ｘ用マスクアライメント顕微鏡６Ｘ及びＹ用マスクアライメント顕微鏡６Ｙの照明用光源を点灯し、すべてのマスクマーク２１Ｍの観測が終了したら、次の工程に移る前に、照明用光源を消灯する。これにより、マスクアライメントセンサ６からの発熱を抑制することができる。
【００５１】
この３つの座標から、マスク２１の基準点ＲのＸＹ座標（ＲＸ，ＲＹ）を求めることができる。ベクトルＣＲは一般にベースラインと呼ばれる。この工程で、ＸＹ座標系におけるマスク２１の位置を示す情報が得られる。
【００５２】
図８（Ｃ）に示すように、ウエハ２０のウエハマーク２０Ｍをウエハアライメントセンサ１２の観測可能領域内に移動させ、ウエハマーク２０Ｍを観測する。例えば、図６に示した一直線上に配置されていない少なくとも３個のウエハマーク２０Ｍ１〜２０Ｍ３を観測する。１つのウエハマーク２０Ｍ１を観測する期間は、微動トップテーブル３Ｂを静止させた状態で、図５に示したＸ用ウエハアライメント顕微鏡１２ＸによるＸ用ウエハマークの観測と、Ｙ用ウエハアライメント顕微鏡１２ＹによるＹ用ウエハマークの観測とを同時に行う。
【００５３】
ウエハマーク２０を観測する直前に、Ｘ用ウエハアライメント顕微鏡１２Ｘ及びＹ用ウエハアライメント顕微鏡１２Ｙの照明用光源を点灯する。すべてのウエハマーク２０Ｍの観測が終了すると、次の工程に移る前に照明用光源を消灯する。これにより、ウエハアライメントセンサ１２からの発熱を抑制することができ、さらに照明光が照射されることによるウエハ２０の温度上昇を抑制することができる。
【００５４】
位置センサ７で測定された微動トップテーブル３Ｂの位置を示す情報、及びウエハアライメントセンサ１２で観測された３つのウエハマークの位置を示す情報から、ウエハ２０の位置及び姿勢を示す情報が得られる。ウエハ２０の位置及び姿勢を示す情報は、例えばウエハ伸縮量（ｒＰ、ｒＱ）、ウエハ残渣回転量θＵ、ウエハ直交度ωＵ、ウエハ２１のローカル座標の原点ＧのＵＶ座標（ＱＵ，ＱＶ）を含む。ここで、ウエハ伸縮量ｒＰは、ウエハ２０上のあるショット領域から他のショット領域までのＰ軸方向の長さの測定値を、その長さの設計値で除した値である。ウエハ伸縮量ｒＱは、ウエハ２０上のあるショット領域から他のショット領域までのＱ軸方向の長さの測定値を、その長さの設計値で除した値である。
【００５５】
ウエハ残渣回転量θＵは、Ｐ軸とＵ軸とのなす角度である。ウエハ直交度ωＵは、ウエハマークの位置の測定結果から算出したＱ軸方向が、Ｐ軸に直交する方向からずれた角度であり、両者が直交する時に０°になる。ウエハ２０のこれらの位置情報により、ＰＱ座標系とＵＶ座標系とを関連付けることができる。
【００５６】
ローカルなＰＱ座標系における１つのショット領域の基準点Ｓの設計座標を（ＳＰ，ＳＱ）、ＰＱ座標系の原点ＧのＵＶ座標を（ＧＵ，ＧＶ）とすると、基準点ＳのＵＶ座標（ＳＵ，ＳＶ）は下記の式で表される。
【００５７】
【数１】
2005322843.tif 000003
【００５８】
式（１）に示すように、ウエハ２０の位置及び姿勢を示す情報、及び各ショット領域３５の基準点Ｓの設計座標から、ショット領域３５の基準点のＵＶ座標（ショット領域の配列情報）が算出される。
【００５９】
図８（Ｄ）に示すように、図８（Ａ）から図８（Ｃ）の工程で得られた情報に基づいて、ウエハ２０の露光すべきショット領域とマスク２１との位置合わせを行う。以下、この位置合わせ方法について説明する。
【００６０】
図７において、ベクトルＣＦにベクトルＦＳを足した合成ベクトルが、ベクトルＣＲに等しくなるように微動トップテーブル３Ｂを移動させれば、ショット領域３５の基準点Ｓがマスク２１の基準点Ｒに一致する。この条件から、次の式が得られる。
【００６１】
【数２】
2005322843.tif 000004
【００６２】
座標（ＲＸ，ＲＹ）は、図８（Ｂ）に示した工程で測定されている。座標（ＳＵ，ＳＶ）は、上述の式（１）により算出される。従って、基準マーク４Ｍで規定される点Ｆを移動させるべき座標（ＦＸ，ＦＹ）が求まる。図８（Ａ）の工程で得られたＸＹ座標系とＵＶ座標系とを関連付ける情報に基づいて、点Ｆが座標（ＦＸ，ＦＹ）に配置されるように粗動ステージ２及び微動ステージ３を駆動する。
【００６３】
上記実施例による方法では、式（２）により、ショット領域３５ごとに、ショット領域３５とマスク２１との位置合わせを行うための粗動ステージ２及び微動ステージ３の制御情報が得られる。この制御情報が得られた後は、マスクマークやウエハマークの観測を行うことなく、粗動ステージ２及び微動ステージ３の制御のみにより位置合わせが行われる。このため、ダイバイダイアライメントを行う場合に比べて、位置合わせに必要な時間の短縮化を図ることができる。これにより、スループットを高めることが可能になる。なお、本願発明者らが既に出願している特願２００４−９８５７１号明細書に記載されたように、１つの粗動トップテーブル２Ｂに複数台の微動ステージを取り付け、微動ステージごとに電子線源を配置することにより、さらにスループットを高めることができる。
【００６４】
また、上記実施例では、図８（Ｃ）に示した工程において、ウエハマーク２０Ｍをウエハアライメントセンサ１２で観測する。この時、マスク２１のメンブレンを介することなく直接ウエハマーク２０Ｍが観測される。このため、マスクメンブレンの光透過率が十分でない場合にも、ウエハマークの位置を高精度に検出することができる。
【００６５】
また、上記実施例では、図８（Ｂ）に示した工程において、１つのマスクアライメントセンサ６をＸＹ面内方向に移動させることにより、複数のマスクマーク２１Ｍを観測した。同様に、図８（Ｃ）に示した工程において、ウエハ２０をＸＹ面内方向に移動させることにより、１つのウエハアライメントセンサ１２で複数のウエハマーク２０Ｍを観測した。これに対し、ダイバイダイアライメントを行う場合には、マスク及びウエハを固定して複数のマークを観測する必要があるため、マークの数に応じたアライメントセンサを準備しなければならない。さらに、マスクによってマスクマークの位置が変わるため、アライメントセンサにＸ方向及びＹ方向の移動機構を取り付けなければならない。上記実施例の装置では、ダイバイダイアライメントを行う装置に比べて、アライメントセンサの数を削減することができる。さらに、アライメントセンサの移動機構が不要であるため、装置の低コスト化を図ることが可能になる。
【００６６】
上記実施例では、図８（Ａ）に示した基準マーク４Ｍの観測工程の前に、マスク２１及びウエハ２０を、それぞれマスクステージ１０及び微動トップテーブル３Ｂに保持した。マスク２１は、図８（Ａ）に示した基準マーク４Ｍの観測工程後に、マスクステージ１０に保持してもよい。また、ウエハ２０は、図８（Ｂ）に示したマスクマーク２１Ｍの観測工程の後に、微動トップテーブル３Ｂに保持してもよい。１枚のウエハ２０の処理が終了すると、次に処理すべきウエハを微動トップテーブル３Ｂに保持し、図８（Ｃ）に示したウエハマークの観測工程と、図８（Ｄ）に示した位置合わせ工程及び露光工程を行えばよい。
【００６７】
上記実施例では、図８（Ｂ）に示した工程で、マスク２１の基準点の位置を算出したが、基準点の位置以外の情報を得ることもできる。次に、マスク２１の回転残渣及び線形伸縮量を求める方法について説明する。
【００６８】
図３において、マスクマーク２１Ｍ１〜２１Ｍ３のＸＹ座標の測定結果を、それぞれ（ｘ１、ｙ１）、（ｘ２、ｙ２）、及び（ｘ３、ｙ３）とする。マスクマーク２１Ｍ１と２１Ｍ２との、設計上のＹ座標は同一であり、マスクマーク２１Ｍ１と２１Ｍ３との、設計上のＸ座標は同一である。マスク２１の回転残渣θＭは、
【００６９】
（数３）
θＭ＝（ｙ１−ｙ２）／（ｘ１−ｘ２）
と表される。Ｘ方向及びＹ方向の線形伸縮量ＭＭＸ及びＭＭＹは、
【００７０】
（数４）
ＭＭＸ＝（ｘ１−ｘ２）／Ａ
ＭＭＹ＝（ｙ１−ｙ３）／Ｂ
と表される。ここで、Ａは、マスクマーク２１Ｍ１と２１Ｍ２との設計上のＸ軸方向の間隔を表し、Ｂは、マスクマーク２１Ｍ１と２１Ｍ３との設計上のＹ軸方向の間隔を表す。
【００７１】
また、上記実施例では、図８（Ｃ）に示した工程で、ウエハ２０の位置情報を取得したが、ショット領域内に転写されているパターンの回転方向の変位量（回転量）、及び線形伸縮量を測定することも可能である。転写されたパターンのこれらの情報を得るための計測を、イントラフィールド計測と呼ぶ。次に、イントラフィールド計測の方法について説明する。
【００７２】
図６において、イントラフィールド計測用のショット領域３５ａの周囲に、２つのウエハマーク２０Ｍ３及び２０Ｍ４が形成されている。このウエハマーク２０Ｍ３及び２０Ｍ４は、イントラフィールド計測用のショット領域３５ａ内の回路パターンの転写時に、回路パターンと同時に転写されたものである。
【００７３】
この２つのウエハマーク２０Ｍ３及び２０Ｍ４の位置を計測することにより、回転量θＣ、及び伸縮量ｒＣを求めることができる。なお、イントラフィールド計測用のショット領域を複数個準備し、ショット領域ごとに算出された回転量及び伸縮量のそれぞれを平均してもよい。ここで算出される回転量θＣは、式（１）に示されているウエハ回転量θＵと、イントラフィールド回転量θＳとを合計したものである。従って、ショット領域３５ａ内のパターンの回転量θＳは、
【００７４】
（数５）
θＳ＝θＣ−θＵ
となる。また、伸縮量ｒＣは、式（１）に示されたウエハ伸縮量ｒＸ及びｒＹと、イントラフィールド伸縮量ｒＳとを合成したものである。イントラフィールド伸縮量ｒＳは、
【００７５】
（数６）
ｒＳ＝ｒＣ／（（ｒＸ＋ｒＹ）／２）
となる。
【００７６】
次に、マスク回転残渣θＭ、及びイントラフィールド回転量θＳとを考慮して位置合わせする方法について説明する。図８（Ｃ）に示したウエハマークの観測工程の後、イントラフィールド回転量が、マスク回転残渣θＭに一致するように、ウエハ２０を角度θＪだけ回転させる。その後、微動トップテーブル３ＢをＸ方向及びＹ方向に並進移動させながら、マスク２１の基準点と各ショット領域３５の基準点との位置合わせを行う。ここで、ウエハ２０を回転させるべき角度θＪは、
【００７７】
（数７）
θＪ＝θＭ−θＣ
と表される。
【００７８】
ウエハ２０を回転させる代わりに、マスク２１を角度θＪだけ回転させてもよい。または、マスク２１とショット領域３５内の回路パターンとの回転方向に関する位置ずれを補正するように、露光用の電子線を偏向させてもよい。
【００７９】
さらに、マスク伸縮量ＭＭＸ、ＭＭＹ、及びショット領域３５の伸縮量ｒＣとが異なる場合には、この伸縮量の相違に起因するマスクパターンとウエハ上のパターンとの位置ずれを補正するように、電子線を偏向させることが好ましい。
【００８０】
図９に、基準マスク４の他の構成例を示す。図２（Ａ）及び（Ｂ）では、基準マスク４内に１個の基準マーク４Ｍが形成されていた。図９に示す構成例では、基準マスク４内に３個の基準マーク４Ｍ１〜４Ｍ３が形成されている。基準マーク４Ｍ１〜４Ｍ３の各々は、図２（Ｂ）に示した基準マーク４Ｍと同一の形状を有する。例えば、装置組み立て当初に、基準マーク４Ｍ１を使用し、基準マーク４Ｍ２及び４Ｍ３が予備の基準マークとなる。基準マーク４Ｍ１が何らかの原因で、例えばパーティクルの付着、基準マークの形状欠陥、基準マスク４のメンブレンの破損等により使用できなくなった場合には、基準マスク４の位置をずらして、予備の基準マーク４Ｍ２または４Ｍ３を使用することができる。
【００８１】
通常、基準マークの数が増えても、基準マスク４の製造コストはほとんど変わらない。このため、基準マスク４に複数の基準マークを形成しておくことにより、基準マーク１個あたりの製造コストの低減を図ることができる。
【００８２】
図１０を参照して、マスクアライメント顕微鏡の他の効果について説明する。図１０に、微動ステージ３、マスクステージ１０、及びこれらに取り付けられた構成部品の概略図を示す。図１を参照して説明した構成部品については、ここでは説明を省略する。微動トップテーブル３Ｂに、マスクステージ１０側を向くようにレベリングセンサ４０が取り付けられている。マスクステージ１０に、微動トップテーブル３Ｂ側を向くようにレベリングセンサ４１が取り付けられている。これらのレベリングセンサ４０及び４１は、例えば静電容量センサで構成される。
【００８３】
レベリングセンサ４０がマスク２１に対向する位置まで微動トップテーブル３Ｂを移動させることにより、マスク２１のＺ方向の位置（高さ）を計測することができる。マスク２１の少なくとも３点の高さを測定することにより、ＸＹ面に対するマスク２１の傾きを検出することができる。マスクステージ１０は、マスク２１の傾きを微調整する微調機構を有し、マスク２１のレベリングを行うことができる。
【００８４】
また、レベリングセンサ４１がウエハ２０に対向する位置まで微動トップテーブル３Ｂを移動させることにより、ウエハ２０の表面のＺ方向の位置（高さ）を測定することができる。ウエハ２０の少なくとも３点の高さを測定することにより、ウエハ２０のレベリングを行うことができる。また、マスク２１とウエハ２０との間隔を求めることができる。
【００８５】
ウエハの厚さには、ウエハごとのばらつきがある。マスク２１とウエハ２０との間隔を所定の値にするために、微動トップテーブル３ＢをＺ方向に移動させる。微動トップテーブル３ＢをＺ方向に移動させると、マスク２１からマスクアライメントセンサ６までの距離も変動してしまう。
【００８６】
図４（Ｂ）を参照して説明したように、マスクアライメントセンサ６を構成するＸ用マスクアライメント顕微鏡６Ｘの光軸３０は、ＸＹ面に対して傾いている。マスク２１からＸ用マスクアライメント顕微鏡６Ｘまでの距離が変動すると、物面３２とマスク２１とが交差する位置がＹ方向に移動する。この交差位置がＸ用マスクマーク２１Ｍ１Ｘ内に納まっていれば、Ｘ用マスクマーク２１Ｍ１ＸのＸ軸方向に関する位置を検出することができる。このように、ウエハ２０の厚さのばらつきにより、微動トップステージ３ＢをＺ方向に移動させても、マスクアライメントセンサ６でマスクマーク２１Ｍを観測することができる。
【００８７】
また、マスクとウエハとの間隔を変えて露光したい場合にも、マスクアライメントセンサ６の位置を調節することなく、柔軟に対応することが可能である。
【００８８】
図１１（Ａ）に、ＬＥＥＰＬで用いられるマスクの回路パターンが形成される部分の斜視図を示す。マスクメンブレン２１Ａの機械的強度を維持するために、格子状に梁２１Ｂが設けられている。マスクメンブレン２１Ａのうち梁２１Ｂの設けられていない領域に、転写すべき回路パターンが配置される。
【００８９】
ダイバイダイアライメントを行う場合には、マスクメンブレン２１Ａに形成されたマスクマークを観測すると同時に、マスクメンブレン２１Ａを通してウエハ上のウエハマークを観測する。このため、マスクマークは、梁２１Ｂの設けられていない領域に配置しなければならない。これに対し、本願実施例の場合には、図８（Ｂ）及び図１１（Ｂ）に示したように、マスクマーク２１Ｍをウエハ２０に対向する面から観測する。このため、マスクマーク２１Ｍを、梁２１Ｂの設けられている領域に配置することができる。
【００９０】
マスクメンブレン２１Ａは、回路パターンが配置されている領域の周囲において、マスクメンブレン２１Ａを支持する支持部材に固定されている。この支持部材に固定された領域にマスクマークを配置することも可能である。
【００９１】
図５に、ウエハアライメントセンサ１２の構成例を示したが、次に、ウエハアライメントセンサ１２の他の構成例について説明する。
【００９２】
図１２（Ａ）及び（Ｂ）に、それぞれ他の構成例によるウエハアライメントセンサ１２の平面図及び側面図を示す。鏡筒１２Ｂの先端に、３つの対物レンズ４４Ｘ、４４Ｙ及び４４Ｚが取り付けられている。鏡筒１２Ｂの他方の端部に、３つの受像機４５Ｘ、４５Ｙ、及び４５Ｚが取り付けられている。対物レンズ４４Ｘと受像機４５Ｘが、Ｘ用ウエハアライメント顕微鏡１２Ｘを構成し、対物レンズ４４Ｙと受像機４５Ｙが、Ｙ用ウエハアライメント顕微鏡１２Ｙを構成し、対物レンズ４４Ｚと受像機４５Ｚが、垂直観測用ウエハアライメント顕微鏡１２Ｚを構成する。Ｘ用ウエハアライメント顕微鏡１２Ｘ及びＹ用ウエハアライメント顕微鏡１２Ｙは、それぞれ図５に示したＸ用ウエハアライメント顕微鏡１２Ｘ及びＹ用ウエハアライメント顕微鏡１２Ｙに相当する。
【００９３】
対物レンズ４４Ｘの光軸は、ＸＹ面の法線方向からＹ方向に傾いており、対物レンズ４４Ｙの光軸は、ＸＹ面の法線方向からＸ方向に傾いている。対物レンズ４４Ｚの光軸は、ＸＹ面の法線に平行である。
【００９４】
図１３に、ウエハアライメントセンサ１２を基準ベース１Ｂに取り付けた部分の平面図を示す。ウエハアライメントセンサ１２は、低熱膨張部材４７を介して基準ベース１Ｂに取り付けられている。低熱膨張部材４７は、円環から、そのほぼ半周部分を切り出した形状を有する。低熱膨張部材４７は、その両端において固定ネジ４６ａ及び４６ｂにより基準ベース１Ｂに固定されている。固定ネジ４６ａ及び４６ｂで固定された位置は、Ｘ軸方向に関して、マスク２１の回転中心の位置と同一である。また、固定ネジ４６ａ及び４６ｂで固定された位置を結ぶ線分の中点が、マスク２１の回転中心と一致する。
【００９５】
低熱膨張部材４７は、その内周の一部からＹ方向に突出した突出部４７ａを有する。ウエハアライメントセンサ１２は、突出部４７ａの先端に、固定ネジ４８により固定されている。Ｘ軸方向に関して、固定ネジ４８による固定位置が、対物レンズ４４Ｘの光軸の位置と一致する。Ｙ軸方向に関して、対物レンズ４４Ｙの光軸の位置がマスク２１の回転中心の位置に一致する。
【００９６】
低熱膨張部材４７は、基準ベース１Ｂやウエハアライメントセンサ１２の鏡筒の熱膨張係数よりも小さな熱膨張係数を有する材料で形成されている。低熱膨張部材４７の材料として、例えば株式会社日本セラテック製のＺＦＰ（商品名）等を用いることができる。
【００９７】
基準ベース１Ｂ及びウエハアライメントセンサ１２の鏡筒が、Ｘ方向及びＹ方向に熱膨張した場合を想定する。このとき、低熱膨張部材４７はほとんど膨張しないと仮定する。低熱膨張部材４７が固定ネジ４６ａ及び４６ｂで固定されている位置を結ぶ中点にマスク２１の回転中心が一致するため、低熱膨張部材４７は、マスク２１に対してＸ方向にもＹ方向にもほとんど変位しない。
【００９８】
Ｘ軸方向に関して、対物レンズ４４Ｘの光軸の位置と固定ネジ４８の位置とが一致するため、鏡筒が膨張しても、対物レンズ４４Ｘの光軸は、Ｘ方向にほとんど変位しない。また、Ｙ軸方向に関して、対物レンズ４４Ｙの光軸の位置と固定ネジ４８の位置とを近づけることにより、対物レンズ４４Ｙの光軸のＹ方向への変位も小さくすることができる。
【００９９】
このように、ウエハアライメントセンサ１２を、低熱膨張部材４７を介して基準ベース１Ｂに取り付けることにより、基準ベース１Ｂやウエハアライメントセンサ１２の鏡筒の熱膨張による光軸のずれを抑制することができる。
【０１００】
図１３では、固定ネジ４６ａ及び４６ｂを結ぶ線分の中点を、マスク２１の回転中心と一致させたが、必ずしも中点に一致させる必要はない。固定ネジ４６ａ及び４６ｂが、Ｙ方向に関してマスクステージの両側に配置されるような構成とにても、対物レンズ４４Ｘ及び４４Ｙの光軸の位置が、基準ベース１Ｂの熱膨張の影響を受けにくくなる。また、対物レンズ４４Ｙの光軸とマスク２１の回転中心とが、Ｙ方向に関して一致するような構成としたが、両者を必ずしも一致させなくてもよい。Ｙ軸方向に関して、ウエハアライメントセンサ１２がマスクステージと重なる位置に配置すれば、熱膨張の影響が緩和される。
【０１０１】
上記実施例では、Ｘ用ウエハアライメント顕微鏡１２ＸとＹ用ウエハアライメント顕微鏡１２Ｙを用いた位置合わせ方法について説明した。次に、図１２（Ａ）及び（Ｂ）に示した垂直観測用ウエハアライメント顕微鏡１２Ｚを用いて位置合わせを行う方法について説明する。
【０１０２】
図８（Ａ）に示した工程において、垂直観測用ウエハアライメントセンサ１２Ｚで図２（Ｂ）に示したＸ用基準マーク４ＭＸ及びＹ用基準マーク４ＭＹを観測する。Ｘ用基準マーク４ＭＸの中心線４ＣＸから基準マーク４ＭのＸ方向の位置が算出され、Ｙ用基準マーク４ＭＹの中心線４ＣＹから基準マーク４ＭのＹ方向の位置が算出される。
【０１０３】
図８（Ｂ）に示したマスクマーク観測工程は、上記実施例の方法と同様である。
【０１０４】
図８（Ｃ）に示した工程において、垂直観測用ウエハアライメントセンサ１２Ｚでウエハマーク２０Ｍを観測する。この場合、ウエハマーク２０Ｍとして、例えば株式会社ニコンの提案によるＦＩＡマークや、キャノン株式会社の提案によるＨｅ−Ｎｅマルチマーク等のフォトマークを用いることができる。
【０１０５】
ここまでの工程で、上記実施例の場合と同様の位置情報を得ることができる。図８（Ｄ）に示した位置合わせ及び露光工程は、上記実施例の方法と同様である。
【０１０６】
図１２及び図１３では、Ｘ用ウエハアライメント顕微鏡１２Ｘ、Ｙ用ウエハアライメント顕微鏡１２Ｙ、及び垂直観測用ウエハアライメント顕微鏡１２Ｚを、一つの鏡筒１２Ｂに取付け、この鏡筒１２Ｂを上側基準ベース１Ｂに固定したが、他の構成としてもよい。例えば、図５に示したＸ用ウエハアライメント顕微鏡１２Ｘ及びＹ用ウエハアライメント顕微鏡１２Ｙを、中間部材１２Ａを介して上側基準ベース１Ｂに取り付けるとともに、垂直観測用ウエハアライメント顕微鏡を、個別に上側基準ベース１Ｂに取り付けてもよい。
【０１０７】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明の実施例による位置合わせ装置の概略図である。
【図２】（Ａ）は、微動トップテーブルの平面図であり、（Ｂ）は基準マークの平面図である。
【図３】（Ａ）はマスクの平面図であり、（Ｂ）はマスクマークの平面図である。
【図４】マスクマーク、基準マーク、及びマスクアライメントセンサの位置関係を示す概略図である。
【図５】ウエハアライメントセンサの平面図である。
【図６】ウエハの平面図である。
【図７】座標系の関係を示す線図である。
【図８】実施例による位置合わせ方法を説明するための工程図である。
【図９】基準マスクの他の構成例を示す平面図である。
【図１０】微動トップテーブル、マスクステージ及びこれらに取り付けられた構成部品を示す概略図である。
【図１１】（Ａ）はマスクの回路パターンが形成される部分の斜視図であり、（Ｂ）はその断面図である。
【図１２】（Ａ）はウエハアライメントセンサの他の構成例の平面図であり、（Ｂ）はその側面図である。
【図１３】低熱膨張部材及びウエハアライメントセンサの平面図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１  基準ベース
２  粗動ステージ
２Ａ  粗動機構
２Ｂ  粗動トップテーブル
３  微動ステージ
３Ａ  微動機構
３Ｂ  微動トップテーブル
４  基準マスク
４Ｍ  基準マーク
６  マスクアライメントセンサ
７  位置センサ
７Ｘ、７Ｙ  測長ミラー
１０  マスクステージ
１１  回転機構
１２  ウエハアライメントセンサ
１５  電子線源
２０  ウエハ
２０Ｍ１〜２０Ｍ４  ウエハマーク
２１  マスク
２１Ｍ１〜２１Ｍ３  マスクマーク
３０  光軸
３１  受像面
３２  物面
３５  ショット領域
４０、４１  レベリングセンサ
４４Ｘ、４４Ｙ、４４Ｚ  対物レンズ
４５Ｘ、４５Ｙ、４５Ｚ  受像装置
４６ａ、４６ｂ、４８  固定ネジ
４７  低熱膨張部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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