(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に対向するように配置された第１のステージ及び第２のステージと、
第１の被測定面を有する第１の対象物を保持し、前記第１のステージに支持された第１の保持手段と、
第２の被測定面を有する第２の対象物を、該第２の被測定面が前記第１の被測定面に対向するように保持し、前記第２のステージに支持された第２の保持手段と、
前記第１の被測定面までの距離を測定する第１の変位計と、
前記第１の変位計に対する相対的位置が固定され、前記第２の被測定面と同一方向を向くダミー被測定面を有するダミーターゲットと、
前記第２の被測定面及び前記ダミー被測定面の各々までの距離を測定する第２の変位計と、
前記第１の被測定面と第２の被測定面との間隔が変化するように、前記第１の保持手段及び第２の保持手段の少なくとも一方を移動させる第１の駆動機構と、
前記第１のステージ及び第２のステージの一方を他方に対して、両者の間隔が変化しない方向に移動させる第２の駆動機構と
を有し、
前記第１の変位計及び前記ダミーターゲットは、前記第２のステージに取り付けられ、前記第２の変位計は前記第１のステージに取り付けられ、前記第１の駆動機構は、前記第１の保持手段を前記第１のステージに対して移動させるか、または前記第２の保持手段を前記第２のステージに対して移動させるギャップ調節装置。
【請求項２】
前記第１の変位計は、前記第２の変位計の変位量検出範囲外に配置されており、前記第２の変位計は、前記第１の変位計の変位量検出範囲外に配置されている請求項１に記載のギャップ調節装置。
【請求項３】
前記第１の変位計及び第２の変位計が、静電容量型変位計である請求項１または２に記載のギャップ調節装置。
【請求項４】
さらに、
前記第２の変位計から前記第２の被測定面までの距離をＤA、前記第２の変位計から前記ダミー被測定面までの距離をＤB、前記第１の変位計から前記ダミー被測定面までの距離をＤC、前記第１の変位計から前記第１の被測定面までの距離をＤDとしたとき、ＤA＋ＤD−（ＤB＋ＤC）を計算し、計算結果に基づいて前記移動機構を駆動する制御手段を有する請求項１〜３のいずれかに記載のギャップ調節装置。
【請求項５】
前記第１の対象物及び第２の対象物の一方が、電子ビーム近接露光に用いられるマスクであり、他方が露光されるべきウエハであり、
さらに、
電子ビームを出射する電子銃と、
前記電子銃から出射された電子ビームが、前記マスクを通して前記ウエハに照射されるように、電子ビームを進行させる電子ビーム制御手段と
を有する請求項１〜４のいずれかに記載のギャップ調節装置。
【請求項６】
相互に対向するように配置された第１のステージ及び第２のステージと、
第１の被測定面を有する第１の対象物を保持し、前記第１のステージに支持された第１の保持手段と、
第２の被測定面を有する第２の対象物を、該第２の被測定面が前記第１の被測定面に対向するように保持し、前記第２のステージに支持された第２の保持手段と、
前記第１の被測定面に対向するように配置され、前記第１の被測定面までの距離を測定する第１の変位計と、
前記第２の被測定面に対向するように配置され、該第２の被測定面までの距離及び前記第１の変位計までの距離を測定する第２の変位計と、
前記第１の被測定面と第２の被測定面との間隔が変化するように、前記第１の保持手段及び第２の保持手段の少なくとも一方を移動させる第１の駆動機構と
前記第１のステージ及び第２のステージの一方を他方に対して、両者の間隔が変化しない方向に移動させる第２の駆動機構と
を有し、
前記第１の変位計は、前記第２のステージに取り付けられ、前記第２の変位計は前記第１のステージに取り付けられ、前記第１の駆動機構は、前記第１の保持手段を前記第１のステージに対して移動させるか、または前記第２の保持手段を前記第２のステージに対して移動させるギャップ調節装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ギャップ調節装置及びギャップ調節方法に関し、特に電子ビーム近接露光用のマスクとウエハとの間隔を調節するのに適したギャップ調節装置及びギャップ調節方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線露光や電子ビーム近接露光では、露光すべきウエハ表面上に、微少な間隙を隔ててマスクを配置し、マスクを通してウエハ表面を露光する。解像度及び位置合わせ精度を高めるために、ウエハとマスクとのギャップを精密に制御しなければならない。特に、ギャップが開きすぎると、半影ぼけにより解像度が低下するとともに、位置合わせ精度も低下する。
【０００３】
ウエハとマスクとのギャップを測定する方法として、高分解能カメラを使用した画像処理を利用する方法や、高分解能カメラと他の変位センサとを組み合わせて使用する方法が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
高分解能カメラは高価であるし、大きな設置スペースを必要とする。このため、露光装置の小型化及び低価格化が困難になる。
【０００５】
本発明の目的は、小型化及び低価格化を図ることが可能なギャップ調節装置を提供することである。
【０００６】
本発明の他の目的は、上記のギャップ調節装置を用いたギャップ調節方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、相互に対向するように配置された第１のステージ及び第２のステージと、第１の被測定面を有する第１の対象物を保持し、前記第１のステージに支持された第１の保持手段と、第２の被測定面を有する第２の対象物を、該第２の被測定面が前記第１の被測定面に対向するように保持し、前記第２のステージに支持された第２の保持手段と、前記第１の被測定面までの距離を測定する第１の変位計と、前記第１の変位計に対する相対的位置が固定され、前記第２の被測定面と同一方向を向くダミー被測定面を有するダミーターゲットと、前記第２の被測定面及び前記ダミー被測定面の各々までの距離を測定する第２の変位計と、前記第１の被測定面と第２の被測定面との間隔が変化するように、前記第１の保持手段及び第２の保持手段の少なくとも一方を移動させる第１の駆動機構と、前記第１のステージ及び第２のステージの一方を他方に対して、両者の間隔が変化しない方向に移動させる第２の駆動機構とを有し、前記第１の変位計及び前記ダミーターゲットは、前記第２のステージに取り付けられ、前記第２の変位計は前記第１のステージに取り付けられ、前記第１の駆動機構は、前記第１の保持手段を前記第１のステージに対して移動させるか、または前記第２の保持手段を前記第２のステージに対して移動させるギャップ調節装置が提供される。
【０００８】
第１の変位計からダミー被測定面までの距離は、予め測定しておくことができる。第２の変位計からダミー被測定面までの距離を測定することにより、第１の変位計と第２の変位計との間の距離が求まる。第１の変位計から第１の被測定面までの距離、及び第２の変位計から第２の被測定面までの距離、及び第１の変位計と第２の変位計との間の距離から、第１の被測定面と第２の被測定面との間隔を求めることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の実施例によるギャップ調節装置を適用した電子ビーム近接露光装置１０の概略図を示す。
【００１１】
電子ビーム近接露光装置１０は、電子銃１２、ビーム走査装置２０、及びギャップ調節装置３０を含んで構成される。電子銃１２は、電子ビーム源１４、静電レンズ１６、アパーチャ１８を含む。電子ビーム源１４が、電子ビームを出射する。静電レンズ１６が、電子ビーム源１４から出射された電子ビームを平行ビーム１５に変換する。平行ビーム１５がアパーチャ１８で整形され、ビーム走査装置２０に入射する。
【００１２】
ビーム走査装置２０は、主偏向器２２、２４、及び副偏向器２６、２８を含む。ビーム走査装置２０は、電子ビームを走査する。
【００１３】
ギャップ調節装置３０が、走査された電子ビームの入射する位置に、マスク３１を保持する。微小間隙（プロキシミティギャップ）を介してマスク３１に対向するように、ウエハ４０が配置されている。ウエハ４０の、マスク３１に対向する面上に、電子ビーム露光用レジスト膜４２が塗布されている。マスク３１を透過した電子ビームがレジスト膜４２に入射し、レジスト膜４２にマスク３１のパターンが転写される。
【００１４】
図２（Ａ）に、本発明の実施例によるギャップ調節装置３０の概略図を示す。ウエハステージ５１が、ＸＹ駆動機構５０によりＸＹ面に平行な２次元方向に移動可能に保持されている。ウエハチャック５３が、３個のＺ軸方向駆動機構５２を介してウエハステージ５１に取り付けられている。Ｚ軸方向駆動機構５２は、ウエハチャック５３を、ＸＹ面に垂直なＺ軸方向に移動させることができる。また、Ｚ軸駆動機構５２は、それぞれの駆動量を異ならせることにより、ＸＹ面に対するウエハチャック５３の傾き角を調節することができる。ウエハチャック５３は、静電チャック機構により、ウエハ４０を保持する。ＸＹ駆動機構５０及びＺ軸駆動機構５２は、制御装置７０からの指令に基づいて動作する。
【００１５】
マスクチャック６０が、静電チャック機構により、マスク３１を保持する。マスクチャック６０に保持されたマスク３１は、ウエハチャック５３に保持されたウエハ４０に、微小間隙を隔てて対向する。ウエハ４０及びマスク３１の、相互に対向する面を、それぞれ被測定面４０ａ及び被測定面３１ａと呼ぶこととする。被測定面３１ａ及び４０ａの各々の少なくとも一部の領域は導電性材料で形成されており、この導電性の領域は接地電位に接続されている。なお、ウエハ４０の被測定面４０ａの上には、電子ビーム露光用レジスト膜が形成されている。
【００１６】
マスクチャック６０は、３つのＺ軸駆動機構６２を介してマスクステージ６１に取り付けられている。Ｚ軸駆動機構６２は、マスクチャック６０をＺ軸方向に移動させることができる。また、Ｚ軸駆動機構６２は、それぞれの駆動量を異ならせることにより、ＸＹ面に対するマスクチャック６０の傾き角を調節することができる。Ｚ軸駆動機構６２は、制御装置７０からの指令に基づいて動作する。
【００１７】
ウエハステージ５１に、マスク用の静電容量型変位計５５が取り付けられている。静電容量型変位計５５は、マスク３１に対向する。マスクステージ６１に、ウエハ用の静電容量型変位計６５、及びダミーターゲット６６が取り付けられている。ダミーターゲット６６は、マスク３１の被測定面３１ａと同一の方向を向くダミー被測定面６６ａを有する。ダミー被測定面６６ａは、導電性の材料で形成されており、接地電位に接続されている。静電容量型変位計６５からダミー被測定面６６ａまでのＺ軸方向の距離ＤCが、予めレーザ変位計等により正確に測定されている。ダミーターゲット６６は、静電容量型変位計６５に対して相対的位置が固定されている。このため、装置が一旦設置された後は、距離ＤCは不変である。
【００１８】
図２（Ｂ）にマスク３１の正面図を示す。アルミニウム製の円環状の枠３２が、シリコンで形成された支持板３３を物理的に支持している。支持板３３の中心部に、転写すべきパターンが形成された正方形のメンブレン３４が保持されている。支持板３３の表面が、マスク３１の被測定面３１ａを画定する。通常、メンブレン３４の一辺の長さは４０〜５０ｍｍ、支持板３３の外径は１２５ｍｍである。支持板３３のうち、メンブレン３４を取り囲む幅約１０ｍｍの円環状領域３３ａが、静電容量型変位計によって変位量を検出可能な領域である。
【００１９】
ＸＹ駆動機構５０を駆動して、静電容量型変位計５５を円環状領域３３ａのいずれかの部分の正面に配置させることにより、静電容量型変位計５５の基準面を変位量の原点としたときの、マスク３１の変位量を測定することができる。静電容量型変位計５５から、その基準面までの距離は、予め決定されている。このため、被測定面３１ａの変位量を測定することは、静電容量型変位計５５から被測定面３１ａまでの距離ＤAを測定することと等価である。本明細書において、静電容量型変位計によって、その基準面からの変位量を測定する手順を、「静電容量型変位計からの距離を測定する」と表現する。
【００２０】
ＸＹ駆動機構５０を駆動して、静電容量型変位計５５をダミーターゲット６６の正面に配置させることにより、静電容量型変位計５５からダミー被測定面６６ａまでの距離ＤBを測定することができる。ＸＹ駆動機構５０を駆動して、静電容量型変位計６５がウエハ４０の正面に位置するように、ウエハチャック５３を配置させることにより、静電容量型変位計６５からウエハ４０の被測定面４０ａまでの距離ＤDを測定することができる。静電容量型変位計５５及び６５の測定結果が、制御装置７０に入力される。
【００２１】
静電容量型変位計の測定可能距離は、一般に０．５ｍｍ程度以上である。また、マスク３１のうち静電容量変位計５５のターゲットとなり得る領域３３ａの幅が１０ｍｍ程度であるとき、静電容量型変位計５５で測定可能な距離は、例えば１．５ｍｍ程度以下である。このため、一例として、距離ＤA及びＤDを１ｍｍ程度とし、距離ＤBを１．３ｍｍ程度とする。
【００２２】
次に、図２（Ａ）に示したギャップ調節装置を用いて、マスク３１とウエハ４０との間隔を調節する方法を説明する。
【００２３】
まず、静電容量型変位計５５から、マスク３１の被測定面３１ａ上の少なくとも３点の各々までの距離を測定する。測定結果に基づいて、マスク３１の被測定面３１ａがＸＹ面に平行になるように、Ｚ軸駆動機構６２を動作させる。被測定面３１ａをＸＹ面に平行にした後、距離ＤAを測定する。さらに、距離ＤBを測定する。
【００２４】
次に、静電容量型変位計６５から、ウエハ４０の被測定面４０ａ上の少なくとも３点の各々までの距離を測定する。測定結果に基づいて、ウエハ４０の被測定面４０ａがＸＹ面に平行になるように、Ｚ軸駆動機構５２を動作させる。被測定面４０ａをＸＹ面に平行にした後、距離ＤDを測定する。
【００２５】
マスク３１とウエハ４０との間隔Ｇは、
【００２６】
【数１】
Ｇ＝ＤA＋ＤD−（ＤB＋ＤC）    ・・・（１）
と表される。間隔Ｇが所望の値になるように、Ｚ軸駆動機構５２またはＺ軸駆動機構６２を動作させる。このようにして、間隔Ｇを調節することができる。
【００２７】
距離ＤBは、理想的には、一回測定すればその後は変動しない。このため、マスク３１やウエハ４０を交換する度に測定し直す必要はない。ただし、時間の経過とともに距離ＤBが変動し得るため、定期的に距離ＤBを測定して、新しい値に更新することが好ましい。
【００２８】
上記実施例では、変位計として静電容量型変位計のみを使用している。静電容量型変位計は、距離を測定していない期間には磁場を発生しないため、電子ビームの進行方向に影響を及ぼさない。また、静電容量型変位計は、レーザ変位計等に比べて構造が単純であり、脱ガスの原因になるプリント基板等を含まない。このため、実施例によるギャップ調節装置は、電子ビーム近接露光装置に適用される場合のように、真空中での使用に適している。また、実施例によるギャップ調節装置は、高価な高倍率カメラ等を使用しないため、装置全体の低価格化を図ることができる。
【００２９】
静電容量型変位計６５とウエハ４０との間隔ＤD、及び静電容量型変位計５５とマスク３１との間隔ＤAは、静電容量型変位計の特性から、１ｍｍ程度とすることが好ましい。ウエハ４０とマスク３１との間隔Ｇは、一般的に５０μｍ程度である。このため、静電容量型変位計５５と６５との間隔ＤB＋ＤCが２ｍｍ程度になり、静電容量型変位計の距離測定可能範囲から外れてしまう。このため、式（１）の右辺のＤB＋ＤCを直接測定することができない。
【００３０】
上記実施例の場合には、ダミーターゲット６６のダミー被測定面６６ａを、静電容量型変位計５５の距離測定可能範囲内に配置することにより、２つの静電容量型変位計５５と６５との間隔ＤB＋ＤCが求められる。
【００３１】
上記実施例では、変位計として静電容量型変位計を使用したが、光ファイバ型変位計を用いてもよい。光ファイバ型変位計は、光ファイバ端面から出射した光を、距離を測定する対象物に入射させ、そこからの反射光を受光し、受光量に基づいて距離を求める。光ファイバ型変位計を用いる場合には、必ずしもダミーターゲット６６を配置する必要はない。
【００３２】
ダミーターゲット６６を配置しない場合には、図２（Ａ）に示した変位計５５と６５との間隔ＤB＋ＤCが直接測定される。直接測定された変位計５５と６５との間隔をＤEとすると、間隔Ｇは、
【００３３】
【数２】
Ｇ＝ＤA＋ＤD−ＤE    ・・・（２）
と表される。
【００３４】
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。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電子ビームの進行に影響を与えるような磁場を発生することなく、２つの対象物の間隔を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例によるギャップ調節装置を使用した電子ビーム近接露光装置の概略図である。
【図２】本発明の実施例によるギャップ調節装置の概略図、及びマスクの正面図である。
【符号の説明】
１０  電子ビーム近接露光装置
１２  電子銃
１４  電子ビーム源
１５  電子ビーム
１６  静電レンズ
１８  アパーチャ
２０  電子ビーム走査装置
２２、２４  主偏向器
２６、２８  副偏向器
３０  ギャップ調節装置
３１  マスク
３２  枠
３３  支持板
３４  メンブレン
４０  ウエハ
４２  レジスト膜
５０  ＸＹ駆動機構
５１  ウエハステージ
５２、６２  Ｚ軸駆動機構
５３  ウエハチャック
５５、６５  静電容量型変位計
６０  マスクチャック
６１  マスクステージ
６６  ダミーターゲット
７０  制御装置
【図１】
0004025049.tif 000002
【図２】
0004025049.tif 000003