JPS6353689B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、半導体ウエハ，バブルウエハ等にマ
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ヤツクに正しく位置合
わせして取り付ける方法、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、紫外線を用
いるフオトリソグラフイが主流であるが、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線リソグラフイ
が注目されている。

第１図は、Ｘ線リソグラフイを用いて、マスク
のパターンをウエ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。本装置はウエハ
１を露光位置に移動させるためのウエハステージ
２、ウエハ１に微小ギヤツプｇだけ隔ててマスク
３を保持するマスクチヤツク４、マスク３に対し
てウエハ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線の源衰しにくいHe
（ヘリウム）等の不活性ガスを封入したチエンバ
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をターゲ
ツト１１に加速して照射することにより発生する
特性Ｘ線を、Ｘ線取出窓１２から取り出す構造で
ある。

Ｘ線リソグラフイに用いるＸ線マスク３は、従
来のフオトリソグラフイ用のフオトマスクとは異
なり、通常、シリコンウエハ（厚さ400ミクロン
位）の表面に、Si₃N₄，BN，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り除去して製作し
たものである。このマスク３は、アライメント検
出光学系５の光軸に、あらかじめ精密に位置合わ
せして、マスクチヤツク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り、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、ウエハステージ２が、露光領
域から移動し去つた後、マスクチヤツク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をセツトし、かつ、装着後、マスクチヤツク４
全体をＸ，Ｙ，θ，Ｚ，及びチルト機構により、
アライメント検出光学系５の光軸に、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，Ｚ及びチルト機構をマスク
チヤツク４に付設する必要があり、機構的に複雑
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３の支持剛性が低
くなり、Ｘ線露光中に、マスク３の静止安定性が
悪くなり、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３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りかつ
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、露光装置にマスクローダを付設する必
要なく、しかも、露光装置のマスクチヤツクに
Ｘ，Ｙ，θ，機構を付設する必要なしに、該マス
クチヤツ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〕

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
けられているウエハ搬送手段、及びウエハ位置合
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
ヤツクに吸着保持されたマスクに設けられている
回路パターンをウエハ上に転写するため、前記の
マスクをチヤツクに装着する方法において、ウエ
ハ搬送用の走行ステージ上に前記のマスクを載置
した後、走行ステージを走行させて該マスクを前
記のチヤツクの下方へ移送し、該マスクを走行ス
テージからチヤツ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、マスク保持用のマスクチ
ヤツクと、ウエハを吸着保持するウエハチヤツク
と、上記ウエハチヤツクを搭載してこれをＸ，
Ｙ，Ｚ，θおよびチルト方向に微動させるウエハ
ステージと、上記ウエハステージを露光位置まで
搬送する搬送手段と露光位置にセツトされたマス
ク及びウエハを露光装置の光軸に対して位置合わ
せする手段とを備えた露光装置用のマスク装着装
置を適用の対象とし、 (a) 前記のウエハチヤツクは前記のマスクを吸着
保持する機能を兼ね備えたものとし、 (b) 上記ウエハチヤツクに対する、前記マスクの
吸着保持位置を概略的に位置合せするプリアラ
イメント用の光学顕微鏡を設け、 (c) 前記のウエハチヤツクは、吸着保持している
マスクを前記のマスクチヤツクに受け渡しし得
る構造としたことを特徴とする。

〔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、ウエハステージ
２によつて支持されているウエハ（図示せず）の
表面にマスクのパターンをステツプ＆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、ウエハ１をウエハチヤツク
１３にセツトし、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
ツト位置として兼用することからはじまる。

ウエハステージ２は、XYステージ１４，θス
テージ１５，ウエハチヤツク（真空チヤツク）１
３，及び、チルト機構１６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。

0′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り、ここには、マスク３
をセツトするためのマスクチヤツク４、これを上
下，及びチルトするためのマスクチルト機構１
８，マスク３とウエハ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を設けてある。

２重焦点アライメント光学系２０は、マスク３
とウエハ１とを微小ギヤツプ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、ギヤツプｇに対応する光路差をプ
リズム２１により設け、光路Ａでは、ウエハ１
を、光路Ｂではマスク３のアライメントマーク
を、それぞれアライメント検出器２２に結像する
ように構成してある。

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３をマスクホルダ３０と
ともに、ウエハチヤツク１３上にセツトし、真空
吸着固定する。マスクホルダ３０及びウエハチヤ
ツク１３の構成を第３図および第４図に示す。

マスクホルダ３０は、円形凹部３１をもつホル
ダベース３２に、マスク３をのせるパツド３３を
マスク３の外周に合わせて円周状に復数個配列し
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、互いに接着してある。また、
パツド３３の中央部には、真空穴３４があり、こ
れは、ホルダベース３２に設けたスルーホール３
５を介して、ウエハチヤツク１３の真空チヤツク
穴３６とつながるようになつている。すなわち、
マスク３をマスクホルダ３０にセツトした状態
で、マスクホルダ３０ごとウエハチヤツク１３で
真空チヤツクすることにより、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３０がマスク３と共に
ウエハチヤツク１３に吸着されるとき、吸着用の
連通孔３４がマスク３の周辺部に対向する構造に
すると、マスク３に設けられパターン支持膜（図
示せず）を歪ませる虞れがない。更に、本実施例
のようにパツド３３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り、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、ウエハチヤツク１３の上
面からパツド３３の上面までの高さ寸法Ｃは、第
１図に示したウエハ１の厚さ寸法Ｃと同一になる
ように構成する。また、パツド３３の上にマスク
３（仮想線で示す）を載置したとき、ウエハチヤ
ツク１３の上面からマスク３の上面までの高さ寸
法h′は、ホルダベース３２の厚さ寸法ｈ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３０と共にウエハチヤツク１３に真空吸着
固定した後、ブ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、ウエハステージ２のＸ，Ｙ，θステージ
１４，１５、及びチルト機構１６により、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、これに搭載したウエハチヤ
ツク１３を対物レンズ１９に対向せしめた状態を
示す。

ウエハアライメントマーク検出用の光路Ａでマ
スク３のアライメントマークを検出し、ウエハチ
ヤツク１３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をマスクチヤツク４に移し
変える動作を示している。まず、マスクチヤツク
４に真空ポンプ４１より真空引きを行ない、次に
マスクチルト機構１８によりマスクチヤツク４を
一様に下降させる。マスクチヤツク４がマスク３
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
ヤツク４とマスク３とのギヤツプｃが約50μｍに
なつた時の電圧値をもつて、マスクチヤツク４の
下降を停止する。（なお、ギヤツプｃと発生電圧
値は、あらかじめ実験により測定しておく）。次
いで、ウエハチヤツク１３の真空をOFFすると、
マスク３は、ギヤツプｃを隔てたマスクチヤツク
４に吸着される。上記のように約50μｍのギヤツ
プを介してマスク３の移し変えを行なうと、ほと
んど位置ずれを起こさずに移し変えできる。

上記のギヤツプｃを０にして、即ち、マスクチ
ヤツク４をマスク３に押し当てて該マスク３の移
し変えをすると、マスクチヤツク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ヤツプｃを０
にしてマスク３の移し変えを行つても良い。

本発明者らの実験によれば、前記のギヤツプｃ
を０にしてマスク３の移し変えを行つた場合、マ
スク３とアライメント光軸との位置ずれ量は1μ
ｍ以下であることが確認された。

第７図は、マスク３をマスクチヤツク４へ移し
変えた後、マスクチルト機構１８によりマスクチ
ヤツク４を上方へ移動し、ウエハステージ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
３０は、マスク３がマスクチヤツク４に移し変え
られた後、再度、ウエハチヤツク１３により真空
チヤツクし、次に０位置に戻つてから、真空チヤ
ツクを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つた
マスク３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）で観側しつ
つ、マスクチルト機構１８で高さ調整をする動作
を示している。この調整をもつて、マスク３は、
アライメント検出光学系２０の光軸上の、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（アンローデイング）
は、装着手順のほぼ逆の動作を行なうことになる
が、アライメント光軸とマスク３の位置合せ、及
びプリアライメントの動作は不要である。

位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３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１７
の代りに、対物レンズ１９と絶対寸法の定まつた
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、これによりマスク３の位置合せをした
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、ウエハステージ２
の位置決め精度が、マスク３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影響を
及ぼすので、この誤差を考虜して、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
くマスクチヤツクにＸ，Ｙ，θ機構を付設する必
要無しに、マスクチヤツ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
図及至第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…ウエハ、２…ウエハステージ、３…マス
ク、４…マスクチヤツク、８…Ｘ線、１３…ウエ
ハチヤツク、１７…プリアライメント用顕微鏡、
２０…アライメント検出光学系、３０…マスクホ
ルダ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ マスク保持用のマスクチヤツクに吸着保持さ
   れたマスクに設けられている回路パターンをウエ
   ハ上に転写するため、前記のマスクをマスクチヤ
   ツクに装着する方法において、ウエハ搬送用の走
   行ステージ上に前記のマスクを載置した後、走行
   ステージを走行させて該マスクを前記のマスクチ
   ヤツクの下方へ移送し、該マスクを走行ステージ
   からマスクチヤツ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線によつて行うものであるこ
   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。 ３ マスク保持用のマスク保持具と、ウエハを吸
   着保持するウエハチヤツクと、上記ウエハチヤツ
   クを搭載してこれをＸ，Ｙ，Ｚ，θおよびチルト
   方向に微動させるウエハステージと、上記ウエハ
   ステージを露光位置まで搬送する搬送手段と、露
   光位置にセツトされたマスク及びウエハを露光装
   置の光軸に対して位置合わせする手段とを備えた
   露光装置用のマスク装着装置において、 (a) 前記のウエハチヤツクは前記のマスクをマス
   ク保持具とともに吸着保持する機能を兼ね備え
   たものとし、 (b) 上記ウエハチヤツクに対する、前記マスクの
   吸着保持位置を概略的に位置合わせするプリア
   ライメント用の光学顕微鏡を設け、 (c) 前記のウエハチヤツクは、吸着保持している
   マスクを前記のマスク保持具に受け渡しし得る
   構造としたことを特徴とするマスク装着装置。 ただし、前記のＸ，Ｙ方向は水平な直交２
   軸、Ｚ軸は垂直軸、θは垂直軸回りの回転角、
   チルトは水平面に対する傾角である。 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、マスク吸着位置を概要的に位置合せ
   するプリアライメント用の光学顕微鏡は、ウエハ
   チヤツクに対してウエハを概略位置合せするプリ
   アライメント用の光学顕微鏡を兼用したものであ
   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。 ６ 前記のマスク保持具は、マスクと共に走行ス
   テージ上に吸着されたとき、吸着用の真空連通孔
   の開口部をパツ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３項に記載のマ
   スク装着装置。 ７ 前記露光装置に設けられているウエハ位置合
   わせ用のアライメント光学系と別個に、該アライ
   メント光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
   合わ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３項に記載のマスク装着装置。