WO2004044966A1 - Aligning method and aligning device in proximity exposure - Google Patents
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
- G03F9/7003—Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
- G03F9/7038—Alignment for proximity or contact printer
Definitions
- the present invention relates to a positioning technique in proximity exposure, and particularly to a positioning technique applicable to proximity exposure using an electron beam or X-ray.
- a mask pattern formed on a bright mask is transferred to a resist layer on a wafer using electron beams or X-rays
- 1: 1 proximity exposure is used.
- the mask is created by forming a mask pattern such as a metal film for shielding X-rays on a mask membrane such as a SiC film or a SiN film that can transmit X-rays.
- a mask having such a mask pattern is referred to as a membrane type.
- the mask can also be manufactured by forming an opening through which an electron beam can pass through a mask membrane such as a thin S-iC film or a SiN film that shields an electron beam to form a mask pattern.
- a mask membrane such as a thin S-iC film or a SiN film that shields an electron beam to form a mask pattern.
- a mask having such a mask pattern is called a stencil type.
- the mask membrane is formed on a supporting substrate such as a silicon wafer, and the supporting substrate is removed in the mask region.
- the area, thickness, strength, etc. of the master membrane are designed to enable efficient exposure and hold the mask pattern with high accuracy.
- the mask membrane does not always have a sufficiently high light transmittance.
- the light transmittance of the membrane decreases as the thickness increases.
- a membrane is formed of a SiC film, it becomes opaque to light when the thickness is about 10 m.
- FIGS. 12A to 12C are diagrams for explaining the alignment between the mask and the wafer by the edge scattered light according to the conventional technique. Since the silicon wafer does not transmit light, the detection light irradiates the wafer mark from above the wafer and detects reflected light, scattered light or diffracted light above the wafer. The wafer mark is detected via a mask membrane holding an exposure mask.
- the edge scattered light E1 from the wafer mark WM is detected through the mask membrane Ml.
- the mask membrane is formed of a film that transmits electron beams and X-rays, the transmittance for detection light is not always high. Therefore, the detection light is affected by the mask membrane Ml. If the mask membrane Ml does not transmit light, the edge scattered light E 2 from the wafer mark WM cannot be detected.
- the wafer mark WM cannot be arranged near the center of the exposure area E.
- the area where the wafer mark WM is arranged is limited to the periphery of the exposure area E.
- the substrate B for holding the mask membrane Ml interferes with the detection light, and a mask mark cannot be arranged in a region near the substrate B on the master membrane Ml.
- One object of the present invention can be applied to a transfer method for transferring a pattern on a first object, for example, a mask, onto a second object, for example, a wafer, wherein the first object and the second object
- An object of the present invention is to provide a positioning method and a positioning device which can easily perform positioning with an object.
- Another object of the present invention can be applied to a transfer method for transferring a pattern on a first object, for example, a mask, onto a second object, for example, a wafer, wherein the first object and the second object are
- An object of the present invention is to provide a novel method and apparatus for performing alignment with an object.
- a first object is placed in close proximity to a second object, 2.
- a positioning method applied to a transfer method of transferring a pattern on an object onto a first object comprising: (a) providing a mark supporting portion having at least a part in which a light transmitting region is defined; Arranging, on a first stage, a first reference mask having a first reference mark formed thereon and a first object having a first alignment mark formed thereon, (b) the first stage Using a first alignment sensor disposed at a second stage, the second stage is provided to face the first stage through a light transmitting region defined by the mark support.
- an alignment method including a step of simultaneously detecting a second alignment mark formed on a second object to be arranged and the first reference mark.
- the relative positional relationship between the second object and the first reference mark By detecting the first reference mark and the second alignment mark at the same time, it is possible to know the relative positional relationship between the second object and the first reference mark. Since the first reference mask on which the first reference mark is formed and the first object are both arranged on the first stage, the relative positions of the two can be measured. If the relative position between the first reference mark and the first object is known, the relative positional relationship between the first object and the second object can be known. Since the second alignment mark is observed through the light transmitting region of the first reference mask, its position can be easily detected.
- the above-described alignment method can be performed using the following apparatus.
- a position used for proximity exposure in which a first object is arranged close to a second object, and a pattern on the second object is transferred to the first object A combining device, comprising: a first stage for holding and moving a first object having a first alignment mark formed thereon; and a second alignment mark opposed to the first stage.
- a first reference mask having a first reference mark formed on the mark support, and a first reference mask disposed on the first stage, wherein the first reference mask passes through a region defined by the mark support that transmits light. 2 can be detected and the first reference mark can be detected.
- First Align device having a ⁇ Lai instrument sensor is provided which can detect. 4. Brief description of drawings
- FIG. 1A is a cross-sectional view showing an alignment device according to a first embodiment of the present invention
- FIGS. 1B and 1C are a bottom view and a cross-sectional view of a reference mark according to one configuration example, respectively
- 1D and 1E are a bottom view and a cross-sectional view of a reference mark according to another configuration example, respectively.
- FIG. 2A is a cross-sectional view of a membrane type mask
- FIG. 2B is a cross-sectional view of a stainless steel type mask
- FIG. 2C is a cross-sectional view of a wafer
- FIG. 2D is a cross-sectional view showing a configuration in which a mask mark and a stencil-type reference mark are detected by a chromatic aberration double focus optical system
- FIG. 2E is a cross-sectional view showing a configuration in which a mask mark and a membrane-type reference mark are detected by an edge scattered light oblique detection system.
- 3A to 3D are cross-sectional views illustrating a positioning method using the positioning device of the first embodiment.
- FIG. 4A is a cross-sectional view showing a positioning device according to a second embodiment of the present invention
- FIGS. 4B and 4C are plan views of a reference mark and a wafer mark.
- 5A to 5D are cross-sectional views illustrating a positioning method using the positioning device according to the second embodiment.
- 6A to 6D are cross-sectional views illustrating a positioning method using the positioning device according to the second embodiment.
- FIG. 7A is a cross-sectional view illustrating a positioning device according to a third embodiment of the present invention
- FIG. 7B is a plan view of a reference mark and a wafer mark.
- FIGS. 8A to 8D are cross-sectional views illustrating a positioning method using the positioning device according to the third embodiment.
- 9A to 9D are cross-sectional views illustrating a positioning method using the positioning device according to the third embodiment.
- FIGS. 10A and 10B are cross-sectional views showing a modification of the above embodiment
- FIGS. 10C and 1OD are a plan view and a cross-sectional view showing a height adjusting mechanism of a reference mask, respectively. Confuse.
- FIG. 11A and FIG. 11B are a perspective view and a sectional view, respectively, of a main part of the mask.
- FIG. 11C and FIG. 1 ID are cross-sectional views of main parts of the reference mask.
- FIGS. 122 to 12C are diagrams for explaining a conventional technique.
- FIG. 13 is a cross-sectional view of a main part of the positioning device according to the fourth embodiment.
- FIGS. 14 to 14C are cross-sectional views illustrating a method for performing alignment using the alignment apparatus according to the fourth embodiment.
- FIG. 15 is a cross-sectional view of a main part of the positioning device according to the fifth embodiment.
- FIG. 16 is a plan view of a mask used in the alignment device according to the fifth embodiment.
- FIG. 17 is a sectional view of a main part of an alignment device according to a sixth embodiment.
- FIG. 18A is a plan view of a mask used in the alignment device according to the sixth embodiment, and
- FIG. 18B is a plan view of a reference mark portion.
- FIG. 19A is a plan view of a mask having another configuration used in the alignment device according to the sixth embodiment
- FIG. 19B is a plan view of a reference mark portion.
- FIGS. 20A and 20B are bottom views of the wafer-side reference mask of the alignment apparatus according to the sixth embodiment.
- FIGS. 21A and 21B are a plan view and a cross-sectional view, respectively, of a main part of an alignment device according to a seventh embodiment.
- FIGS. 22A to 22D are cross-sectional views illustrating a method for performing alignment using the alignment apparatus according to the seventh embodiment.
- 1A to 3D show an alignment method and an alignment device according to a first embodiment of the present invention.
- the mask stage 11 has an exposure opening E through which an electron beam or an X-ray is transmitted.
- a mask M having an exposure pattern is held on a surface of the mask stage 11 including the exposure opening E.
- the mask M further has a mask mark MM in the exposure area.
- the mask stage 11 further holds a wafer alignment sensor WS.
- Wafer stage 12 includes, for example, coarse movement stage 13 and fine movement stage 14. On coarse movement stage 13, a heavy mask alignment sensor MS is arranged. On the fine movement stage 14, a wafer W on which an exposure resist layer is formed is arranged, and a small and lightweight reference mask R is arranged. The wafer W has a wafer mark WM, and the reference mask R has a reference mark RM on a light-transmissive mark support.
- the mask M and the wafer W are opposed to each other with an interval of several tens of microns or less.
- the mask alignment sensor MS has a function of simultaneously detecting the reference mark RM of the reference mask R and the mask mark MM on the mask M.
- the wafer alignment sensor WS has a function of detecting the wafer mark WM of the wafer W placed on the wafer stage 12 and detecting the reference mark RM formed on the mark support portion of the reference mask R.
- FIGS. 1B and 1C are a bottom view and a cross-sectional view illustrating one configuration example of the reference mask R.
- a light-transmitting membrane 16 (reference mask membrane, mark support) formed of a silicon nitride film, a silicon carbide film, or the like is formed on a support 15 formed of a silicon substrate.
- An opening 17 is formed in a predetermined area of the reference mask membrane 16 to form a reference mark RMa.
- the reference mark RMa can be detected by forming an optical image.
- the dimension X12 of the reference mask is, for example, about 10 mm X 10 mm, and the dimension x11 of the opening of the support substrate 15 is, for example, 3 mm X 3 mm.
- FIG. 1D and 1E show other examples of the configuration of the reference mask.
- a reference mask membrane 16 is formed on a supporting substrate 15 such as a silicon substrate, and an X-ray absorber pattern (or opaque pattern) 18 is formed thereon.
- X-ray absorber pattern (or opaque pattern) 18 constitutes reference mark RMb
- Reference mark RMb reflects the reference mark detection detection light or its edge is the reference mark detection detection It has the function of scattering light. Form an optical image of reflected or scattered light By doing so, the reference mark can be detected. When detecting edge scattered light, the direction of illumination light of the reference mark and the measurement direction of edge scattered light can be selected to be asymmetrical.
- the pattern of the X-ray absorber used here is an example, and any pattern that can reflect or scatter the detection light for reference mark detection so that the reference mark RMb can be detected is used.
- a pattern made of a substance other than the body may be used.
- the reference mark RM can be detected from the wafer stage 12 ⁇ J (bottom in Fig. 1A) by the mask alignment sensor MS, and from the mask stage 11 side (top in Fig. 1A) by the wafer alignment sensor WS. can do.
- the mask mark MM is moved downward by the mask alignment sensor MS through the light-transmitting mark support (master membrane) of the reference mask RM, that is, by observing the detection light transmitted through the mark support. Can be detected.
- the wafer mark WM can be detected from above by the wafer alignment sensor WS.
- the mark support portion itself may be formed of a material that does not transmit light, and an opening for transmitting light may be formed in a part of the mark support portion.
- the mask mark MM is detected by the mask alignment sensor MS through an opening formed in the mark support. In either case, the mask mark MM is detected by the mask alignment sensor MS via the reference mask.
- FIG. 2A shows a configuration example of a membrane type mask.
- the mask M is formed by forming a mask membrane 22 such as a silicon nitride film or a silicon carbide film on a supporting substrate 21 such as a silicon substrate, and then masking the mask mark 23 (MM) with a shielding material such as a metal and exposing the mask membrane 23.
- a mask membrane 22 such as a silicon nitride film or a silicon carbide film
- a supporting substrate 21 such as a silicon substrate
- a shielding material such as a metal and exposing the mask membrane 23.
- It has a configuration in which a pattern 24 is formed, and the support substrate 21 below a region where the mark and the pattern are present is removed by etching.
- the material, thickness and the like of the mask membrane 22 are selected so as to transmit an exposure energy beam such as an X-ray.
- FIG. 2B shows a configuration example of a stencil type mask.
- the structure of the supporting substrate 21 and the mask membrane 22
- FIG. 2C shows a configuration example of the wafer W.
- Wafer W is a semiconductor substrate such as a silicon substrate
- a detectable protrusion pattern (or concave pattern) 26 is formed of, for example, a metal film or the like, and constitutes a wafer mark WM.
- a resist layer 27 is formed so as to cover the wafer mark WM.
- the wafer W and the mask M are opposed to each other with a gap of several tens of microns or less. It is desired that the mask alignment sensor MS simultaneously detects the reference mark RM of the reference mask R placed on the same fine movement stage as the wafer W and the mask mark MM on the mask M.
- FIG. 2D shows a chromatic aberration bifocal optical system in which the mask mark MM formed on the mask membrane 22 of the mask M and the stencil-type reference mark RMa formed on the reference membrane 16 of the reference mask are used.
- the configuration to detect at 28 is shown.
- the chromatic aberration double focal point optical system 28 has different focal lengths f ( ⁇ ) depending on the wavelength of light, and exhibits two focal lengths for illumination light of two wavelengths.
- a mask mark MM on the mask membrane 22 and a reference mark RMa on the reference mask membrane 16 are arranged at different positions.
- the image of the mask mark MM and the reference mark RMa is formed on the same image plane 29 by the chromatic aberration bifocal optical system 28.
- FIG. 2E schematically shows a configuration in a case where the mask alignment sensor MS is an edge scattered light oblique detection system.
- the point that the mask mark MM is formed on the master membrane 22 is the same as in FIG. 2D, but in FIG. 2E, the reference mark RM b of the membrane type is formed on the reference mask membrane 16 .
- the optical axis of the edge scattering light oblique detection system 31 is arranged obliquely with respect to the normal line of the mask M and the reference mask R.
- Edge scattered light oblique detection system 31 The relative position between mask mark MM and reference mark RM b is detected in the direction perpendicular to the virtual plane including the optical axis of 1 and the normal to mask M and reference mask R. Is done.
- An object plane 32 and an image plane 33 are set in a plane perpendicular to the optical axis of the edge scattered light oblique detection system 31.
- the mask mark MM and the reference mark RMb arranged near the object plane 32 are imaged on the image plane 33.
- the detection direction is limited to one direction in the object plane.
- Edge scattered light oblique detection system The details of the position detection using the method are disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-2424036.
- FIGS. 3A to 3D are cross-sectional views showing an alignment method for aligning the mask M and the wafer W using the configuration shown in FIG. 1A.
- the mask alignment sensor MS aligns the reference mark RM of the reference mask scale with the mask mark MM of the mask M.
- the position of the mask mark MM (reference mark RM) with respect to the reference point X0 is A1
- the wafer stage is moved, and the reference mask R is referenced by the wafer alignment sensor WS.
- Mark RM is detected.
- the position of the reference mark RM (wafer alignment sensor WS) with respect to the reference position X0 is set to B1.
- the coarse movement stage 13 is moved, and the wafer alignment sensor WS Detects wafer mark WM.
- the position of the reference mark RM with respect to the reference position is defined as C1.
- 3A to 3C show that the reference mark RM and the mask mark MM are simultaneously detected by the mask alignment sensor MS, and the reference mark RM and the wafer mark WM are detected by the wafer alignment sensor WS. .
- FIG. 3D shows the principle of aligning the wafer W and the mask M based on these results.
- the difference between the position of the reference mark RM and the position of the mask mark MM is B1-A1.
- the mask alignment sensor MS simultaneously detects the reference mark RM on the reference mask R and the mask mark MM on the mask M.
- the reference mask R can be formed to be lightweight and small, and the transmittance of the reference mask membrane can be set high. Therefore, simultaneous detection of the reference mark RM and the mask mark MM is facilitated.
- the wafer alignment sensor WS directly detects the reference mark RM and the wafer mark WM without passing through the mask M. Therefore, the detection accuracy can be increased. Based on these highly accurate detection processes, it is possible to set the relative position between the wafer W and the mask M with high accuracy.
- the alignment mark detection method of the mask alignment sensor MS and the wafer alignment sensor WS is the same detection method of detecting edge scattered light, for example. It may be desired to detect the alignment mark by another detection method such as optical image detection using specularly reflected light.
- 4A to 6D are a cross-sectional view and a plan view illustrating alignment according to the second embodiment of the present invention.
- two types of wafer alignment sensors WS1 and WS2 are placed on the mask stage 11 and two types of wafer marks WM1 and WM2 are placed on the wafer W for reference.
- Two types of reference marks RM 1 and RM 2 are formed on the mask R.
- Two types of sensors and two types of marks enable two types of measurement methods.
- the two types of measurement methods are, for example, edge scattered light detection and pattern contour detection using specularly reflected light using an optical microscope.
- FIG. 4B shows a configuration of a mark used for detecting edge scattered light.
- the first reference mark RM1 and the first wafer mark WM1 are formed of a pattern having an edge that generates edge scattered light, for example, a plurality of rows of isolated patterns arranged in one direction.
- the dimensions and shape of the first reference mark RM1 and the first wafer mark WM1 are the same.
- the second reference mark RM2 and the second wafer mark WM2 for detecting the optical image are formed by a pattern suitable for detecting the outline, for example, a plurality of stripe patterns. You.
- the size and shape of the second reference mark RM2 and the second wafer mark WM2 are the same.
- FIGS. 5A to 5D show a process of performing the first alignment using the first wafer alignment sensor WS1, the first reference mark RM1, and the first wafer mark WM1.
- the first alignment mark is provided by the mask alignment sensor MS.
- the mark RM1 and the mask mark MM are detected simultaneously by edge scattered light and the like.
- the measurement position at this time is A21. This is the same process as in FIG. 3A.
- the first reference mark RM1 is detected using the first wafer alignment sensor WS1.
- the measurement position at this time is B21. This is the same step as FIG. 3B.
- the first wafer mark WM1 is detected using the first wafer alignment sensor WS1.
- the measurement position at this time is C21. This is the same step as FIG. 3C.
- the difference X21 between the position of the first wafer mark WM1 and the position of the mask mark MM is obtained using the results of FIGS. 5A to 5C. This is the same process as in FIG. 3D.
- the position difference X 21 is
- X21 B 21-A21- (C 21 -B 21)
- FIGS. 6A to 6D show a process of performing a second alignment using the second wafer alignment sensor WS2, the second reference mark RM2, and the second wafer mark WM2.
- the first reference mark RM1 and the mask mark MM are simultaneously detected using the mask alignment sensor MS.
- the measurement position at this time is A22.
- This process uses the same edge scattered light detection as in Figure 5A to detect two marks at different heights.
- the position of the reference mark RM1 with respect to the reference position is A22.
- the second wafer alignment sensor WS2 detects specularly reflected light or the like from the second reference mark RM2, and the alignment is performed. At this time, the position of the first reference mark RM1 with respect to the reference position is B22. The first reference mark RM1 and the second reference mark RM2 are arranged at a predetermined distance D. As shown in FIG. 6C, the second wafer mark WM2 is detected using the second wafer alignment sensor WS2. The position of the first reference mark RM1 with respect to the reference position at this time is C22.
- the step shown in FIG. 6A is the same as the step shown in FIG. 5A, and thus the step in FIG. 6A may be omitted.
- the distance A22 may be replaced with A21.
- two types of wafer alignment sensors are provided, and two types of reference marks and wafer marks are formed in correspondence with each of the sensors. It is also possible to use one type of reference mark and one type of wafer mark to support measurement by two types of wafer alignment sensors.
- 7A to 9D are a cross-sectional view and a plan view illustrating an alignment step according to a third embodiment of the present invention.
- a first wafer alignment sensor WS1 which is an edge scattered light oblique detection system
- a second wafer alignment sensor which is a contour detection system using specularly reflected light
- a wafer alignment sensor WS 2 is provided on the wafer fine stage 14
- a reference mask R and a wafer W are arranged on the wafer fine stage 14.
- the reference mask R has a reference mark RM1
- the wafer W has a wafer mark WM1.
- FIG. 7B shows a configuration example of the wafer mark WM1 and the reference mark RM1.
- the wafer mark WM 1 and the reference mark RM 1 are each composed of a set of isolated patterns arranged in a plurality of rows, and can perform an alignment mark function by the edge of each isolated pattern and the outline of the set of isolated patterns. .
- the dimensions and shape of the reference mark RM1 and the wafer mark WM1 are the same.
- FIGS. 8A to 8D show a process of performing first alignment by detecting edge scattered light using the first wafer alignment sensor WS1, the reference mark RM1, and the wafer mark WM1.
- the mask alignment sensor MS simultaneously detects the reference mark RM of the reference mask scale and the mask mark MM of the mask M by the edge scattered light.
- the position of the reference mark RM1 with respect to the reference position at this time is A31.
- FIG. 8B shows a step of detecting the reference mark RM1 on the reference mask R by the wafer alignment sensor WS1.
- the reference mark RM for the reference position The position of 1 is B31. .
- FIG. 8C shows a process of detecting wafer mark WM1 by wafer alignment sensor WS1. At this time, the position of the reference mark RM1 with respect to the reference position is C31.
- FIG. 8D shows a step of determining the relative position between the mask M and the wafer W using the results of FIGS. 8A to 8C.
- the difference X 31 between the position of the mask mark MM on the mask M and the position of the wafer mark WM 1 on the wafer W is
- X31 B 31-A31- (C 31-B 31)
- 9A to 9D show a process of performing the second alignment using the second wafer alignment sensor WS2, the reference mark RM1, and the wafer mark WM1.
- the mask alignment sensor MS simultaneously detects the reference mark RM1 of the reference mask and the mask mark MM of the mask M. At this time, the position of the reference mark RM1 with respect to the reference position is A32.
- the reference mark RM1 is detected by the second wafer alignment sensor WS2. At this time, the position of the reference mark RM1 with respect to the reference position is B32.
- the wafer mark WM1 of Ueno and W is detected using the second wafer alignment sensor WS2.
- the position of the reference mark R Ml with respect to the reference position is defined as C32.
- FIG. 9D shows a process of aligning the wafer W and the mask M using the results of FIGS. 9A to 9C.
- the difference X 32 in the relative position between the mask M and the wafer W is
- X 32 B 32 -A 32- (C 32 -B 32)
- the reference mark RM on the reference mask R and the wafer mark WM on the wafer W are detected by the same wafer alignment sensor WS. If the height of the reference mark RM is different from the height of the wafer mark WM, the detection accuracy decreases. You.
- FIG. 10A shows a case where the thickness of the reference mask R is larger than the thickness of the wafer W, and the reference mark RM is arranged at a position higher than the wafer mark WM .
- FIG. 10B shows a case where the thickness of the reference mask R is smaller than the thickness of the wafer W, and the reference mark RM is located at a position lower than the wafer mark WM.
- the same wafer alignment sensor W S is used to detect the reference mark RM and the wafer mark WM having different distances along the optical axis within the depth of focus and try to detect them, the magnification cannot be increased, and the detection accuracy decreases.
- FIG. 10C shows a configuration in which the height of the reference mask R can be adjusted.
- Ueno and W are arranged, and a reference mask R is arranged via a height adjusting mechanism 91.
- the height adjusting mechanism 91 includes a piezoelectric element or the like, and can adjust the height of the reference mask R.
- the height adjusting mechanism 91 adjusts the height of the reference mask R to be equal to the height of the wafer W. By eliminating the difference in height between the reference mask R and the wafer mark WM, it is possible to increase the magnification of the wafer alignment sensor WS and improve the detection sensitivity.
- a mask in which a membrane is formed on a silicon substrate, an exposure pattern is formed on the membrane, and the silicon substrate below the exposure pattern is removed.
- the mask is formed by either a membrane type or a stencil type.
- FIG. 11A shows a configuration example of a mask.
- a mask membrane such as silicon nitride film and silicon carbide B
- selective etching from the back surface of the silicon substrate leaves minor struts 51, and a plurality of regions of the substrate corresponding to the exposure region are formed.
- the thickness of the mask membrane 52 is, for example, 2 ⁇
- the height of the minor strut 51 is equal to the thickness of the silicon substrate used, for example, about 0.75 mm.
- the width of the minor strut 51 is, for example, 170 ⁇ m.
- the area defined by the minor strut 51 is an exposure area, and the minor strut 51 is defined as an unexposed (shielded) area defining the exposure area.
- the minor strut 51 is defined as an unexposed (shielded) area defining the exposure area.
- the area on the membrane 52 corresponding to the minor strut 51 cannot be used for exposure.
- a mask mark 53 can be formed on the surface of the membrane corresponding to the minor strut 51.
- the area having a width of 170 m is a sufficient area for arranging the alignment mark. According to this configuration, a large area for arranging the mask marks 53 can be secured.
- the reference mask is formed by an opening formed in a membrane formed on a holding substrate such as a silicon substrate or an opaque pattern on the membrane.
- the reference mask is a mask used only for alignment, and does not need to have the same configuration as the exposure mask.
- the reference mark 18 is formed by the opening in the loop.
- the transparent substrate 35 is formed of, for example, a thin SiCB film or a thin SiN film having a thickness of about 2 to 3 ⁇ .
- the reference mark 18 is made of, for example, a heavy metal (for example, Ta (tantalum) or the like) in the case of the membrane type shown in FIG. It is formed by providing.
- FIG. 13 is a cross-sectional view of a positioning device according to the fourth embodiment.
- the wafer stage 12 and the mask alignment sensor MS have the same configuration as that of the alignment device according to the first embodiment shown in FIG. 1A.
- the wafer W and the wafer-side reference mask WRM are arranged on the fine movement stage 14 of the wafer stage 12.
- the wafer-side reference mask WR has the same configuration as the reference mask R shown in FIGS. 1B to 1E, and has a wafer-side reference mark WRM in a light-transmissive mark holding unit.
- FIG. 1A schematically shows the mask stage 11. More specifically, the mask stage 11 includes a mask chuck 100, a displacement mechanism 101, and a support base (support base) 10. It is composed including two.
- the support base 102 is The coarse movement stage 13 is fixed to the base on which it is mounted.
- the support base 102 supports the displacement mechanism 101, and the displacement mechanism 101 supports the mask check 100.
- the mask M and the mask-side reference mask MR are fixed to the bottom surface of the mask chuck 100.
- the mask-side reference mask MR has the same configuration as the reference mask R shown in FIGS. 1B to 1E, and has a mask-side reference mark MRM in a light-transmissive mark holding unit.
- the mask M and the mask-side reference mask MR face the wafer W and the wafer-side reference mask WR with a small gap (proximity gap) therebetween.
- the displacement mechanism 101 has a structure similar to that of the mask stage disclosed in FIG. 2 of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-3553115, and the mask held by the mask chuck 100. M can be displaced minutely in the rotation direction around the axis perpendicular to the mask surface and in the tilt direction.
- the mask chuck 100 is provided with a wafer alignment sensor WS having a window (through-hole) in a region where the transfer pattern of the mask M is formed and a region corresponding to the mark support portion of the mask-side reference mask MR. Attached to the support base 102.
- the wafer alignment sensor WS passes one of the wafer-side reference mark WRM and the wafer-side mark WM to the mask-side reference mark MRM through the window formed in the mask chuck 100 and the mark support of the mask-side reference mask MR. It can be detected at the same time.
- the wafer alignment sensor WS it is possible to use the chromatic aberration double focal point optical system shown in Fig. 2D or the one using the edge scattered light oblique detection system shown in Fig. 2E. it can.
- a positioning method according to the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 14 to 14D.
- the mask alignment sensor MS simultaneously detects the wafer-side reference mark WRM and the mask mark MM of the mask M. This method is similar to the method described with reference to FIG. 3A, and the position A1 of the mask mark MM (wafer-side reference mark WRM) with respect to the reference point X0 is obtained.
- the sensor WS simultaneously detects the mask-side reference mark MRM and the wafer mark WM. At this time, the position C1 of the wafer side reference mark WRM with respect to the reference position X0 is obtained.
- the wafer alignment sensor WS detects only the wafer mark WM or only the wafer side reference mark WRM without detecting the mask-side reference mark MRM. Had been detected. Therefore, the accuracy of the positions B1 and C1 shown in FIGS. 3B and 3C depends on the position accuracy of the wafer alignment sensor WS. If the relative position of the wafer alignment sensor WS deviates from the reference position X0 (mask M) between the time when the position B1 is detected and the time when the position C1 is detected, an error occurs in the difference X1 to be obtained. Occurs.
- the positions of the wafer mark WM and the wafer reference mark WRM are detected with reference to the mask-side reference mark MRM. Therefore, the position of the wafer mark WM and the position of the wafer-side reference mark WRM can be detected without depending on the relative position of the wafer alignment sensor WS with respect to the reference position X0 (mask M).
- the mask-side reference mask MR is fixed together with the mask M to the mask chuck 100 shown in FIG. Therefore, the relative position of the mask-side reference mask MR with respect to the mask M is not easily shifted. Therefore, the position C1 shown in FIG. 14B and the position B1 shown in FIG. 14C can be detected with high accuracy. As a result, the alignment accuracy between the wafer mark WM and the mask mark MM can be improved.
- FIG. 15 is a cross-sectional view of a positioning device according to the fifth embodiment.
- the mask-side reference mark MRM is formed on the mask-side reference mask MR separate from the mask M.
- the mask-side reference mark MRM is formed in the mask M.
- the wafer alignment sensor WS can detect the mask-side reference mark MRM formed in the mask M.
- FIG. 16 shows a plan view of the mask M.
- a transfer pattern section MP on which a pattern to be transferred is formed is arranged in the support substrate MSP, and a reference mark section MRA is arranged at a position different from the transfer pattern section MP.
- the mask mark MM is arranged in the transfer pattern section MP.
- the reference mark portion MRA is composed of a light-transmissive mark support portion MRS and a mask-side reference mark MRM disposed in the mark support portion MRS.
- the diameter of the support substrate MSP is 200 mm (8 inches)
- the transfer pattern part MP is a rectangle of 5 O mm X 66 mm
- the reference mark part MR A is 2 mm X 2 mm to 3 mm X 3 mm square.
- the mask-side reference mark MRM since the mask-side reference mark MRM is disposed in the mask M, the mask-side reference mark MRM and the mask mark MM are compared with the case of the embodiment 4 shown in FIG. You can get closer. When they approach each other, the wafer mark RM and the mask-side reference mark MRM are simultaneously detected from the state shown in Fig. 14A, in which the wafer-side reference mark WRM and the mask mark MM are simultaneously detected. The moving distance of the wafer stage 12 when changing to the state B becomes short.
- the moving distance of the wafer stage 12 can be shortened, so that more accurate alignment can be performed.
- the wafer alignment sensor W S using the chromatic aberration double focus optical system shown in FIG. 2D is adopted, the position in two directions can be detected with one mask-side reference mark M R M.
- FIG. 17 is a cross-sectional view of an alignment device according to the sixth embodiment.
- edge scattered light oblique detection devices 110X and 110Y are arranged in place of the wafer alignment sensor WS shown in FIG.
- Edge scattered light oblique detection device 1 1 O x is attached to the support base 102 so as to be movable in the y-axis direction
- the edge scattered light oblique detection device 110 y is attached to the support base 102 so as to be movable in the X-axis direction.
- Edge scattered light oblique detection device 110 The optical axis of X is tilted in the y-axis direction from the normal direction (z-axis direction) of the mask M, and the edge scattered light oblique detection device 110 Oy The optical axis is inclined in the X-axis direction from the normal direction of the mask M.
- the wafer-side reference mask WR attached to the wafer stage 12 is provided with a wafer-side reference mark WRM for X and a wafer-side reference mark WRMy for y.
- an edge scattered light oblique detection device 111 for X and an edge scattered light oblique detection device 111 for y are arranged.
- FIG. 18A shows a plan view of the mask M.
- FIG. A transfer pattern section MP on which a pattern to be transferred is formed is arranged in the support substrate MSP, and a reference mark section for X MR A reference mark section for x and y is provided at a position different from the transfer pattern section MP.
- MR A y is located.
- the transfer pattern portion MP the X mask mark MMx and the y mask mark MMy are arranged.
- the X reference mark portion MR Ax is composed of a light-transmissive mark support portion and an X mask-side reference mark M R MX disposed in the mark support portion.
- the y reference mark section MRAy has the same configuration, and is composed of a mark support section and the y mask side reference mark MRMy.
- FIG. 18B shows a plan view of the X reference mark portion MR Ax.
- the configuration of the reference mark portion MRAy for y is the same as that of the reference mark portion MRAx for X.
- An X mask-side reference mark MRMx is arranged in the light-transmissive mark support MRS X.
- the mask mark reference mark MRMx for x has the same configuration as the mark for edge scattered light shown in FIG.2E or FIG.4B, and has a plurality of marks arranged at least in the y direction, preferably in a matrix. Including the edge of
- Windows WI X penetrating the mark support portion M RS X are arranged on both sides of the X mask side reference mark M R MX in the axial direction. Through this window WIx, it is possible to observe the mark for edge scattered light on the wafer side.
- FIG. 19A shows another configuration example of the mask M.
- the reference mark portions for X and y are separately arranged, but in the mask M in FIG. 19A, the reference mark portion for X is provided in one reference mark portion MR A.
- Mask side reference mark For MRMx and y A mask-side reference mark MRM y is arranged.
- FIG. 19B shows a plan view of the reference mark portion MRA.
- a window Mix is arranged on both sides of the X-side mask reference mark M RM x (positive side and negative side in the X-axis direction), and both sides of the y-side mask side reference mark MRM y
- the window MI y is located on the (negative side).
- the mask-side reference mark MRM X for X and the mask-side reference mark MRM y for y have the same configuration as the mask-side reference mark shown in FIG. 18A.
- Figure 2OA shows a bottom view of the wafer-side reference mask WR.
- the rectangular light-transmissive mark holding part WRS is captured by the beam WB.
- the beam WB includes, for example, an outer peripheral portion slightly around the outer peripheral line of the mark holding portion WRS, and a connecting portion connecting midpoints of two sides of the outer peripheral portion facing each other. .
- the wafer reference mark WRM X for X is placed in one section divided by the beam WB, and the wafer side reference mark WRM y for y is placed on the diagonal of the section where the x wafer side reference mark WRM x is placed. It is located within the location compartment.
- the X wafer-side reference mark WRM x is composed of a pair of edges arranged at a distance in the X direction, and each edge group has a plurality of edges arranged at least in the y direction, preferably in a matrix.
- the y- wafer-side reference mark WRM y is composed of a pair of edge groups arranged apart from each other in the y direction, and each edge group has a plurality of edges arranged at least in the X direction, preferably in a matrix.
- the beam may be omitted.
- the basic principle of the position detection method according to the sixth embodiment is the same as the principle described in FIGS. 14A to 14C.
- Steps corresponding to the steps shown in FIG. 14A will be described.
- the edge scattered light oblique detector for X on the wafer stage 12 side shown in Fig. 17 1 11 X allows the X mask mark MM x shown in Fig. 0 Simultaneously detects X reference mark part WRM x shown in B.
- the position of the wafer stage 12 is adjusted such that the X mask mark MMx is located between the pair of edge groups of the X wafer side reference mark WRMx.
- the X mask mark MMx is observed through the mark holding portion WRS between the pair of wedge groups.
- the X mask mark MM x The relative positional relationship between X and the wafer-side reference mark WRM x for x is accurately measured.
- the relative positional relationship in the y direction between the mask mark MM y for y and the wafer-side reference mark WRM y for y can be accurately measured.
- Steps corresponding to the steps shown in FIG. 14C will be described.
- the process shown in FIG. 14B is the same as the detection principle in the process of FIG. 14C, except that the wafer-side reference mark in FIG. 14C is replaced with a wafer mark.
- the X edge scattered light oblique detection device 1 1 O x shown in FIG. 17 allows the X mask side reference mark MRM x shown in FIG. 18 B and the X shown in FIG. 2 OA or FIG.
- For reference mark part WRM x is detected at the same time.
- the position of the wafer stage 12 is adjusted so that the X mask side reference mark MRM x is located between the pair of edge groups of the X wafer side reference mark WRM x.
- the wafer reference mark WRM x for X is observed through the windows W I X on both sides of the reference mark MRM x for X. Thereby, the relative positional relationship in the x direction between the X mask-side reference mark MRM x and the X wafer-side reference mark WRM x is accurately measured.
- the relative positional relationship in the y direction between the mask side reference mark MRM y for y and the wafer side reference mark W RM y for y can be accurately measured.
- the edge scattered light oblique detection device 110 X and 110 Y are masked
- the mask mark MM formed on the M and the wafer mark WM formed on the wafer W can be simultaneously detected, and the two can be aligned.
- 21A and 21B are a plan view and a cross-sectional view, respectively, of a main part of an alignment device according to a seventh embodiment.
- the mask stage 11 is constituted by the mask chuck 100, the displacement mechanism 101, and the support base 102.
- Mask M is held in mask chuck 100.
- a wafer W is held by a wafer stage similar to the wafer stage 12 shown in FIG.
- a mask mark MM is formed in a transfer pattern portion of the mask M.
- Mask M A window Hy penetrating the support substrate is formed.
- Wafer mark WM is formed on wafer W.
- the edge scattered light oblique detection device 110 is supported by the support base 102 by the X-direction moving mechanism 120, the y-direction moving mechanism 122, and the optical axis direction moving mechanism 122. I have.
- the X-direction movement mechanism 120 and the y-direction movement mechanism 121 translate the edge scattered light oblique detection mechanism 110 y in the X-axis direction and the y-axis direction, respectively.
- the optical axis direction moving mechanism 122 moves the edge scattered light oblique detection mechanism 110y in the optical axis direction.
- the optical axis of the edge scattered light oblique detection device 110 y is parallel to the z x plane and is inclined from the z axis.
- edge scattered light oblique detection device 110X is supported by the support base 102.
- the optical axis of the edge scattered light oblique detection device 110 X is parallel to the yz plane and is inclined from the z-axis direction.
- a window 101A through which an electron beam for exposure passes is formed in the center of the disk of the displacement mechanism 101. Cut portions 101B and 101C are formed in a part of the outer periphery of the window 101A.
- the edge scattered light oblique detection device 110 y observes the wafer mark WM and the wafer side reference mark WRM (see Fig. 13). The posture is controlled so that the ⁇ comes into contact with the notch 101 B.
- the edge scattered light oblique detection device 110 y can observe the wafer mark WM and the wafer-side reference mark WRM through the window H y formed in the mask M in a state of being in contact with the notch 101 B. it can.
- the tip of the barrel of the edge scattered light oblique detection device 110X comes into contact with the cutout portion 101C.
- the tip of the lens barrel of the edge scattered light oblique detection device 110 y is in contact with the notch 110 B, its posture can be stabilized. Therefore, the positions of the wafer mark WM and the wafer-side reference mark WRM in the y-axis direction can be measured with high accuracy based on the optical axis of the edge scattered light oblique detection device 110y. Similarly, the position of the wafer mark and the mask mark in the X-axis direction can be detected with high accuracy by the edge scattered light oblique detection device 110X.
- the disk of the displacement mechanism 101 is rotatable around a central axis parallel to the z-axis, but its rotation angle is extremely small. Displacement mechanism 101 The disk of 1 changes in the rotation direction by a small angle. Even if it is positioned, the tip of the lens barrel of the edge scattered light oblique detection device 110y can be stably brought into contact with the cut portion 101B. Note that the displacement mechanism 101 is fixed during the period of performing the alignment using the edge scattered light oblique detection device 110y. With reference to FIGS. 22A to 22D, a description will be given of a method of performing positioning using the positioning apparatus according to the seventh embodiment.
- the mask alignment sensor MS aligns the wafer-side reference mark WRM of the wafer-side reference mask WR with the mask mark MM of the mask M.
- the position of the mask mark MM (the wafer side reference mark WRM) with respect to the reference point Y0 is defined as A1.
- the wafer stage is moved, and the wafer side reference mark WRM of the wafer side reference mask WR is detected by the edge scattered light oblique detection device 110 y.
- the position of the reference mark WRM on the wafer side with respect to the reference position Y O is B 1.
- the tip of the lens barrel of the edge scattered light oblique detection device 110 y comes into contact with the cut portion 101 B of the displacement mechanism 101, as shown in FIGS. 21A and 21B. And the posture is kept stable.
- the coarse movement stage 13 is moved, and the wafer mark WM is detected by the edge scattered light oblique detection device 11 Oy.
- the position of the wafer-side reference mark WRM with respect to the reference position Y0 is defined as C1.
- FIG. 22D shows the principle of aligning the wafer W and the mask M based on these results.
- the wafer-side reference mark WRM is detected by the edge scattered light oblique detection device 110 y
- the difference between the position of the wafer-side reference mark WRM and the position of the mask mark MM is B1-A1.
- the alignment in the y-axis direction can be performed.
- the wafer scatter mark and the mask mark can be aligned in the ⁇ - axis direction using the edge scattered light oblique detection device 110X.
- the apparatus and method for aligning the toes were described by taking proximity exposure as an example.
- this apparatus and method for aligning the positions may be applied to other pattern transfer methods. it can.
- it can be applied to alignment between a mold and a wafer in nanoimprint technology.
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Abstract
Description
近接露光における位置合わせ方法と位置合わせ装置 Positioning method and device in proximity exposure
1 . 技術分野 1. Technical Field
本発明は、 近接露光における位置合わせ技術に関し、 特に電子線、 または X線 を用いた近接露光に適用可能な位置合わせ技術に関する。 The present invention relates to a positioning technique in proximity exposure, and particularly to a positioning technique applicable to proximity exposure using an electron beam or X-ray.
2 . 背景技術 2. Background technology
電子線または X線を用いて明マスク上に形成したパターンをウェハ上のレジスト 層に転写する場合、 1 : 1の近接露光が用いられる。 マスクは、 X線を透過でき る S i C膜、 S i N膜等のマスクメンブレン上に X線を遮蔽する金属膜等のマス クパターンを形成することによって作成される。 以下、 このようなマスクパター ンを有するマスクをメンブレンタイプと呼ぶ。 When a pattern formed on a bright mask is transferred to a resist layer on a wafer using electron beams or X-rays, 1: 1 proximity exposure is used. The mask is created by forming a mask pattern such as a metal film for shielding X-rays on a mask membrane such as a SiC film or a SiN film that can transmit X-rays. Hereinafter, a mask having such a mask pattern is referred to as a membrane type.
あるいは、 マスクは、 電子線を遮蔽する薄い S書 i C膜や S i N膜等のマスクメ ンブレンに、 電子線が通過できる開口部を設けてマスクパターンを形成すること によっても作製することができる。 以下、 このようなマスクパターンを有するマ スクをステンシルタイブと呼ぶ。 Alternatively, the mask can also be manufactured by forming an opening through which an electron beam can pass through a mask membrane such as a thin S-iC film or a SiN film that shields an electron beam to form a mask pattern. . Hereinafter, a mask having such a mask pattern is called a stencil type.
マスクメンブレンはシリコンウェハ等の支持基板上に形成され、 マスク領域で は支持基板が除去されている。 マスタメンプレンは、 効率的な露光を可能とし、 マスクパターンを高精度に保持できるように面積、 厚さ、 強度等が設計される。 ただし、 マスクメンブレンが十分高い光透過性を有するとは限らない。 The mask membrane is formed on a supporting substrate such as a silicon wafer, and the supporting substrate is removed in the mask region. The area, thickness, strength, etc. of the master membrane are designed to enable efficient exposure and hold the mask pattern with high accuracy. However, the mask membrane does not always have a sufficiently high light transmittance.
一方、 メンブレンは、 厚さが増すに従い光透過性が低下する。 例えば、 S i C 膜によりメンブレンを形成した場合、 厚さが 1 0 m程度になると光に対して不 透明となる。 On the other hand, the light transmittance of the membrane decreases as the thickness increases. For example, when a membrane is formed of a SiC film, it becomes opaque to light when the thickness is about 10 m.
図 1 2 A〜図 1 2 Cは、 従来技術によるエッジ散乱光によるマスクとウェハと の位置合わせを説明するための図である。 シリコンウェハは光を透過しないので 、 検出光はウェハ上方からウェハマークに照射し、 ウェハ上方で反射光や散乱光 あるいは回折光を検出する。 ウェハマークは、 露光用マスクを保持するマスクメ ンブレンを介して検出することになる。 FIGS. 12A to 12C are diagrams for explaining the alignment between the mask and the wafer by the edge scattered light according to the conventional technique. Since the silicon wafer does not transmit light, the detection light irradiates the wafer mark from above the wafer and detects reflected light, scattered light or diffracted light above the wafer. The wafer mark is detected via a mask membrane holding an exposure mask.
図 1 2 Aに示すように、 マスクメンプレン M lを介してウェハ上に形成されて いるウェハマーク WMを検出する場合、 ウェハマーク WMからのエッジ散乱光 E 1がマスクメンブレン M lを介して検出される。 マスクメンブレンは電子線や X 線を透過する膜で形成されるが、 検出光に対する透過率は必ずしも高くない。 従 つて検出光はマスクメンプレン M lの影響を受けてしまう。 また、 マスクメンブ レン M lが光を透過しない場合には、 ウェハマーク WMからのエッジ散乱光 E 2 を検出できない。 As shown in Figure 12A, it is formed on the wafer through the mask membrane Ml. When detecting the wafer mark WM, the edge scattered light E1 from the wafer mark WM is detected through the mask membrane Ml. Although the mask membrane is formed of a film that transmits electron beams and X-rays, the transmittance for detection light is not always high. Therefore, the detection light is affected by the mask membrane Ml. If the mask membrane Ml does not transmit light, the edge scattered light E 2 from the wafer mark WM cannot be detected.
また、 図 1 2 Bに示すように、 ウェハマーク WMを検出するための対物レンズ Lが露光領域 Eと干渉してしまうため、 ウェハマーク WMを露光領域 Eの中心付 近に配置することはできず、 ウェハマーク WMの配置領域が露光領域 Eの周辺に 限定されてしまう。 Also, as shown in FIG. 12B, since the objective lens L for detecting the wafer mark WM interferes with the exposure area E, the wafer mark WM cannot be arranged near the center of the exposure area E. However, the area where the wafer mark WM is arranged is limited to the periphery of the exposure area E.
また、 図 1 2 Cに示すように、 マスクメンブレン M lを保持するための基板 B が検出光の障害となり、 マスタメンプレン M l上の基板 Bに近い領域にはマスク マークを配置できない。 In addition, as shown in FIG. 12C, the substrate B for holding the mask membrane Ml interferes with the detection light, and a mask mark cannot be arranged in a region near the substrate B on the master membrane Ml.
さらに、 数十ミクロン以下の距離で対向配置されたマスクとウェハとの両者に 形成されたマークを同時に検出しようとすると、 マスクメンブレンを介してこれ らの計測を行うことは必ずしも容易でない。 Furthermore, if it is attempted to simultaneously detect marks formed on both the mask and the wafer that are opposed to each other at a distance of several tens of microns or less, it is not always easy to perform these measurements through a mask membrane.
以上説明したように、 電子線又は X線を用いてマスク上のパターンをゥェハ上 に転写する近接露光において、 マスクとウェハとの位置合わせを行うことは必ず しも容易でなかった。 As described above, in proximity exposure in which a pattern on a mask is transferred onto a wafer using electron beams or X-rays, it is not always easy to perform alignment between the mask and the wafer.
本発明の一目的は、 第 1の対象物、 例えばマスク上のパターンを第 2の対象物 、 例えばウェハ上に転写する転写方法に適用することができ、 第 1の対象物と第 2の対象物との位置合わせを容易に行うことのできる位置合わせ方法及び位置合 わせ装置を提供することである。 One object of the present invention can be applied to a transfer method for transferring a pattern on a first object, for example, a mask, onto a second object, for example, a wafer, wherein the first object and the second object An object of the present invention is to provide a positioning method and a positioning device which can easily perform positioning with an object.
本発明の他の目的は、 第 1の対象物、 例えばマスク上のパターンを第 2の対象 物、 例えばウェハ上に転写する転写方法に適用することができ、 第 1の対象物と 第 2の対象物との位置合わせを行う新規な方法及び装置を提供することである。 Another object of the present invention can be applied to a transfer method for transferring a pattern on a first object, for example, a mask, onto a second object, for example, a wafer, wherein the first object and the second object are An object of the present invention is to provide a novel method and apparatus for performing alignment with an object.
3 . 発明の開示 3. Disclosure of the Invention
本発明の一観点によると、 第 1の対象物を第 2の対象物に近接して配置し、 第 2の対象物上のパターンを第 1の対象物上に転写する転写方法に適用される位置 合わせ方法であって、 (a ) 少なくとも一部に光を透過させる領域が画定された マーク支持部に第 1の参照マークを形成した第 1の参照マスクと、 第 1のァライ メントマ一クを形成した第 1の対象物とを第 1のステージに配置する工程と、 ( b ) 前記第 1のステージに配置した第 1のァライメントセンサを用いて、 前記マ ーク支持部に画定された光を透過させる領域を介して、 前記第 1のステージに対 向して設置される第 2のステージに配置される第 2の対象物に形成された第 2の ァライメントマークと、 前記第 1の参照マークとを同時に検出する工程とを含む 位置合わせ方法が提供される。 According to one aspect of the present invention, a first object is placed in close proximity to a second object, 2. A positioning method applied to a transfer method of transferring a pattern on an object onto a first object, the method comprising: (a) providing a mark supporting portion having at least a part in which a light transmitting region is defined; Arranging, on a first stage, a first reference mask having a first reference mark formed thereon and a first object having a first alignment mark formed thereon, (b) the first stage Using a first alignment sensor disposed at a second stage, the second stage is provided to face the first stage through a light transmitting region defined by the mark support. There is provided an alignment method including a step of simultaneously detecting a second alignment mark formed on a second object to be arranged and the first reference mark.
第 1の参照マークと第 2のァライメントマークとを同時に検出することにより 、 第 2の対象物と第 1の参照マークとの相対位置関係を知ることができる。 第 1 の参照マークが形成された第 1の参照マスクと第 1の対象物とは、 共に第 1のス テージに配置されるため、 両者の相対位置を測定することができる。 第 1の参照 マークと第 1の対象物との相対位置が分かれば、 第 1の対象物と第 2の対象物と の相対位置関係を知ることができる。 第 2のァライメントマークは、 第 1の参照 マスクの光を透過させる領域を介して観測されるため、 その位置を容易に検出す ることができる。 By detecting the first reference mark and the second alignment mark at the same time, it is possible to know the relative positional relationship between the second object and the first reference mark. Since the first reference mask on which the first reference mark is formed and the first object are both arranged on the first stage, the relative positions of the two can be measured. If the relative position between the first reference mark and the first object is known, the relative positional relationship between the first object and the second object can be known. Since the second alignment mark is observed through the light transmitting region of the first reference mask, its position can be easily detected.
下記の装置を用いて、 上述の位置合わせ方法を実施することができる。 The above-described alignment method can be performed using the following apparatus.
本発明の他の観点によれば、 第 1の対象物を第 2の対象物に近接して配置し、 第 2の対象物上のパターンを第 1の対象物に転写する近接露光に用いる位置合わ せ装置であって、 第 1のァライメントマークを形成した第 1の対象物を保持、 移 動するための第 1のステージと、 前記第 1のステージと対向し、 第 2のァライメ ントマークを形成した第 2の対象物を保持するための第 2のステ.ージと、 前記第 1のステージに配置され、 少なくとも一部に光を透過させる領域が画定されたマ ーク支持部と、 該マーク支持部に形成された第 1の参照マークとを有する第 1の 参照マスクと、 前記第 1のステージに配置され、 前記マーク支持部に画定された 光を透過させる領域を介して前記第 2のァライメントマークを検出できると共に 前記第 1の参照マークを検出できる第 1のァライメントセンサとを有する位置合 わせ装置が提供される。 4 . 図面の簡単な説明 According to another aspect of the present invention, a position used for proximity exposure in which a first object is arranged close to a second object, and a pattern on the second object is transferred to the first object A combining device, comprising: a first stage for holding and moving a first object having a first alignment mark formed thereon; and a second alignment mark opposed to the first stage. A second stage for holding the formed second object, a mark supporter disposed on the first stage, and at least partially defining a light-transmitting region; A first reference mask having a first reference mark formed on the mark support, and a first reference mask disposed on the first stage, wherein the first reference mask passes through a region defined by the mark support that transmits light. 2 can be detected and the first reference mark can be detected. First Align device having a § Lai instrument sensor is provided which can detect. 4. Brief description of drawings
図 1 Aは、 本発明の第 1の実施例による位置合わせ装置を示す断面図であり、 図 1 B及ぴ図 1 Cは、 それぞれ一構成例による参照マークの底面図及び断面図で あり、 図 1 D及ぴ図 1 Eは、 それぞれ他の構成例による参照マークの底面図及び 断面図である。 FIG. 1A is a cross-sectional view showing an alignment device according to a first embodiment of the present invention, and FIGS. 1B and 1C are a bottom view and a cross-sectional view of a reference mark according to one configuration example, respectively. 1D and 1E are a bottom view and a cross-sectional view of a reference mark according to another configuration example, respectively.
図 2 Aは、 メンブレンタイプのマスクの断面図であり、 図 2 Bは、 ステンシノレ タイプのマスクの断面図であり、 図 2 Cは、 ウェハの断面図である。 図 2 Dは、 マスクマークとステンシルタイプの参照マークとを、 色収差 2重焦点光学系で検 出する構成を示す断面図である。 図 2 Eは、 マスクマークとメンプレンタイプの 参照マークとを、 エッジ散乱光斜方検出系で検出する構成を示す断面図である。 図 3 A〜図 3 Dは、 第 1の実施例の位置合わせ装置による位置合わせ方法を説 明する断面図である。 FIG. 2A is a cross-sectional view of a membrane type mask, FIG. 2B is a cross-sectional view of a stainless steel type mask, and FIG. 2C is a cross-sectional view of a wafer. FIG. 2D is a cross-sectional view showing a configuration in which a mask mark and a stencil-type reference mark are detected by a chromatic aberration double focus optical system. FIG. 2E is a cross-sectional view showing a configuration in which a mask mark and a membrane-type reference mark are detected by an edge scattered light oblique detection system. 3A to 3D are cross-sectional views illustrating a positioning method using the positioning device of the first embodiment.
図 4 Aは、 本発明の第 2の実施例による位置合わせ装置を示す断面図であり、 図 4 B及ぴ図 4 Cは、 参照マークとウェハマークの平面図である。 FIG. 4A is a cross-sectional view showing a positioning device according to a second embodiment of the present invention, and FIGS. 4B and 4C are plan views of a reference mark and a wafer mark.
図 5 A〜図 5 Dは、 第 2の実施例の位置合わせ装置による位置合わせ方法を説 明する断面図である。 5A to 5D are cross-sectional views illustrating a positioning method using the positioning device according to the second embodiment.
図 6 A〜図 6 Dは、 第 2の実施例の位置合わせ装置による位置合わせ方法を説 明する断面図である。 6A to 6D are cross-sectional views illustrating a positioning method using the positioning device according to the second embodiment.
図 7 Aは、 本発明の第 3の実施例による位置合わせ装置を示す断面図であり、 図 7 Bは、 参照マーク及ぴウェハマークの平面図である。 FIG. 7A is a cross-sectional view illustrating a positioning device according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 7B is a plan view of a reference mark and a wafer mark.
図 8 A〜図 8 Dは、 第 3の実施例の位置合わせ装置による位置合わせ方法を説 明する断面図である。 8A to 8D are cross-sectional views illustrating a positioning method using the positioning device according to the third embodiment.
図 9 A〜図 9 Dは、 第 3の実施例の位置合わせ装置による位置合わせ方法を説 明する断面図である。 9A to 9D are cross-sectional views illustrating a positioning method using the positioning device according to the third embodiment.
図 1 0 A及び図 1 0 Bは、 上記実施例の変形例を示す断面図であり、 図 1 0 C 及び図 1 O Dは、 それぞれ参照マスクの高さ調節機構を示す平面図及び断面図で める。 FIGS. 10A and 10B are cross-sectional views showing a modification of the above embodiment, and FIGS. 10C and 1OD are a plan view and a cross-sectional view showing a height adjusting mechanism of a reference mask, respectively. Confuse.
図 1 1 A及ぴ図 1 1 Bは、 それぞれマスクの主要部の斜視図及び断面図であり 、 図 1 1 C及び図 1 I Dは、 参照マスクの主要部の断面図である。 FIG. 11A and FIG. 11B are a perspective view and a sectional view, respectively, of a main part of the mask. FIG. 11C and FIG. 1 ID are cross-sectional views of main parts of the reference mask.
図 1 2八〜図1 2 Cは、 従来技術の説明をするための図である。 FIGS. 122 to 12C are diagrams for explaining a conventional technique.
図 1 3は、 第 4の実施例による位置合わせ装置の主要部の断面図である。 図 1 4 〜図1 4 Cは、 第 4の実施例による位置合わせ装置を用いて位置合わ せを行う方法を説明するための断面図である。 FIG. 13 is a cross-sectional view of a main part of the positioning device according to the fourth embodiment. FIGS. 14 to 14C are cross-sectional views illustrating a method for performing alignment using the alignment apparatus according to the fourth embodiment.
図 1 5は、 第 5の実施例による位置合わせ装置の主要部の断面図である。 図 1 6は、 第 5の実施例による位置合わせ装置に用いられるマスクの平面図で あ 。 FIG. 15 is a cross-sectional view of a main part of the positioning device according to the fifth embodiment. FIG. 16 is a plan view of a mask used in the alignment device according to the fifth embodiment.
図 1 7は、 第 6の実施例による位置合わせ装置の主要部の断面図である。 図 1 8 Aは、 第 6の実施例による位置合わせ装置に用いられるマスクの平面図 であり、 図 1 8 Bは、 その参照マーク部の平面図である。 FIG. 17 is a sectional view of a main part of an alignment device according to a sixth embodiment. FIG. 18A is a plan view of a mask used in the alignment device according to the sixth embodiment, and FIG. 18B is a plan view of a reference mark portion.
図 1 9 Aは、 第 6の実施例による位置合わせ装置に用いられる他の構成のマス クの平面図であり、 図 1 9 Bは、 その参照マーク部の平面図である。 FIG. 19A is a plan view of a mask having another configuration used in the alignment device according to the sixth embodiment, and FIG. 19B is a plan view of a reference mark portion.
図 2 0 A及ぴ図 2 0 Bは、 第 6の実施例による位置合わせ装置のウェハ側参照 マスクの底面図である。 FIGS. 20A and 20B are bottom views of the wafer-side reference mask of the alignment apparatus according to the sixth embodiment.
図 2 1 A及び図 2 1 Bは、 それぞれ第 7の実施例による位置合わせ装置の主要 部の平面図及び断面図である。 FIGS. 21A and 21B are a plan view and a cross-sectional view, respectively, of a main part of an alignment device according to a seventh embodiment.
図 2 2 A〜図 2 2 Dは、 第 7の実施例による位置合わせ装置を用いて位置合わ せを行う方法を説明するための断面図である。 FIGS. 22A to 22D are cross-sectional views illustrating a method for performing alignment using the alignment apparatus according to the seventh embodiment.
5 . 発明を実施するための最良の形態 5 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
図 1 A〜図 3 Dに、 本発明の第 1の実施例による位置合わせ方法及び位置合わ せ装置を示す。 1A to 3D show an alignment method and an alignment device according to a first embodiment of the present invention.
図 1 Aに示すように、 マスクステージ 1 1は、 電子線又は X線を透過させる露 光用開口 Eを有する。 マスクステージ 1 1の露光用開口 Eを含む面上に、 露光パ タ一ンを有するマスク Mが保持される。 マスク Mは、 さらに露光領域内にマスク マーク MMを有する。 マスクステージ 1 1は、 さらにウェハァライメントセンサ W Sを保持する。 As shown in FIG. 1A, the mask stage 11 has an exposure opening E through which an electron beam or an X-ray is transmitted. A mask M having an exposure pattern is held on a surface of the mask stage 11 including the exposure opening E. The mask M further has a mask mark MM in the exposure area. The mask stage 11 further holds a wafer alignment sensor WS.
ウェハステージ 1 2は、 例えば粗動ステージ 1 3と微動ステージ 1 4を含む。 粗動ステージ 1 3の上には、 重量のあるマスクァライメントセンサ M Sが配置さ れている。 微動ステージ 1 4の上には、 露光用レジスト層を形成したウェハ Wが 配置されると共に、 小型、 軽量の参照マスク Rが配置される。 ウェハ Wはウェハ マーク WMを有し、 参照マスク Rは、 光透過性のマーク支持部に参照マーク RM を有する。 Wafer stage 12 includes, for example, coarse movement stage 13 and fine movement stage 14. On coarse movement stage 13, a heavy mask alignment sensor MS is arranged. On the fine movement stage 14, a wafer W on which an exposure resist layer is formed is arranged, and a small and lightweight reference mask R is arranged. The wafer W has a wafer mark WM, and the reference mask R has a reference mark RM on a light-transmissive mark support.
マスク Mとウェハ Wとは、 数十ミクロン以下の間隔を隔てて対向配置される。 マスクァライメントセンサ M Sは、 参照マスク Rの参照マーク RMと、 マスク M 上のマスクマーク MMとを同時に検出する機能を有する。 ウェハァライメントセ ンサ W Sは、 ウェハステージ 1 2上に配置されたウェハ Wのウェハマーク WMを 検出すると共に、 参照マスク Rのマーク支持部に形成された参照マーク RMを検 出する機能を有する。 The mask M and the wafer W are opposed to each other with an interval of several tens of microns or less. The mask alignment sensor MS has a function of simultaneously detecting the reference mark RM of the reference mask R and the mask mark MM on the mask M. The wafer alignment sensor WS has a function of detecting the wafer mark WM of the wafer W placed on the wafer stage 12 and detecting the reference mark RM formed on the mark support portion of the reference mask R.
図 1 B及び図 1 Cは、 参照マスク Rの一構成例を示す底面図及ぴ断面図である 。 例えばシリコン基板で形成された支持部 1 5の上に、 窒化シリコン膜、 炭化シ リコン膜等で形成された光透過性メンブレン 1 6 (参照マスクメンブレン、 マー ク支持部) が形成されている。 参照マスクメンブレン 1 6の所定領域に、 開口 1 7が形成され、 参照マーク RM aを構成している。 参照マーク RM aは、 光学像 を形成することにより検出できる。 1B and 1C are a bottom view and a cross-sectional view illustrating one configuration example of the reference mask R. For example, a light-transmitting membrane 16 (reference mask membrane, mark support) formed of a silicon nitride film, a silicon carbide film, or the like is formed on a support 15 formed of a silicon substrate. An opening 17 is formed in a predetermined area of the reference mask membrane 16 to form a reference mark RMa. The reference mark RMa can be detected by forming an optical image.
参照マスクの寸法 X 1 2は、 例えば約 1 0 mm X 1 0 mmであり、 支持基板 1 5の開口の寸法 x l 1は例えば 3 mm X 3 mmである。 参照マスクメンブレ ン 1 6に開口 1 7を形成したことにより、 参照マスクメンブレン 1 6を介してマ スクマーク検出用検出光を透過させることができると共に、 開口 1 7を光学的に 検出し、 参照マーク RM aの位置を検出することができる。 The dimension X12 of the reference mask is, for example, about 10 mm X 10 mm, and the dimension x11 of the opening of the support substrate 15 is, for example, 3 mm X 3 mm. By forming the opening 17 in the reference mask membrane 16, the detection light for mask mark detection can be transmitted through the reference mask membrane 16, and the opening 17 is optically detected and the reference mark is formed. The position of RM a can be detected.
図 1 D及び図 1 Eは、 参照マスクの他の構成例を示す。 シリコン基板等の支持 基板 1 5の上に、 参照マスクメンブレン 1 6が形成され、 その上に X線吸収体の パターン (あるいは不透明性のパターン) 1 8が形成されている。 X線吸収体の パターン (あるいは不透明性のパターン) 1 8は、 参照マーク RM bを構成する 参照マーク RM bは、 参照マーク検出用検出光を反射するか、 そのエッジが参 照マーク検出用検出光を散乱する機能を有する。 反射光又は散乱光の光学像を形 成することにより、 参照マークを検出できる。 エッジ散乱光を検出する場合は、 参照マークの照明光の方向と、 エツジ散乱光の測定方向とは非対称な関係に選定 できる。 1D and 1E show other examples of the configuration of the reference mask. A reference mask membrane 16 is formed on a supporting substrate 15 such as a silicon substrate, and an X-ray absorber pattern (or opaque pattern) 18 is formed thereon. X-ray absorber pattern (or opaque pattern) 18 constitutes reference mark RMb Reference mark RMb reflects the reference mark detection detection light or its edge is the reference mark detection detection It has the function of scattering light. Form an optical image of reflected or scattered light By doing so, the reference mark can be detected. When detecting edge scattered light, the direction of illumination light of the reference mark and the measurement direction of edge scattered light can be selected to be asymmetrical.
ここで用いる X線吸収体のパターンは一例であって、 参照マーク RM bを検出 することができるように参照マーク検出用検出光を反射又は散乱することができ るパターンであれば、 X線吸収体以外の物質からなるパターンでもよい。 The pattern of the X-ray absorber used here is an example, and any pattern that can reflect or scatter the detection light for reference mark detection so that the reference mark RMb can be detected is used. A pattern made of a substance other than the body may be used.
参照マーク RMは、 マスクァライメントセンサ M Sでウェハステージ 1 2佣 J ( 図 1 Aでは下方) から検出できると共に、 ウェハァライメントセンサ W Sでマス クステージ 1 1側 (図 1 Aでは上方) から検出することができる。 マスクマーク MMは、 マスクァライメントセンサ M Sにより、 参照マスク RMの光透過性のマ ーク支持部 (マスタメンプレン) を介して、 すなわち、 マーク支持部を透過する 検出光を観測することにより下方から検出することができる。 ウェハマーク WM は、 ウェハァライメントセンサ W Sにより、 上方から検出することができる。 なお、 マーク支持部自体を、 光を透過させない材料で形成し、 マーク支持部の 一部に、 光を透過させるための開口を形成してもよい。 この場合には、 マスクマ ーク MMは、 マーク支持部に形成された開口を通して、 マスクァライメントセン サ M Sにより検出される。 いずれの場合にも、 マスクマーク MMは参照マスクを 介して、 マスクァライメントセンサ M Sにより検出される。 The reference mark RM can be detected from the wafer stage 12 佣 J (bottom in Fig. 1A) by the mask alignment sensor MS, and from the mask stage 11 side (top in Fig. 1A) by the wafer alignment sensor WS. can do. The mask mark MM is moved downward by the mask alignment sensor MS through the light-transmitting mark support (master membrane) of the reference mask RM, that is, by observing the detection light transmitted through the mark support. Can be detected. The wafer mark WM can be detected from above by the wafer alignment sensor WS. Note that the mark support portion itself may be formed of a material that does not transmit light, and an opening for transmitting light may be formed in a part of the mark support portion. In this case, the mask mark MM is detected by the mask alignment sensor MS through an opening formed in the mark support. In either case, the mask mark MM is detected by the mask alignment sensor MS via the reference mask.
図 2 Aは、 メンブレンタイプのマスクの構成例を示す。 マスク Mは、 シリコン 基板等の支持基板 2 1の上に窒化シリコン膜、 炭化シリコン膜等のマスクメンブ レン 2 2を形成し、 その上に金属等の遮蔽材料でマスクマーク 2 3 (MM) 及び 露光パターン 2 4を形成し、 マーク及びパターンの存在する領域下の支持基板 2 1をエッチングにより除去した構成を有する。 マスクメンブレン 2 2は、 X線等 の露光エネルギビームを透過するようにその材質、 厚さ等が選定されている。 図 2 Bは、 ステンシルタイプのマスクの構成例を示す。 支持基板 2 1、 マスク メンブレン 2 2の構造は図 2 Aの場合と変わらないが、 マスクマーク MM及ぴ露 光パターン 2 4がマスタメンプレン 2 2に開口部を設けることにより形成されて いる点で異なる。 FIG. 2A shows a configuration example of a membrane type mask. The mask M is formed by forming a mask membrane 22 such as a silicon nitride film or a silicon carbide film on a supporting substrate 21 such as a silicon substrate, and then masking the mask mark 23 (MM) with a shielding material such as a metal and exposing the mask membrane 23. It has a configuration in which a pattern 24 is formed, and the support substrate 21 below a region where the mark and the pattern are present is removed by etching. The material, thickness and the like of the mask membrane 22 are selected so as to transmit an exposure energy beam such as an X-ray. FIG. 2B shows a configuration example of a stencil type mask. The structure of the supporting substrate 21 and the mask membrane 22 is the same as that of FIG. 2A, except that the mask mark MM and the light exposure pattern 24 are formed by providing an opening in the master membrane 22. Different.
図 2 Cは、 ウェハ Wの構成例を示す。 ウェハ Wは、 シリコン基板等の半導体基 板 2 5の上に、 検出可能な突起パターン (または凹部パターン) 2 6が例えば金 属膜等により形成され、 ウェハマーク WMを構成している。 ウェハマーク WMを 覆って、 レジスト層 2 7が形成されている。 FIG. 2C shows a configuration example of the wafer W. Wafer W is a semiconductor substrate such as a silicon substrate On the plate 25, a detectable protrusion pattern (or concave pattern) 26 is formed of, for example, a metal film or the like, and constitutes a wafer mark WM. A resist layer 27 is formed so as to cover the wafer mark WM.
図 1 Aに示すような近接露光系において、 ウェハ Wとマスク Mとは、 数十ミク ロン以下の間隙を介して対向配置される。 マスクァライメントセンサ M Sは、 ゥ ェハ Wと同一微動ステージ上に配置された参照マスク Rの参照マーク RMと、 マ スク M上のマスクマーク MMとを同時に検出することが望まれる。 In the proximity exposure system as shown in FIG. 1A, the wafer W and the mask M are opposed to each other with a gap of several tens of microns or less. It is desired that the mask alignment sensor MS simultaneously detects the reference mark RM of the reference mask R placed on the same fine movement stage as the wafer W and the mask mark MM on the mask M.
図 2 Dは、 マスク Mのマスクメンブレン 2 2上に形成されたマスクマーク MM と、 参照マスクの参照メンブレン 1 6に形成されたステンシルタイプの参照マー ク RM aとを、 色収差 2重焦点光学系 2 8で検出する構成を示す。 色収差 2重焦 点光学系 2 8は、 光の波長によって異なる焦点距離 f ( λ ) を有し、 2つの波長 の照明光に対し、 2つの焦点距離を示す。 色収差 2重焦点光学系 2 8の光軸上に は、 異なる位置にマスクメンブレン 2 2上のマスクマーク MMと、 参照マスクメ ンブレン 1 6上の参照マーク RM aとが配置されている。 色収差 2重焦点光学系 2 8により、 マスクマーク MMと参照マーク RM aとの像が、 同一像面 2 9上に 結像される。 FIG. 2D shows a chromatic aberration bifocal optical system in which the mask mark MM formed on the mask membrane 22 of the mask M and the stencil-type reference mark RMa formed on the reference membrane 16 of the reference mask are used. The configuration to detect at 28 is shown. The chromatic aberration double focal point optical system 28 has different focal lengths f (λ) depending on the wavelength of light, and exhibits two focal lengths for illumination light of two wavelengths. On the optical axis of the chromatic aberration bifocal optical system 28, a mask mark MM on the mask membrane 22 and a reference mark RMa on the reference mask membrane 16 are arranged at different positions. The image of the mask mark MM and the reference mark RMa is formed on the same image plane 29 by the chromatic aberration bifocal optical system 28.
図 2 Eは、 マスクァライメントセンサ M Sが、 ェッジ散乱光斜方検出系である 場合の構成を概略的に示す。 マスタメンプレン 2 2上にマスクマーク MMが形成 されている点は図 2 Dと同様であるが、 図 2 Eでは参照マスクメンブレン 1 6の 上にメンブレンタイプの参照マーク RM bが形成されている。 エツジ散乱光斜方 検出系 3 1の光軸は、 マスク M及び参照マスク Rの法線に対して斜めに配置され る。 エッジ散乱光斜方検出系 3 1の光軸と、 マスク Mと参照マスク Rの法線とを 含む仮想平面に対して垂直な方向に関して、 マスクマーク MMと参照マーク RM bとの相対位置が検出される。 FIG. 2E schematically shows a configuration in a case where the mask alignment sensor MS is an edge scattered light oblique detection system. The point that the mask mark MM is formed on the master membrane 22 is the same as in FIG. 2D, but in FIG. 2E, the reference mark RM b of the membrane type is formed on the reference mask membrane 16 . The optical axis of the edge scattering light oblique detection system 31 is arranged obliquely with respect to the normal line of the mask M and the reference mask R. Edge scattered light oblique detection system 31 The relative position between mask mark MM and reference mark RM b is detected in the direction perpendicular to the virtual plane including the optical axis of 1 and the normal to mask M and reference mask R. Is done.
ェッジ散乱光斜方検出系 3 1の光軸に対し、 垂直な面内に物面 3 2及ぴ像面 3 3が設定される。 物面 3 2近傍に配置されるマスクマーク MM及ぴ参照マーク R M bが、 像面 3 3上に結像される。 なお、 エッジ散乱光検出光学系を用いた場合 、 検出方向は物面内の 1方向に限定される。 面内の 2方向の位置を検出するため には、 エッジ散乱光斜方検出系を 2系統備えればよレ、。 エッジ散乱光斜方検出系 を用いた位置検出の詳細については、 特開平 1 0— 2 4 2 0 3 6号公報に開示さ れている。 An object plane 32 and an image plane 33 are set in a plane perpendicular to the optical axis of the edge scattered light oblique detection system 31. The mask mark MM and the reference mark RMb arranged near the object plane 32 are imaged on the image plane 33. When the edge scattered light detection optical system is used, the detection direction is limited to one direction in the object plane. In order to detect the positions in two directions in the plane, it is necessary to provide two edge scattered light oblique detection systems. Edge scattered light oblique detection system The details of the position detection using the method are disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-2424036.
図 3 A〜図 3 Dは、 図 1 Aに示す構成を用い、 マスク Mとウェハ Wとの位置合 わせを行う位置合わせ方法を示す断面図である。 FIGS. 3A to 3D are cross-sectional views showing an alignment method for aligning the mask M and the wafer W using the configuration shown in FIG. 1A.
図 3 Aに示すように、 マスクァライメントセンサ M Sにより、 参照マスク尺の 参照マーク RMと、 マスク Mのマスクマーク MMとを位置合わせする。 この時の 、 基準点 X 0に対するマスクマーク MM (参照マーク RM) の位置を A 1とする 図 3 Bに示すように、 ウェハステージを移動し、 ウェハァライメントセンサ W Sにより、 参照マスク Rの参照マーク RMを検出する。 この時の、 基準位置 X 0 に対する参照マーク RM (ウェハァライメントセンサ W S ) の位置を B 1とする 図 3 Cに示すように、 粗動ステージ 1 3を移動し、 ウェハァライメントセンサ W Sにより、 ウェハマーク WMを検出する。 この時の、 基準位置に対する参照マ ーク RMの位置を C 1とする。 As shown in FIG. 3A, the mask alignment sensor MS aligns the reference mark RM of the reference mask scale with the mask mark MM of the mask M. At this time, the position of the mask mark MM (reference mark RM) with respect to the reference point X0 is A1, as shown in FIG. 3B, the wafer stage is moved, and the reference mask R is referenced by the wafer alignment sensor WS. Mark RM is detected. At this time, the position of the reference mark RM (wafer alignment sensor WS) with respect to the reference position X0 is set to B1. As shown in FIG. 3C, the coarse movement stage 13 is moved, and the wafer alignment sensor WS Detects wafer mark WM. At this time, the position of the reference mark RM with respect to the reference position is defined as C1.
図 3 A〜図 3 Cは、 マスクァライメントセンサ M Sにより、 参照マーク RMと マスクマーク MMとを同時に検出し、 ウェハァライメントセンサ W Sにより、 参 照マーク RMとウェハマーク WMとを検出している。 3A to 3C show that the reference mark RM and the mask mark MM are simultaneously detected by the mask alignment sensor MS, and the reference mark RM and the wafer mark WM are detected by the wafer alignment sensor WS. .
図 3 Dは、 これらの結果に基づき、 ウェハ Wとマスク Mとの位置合わせを行う 原理を示す。 ウェハァライメントセンサ W Sに、 参照マーク R Mが検出されてレ、 る時、 参照マーク RMとマスクマーク MMとの位置の差は B 1— A 1である。 参 照マーク RMとウェハマーク WMとの位置の差は、 C 1— B 1である。 従って、 ウェハマーク WMとマスクマーク MMとの位置の差 X 1は、 X 1 = B 1— A 1— ( C 1 - B 1 ) となる。 FIG. 3D shows the principle of aligning the wafer W and the mask M based on these results. When the reference mark RM is detected by the wafer alignment sensor WS, the difference between the position of the reference mark RM and the position of the mask mark MM is B1-A1. The difference between the positions of the reference mark RM and the wafer mark WM is C1—B1. Therefore, the difference X 1 between the position of the wafer mark WM and the position of the mask mark MM is X 1 = B 1 -A 1-(C 1 -B 1).
以上説明した実施例において、 マスクァライメントセンサ M Sは、 参照マスク R上の参照マーク RMと、 マスク M上のマスクマーク MMとを同時に検出する。 参照マスク Rは、 軽量、 小型に形成でき、 参照マスクメンブレンの透過率は高く 設定することができる。 従って、 参照マーク RMとマスクマーク MMとの同時検 出が容易となる。 ウェハァライメントセンサ W Sは、 マスク Mを介さず、 参照マーク RMとゥェ ハマーク WMとを直接検出する。 従って、 検出精度を高くすることができる。 こ れら高精度の検出工程に基づき、 ウェハ Wとマスク Mとの相対的位置を高精度に 設定することが可能となる。 In the embodiment described above, the mask alignment sensor MS simultaneously detects the reference mark RM on the reference mask R and the mask mark MM on the mask M. The reference mask R can be formed to be lightweight and small, and the transmittance of the reference mask membrane can be set high. Therefore, simultaneous detection of the reference mark RM and the mask mark MM is facilitated. The wafer alignment sensor WS directly detects the reference mark RM and the wafer mark WM without passing through the mask M. Therefore, the detection accuracy can be increased. Based on these highly accurate detection processes, it is possible to set the relative position between the wafer W and the mask M with high accuracy.
上述の実施例において、 マスクァライメントセンサ M Sと、 ウェハァライメン トセンサ W Sとにおける位置合わせマーク検出方法は、 例えばエッジ散乱光を検 出する同一の検出方法となる。 位置合わせマークを、 正反射光を用いた光学像検 出等の他の検出方法で検出することが望まれる場合もある。 In the above-described embodiment, the alignment mark detection method of the mask alignment sensor MS and the wafer alignment sensor WS is the same detection method of detecting edge scattered light, for example. It may be desired to detect the alignment mark by another detection method such as optical image detection using specularly reflected light.
図 4 A〜図 6 Dに、 本発明の第 2の実施例による位置合わせを示す断面図及び 平面図である。 4A to 6D are a cross-sectional view and a plan view illustrating alignment according to the second embodiment of the present invention.
図 4 Aに示すように、 マスクステージ 1 1上に 2種類のウェハァライメントセ ンサ W S 1、 W S 2を配置し、 ウェハ W上に 2種類のウェハマーク WM 1、 WM 2を配置し、 参照マスク R上に 2種類の参照マーク RM 1、 RM 2を形成する。 2種類のセンサと 2種類のマークにより 2種類の測定方法が可能となる。 2種類 の測定方法は、 例えばエッジ散乱光検出と.、 光学顕微鏡を用いた正反射光による パターンの輪郭検出である。 As shown in Fig. 4A, two types of wafer alignment sensors WS1 and WS2 are placed on the mask stage 11 and two types of wafer marks WM1 and WM2 are placed on the wafer W for reference. Two types of reference marks RM 1 and RM 2 are formed on the mask R. Two types of sensors and two types of marks enable two types of measurement methods. The two types of measurement methods are, for example, edge scattered light detection and pattern contour detection using specularly reflected light using an optical microscope.
図 4 Bは、 エッジ散乱光検出に用いるマークの構成を示す。 第 1の参照マーク RM 1及び第 1のウェハマーク WM 1は、 エッジ散乱光を発生するエッジを有す るパターン、 例えば 1方向に配列された複数列の孤立パターンで形成されている 。 ここで、 第 1の参照マーク RM 1及び第 1のウェハマーク WM 1の寸法及び形 状は同一である。 FIG. 4B shows a configuration of a mark used for detecting edge scattered light. The first reference mark RM1 and the first wafer mark WM1 are formed of a pattern having an edge that generates edge scattered light, for example, a plurality of rows of isolated patterns arranged in one direction. Here, the dimensions and shape of the first reference mark RM1 and the first wafer mark WM1 are the same.
図 4 Cに示すように、 光学像を検出する第 2の参照マーク RM 2及び第 2のゥ ェハマーク WM 2は、 その輪郭を検出するのに適したパターン、 例えば複数のス トライプパターンで形成される。 ここで、 第 2の参照マーク RM 2及ぴ第 2のゥ ェハマーク WM 2の寸法及び形状は同一である。 As shown in FIG. 4C, the second reference mark RM2 and the second wafer mark WM2 for detecting the optical image are formed by a pattern suitable for detecting the outline, for example, a plurality of stripe patterns. You. Here, the size and shape of the second reference mark RM2 and the second wafer mark WM2 are the same.
図 5 A〜図 5 Dに、 第 1のウェハァライメントセンサ W S 1と第 1の参照マー ク RM 1、 第 1のウェハマーク WM 1を用いて第 1の位置合わせを行う工程を示 す。 FIGS. 5A to 5D show a process of performing the first alignment using the first wafer alignment sensor WS1, the first reference mark RM1, and the first wafer mark WM1.
図 5 Aに示すように、 マスクァライメントセンサ M Sにより、 第 1の参照マー ク RM1とマスクマーク MMが、 エッジ散乱光等により同時に検出される。 この 時の測定位置を A 21とする。 これは図 3 Aと同様の工程である。 As shown in FIG. 5A, the first alignment mark is provided by the mask alignment sensor MS. The mark RM1 and the mask mark MM are detected simultaneously by edge scattered light and the like. The measurement position at this time is A21. This is the same process as in FIG. 3A.
図 5 Bにおいては、 第 1のウェハァライメントセンサ WS 1を用い、 第 1の参 照マーク RM1の検出が行われる。 この時の測定位置を B 21とする。 図 3Bと 同様の工程である。 In FIG. 5B, the first reference mark RM1 is detected using the first wafer alignment sensor WS1. The measurement position at this time is B21. This is the same step as FIG. 3B.
図 5Cに示すように、 第 1のウェハァライメントセンサ WS 1を用い、 第 1の ウェハマーク WM1の検出が行われる。 この時の測定位置を C 21とする。 図 3 Cと同様の工程である。 As shown in FIG. 5C, the first wafer mark WM1 is detected using the first wafer alignment sensor WS1. The measurement position at this time is C21. This is the same step as FIG. 3C.
図 5 Dに示すように、 図 5 A〜図 5 Cの結果を用い、 第 1のウェハマーク WM 1とマスクマーク MMとの位置の差 X 21を求める。 図 3Dと同様の工程である 。 位置の差 X 21は、 As shown in FIG. 5D, the difference X21 between the position of the first wafer mark WM1 and the position of the mask mark MM is obtained using the results of FIGS. 5A to 5C. This is the same process as in FIG. 3D. The position difference X 21 is
X21=B 21-A21- (C 21 -B 21) X21 = B 21-A21- (C 21 -B 21)
として求められる。 Is required.
図 6 A〜図 6 Dは、 第 2のウェハァライメントセンサ WS 2と第 2の参照マー ク RM 2、 第 2のウェハマーク WM 2を用いて第 2の位置合わせを行う工程を示 す。 FIGS. 6A to 6D show a process of performing a second alignment using the second wafer alignment sensor WS2, the second reference mark RM2, and the second wafer mark WM2.
図 6 Aに示すように、 マスクァライメントセンサ MSを用い、 第 1の参照マ一 ク RM1とマスクマーク MMとを同時に検出する。 この時の測定位置を A22と する。 この工程は異なる高さにある 2つのマークを検出するため図 5 Aと同じェ ッジ散乱光検出による。 この時の、 基準位置に対する参照マーク RM1の位置を A22とする。 As shown in FIG. 6A, the first reference mark RM1 and the mask mark MM are simultaneously detected using the mask alignment sensor MS. The measurement position at this time is A22. This process uses the same edge scattered light detection as in Figure 5A to detect two marks at different heights. At this time, the position of the reference mark RM1 with respect to the reference position is A22.
図 6 Bに示すように、 第 2のウェハァライメントセンサ WS 2により、 第 2の 参照マーク RM 2から正反射光等が検出され、 位置合わせが行われる。 この時の 、 基準位置に対する第 1の参照マーク RM 1の位置を B 22とする。 第 1の参照 マーク RM 1と第 2の参照マーク RM 2は所定距離 D離れて配置されている。 図 6 Cに示すように、 第 2のウェハァライメントセンサ WS 2を用い、 第 2の ウェハマーク WM 2の検出が行われる。 この時の、 基準位置に対する第 1の参照 マーク RM1の位置を C 22とする。 As shown in FIG. 6B, the second wafer alignment sensor WS2 detects specularly reflected light or the like from the second reference mark RM2, and the alignment is performed. At this time, the position of the first reference mark RM1 with respect to the reference position is B22. The first reference mark RM1 and the second reference mark RM2 are arranged at a predetermined distance D. As shown in FIG. 6C, the second wafer mark WM2 is detected using the second wafer alignment sensor WS2. The position of the first reference mark RM1 with respect to the reference position at this time is C22.
図 6 Dに示すように、 ウェハ Wとマスク Mとの相対的位置を示す距離 X 22は X22=B 22—A22— D— (C 22 -B 22) As shown in FIG. 6D, the distance X22 indicating the relative position between the wafer W and the mask M is X22 = B 22—A22— D— (C 22 -B 22)
として求められる。 Is required.
なお、 図 6 Aに示す工程は、 図 5 Aに示す工程と同様であるため、 図 6 Aのェ 程を省略してもよい。 この場合、 距離 A22は、 A21で置換すればよい。 第 2の実施例においては、 2種類のウェハァライメントセンサを設け、 それぞ れのセンサに対応して 2種類の参照マーク及びウェハマークを形成した。 1種類 の参照マーク及ぴウェハマークを用い、 2種類のウェハァライメントセンサによ る測定に対応させることも可能である。 Note that the step shown in FIG. 6A is the same as the step shown in FIG. 5A, and thus the step in FIG. 6A may be omitted. In this case, the distance A22 may be replaced with A21. In the second embodiment, two types of wafer alignment sensors are provided, and two types of reference marks and wafer marks are formed in correspondence with each of the sensors. It is also possible to use one type of reference mark and one type of wafer mark to support measurement by two types of wafer alignment sensors.
図 7 A〜図 9 Dは、 本発明の第 3の実施例による位置合わせ工程を示す断面図 及び平面図である。 7A to 9D are a cross-sectional view and a plan view illustrating an alignment step according to a third embodiment of the present invention.
図 7 Aに示すように、 マスクステージ 1 1上には、 例えばエッジ散乱光斜方検 出系である第 1のウェハァライメントセンサ WS 1と、 正反射光による輪郭検出 系である第 2のウェハァライメントセンサ WS 2とが配置されている。 ウェハ微 動ステージ 14上には、 参照マスク Rとウェハ Wとが配置されている。 参照マス ク Rは、 参照マーク RM1を有し、 ウェハ Wは、 ウェハマーク WM1を有する。 図 7 Bは、 ウェハマーク WM 1及び参照マーク RM 1の構成例を示す。 ウェハ マーク WM 1及び参照マーク RM 1は、 それぞれ複数列に配置された孤立パター ンの集合からなり、 各孤立パターンのエッジ、 及び孤立パターンの集合の輪郭に より位置合わせマーク機能を果たすことができる。 ここで、 参照マーク RM1及 ぴウェハマーク WM1の寸法及ぴ形状は同一である。 As shown in FIG. 7A, on the mask stage 11, for example, a first wafer alignment sensor WS1, which is an edge scattered light oblique detection system, and a second wafer alignment sensor, which is a contour detection system using specularly reflected light, are provided. A wafer alignment sensor WS 2 is provided. On the wafer fine stage 14, a reference mask R and a wafer W are arranged. The reference mask R has a reference mark RM1, and the wafer W has a wafer mark WM1. FIG. 7B shows a configuration example of the wafer mark WM1 and the reference mark RM1. The wafer mark WM 1 and the reference mark RM 1 are each composed of a set of isolated patterns arranged in a plurality of rows, and can perform an alignment mark function by the edge of each isolated pattern and the outline of the set of isolated patterns. . Here, the dimensions and shape of the reference mark RM1 and the wafer mark WM1 are the same.
図 8 A〜図 8 Dは、 第 1のウェハァライメントセンサ WS 1と参照マーク RM 1、 ウェハマーク WM1を用いて、 エッジ散乱光検出により第 1の位置合わせを 行う工程を示す。 FIGS. 8A to 8D show a process of performing first alignment by detecting edge scattered light using the first wafer alignment sensor WS1, the reference mark RM1, and the wafer mark WM1.
図 8 Aに示すように、 マスクァライメントセンサ MSにより、 参照マスク尺の 参照マーク RMとマスク Mのマスクマーク MMをエッジ散乱光により同時に検出 する。 この時の、 基準位置に対する参照マーク RM1の位置を A31とする。 図 8Bは、 ウェハァライメントセンサ WS 1により、 参照マスク R上の参照マ ーク RM1を検出する工程を示す。 この時の、 基準位置に対する参照マーク RM 1の位置を B 31とする。 . As shown in FIG. 8A, the mask alignment sensor MS simultaneously detects the reference mark RM of the reference mask scale and the mask mark MM of the mask M by the edge scattered light. The position of the reference mark RM1 with respect to the reference position at this time is A31. FIG. 8B shows a step of detecting the reference mark RM1 on the reference mask R by the wafer alignment sensor WS1. At this time, the reference mark RM for the reference position The position of 1 is B31. .
図 8 Cは、 ウェハァライメントセンサ WS 1によるウェハマーク WM1の検出 工程を示す。 この時の、 基準位置に対する参照マーク RM1の位置を C 31とす る。 FIG. 8C shows a process of detecting wafer mark WM1 by wafer alignment sensor WS1. At this time, the position of the reference mark RM1 with respect to the reference position is C31.
図 8Dは、 図 8 A〜図 8 Cの結果を用い、 マスク Mとウェハ Wとの相対的位置 を確定する工程を示す。 マスク M上のマスクマーク MMと、 ウェハ W上のウェハ マーク WM 1との位置の差 X 31は、 FIG. 8D shows a step of determining the relative position between the mask M and the wafer W using the results of FIGS. 8A to 8C. The difference X 31 between the position of the mask mark MM on the mask M and the position of the wafer mark WM 1 on the wafer W is
X31=B 31-A31- (C 31-B 31) X31 = B 31-A31- (C 31-B 31)
で得られる。 Is obtained.
図 9 A〜図 9 Dは、 第 2のウェハァライメントセンサ WS 2と参照マーク RM 1、 ウェハマーク WM1を用いて第 2の位置合わせを行う工程を示す。 9A to 9D show a process of performing the second alignment using the second wafer alignment sensor WS2, the reference mark RM1, and the wafer mark WM1.
図 9 Aに示すように、 マスクァライメントセンサ MSにより、 参照マスク の 参照マーク RM1とマスク Mのマスクマーク MMとを同時に検出する。 この時の 、 基準位置に対する参照マーク RM1の位置を A 32とする。 As shown in FIG. 9A, the mask alignment sensor MS simultaneously detects the reference mark RM1 of the reference mask and the mask mark MM of the mask M. At this time, the position of the reference mark RM1 with respect to the reference position is A32.
図 9 Bに示すように、 参照マーク RM 1の検出を第 2ウェハァライメントセン サ WS 2で行う。 この時の、 基準位置に対する参照マーク RM1の位置を B 32 とする。 As shown in FIG. 9B, the reference mark RM1 is detected by the second wafer alignment sensor WS2. At this time, the position of the reference mark RM1 with respect to the reference position is B32.
図 9 Cに示すように、 第 2ウェハァライメントセンサ WS 2を用い、 ウエノ、 W のウェハマーク WM1の検出を行う。 この時の、 基準位置に対する参照マーク R Mlの位置を C 32とする。 As shown in FIG. 9C, the wafer mark WM1 of Ueno and W is detected using the second wafer alignment sensor WS2. At this time, the position of the reference mark R Ml with respect to the reference position is defined as C32.
図 9Dは、 図 9 A〜図 9 Cの結果を用い、 ウェハ Wとマスク Mとの位置合わせ を行う工程を示す。 マスク Mとウェハ Wとの相対的位置の差 X 32は、 FIG. 9D shows a process of aligning the wafer W and the mask M using the results of FIGS. 9A to 9C. The difference X 32 in the relative position between the mask M and the wafer W is
X 32 =B 32 -A 32- (C 32 -B 32) X 32 = B 32 -A 32- (C 32 -B 32)
で求められる。 Is required.
この方法によれば、 2種類の測定方法で精度を向上しつつ、 同一のマークを用 いることにより、 マーク形成領域を節約することが可能となる。 According to this method, it is possible to save the mark formation area by using the same mark while improving the accuracy by the two types of measurement methods.
上述の実施例においては、 参照マスク R上の参照マーク RMと、 ウェハ W上の ウェハマーク WMとを同一のウェハァライメントセンサ W Sで検出している。 参 照マーク RMの高さとゥェハマーク WMと高さとが異なると、 検出精度が低下す る。 In the above embodiment, the reference mark RM on the reference mask R and the wafer mark WM on the wafer W are detected by the same wafer alignment sensor WS. If the height of the reference mark RM is different from the height of the wafer mark WM, the detection accuracy decreases. You.
図 1 0 Aは、 参照マスク Rの厚さがウェハ Wの厚さより厚く、 参照マーク RM がウェハマーク WMよりも高い位置に配置される場合を示す。 FIG. 10A shows a case where the thickness of the reference mask R is larger than the thickness of the wafer W, and the reference mark RM is arranged at a position higher than the wafer mark WM .
図 1 0 Bは、 参照マスク Rの厚さがウェハ Wの厚さよりも薄く、 参照マーク R Mが、 ウェハマーク WMよりも低い位置に配置される場合を示す。 FIG. 10B shows a case where the thickness of the reference mask R is smaller than the thickness of the wafer W, and the reference mark RM is located at a position lower than the wafer mark WM.
同一のウェハァライメントセンサ W Sにより、 光軸上距離の異なる参照マーク RMとウェハマーク WMとを焦点深度内に収め、 検出しょうとすると、 倍率が高 くできず、 検出精度が低下してしまう。 If the same wafer alignment sensor W S is used to detect the reference mark RM and the wafer mark WM having different distances along the optical axis within the depth of focus and try to detect them, the magnification cannot be increased, and the detection accuracy decreases.
図 1 0 Cは、 参照マスク Rの高さを調整できる構成を示す。 ウェハの微動ステ ージ 9 2の上に、 ウエノ、 Wが配置されると共に、 高さ調整機構 9 1を介して参照 マスク Rが配置される。 高さ調整機構 9 1は、 圧電素子等を含み、 参照マスク R の高さを調整することができる。 FIG. 10C shows a configuration in which the height of the reference mask R can be adjusted. On the fine movement stage 92 of the wafer, Ueno and W are arranged, and a reference mask R is arranged via a height adjusting mechanism 91. The height adjusting mechanism 91 includes a piezoelectric element or the like, and can adjust the height of the reference mask R.
図 1 0 Dに示すように、 高さ調整機構 9 1が参照マスク Rの高さをウェハ Wの 高さと同一とするように調整する。 参照マスク Rとウェハマーク WMとの高さの 差が消滅することにより、 ウェハァライメントセンサ W Sの倍率を高くし、 検出 感度を向上することが可能となる。 As shown in FIG. 10D, the height adjusting mechanism 91 adjusts the height of the reference mask R to be equal to the height of the wafer W. By eliminating the difference in height between the reference mask R and the wafer mark WM, it is possible to increase the magnification of the wafer alignment sensor WS and improve the detection sensitivity.
上述の実施例においては、 シリコン基板の上にメンブレンを形成し、 メンブレ ン上に露光パターンを形成し、 露光パターン下のシリコン基板を除去したものを マスクとして用いた。 マスクは、 メンブレンタイプ又はステンシルタイプのいず れかにより形成される。 In the above-described embodiment, a mask is used in which a membrane is formed on a silicon substrate, an exposure pattern is formed on the membrane, and the silicon substrate below the exposure pattern is removed. The mask is formed by either a membrane type or a stencil type.
図 1 1 Aは、 マスクの構成例を示す。 シリコン基板の表面上に窒化シリコン膜 、 炭化シリコン B莫等のマスクメンブレンを形成した後、 シリコン基板裏面からの 選択エッチングにより、 マイナーストラット 5 1を残し、 露光領域に対応する基 板の複数領域が除去される。 マスクメンブレン 5 2の厚さは例えば 2 μ πιであり 、 マイナーストラット 5 1の高さは、 用いたシリコン基板の厚さに等しく、 例え ば約 0 . 7 5 mmである。 マイナーストラット 5 1の幅は、 例えば 1 7 0 μ mで ある。 FIG. 11A shows a configuration example of a mask. After forming a mask membrane such as silicon nitride film and silicon carbide B on the front surface of the silicon substrate, selective etching from the back surface of the silicon substrate leaves minor struts 51, and a plurality of regions of the substrate corresponding to the exposure region are formed. Removed. The thickness of the mask membrane 52 is, for example, 2 μπι, and the height of the minor strut 51 is equal to the thickness of the silicon substrate used, for example, about 0.75 mm. The width of the minor strut 51 is, for example, 170 μm.
このような構成によれば、 マイナーストラット 5 1の画定する領域が露光領域 となり、 マイナーストラット 5 1は、 露光領域を画定する非露光 (遮蔽) 領域と なる。 (マイナーストラットに関しては 「電子材料 2 0 0 2年 3月号」 (タイト ノレ: 7 0 n mノード対応 「E Bステツパ」 ) の p . 7 3の図 3参照) According to such a configuration, the area defined by the minor strut 51 is an exposure area, and the minor strut 51 is defined as an unexposed (shielded) area defining the exposure area. Become. (For minor struts, see Figure 3 on page 73 of the “Electronic Materials March 2002 Issue” (Tight Nore: 70 nm node compatible “EB Stepper”))
図 1 1 Bに示すように、 マイナーストラット 5 1に対応するメンプレン 5 2上 の領域は、 露光に用いることができない。 マイナーストラット 5 1に対応するメ ンブレン表面上に、 マスクマーク 5 3を形成することができる。 幅 1 7 0 mの 領域は位置合わせマークを配置する領域としては十分な面積である。 この構成に よれば、 マスクマーク 5 3の配置面積を広く確保できる。 As shown in FIG. 11B, the area on the membrane 52 corresponding to the minor strut 51 cannot be used for exposure. A mask mark 53 can be formed on the surface of the membrane corresponding to the minor strut 51. The area having a width of 170 m is a sufficient area for arranging the alignment mark. According to this configuration, a large area for arranging the mask marks 53 can be secured.
上述の実施例においては、 参照マスクを、 シリコン基板等のま持基板上に形成 したメンブレンに形成した開口、 又はメンブレン上の不透明パターンにより形成 した。 参照マスクは、 位置合わせのみに用いられるマスクであり、 露光用マスク と同一構成であることを要しない。 In the above-described embodiment, the reference mask is formed by an opening formed in a membrane formed on a holding substrate such as a silicon substrate or an opaque pattern on the membrane. The reference mask is a mask used only for alignment, and does not need to have the same configuration as the exposure mask.
図 1 1 C及び図 1 1 Dは、 参照マスクの他の構成例を示す。 検出光の波長に対 し透明な材料で形成された透明基板 3 5上に、 図 1 1 Cのメンプレンタイプでは 検出光の波長に対し不透明な材料のパターンにより、 図 1 1 Dのステンシルダイ プでは開口により参照マーク 1 8が形成されている。 透明基板 3 5は、 例えば、 2〜3 μ ηι程度の薄い S i CB莫又は S i N膜で形成される。 参照マーク 1 8は、 例えば、 図 1 1 Cに示すメンブレンタイプの場合には重金属 (例えば、 T a (タ ンタル) 等) で形成され、 図 1 1 Dに示すステンシルタイプの場合には開口部を 設けることにより形成される。 11C and 11D show other examples of the configuration of the reference mask. On the transparent substrate 35 made of a material transparent to the wavelength of the detection light, the stencil die shown in Fig. The reference mark 18 is formed by the opening in the loop. The transparent substrate 35 is formed of, for example, a thin SiCB film or a thin SiN film having a thickness of about 2 to 3 μηι. The reference mark 18 is made of, for example, a heavy metal (for example, Ta (tantalum) or the like) in the case of the membrane type shown in FIG. It is formed by providing.
次に、 図 1 3〜図 1 4 Dを参照して、 第 4の実施例について説明する。 Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 13 to 14D.
図 1 3に、 第 4の実施例による位置合わせ装置の断面図を示す。 ウェハステー ジ 1 2及びマスクァライメントセンサ M Sは、 図 1 Aに示した第 1の実施例によ る位置合わせ装置のものと同様の構成である。 ウェハステージ 1 2の微動ステー ジ 1 4に、 ウェハ W及びウェハ側参照マスク WRMが配置されている。 ウェハ側 参照マスク WRは、 図 1 B〜図 1 Eに示した参照マスク Rと同様の構成を有し、 光透過性のマーク保持部にゥェハ側参照マーク WRMを有している。 FIG. 13 is a cross-sectional view of a positioning device according to the fourth embodiment. The wafer stage 12 and the mask alignment sensor MS have the same configuration as that of the alignment device according to the first embodiment shown in FIG. 1A. The wafer W and the wafer-side reference mask WRM are arranged on the fine movement stage 14 of the wafer stage 12. The wafer-side reference mask WR has the same configuration as the reference mask R shown in FIGS. 1B to 1E, and has a wafer-side reference mark WRM in a light-transmissive mark holding unit.
図 1 Aではマスクステージ 1 1を概略的に示したが、 より詳細には、 マスクス テージ 1 1は、 マスクチャック 1 0 0、 変位機構 1 0 1、 及び支持基盤 (支持べ ース) 1 0 2を含んで構成される。 支持ベース 1 0 2は、 ウェハステージ 1 2の 粗動ステージ 1 3が取り付けられた基台に固定される。 FIG. 1A schematically shows the mask stage 11. More specifically, the mask stage 11 includes a mask chuck 100, a displacement mechanism 101, and a support base (support base) 10. It is composed including two. The support base 102 is The coarse movement stage 13 is fixed to the base on which it is mounted.
支持ベース 1 0 2は、 変位機構 1 0 1を支持し、 変位機構 1 0 1がマスクチヤ ック 1 0 0を支持する。 マスクチャック 1 0 0の底面に、 マスク M及ぴマスク側 参照マスク MRが固定されている。 マスク側参照マスク MRは、 図 1 B〜図 1 E に示した参照マスク Rと同様の構成を有し、 光透過性のマーク保持部にマスク側 参照マーク MRMを有している。 マスク M及びマスク側参照マスク MRは、 微小 間隙 (プロキシミティギャップ) を挟んでウェハ W及びウェハ側参照マスク WR に対向する。 The support base 102 supports the displacement mechanism 101, and the displacement mechanism 101 supports the mask check 100. The mask M and the mask-side reference mask MR are fixed to the bottom surface of the mask chuck 100. The mask-side reference mask MR has the same configuration as the reference mask R shown in FIGS. 1B to 1E, and has a mask-side reference mark MRM in a light-transmissive mark holding unit. The mask M and the mask-side reference mask MR face the wafer W and the wafer-side reference mask WR with a small gap (proximity gap) therebetween.
変位機構 1 0 1は、 特開 2 0 0 2— 3 5 3 1 1 5号公報の図 2に開示されたマ スクステージと同様の構造を有し、 マスクチャック 1 0 0に保持されたマスク M を、 マスク面に垂直な軸を中心とした回転方向、 及びあおり方向に微小に変位さ せることができる。 The displacement mechanism 101 has a structure similar to that of the mask stage disclosed in FIG. 2 of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-3553115, and the mask held by the mask chuck 100. M can be displaced minutely in the rotation direction around the axis perpendicular to the mask surface and in the tilt direction.
マスクチャック 1 0 0は、 マスク Mの転写パタ一ンが形成された領域、 及びマ スク側参照マスク MRのマーク支持部に対応する領域に、 窓 (貫通孔) を有する ウェハァライメントセンサ W Sが、 支持ベース 1 0 2に取り付けられている。 ウェハァライメントセンサ W Sは、 マスクチャック 1 0 0に形成された窓、 及び マスク側参照マスク MRのマーク支持部を通して、 ゥェハ側参照マーク WRM及 ぴウェハマーク WMの一方を、 マスク側参照マーク MRMと同時に検出すること ができる。 ウェハァライメントセンサ W Sとして、 図 2 Dに示した色収差 2重焦 点光学系を用レ、たものや、 図 2 Eに示したェッジ散乱光斜方検出系を用いたもの を使用することができる。 The mask chuck 100 is provided with a wafer alignment sensor WS having a window (through-hole) in a region where the transfer pattern of the mask M is formed and a region corresponding to the mark support portion of the mask-side reference mask MR. Attached to the support base 102. The wafer alignment sensor WS passes one of the wafer-side reference mark WRM and the wafer-side mark WM to the mask-side reference mark MRM through the window formed in the mask chuck 100 and the mark support of the mask-side reference mask MR. It can be detected at the same time. As the wafer alignment sensor WS, it is possible to use the chromatic aberration double focal point optical system shown in Fig. 2D or the one using the edge scattered light oblique detection system shown in Fig. 2E. it can.
図 1 4 〜図1 4 Dを参照して、 第 4の実施例による位置合わせ方法について 説明する。 A positioning method according to the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 14 to 14D.
図 1 4 Aに示すように、 マスクァライメントセンサ M Sでウェハ側参照マーク WRMとマスク Mのマスクマーク MMとを同時に検出する。 この方法は、 図 3 A を参照して説明した方法と同様であり、 基準点 X 0に対するマスクマーク MM ( ウェハ側参照マーク WRM) の位置 A 1が求められる。 As shown in FIG. 14A, the mask alignment sensor MS simultaneously detects the wafer-side reference mark WRM and the mask mark MM of the mask M. This method is similar to the method described with reference to FIG. 3A, and the position A1 of the mask mark MM (wafer-side reference mark WRM) with respect to the reference point X0 is obtained.
図 1 4 Bに示すように、 ウェハステージ 1 2を移動し、 ウェハァライノントセ ンサ WSにより、 マスク側参照マーク MRMとウェハマーク WMとを同時に検出 する。 この時、 基準位置 X0に対するウェハ側参照マーク WRMの位置 C 1が求 まる。 Move the wafer stage 12 as shown in Fig. The sensor WS simultaneously detects the mask-side reference mark MRM and the wafer mark WM. At this time, the position C1 of the wafer side reference mark WRM with respect to the reference position X0 is obtained.
図 14 Cに示すように、 ゥ ハステージ 12を移動し、 ウェハァライメントセ ンサ WSによりマスク側参照マーク MRMとウェハ側参照マーク WRMとを同時 に検出する。 この時、 基準位置 X0に対するウェハ側参照マーク WRM (マスク 側参照マーク MRM) の位置 B 1が求まる。 As shown in FIG. 14C, move the stage 12 and simultaneously detect the mask-side reference mark MRM and the wafer-side reference mark WRM by the wafer alignment sensor WS. At this time, the position B1 of the wafer-side reference mark WRM (mask-side reference mark MRM) with respect to the reference position X0 is determined.
この状態において、 ウェハマーク WMとマスクマーク MMとの位置の差 X 1が 、 Xl= (B 1 -A1) ― (C 1—B 1) と表される。 ウェハステージ 12を距 離 X 1だけ移動させることにより、 ウェハマーク WMとマスクマーク MMとの位 置を合わせることができる。 In this state, the difference X1 between the position of the wafer mark WM and the position of the mask mark MM is expressed as Xl = (B1-A1)-(C1-B1). By moving the wafer stage 12 by the distance X1, the positions of the wafer mark WM and the mask mark MM can be aligned.
第 1の実施例においては、 図 14 B及び図 14 Cの状態の時に、 マスク側参照 マーク MRMを検出することなく、 ウェハァライメントセンサ WSでウェハマー ク WMのみ、 またはウェハ側参照マーク WRMのみを検出していた。 このため、 図 3 B及ぴ図 3 Cに示した位置 B 1及び C 1の精度が、 ウェハァライメントセン サ WSの位置精度に依存する。 位置 B 1を検出してから、 位置 C 1を検出すると きまでに、 基準位置 X 0 (マスク M) に対してウェハァライメントセンサ WSの 相対位置がずれると、 求めるべき差 X 1に誤差が生ずる。 In the first embodiment, in the state shown in FIGS. 14B and 14C, the wafer alignment sensor WS detects only the wafer mark WM or only the wafer side reference mark WRM without detecting the mask-side reference mark MRM. Had been detected. Therefore, the accuracy of the positions B1 and C1 shown in FIGS. 3B and 3C depends on the position accuracy of the wafer alignment sensor WS. If the relative position of the wafer alignment sensor WS deviates from the reference position X0 (mask M) between the time when the position B1 is detected and the time when the position C1 is detected, an error occurs in the difference X1 to be obtained. Occurs.
第 4の実施例では、 図 14 B及ぴ図 14 Cに示した状態の時に、 マスク側参照 マーク MR Mを基準にして、 ゥェハマーク WM及びゥェハ僴参照マーク WR Mの 位置を検出する。 このため、 基準位置 X0 (マスク M) に対するウェハァライメ ントセンサ WSの相対位置のずれに依存せず、 ウェハマーク WM及ぴウェハ側参 照マーク WRMの位置を検出することができる。 In the fourth embodiment, in the states shown in FIGS. 14B and 14C, the positions of the wafer mark WM and the wafer reference mark WRM are detected with reference to the mask-side reference mark MRM. Therefore, the position of the wafer mark WM and the position of the wafer-side reference mark WRM can be detected without depending on the relative position of the wafer alignment sensor WS with respect to the reference position X0 (mask M).
マスク側参照マスク MRは、 マスク Mとともに図 1 3に示したマスクチャック 100に固定されている。 従って、 マスク Mに対するマスク側参照マスク MRの 相対位置のずれは生じにくい。 このため、 図 14 Bに示した位置 C 1及ぴ図 14 Cに示した位置 B 1を、 高精度に検出することができる。 これにより、 ウェハマ ーク WMとマスクマーク MMとの位置合わせ精度を高めることができる。 The mask-side reference mask MR is fixed together with the mask M to the mask chuck 100 shown in FIG. Therefore, the relative position of the mask-side reference mask MR with respect to the mask M is not easily shifted. Therefore, the position C1 shown in FIG. 14B and the position B1 shown in FIG. 14C can be detected with high accuracy. As a result, the alignment accuracy between the wafer mark WM and the mask mark MM can be improved.
次に、 図 15及び図 1 6を参照して、 第 5の実施例について説明する。 図 1 5に、 第 5の実施例による位置合わせ装置の断面図を示す。 以下、 図 1 3 に示レた第 4の実施例による位置合わせ装置との相違点について説明する。 第 4 の実施例では、 マスク側参照マーク M R Mが、 マスク Mとは別体のマスク側参照 マスク MRに形成されている。 これに対し、 第 5の実施例では、 マスク側参照マ —ク MRMが、 マスク M内に形成されている。 ウェハァライメントセンサ W Sは 、 マスク M内に形成されたマスク側参照マーク MRMを検出することができる。 図 1 6に、 マスク Mの平面図を示す。 支持基板 M S P内に、 転写すべきパター ンが形成された転写パターン部 M Pが配置され、 さらに、 転写パターン部 M Pと は異なる位置に参照マーク部 MR Aが配置されている。 転写パターン部 M P内に マスクマーク MMが配置されている。 参照マーク部 MR Aは、 光透過性のマーク 支持部 MR S、 及びマーク支持部 MR S内に配置されたマスク側参照マーク MR Mで構成される。 Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 15 is a cross-sectional view of a positioning device according to the fifth embodiment. Hereinafter, differences from the positioning apparatus according to the fourth embodiment shown in FIG. 13 will be described. In the fourth embodiment, the mask-side reference mark MRM is formed on the mask-side reference mask MR separate from the mask M. In contrast, in the fifth embodiment, the mask-side reference mark MRM is formed in the mask M. The wafer alignment sensor WS can detect the mask-side reference mark MRM formed in the mask M. FIG. 16 shows a plan view of the mask M. FIG. A transfer pattern section MP on which a pattern to be transferred is formed is arranged in the support substrate MSP, and a reference mark section MRA is arranged at a position different from the transfer pattern section MP. The mask mark MM is arranged in the transfer pattern section MP. The reference mark portion MRA is composed of a light-transmissive mark support portion MRS and a mask-side reference mark MRM disposed in the mark support portion MRS.
例えば、 支持基板 M S Pの直径は 2 0 0 mm ( 8ィンチ) 、 転写パターン部 M Pは、 5 O mm X 6 6 mmの長方形であり、 参照マーク部 MR Aは、 2 mm X 2 mm〜3 mm X 3 mmの正方形である。 For example, the diameter of the support substrate MSP is 200 mm (8 inches), the transfer pattern part MP is a rectangle of 5 O mm X 66 mm, and the reference mark part MR A is 2 mm X 2 mm to 3 mm X 3 mm square.
第 5の実施例では、 マスク側参照マーク MRMがマスク M内に配置されるため 、 図 1 3に示した場 4の実施例の場合に比べて、 マスク側参照マーク MRMとマ スクマーク MMとを近づけることができる。 両者が近づくと、 ウェハ側参照マー ク WRMとマスクマーク MMとを同時に検出している図 1 4 Aの状態から、 ゥェ ハマーク WMとマスク側参照マーク MRMとを同時に検出している図 1 4 Bの状 態に変化する時のウェハステージ 1 2の移動距離が短くなる。 In the fifth embodiment, since the mask-side reference mark MRM is disposed in the mask M, the mask-side reference mark MRM and the mask mark MM are compared with the case of the embodiment 4 shown in FIG. You can get closer. When they approach each other, the wafer mark RM and the mask-side reference mark MRM are simultaneously detected from the state shown in Fig. 14A, in which the wafer-side reference mark WRM and the mask mark MM are simultaneously detected. The moving distance of the wafer stage 12 when changing to the state B becomes short.
第 5の実施例では、 ウェハステージ 1 2の移動距離を短くすることができるた め、 より高精度な位置合わせを行うことが可能になる。 ウェハァライメントセン サ W Sとして、 図 2 Dに示した色収差 2重焦点光学系を用いたものを採用すると 、 1つのマスク側参照マーク M R Mで 2方向の位置を検出することができる。 次に、 図 1 7〜図 2 O Bを参照して、 第 6の実施例について説明する。 In the fifth embodiment, the moving distance of the wafer stage 12 can be shortened, so that more accurate alignment can be performed. When the wafer alignment sensor W S using the chromatic aberration double focus optical system shown in FIG. 2D is adopted, the position in two directions can be detected with one mask-side reference mark M R M. Next, a sixth embodiment will be described with reference to FIGS. 17 to 2OB.
図 1 7に、 第 6の実施例による位置合わせ装置の断面図を示す。 第 6の実施例 では、 図 1 5のウェハァライメントセンサ W Sの代わりに、 ェッジ散乱光斜方検 出装置 1 1 0 X及び 1 1 0 yが配置されている。 エッジ散乱光斜方検出装置 1 1 O xは、 支持ベース 102に、 y軸方向に移動可能に取り付けられており、 エツ ジ散乱光斜方検出装置 110 yは、 支持ベース 102に、 X軸方向に移動可能に 取り付けられている。 エッジ散乱光斜方検出装置 1 10 Xの光軸は、 マスク Mの 法線方向 (z軸方向) 力 ら y軸方向に傾けられており、 エッジ散乱光斜方検出装 置 1 1 O yの光軸は、 マスク Mの法線方向から X軸方向に傾けられている。 ウェハステージ 12側に取り付けられたウェハ側参照マスク WRに、 X用ゥェ ハ側参照マーク WRM X及び y用ゥェハ側参照マーク WRM yが形成されてレヽる 。 マスクァライメントセンサ MSの代わりに、 X用エッジ散乱光斜方検出装置 1 1 1 X及び y用エッジ散乱光斜方検出装置 1 1 1 yが配置されている。 FIG. 17 is a cross-sectional view of an alignment device according to the sixth embodiment. In the sixth embodiment, edge scattered light oblique detection devices 110X and 110Y are arranged in place of the wafer alignment sensor WS shown in FIG. Edge scattered light oblique detection device 1 1 O x is attached to the support base 102 so as to be movable in the y-axis direction, and the edge scattered light oblique detection device 110 y is attached to the support base 102 so as to be movable in the X-axis direction. Edge scattered light oblique detection device 110 The optical axis of X is tilted in the y-axis direction from the normal direction (z-axis direction) of the mask M, and the edge scattered light oblique detection device 110 Oy The optical axis is inclined in the X-axis direction from the normal direction of the mask M. The wafer-side reference mask WR attached to the wafer stage 12 is provided with a wafer-side reference mark WRM for X and a wafer-side reference mark WRMy for y. Instead of the mask alignment sensor MS, an edge scattered light oblique detection device 111 for X and an edge scattered light oblique detection device 111 for y are arranged.
図 18 Aに、 マスク Mの平面図を示す。 支持基板 MS P内に、 転写すべきパタ ーンが形成された転写パターン部 MPが配置され、 さらに、 転写パターン部 MP とは異なる位置に X用参照マーク部 MR A x及び y用参照マーク部 MR A yが配 置されている。 転写パターン部 MP内に X用マスクマーク MMx及び y用マスク マーク MMyが配置されている。 X用参照マーク部 MR Axは、 光透過性のマー ク支持部、 及びこのマーク支持部内に配置された X用マスク側参照マーク M R M Xで構成される。 y用参照マーク部 MRAyも同様の構成であり、 マーク支持部 と y用マスク側参照マーク MRMyで構成される。 FIG. 18A shows a plan view of the mask M. FIG. A transfer pattern section MP on which a pattern to be transferred is formed is arranged in the support substrate MSP, and a reference mark section for X MR A reference mark section for x and y is provided at a position different from the transfer pattern section MP. MR A y is located. In the transfer pattern portion MP, the X mask mark MMx and the y mask mark MMy are arranged. The X reference mark portion MR Ax is composed of a light-transmissive mark support portion and an X mask-side reference mark M R MX disposed in the mark support portion. The y reference mark section MRAy has the same configuration, and is composed of a mark support section and the y mask side reference mark MRMy.
図 18Bに、 X用参照マーク部 MR Axの平面図を示す。 y用参照マーク部 M RAyの構成も、 X用参照マーク部 MRAxと同様である。 光透過性のマーク支 持部 MRS X内に、 X用マスク側参照マーク MRMxが配置されている。 x用マ スク側参照マーク MRMxは、 図 2 Eまたは図 4 Bに示したエッジ散乱光用のマ ークと同様の構成を有し、 少なくとも y方向に、 好ましくは行列状に配列された 複数のエッジを含む。 FIG. 18B shows a plan view of the X reference mark portion MR Ax. The configuration of the reference mark portion MRAy for y is the same as that of the reference mark portion MRAx for X. An X mask-side reference mark MRMx is arranged in the light-transmissive mark support MRS X. The mask mark reference mark MRMx for x has the same configuration as the mark for edge scattered light shown in FIG.2E or FIG.4B, and has a plurality of marks arranged at least in the y direction, preferably in a matrix. Including the edge of
軸方向に関して X用マスク側参照マーク M R M Xの両側に、 マーク支持部 M RS Xを貫通する窓 WI Xが配置されている。 この窓 WI xを通して、 ウェハ側 のェッジ散乱光用のマークを観測することができる。 Windows WI X penetrating the mark support portion M RS X are arranged on both sides of the X mask side reference mark M R MX in the axial direction. Through this window WIx, it is possible to observe the mark for edge scattered light on the wafer side.
図 19Aに、 マスク Mの他の構成例を示す。 図 18 Aに示したマスク Mでは、 X用と y用の参照マーク部が別々に配置されていたが、 図 19 Aのマスク Mにお いては、 1つの参照マーク部 MR A内に X用マスク側参照マーク MRMxと y用 マスク側参照マーク MRM yとが配置されている。 FIG. 19A shows another configuration example of the mask M. In the mask M shown in FIG. 18A, the reference mark portions for X and y are separately arranged, but in the mask M in FIG. 19A, the reference mark portion for X is provided in one reference mark portion MR A. Mask side reference mark For MRMx and y A mask-side reference mark MRM y is arranged.
図 1 9 Bに、 参照マーク部 MRAの平面図を示す。 X用マスク側参照マーク M RM xの両脇 (X軸方向の正側及び負側) に窓 M i xが配置され、 y用マスク側 参照マーク MRM yの両脇 ( y軸方向の正側及び負側) に窓 M I yが配置されて いる。 X用マスク側参照マーク MRM X及ぴ y用マスク側参照マーク MRM yは 、 図 1 8 Aに示したマスク側参照マークと同様の構成を有する。 FIG. 19B shows a plan view of the reference mark portion MRA. A window Mix is arranged on both sides of the X-side mask reference mark M RM x (positive side and negative side in the X-axis direction), and both sides of the y-side mask side reference mark MRM y The window MI y is located on the (negative side). The mask-side reference mark MRM X for X and the mask-side reference mark MRM y for y have the same configuration as the mask-side reference mark shown in FIG. 18A.
図 2 O Aに、 ウェハ側参照マスク WRの底面図を示す。 矩形状の光透過性のマ ーク保持部 WR Sが、 梁 WBにより捕強されている。 梁 WBは、 例えば、 マーク 保持部 WR Sの外周線よりやや内側を 1周する外周部と、 その外周部の相互に対 向する 2本の辺の中点同士を接続する接続部とを含む。 Figure 2OA shows a bottom view of the wafer-side reference mask WR. The rectangular light-transmissive mark holding part WRS is captured by the beam WB. The beam WB includes, for example, an outer peripheral portion slightly around the outer peripheral line of the mark holding portion WRS, and a connecting portion connecting midpoints of two sides of the outer peripheral portion facing each other. .
X用ゥェハ側参照マーク WRM Xが、 梁 W Bで区分された 1つの区画内に配置 され、 y用ウェハ側参照マーク WRM yが、 x用ウェハ側参照マーク WRM xの 配置された区画の対角位置の区画内に配置されている。 X用ウェハ側参照マーク WRM xは、 X方向に離れて配置された一対のエッジ群からなり、 各エッジ群は 、 少なくとも y方向に、 好ましくは行列状に配置された複数のエッジを有する。 y用ウェハ側参照マーク WRM yは、 y方向に離れて配置された一対のエッジ群 からなり、 各エッジ群は、 少なくとも X方向に、 好ましくは行列状に配置された 複数のエッジを有する。 The wafer reference mark WRM X for X is placed in one section divided by the beam WB, and the wafer side reference mark WRM y for y is placed on the diagonal of the section where the x wafer side reference mark WRM x is placed. It is located within the location compartment. The X wafer-side reference mark WRM x is composed of a pair of edges arranged at a distance in the X direction, and each edge group has a plurality of edges arranged at least in the y direction, preferably in a matrix. The y- wafer-side reference mark WRM y is composed of a pair of edge groups arranged apart from each other in the y direction, and each edge group has a plurality of edges arranged at least in the X direction, preferably in a matrix.
図 2 0 Bに示すように、 マーク保持部 WR Sの十分な機械的強度が得られる場 合には、 梁を省略してもよい。 As shown in FIG. 20B, if sufficient mechanical strength of the mark holding portion WRS can be obtained, the beam may be omitted.
第 6の実施例による位置検出方法の基本的な原理は、 図 1 4 A〜図 1 4 Cで説 明した原理と同様である。 The basic principle of the position detection method according to the sixth embodiment is the same as the principle described in FIGS. 14A to 14C.
図 1 4 Aに示した工程に対応する工程について説明する。 図 1 7に示したゥェ ハステージ 1 2側の X用エッジ散乱光斜方検出装置 1 1 1 Xにより、 図 1 8 Aに 示した X用マスクマーク MM xと、 図 2 O Aまたは図 2 0 Bに示した X用参照マ ーク部 WRM xとを同時に検出する。 このとき、 X用マスクマ一ク MM xが X用 ウェハ側参照マーク WRM xの一対のエッジ群の間に位置するようにウェハステ ージ 1 2の位置を調節する。 一対のェッジ群の間のマーク保持部 WR Sを通して 、 X用マスクマーク MM xが観察される。 これにより、 X用マスクマーク MM x と x用ウェハ側参照マーク WRM xとの、 X方向に関する相対位置関係が正確に 測定される。 Steps corresponding to the steps shown in FIG. 14A will be described. The edge scattered light oblique detector for X on the wafer stage 12 side shown in Fig. 17 1 11 X allows the X mask mark MM x shown in Fig. 0 Simultaneously detects X reference mark part WRM x shown in B. At this time, the position of the wafer stage 12 is adjusted such that the X mask mark MMx is located between the pair of edge groups of the X wafer side reference mark WRMx. The X mask mark MMx is observed through the mark holding portion WRS between the pair of wedge groups. As a result, the X mask mark MM x The relative positional relationship between X and the wafer-side reference mark WRM x for x is accurately measured.
同様の方法で、 y用マスクマーク MM yと y用ウェハ側参照マーク WRM yと の、 y方向に関する相対位置関係を正確に測定することができる。 In a similar manner, the relative positional relationship in the y direction between the mask mark MM y for y and the wafer-side reference mark WRM y for y can be accurately measured.
図 1 4 Cに示した工程に対応する工程について説明する。 なお、 図 1 4 Bに示 した工程は、 図 1 4 Cのウェハ側参照マークがウェハマークに置き換わるだけで あり、 マークの検出原理は図 1 4 Cの工程における検出原理と同様である。 図 1 7に示した X用エッジ散乱光斜方検出装置 1 1 O xにより、 図 1 8 Bに示 した X用マスク側参照マーク MRM xと、 図 2 O Aまたは図 2 0 Bに示した x用 参照マーク部 WRM xとを同時に検出する。 X用マスク側参照マーク MRM xが X用ウェハ側参照マーク WRM xの一対のエッジ群の間に位置するようにウェハ ステージ 1 2の位置を調節する。 X用マスク側参照マーク MRM xの両脇の窓 W I Xを通して X用ウェハ側参照マーク WRM xが観察される。 これにより、 X用 マスク側参照マーク MRM xと X用ウェハ側参照マーク WRM xとの、 x方向に 関する相対位置関係が正確に測定される。 Steps corresponding to the steps shown in FIG. 14C will be described. The process shown in FIG. 14B is the same as the detection principle in the process of FIG. 14C, except that the wafer-side reference mark in FIG. 14C is replaced with a wafer mark. The X edge scattered light oblique detection device 1 1 O x shown in FIG. 17 allows the X mask side reference mark MRM x shown in FIG. 18 B and the X shown in FIG. 2 OA or FIG. For reference mark part WRM x is detected at the same time. The position of the wafer stage 12 is adjusted so that the X mask side reference mark MRM x is located between the pair of edge groups of the X wafer side reference mark WRM x. The wafer reference mark WRM x for X is observed through the windows W I X on both sides of the reference mark MRM x for X. Thereby, the relative positional relationship in the x direction between the X mask-side reference mark MRM x and the X wafer-side reference mark WRM x is accurately measured.
同様の方法で、 y用マスク側参照マーク MRM yと y用ウェハ側参照マーク W RM yとの、 y方向に関する相対位置関係を正確に測定することができる。 図 1 8 A及び図 1 9 Aの転写パターン部 MP内のマーク支持部の光透過率が十分高い 場合には、 エッジ散乱光斜方検出装置 1 1 0 X及ぴ 1 1 0 yは、 マスク Mに形成 されたマスクマーク MM及びウェハ Wに形成されたウェハマーク WMとを同時に 検出し、 両者の位置合わせを行うことができる。 In a similar manner, the relative positional relationship in the y direction between the mask side reference mark MRM y for y and the wafer side reference mark W RM y for y can be accurately measured. When the light transmittance of the mark support portion in the transfer pattern portion MP in FIGS. 18A and 19A is sufficiently high, the edge scattered light oblique detection device 110 X and 110 Y are masked The mask mark MM formed on the M and the wafer mark WM formed on the wafer W can be simultaneously detected, and the two can be aligned.
次に、 図 2 1 A〜図 2 2 Dを参照して、 第 7の実施例について説明する。 図 2 1 A及び図 2 1 Bは、 それぞれ第 7の実施例による位置合わせ装置の主要 部の平面図及び断面図を示す。 図 1 3に示した第 4の実施例の場合と同様に、 マ スクチャック 1 0 0、 変位機構 1 0 1、 及び支持ベース 1 0 2により、 マスクス テージ 1 1が構成されている。 マスクチャック 1 0 0にマスク Mが保持されてい る。 マスク Mに微小間隙を隔ててウェハ Wが、 図 1 3に示したウェハステージ 1 2と同様のウェハステージにより保持されている。 Next, a seventh embodiment will be described with reference to FIGS. 21A to 22D. 21A and 21B are a plan view and a cross-sectional view, respectively, of a main part of an alignment device according to a seventh embodiment. As in the case of the fourth embodiment shown in FIG. 13, the mask stage 11 is constituted by the mask chuck 100, the displacement mechanism 101, and the support base 102. Mask M is held in mask chuck 100. A wafer W is held by a wafer stage similar to the wafer stage 12 shown in FIG.
マスク Mの転写パターン部にマスクマーク MMが形成されている。 マスク Mに 、 その支持基板を貫通する窓 H yが形成されている。 ウェハ Wにウェハマーク W Mが形成されている。 A mask mark MM is formed in a transfer pattern portion of the mask M. Mask M A window Hy penetrating the support substrate is formed. Wafer mark WM is formed on wafer W.
エッジ散乱光斜方検出装置 1 1 0 yが、 X方向移動機構 1 2 0、 y方向移動機 構 1 2 1、 及び光軸方向移動機構 1 2 2により、 支持ベース 1 0 2に支持されて いる。 X方向移動機構 1 2 0及び y方向移動機構 1 2 1は、 それぞれエッジ散乱 光斜方検出機構 1 1 0 yを、 X軸方向及び y軸方向に並進移動させる。 光軸方向 移動機構 1 2 2は、 エッジ散乱光斜方検出機構 1 1 0 yをその光軸方向に移動さ せる。 エッジ散乱光斜方検出装置 1 1 0 yの光軸は、 z x面に平行であり、 z軸 から傾斜している。 The edge scattered light oblique detection device 110 is supported by the support base 102 by the X-direction moving mechanism 120, the y-direction moving mechanism 122, and the optical axis direction moving mechanism 122. I have. The X-direction movement mechanism 120 and the y-direction movement mechanism 121 translate the edge scattered light oblique detection mechanism 110 y in the X-axis direction and the y-axis direction, respectively. The optical axis direction moving mechanism 122 moves the edge scattered light oblique detection mechanism 110y in the optical axis direction. The optical axis of the edge scattered light oblique detection device 110 y is parallel to the z x plane and is inclined from the z axis.
同様に、 エッジ散乱光斜方検出装置 1 1 0 Xが支持ベース 1 0 2に支持されて いる。 ただし、 エッジ散乱光斜方検出装置 1 1 0 Xの光軸は、 y z面に平行であ り、 z軸方向から傾斜している。 Similarly, the edge scattered light oblique detection device 110X is supported by the support base 102. However, the optical axis of the edge scattered light oblique detection device 110 X is parallel to the yz plane and is inclined from the z-axis direction.
変位機構 1 0 1の円盤の中央に、 露光用の電子ビームを通過させる窓 1 0 1 A が形成されている。 窓 1 0 1 Aの外周の一部に、 切り込み部 1 0 1 B及び 1 0 1 Cが形成されている。 エッジ散乱光斜方検出装置 1 1 0 yがウェハマーク WM及 びウェハ側参照マーク WRM (図 1 3参照) を観察する時、 エッジ散乱光斜方検 出装置 1 1 0 yの鏡筒の先端が切り込み部 1 0 1 Bに接触するように姿勢制御さ れる。 エッジ散乱光斜方検出装置 1 1 0 yは、 切り込み部 1 0 1 Bに接触した状 態で、 マスク Mに形成された窓 H yを通してウェハマーク WM及びウェハ側参照 マーク WRMを観察することができる。 同様に、 エッジ散乱光斜方検出装置 1 1 0 Xの鏡筒の先端が、 切り込み部 1 0 1 Cに接触する。 In the center of the disk of the displacement mechanism 101, a window 101A through which an electron beam for exposure passes is formed. Cut portions 101B and 101C are formed in a part of the outer periphery of the window 101A. The edge scattered light oblique detection device 110 y observes the wafer mark WM and the wafer side reference mark WRM (see Fig. 13). The posture is controlled so that the 接触 comes into contact with the notch 101 B. The edge scattered light oblique detection device 110 y can observe the wafer mark WM and the wafer-side reference mark WRM through the window H y formed in the mask M in a state of being in contact with the notch 101 B. it can. Similarly, the tip of the barrel of the edge scattered light oblique detection device 110X comes into contact with the cutout portion 101C.
ェッジ散乱光斜方検出装置 1 1 0 yの鏡筒の先端が切り込み部 1 0 1 Bに接触 しているため、 その姿勢を安定させることができる。 このため、 エッジ散乱光斜 方検出装置 1 1 0 yの光軸を基準として、 ウェハマーク WM及ぴウェハ側参照マ ーク WRMの y軸方向に関する位置を高精度に測定することができる。 同様に、 エッジ散乱光斜方検出装置 1 1 0 Xにより、 ウェハマークとマスクマークとの X 軸方向の位置を高精度に検出することができる。 Since the tip of the lens barrel of the edge scattered light oblique detection device 110 y is in contact with the notch 110 B, its posture can be stabilized. Therefore, the positions of the wafer mark WM and the wafer-side reference mark WRM in the y-axis direction can be measured with high accuracy based on the optical axis of the edge scattered light oblique detection device 110y. Similarly, the position of the wafer mark and the mask mark in the X-axis direction can be detected with high accuracy by the edge scattered light oblique detection device 110X.
変位機構 1 0 1の円盤は、 z軸に平行な中心軸の周りに回転可能であるが、 そ の回転角度は極微小である。 変位機構 1 0 1の円盤が微小角度だけ回転方向に変 位したとしても、 エツジ散乱光斜方検出装置 1 1 0 yの鏡筒の先端を切り込み部 1 0 1 Bに安定して接触させることができる。 なお、 エッジ散乱光斜方検出装置 1 1 0 yを用いて位置合わせを行う期間は、 変位機構 1 0 1は固定されている。 図 2 2 A〜図 2 2 Dを参照して、 第 7の実施例による位置合わせ装置を用いて 位置合わせする方法を説明す ¾。 The disk of the displacement mechanism 101 is rotatable around a central axis parallel to the z-axis, but its rotation angle is extremely small. Displacement mechanism 101 The disk of 1 changes in the rotation direction by a small angle. Even if it is positioned, the tip of the lens barrel of the edge scattered light oblique detection device 110y can be stably brought into contact with the cut portion 101B. Note that the displacement mechanism 101 is fixed during the period of performing the alignment using the edge scattered light oblique detection device 110y. With reference to FIGS. 22A to 22D, a description will be given of a method of performing positioning using the positioning apparatus according to the seventh embodiment.
図 2 2 Aに示すように、 マスクァライメントセンサ M Sにより、 ウェハ側参照 マスク WRのウェハ側参照マーク WRMと、 マスク Mのマスクマーク MMとを位 置合わせする。 この時の、 基準点 Y 0に対するマスクマーク MM (ウェハ側参照 マーク WRM) の位置を A 1とする。 As shown in FIG. 22A, the mask alignment sensor MS aligns the wafer-side reference mark WRM of the wafer-side reference mask WR with the mask mark MM of the mask M. At this time, the position of the mask mark MM (the wafer side reference mark WRM) with respect to the reference point Y0 is defined as A1.
図 2 2 Bに示すように; ウェハステージを移動し、 エッジ散乱光斜方検出装置 1 1 0 yにより、 ウェハ側参照マスク WRのウェハ側参照マーク WRMを検出す る。 この時の、 基準位置 Y Oに対するウェハ側参照マーク WRMの位置を B 1と する。 このとき、 エッジ散乱光斜方検出装置 1 1 0 yの鏡筒の先端は、 図 2 1 A 及び図 2 1 Bに示したように、 変位機構 1 0 1の切り込み部 1 0 1 Bに接触し、 その姿勢が安定に保たれている。 As shown in FIG. 22B, the wafer stage is moved, and the wafer side reference mark WRM of the wafer side reference mask WR is detected by the edge scattered light oblique detection device 110 y. At this time, the position of the reference mark WRM on the wafer side with respect to the reference position Y O is B 1. At this time, the tip of the lens barrel of the edge scattered light oblique detection device 110 y comes into contact with the cut portion 101 B of the displacement mechanism 101, as shown in FIGS. 21A and 21B. And the posture is kept stable.
図 2 2 Cに示すように、 粗動ステージ 1 3を移動し、 ェッジ散乱光斜方検出装 置 1 1 O yにより、 ウェハマーク WMを検出する。 この時の、 基準位置 Y 0に対 するウェハ側参照マーク WRMの位置を C 1とする。 As shown in FIG. 22C, the coarse movement stage 13 is moved, and the wafer mark WM is detected by the edge scattered light oblique detection device 11 Oy. At this time, the position of the wafer-side reference mark WRM with respect to the reference position Y0 is defined as C1.
図 2 2 Dは、 これらの結果に基づき、 ウェハ Wとマスク Mとの位置合わせを行 う原理を示す。 エッジ散乱光斜方検出装置 1 1 0 yに、 ウェハ側参照マーク WR Mが検出されている時、 ウェハ側参照マーク W R Mとマスクマーク MMとの位置 の差は B 1—A 1である。 ウェハ側参照マーク WRMとウェハマーク WMとの位 置の差は、 C I— B 1である。 従って、 ウェハマーク WMとマスクマーク MMと の位置の差 Y 1は、 X 1 = B 1—A 1— ( C 1 - B 1 ) となる。 このようにして 、 y軸方向の位置合わせを行うことができる。 FIG. 22D shows the principle of aligning the wafer W and the mask M based on these results. When the wafer-side reference mark WRM is detected by the edge scattered light oblique detection device 110 y, the difference between the position of the wafer-side reference mark WRM and the position of the mask mark MM is B1-A1. The difference between the position of the wafer-side reference mark WRM and the position of the wafer mark WM is CI-B1. Therefore, the difference Y1 between the position of the wafer mark WM and the position of the mask mark MM is X1 = B1-A1- (C1-B1). Thus, the alignment in the y-axis direction can be performed.
同様にして、 エッジ散乱光斜方検出装置 1 1 0 Xを用い、 ウェハマークとマス クマークとの χ軸方向の位置合わせを行うことができる。 . 上記実施例では、 近接露光を例にとつそ位置合わせ装置及び方法を説明したが 、 この位置合わせ装置及び方法は、 その他のパターン転写方法に適用するこ'とが できる。 例えば、 ナノインプリント技術における型とウェハとの位置合わせに適 用することができる。 Similarly, the wafer scatter mark and the mask mark can be aligned in the χ- axis direction using the edge scattered light oblique detection device 110X. In the above-described embodiment, the apparatus and method for aligning the toes were described by taking proximity exposure as an example. However, this apparatus and method for aligning the positions may be applied to other pattern transfer methods. it can. For example, it can be applied to alignment between a mold and a wafer in nanoimprint technology.
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。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
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