(57)【要約】【課題】マスクとウエハとの高精度の位置合わせを実現できるようにする。【解決手段】ウエハにマスクを近接配置し、該マスクに形成されたマスクパターンを前記ウエハ上のレジスト層に転写する露光装置におけるマスクとウエハの位置合わせ方法。マスク３２に設けられた位置合わせ用第１のマークＭは、Ｘ方向の位置を検出するための、長手方向がＹ方向を向きかつＸ方向に平行に配される複数のストライプからなるマークＭＸと、Ｙ方向の位置を検出するための、長手方向がＸ方向を向きかつＹ方向に平行に配される複数のストライプからなるマークＭＹとからなり、それぞれ四角形の隣接する二辺の位置に配置される。相対的な位置ずれ量を測定するステップにおいて、撮像されたマークＭＸと撮像素子との水平方向傾き角度を算出する。【選択図】　　　図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハにマスクを近接配置し、該マスクに形成されたマスクパターンを前記ウエハ上のレジスト層に転写する露光装置におけるマスクとウエハとの位置合わせ方法において、
前記マスクに設けられた位置合わせ用の第１のマークと、前記ウエハが搭載されるパレット又は前記ウエハに設けられた位置合わせ用の第２のマークとを撮像素子により撮像するステップと、
撮像された前記第１のマーク及び第２のマークの画像信号に基づいて前記第１のマークと第２のマークとの相対的な位置ずれ量を測定するステップと、
前記測定した位置ずれ量に基づいて前記マスクとウエハとを相対的に位置合わせするステップとを含み、
前記マスクに設けられた第１のマークは、前記マスクのＸ方向の位置を検出するための、長手方向がＹ方向を向きかつＸ方向に平行に配される複数のストライプからなる第１のマスクマークと、前記マスクのＹ方向の位置を検出するための、長手方向がＸ方向を向きかつＹ方向に平行に配される複数のストライプからなる第２のマスクマークとからなり、これらの第１のマスクマーク及び第２のマスクマークを、それぞれ四角形の隣接する二辺の位置に配置することを特徴とするマスクとウエハとの位置合わせ方法。
【請求項２】
前記ウエハが搭載されるパレット又は前記ウエハに設けられた第２のマークは、前記パレット又はウエハのＸ方向の位置を検出するための、長手方向がＹ方向を向きかつＸ方向に平行に配される複数のストライプからなる第１のウエハマークと、前記パレット又はウエハのＹ方向の位置を検出するための、長手方向がＸ方向を向きかつＹ方向に平行に配される複数のストライプからなる第２のウエハマークとからなり、これらの第１のウエハマーク及び第２のウエハマークを、それぞれ四角形の隣接する二辺の位置の配置し、かつ、前記第１のマークと第２のマークとを撮像素子により撮像するステップにおいて、前記第１のマスクマーク及び第２のマスクマークと対向する位置に配置することを特徴とする請求項１に記載のマスクとウエハとの位置合わせ方法。
【請求項３】
前記第１のマークと第２のマークとを撮像素子により撮像するステップにおいて、前記第１のマーク及び第２のマークにそれぞれピントを合わせることが可能な２組の結像光学系を有する顕微鏡撮像装置によって略同時に撮像することを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載のマスクとウエハとの位置合わせ方法。
【請求項４】
前記第１のマークと第２のマークとの相対的な位置ずれ量を測定するステップにおいて、撮像された前記第１のマーク及び／又は前記第２のマークの画像信号を前記撮像素子の測定ライン方向を基準として一次のフーリエ変換を行い、スペクトル強度及び位相を算出し、該算出結果に基いて前記撮像素子と前記第１のマーク及び／又は前記第２のマークとの相対位置を求めることを特徴とする請求項１、２又は３のいずれか１項に記載のマスクとウエハとの位置合わせ方法。
【請求項５】
前記フーリエ変換の際に前記各マークの長手方向の所定長さ分のデータを積算した後にフーリエ変換を行うことを特徴とする請求項４に記載のマスクとウエハとの位置合わせ方法。
【請求項６】
前記フーリエ変換により算出されたスペクトル強度の第１のピーク及び／又は第２のピークの近傍の離散的なスペクトル強度及び位相を用いて補間計算を行いスペクトル強度のピーク及びこのときの位相を算出し、この結果に基いて前記撮像素子と前記第１のマーク及び／又は前記第２のマークとの相対位置を求めることを特徴とする請求項４又は５のいずれか１項に記載のマスクとウエハとの位置合わせ方法。
【請求項７】
前記第１のマークと第２のマークとの相対的な位置ずれ量を測定するステップにおいて、撮像された前記第１のマーク及び／又は前記第２のマークと前記撮像素子との水平方向傾き角度を算出することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のマスクとウエハとの位置合わせ方法。
【請求項８】
前記第１のマークと第２のマークとを撮像素子により撮像するステップにおいて、複数のフォーカス位置で撮像を行い、それぞれのフォーカス位置における前記フーリエ変換により算出されたスペクトル強度の第１のピーク及び／又は第２のピークとＤＣ成分との比を求め、この比が所定の値になるようにフォーカス位置を調整することを特徴とする請求項４、５、６又は７のいずれか１項に記載のマスクとウエハとの位置合わせ方法。
【請求項９】
前記第１のマークと第２のマークとを撮像素子により撮像するステップにおいて、複数のフォーカス位置で撮像を行い、それぞれのフォーカス位置における前記フーリエ変換により算出されたスペクトル強度の第２のピークと第１のピークとの比を求め、この比が所定の値になるようにフォーカス位置を調整することを特徴とする請求項４、５、６又は７のいずれか１項に記載のマスクとウエハとの位置合わせ方法。
【請求項１０】
ウエハにマスクを近接配置し、該マスクに形成されたマスクパターンを前記ウエハ上のレジスト層に転写する露光装置におけるマスクとウエハとの位置合わせ装置において、
前記マスクに設けられた位置合わせ用の第１のマークと、前記ウエハが搭載されるパレット又は前記ウエハに設けられた位置合わせ用の第２のマークとを各マークが設けられた面と直交する方向から同時に撮像する顕微鏡撮像装置であって、前記第１のマーク及び第２のマークにそれぞれピントを合わせることが可能な２組の結像光学系を有する顕微鏡撮像装置と、
前記顕微鏡撮像装置から得られる前記第１のマーク及び第２のマークの画像信号に基づいて前記第１のマークと第２のマークとの相対的な位置ずれ量を測定する位置ずれ量測定手段と、
前記測定した位置ずれ量に基づいて前記位置ずれ量がゼロになるように前記マスクとウエハとを相対的に位置合わせする手段と、
を備えており、
前記位置ずれ量測定手段には、撮像された前記第１のマーク及び／又は前記第２のマークの画像信号を前記撮像素子の測定ライン方向を基準として一次のフーリエ変換を行い、スペクトル強度及び位相を算出できる演算手段を備えたことを特徴とするマスクとウエハとの位置合わせ装置。
【請求項１１】
前記位置ずれ量測定手段には、更に顕微鏡撮像装置と撮像された前記第１のマーク及び／又は前記第２のマークとの水平方向傾き角度を算出できる演算手段を備えたことを特徴とする請求項１０に記載のマスクとウエハとの位置合わせ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマスクとウエハとの位置合わせ方法及び装置に係り、特に半導体ウエハに近接配置されたマスクのマスクパターンをウエハ上のレジスト層に等倍転写する露光装置におけるマスクとウエハとの位置合わせ方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の露光装置として、電子ビーム近接露光装置が提案されている（米国特許第５，８３１，２７２号（日本特許第２９５１９４７号に対応））。
【０００３】
図２２は上記電子ビーム近接露光装置の基本構成を示す図である。この電子ビーム近接露光装置１０は、主として電子ビーム１５を発生する電子ビーム源１４、電子ビーム１５を平行ビームにするレンズ１６及び整形アパーチャ１８を含む電子銃１２と、主偏向器２２、２４及び副偏向器２６、２８を含み、電子ビームを光軸に平行に走査する走査手段２０と、マスク３０とから構成されている。
【０００４】
前記マスク３０は、表面にレジスト層４２が形成されたウエハ４０に近接するように（マスク３０とウエハ４０との隙間が、たとえば５０μｍとなるように）配置される。この状態で、マスク３０に垂直に電子ビームを照射すると、マスク３０のマスクパターンを通過した電子ビームがウエハ４０上のレジスト層４２に照射される。
【０００５】
また、走査手段２０は、図２３に示されるように電子ビーム１５がマスク３０の全面を走査するように電子ビームを偏向制御する。これにより、マスク３０のマスクパターンがウエハ４０上のレジスト層４２に等倍転写される。
【０００６】
この電子ビーム近接露光装置１０は、図２４に示されるように真空チャンバ５０内に設けられている。また、真空チャンバ５０内には、ウエハ４０を吸着するために静電チャック６０と、この静電チャック６０に吸着されたウエハ４０を水平の直交２軸方向（Ｘ方向及びＹ方向）に移動させるとともに、水平面内で回転させるためのウエハステージ７０が設けられている。ウエハステージ７０は、マスクパターンの等倍転写が終了するごとにウエハ４０を所定量移動させ、これにより１枚のウエハ４０に複数のマスクパターンが転写できるようにしている。なお、８０は、マスク３０をＸ方向及びＹ方向に移動させることができるマスクステージである。
【０００７】
ところで、ウエハはそれぞれマスクパターンの異なる複数のマスクを用いて複数回露光され、これにより集積回路が形成される。そして、各マスクパターンの露光時には、露光するマスクパターンが、既に露光済みのマスクパターンと所定の位置関係になるようにマスクとウエハとを相対的に位置合わせを行う必要がある。
【０００８】
一方、従来のマスクとウエハとの位置合わせ方法として、斜方検出法が知られている（特開平１１−２４３０４８号公報参照）。
【０００９】
斜方検出法は、撮影光軸がウエハに近接配置されたマスク面に対して斜めになるように光学系を配置し、ウエハに設けられた位置合わせ用のウエハマークと、マスクに設けられた位置合わせ用のマスクマークとを同時に撮像し、その撮像した画像から各マーク間の位置ずれを検出し、この位置ずれがゼロになるようにマスクとウエハとを位置合わせするようにしている。
【００１０】
この斜方検出法は、露光を遮らないように顕微鏡撮像装置を配置することができ、露光中に光学系を退避させる必要がなく、露光中でも各マークを撮像することができるという利点がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の位置合わせ方法によっても、位置合わせ精度に限界があり、更に精度の向上が期待されている。すなわち、撮像素子としてのＣＣＤは、たとえば、１ピッチが６μｍであり、顕微鏡撮像装置内で１００倍に拡大してもウエハ又はマスクの６０ｎｍ以下の検出ができない。また、位置合わせ用のマークと撮像素子としてのＣＣＤの測定ライン方向が完全に平行に位置決めされないと回転誤差を生じるという問題がある、また、顕微鏡撮像装置のフォーカス状態によって位置合わせ精度に誤差を生じることも確認されている。
【００１２】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、１つの顕微鏡撮像装置によってマスクとウエハとの高精度の位置合わせを、従来を上回る高精度で実現することができるマスクとウエハとの位置合わせ方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本願請求項１に係る発明は、ウエハにマスクを近接配置し、該マスクに形成されたマスクパターンを前記ウエハ上のレジスト層に転写する露光装置におけるマスクとウエハとの位置合わせ方法において、
前記マスクに設けられた位置合わせ用の第１のマークと、前記ウエハが搭載されるパレット又は前記ウエハに設けられた位置合わせ用の第２のマークとを撮像素子により撮像するステップと、
撮像された前記第１のマーク及び第２のマークの画像信号に基づいて前記第１のマークと第２のマークとの相対的な位置ずれ量を測定するステップと、
前記測定した位置ずれ量に基づいて前記マスクとウエハとを相対的に位置合わせするステップとを含み、
前記マスクに設けられた第１のマークは、前記マスクのＸ方向の位置を検出するための、長手方向がＹ方向を向きかつＸ方向に平行に配される複数のストライプからなる第１のマスクマークと、前記マスクのＹ方向の位置を検出するための、長手方向がＸ方向を向きかつＹ方向に平行に配される複数のストライプからなる第２のマスクマークとからなり、これらの第１のマスクマーク及び第２のマスクマークを、それぞれ四角形の隣接する二辺の位置に配置することを特徴とするマスクとウエハとの位置合わせ方法を提供する。
【００１４】
また、本発明は、本願請求項２に示されるように、前記ウエハが搭載されるパレット又は前記ウエハに設けられた第２のマークは、前記パレット又はウエハのＸ方向の位置を検出するための、長手方向がＹ方向を向きかつＸ方向に平行に配される複数のストライプからなる第１のウエハマークと、前記パレット又はウエハのＹ方向の位置を検出するための、長手方向がＸ方向を向きかつＹ方向に平行に配される複数のストライプからなる第２のウエハマークとからなり、これらの第１のウエハマーク及び第２のウエハマークを、それぞれ四角形の隣接する二辺の位置の配置し、かつ、前記第１のマークと第２のマークとを撮像素子により撮像するステップにおいて、前記第１のマスクマーク及び第２のマスクマークと対向する位置に配置することを特徴としている。
【００１５】
本発明によれば、マスクに設けられた第１のマークは、Ｘ方向の位置を検出するための、複数のストライプからなる第１のマスクマークと、Ｙ方向の位置を検出するための、複数のストライプからなる第２のマスクマークとからなり、それぞれ四角形の隣接する二辺の位置に配置される。これにより、第１のマークと第２のマークとの相対的な位置ずれ量を測定するステップにおいて、第１のマークと撮像素子との水平方向傾き角度（回転量）の算出が容易となる。
【００１６】
また、同様に、パレット又はウエハに設けられた第２のマークは、Ｘ方向の位置を検出するための、複数のストライプからなる第１のウエハマークと、Ｙ方向の位置を検出するための、複数のストライプからなる第２のウエハマークとからなり、それぞれ四角形の隣接する二辺の位置の配置される。これにより、第１のマークと第２のマークとの相対的な位置ずれ量を測定するステップにおいて、第２のマークと撮像素子との水平方向傾き角度（回転量）の算出が容易となる。
【００１７】
本発明は、本願請求項３に示されるように、前記第１のマークと第２のマークとを撮像素子により撮像するステップにおいて、前記第１のマーク及び第２のマークにそれぞれピントを合わせることが可能な２組の結像光学系を有する顕微鏡撮像装置によって略同時に撮像することを特徴としている。
【００１８】
すなわち、第１のマークと第２のマークとが同時に撮像されることにより、顕微鏡撮像装置等の移動により生じる精度不良、経時的な精度不良（ウエハやマスクの熱膨張・収縮等）が生じない。
【００１９】
本発明は、本願請求項４に示されるように、前記第１のマークと第２のマークとの相対的な位置ずれ量を測定するステップにおいて、撮像された前記第１のマーク及び／又は前記第２のマークの画像信号を前記撮像素子の測定ライン方向を基準として一次のフーリエ変換を行い、スペクトル強度及び位相を算出し、該算出結果に基いて前記撮像素子と前記第１のマーク及び／又は前記第２のマークとの相対位置を求めることを特徴としている。
【００２０】
すなわち、画像信号を撮像素子の測定ライン方向を基準として一次のフーリエ変換を行えば、取り込んだ検出信号のノイズ等の影響を受けにくく、従来を上回る高精度が実現できる。
【００２１】
本発明は、本願請求項５に示されるように、前記フーリエ変換の際に前記各マークの長手方向の所定長さ分のデータを積算した後にフーリエ変換を行うことを特徴としている。
【００２２】
すなわち、画像信号を撮像素子の測定ライン方向に１ライン分のみ取り込んだ場合に誤差（ノイズ等）を生じる可能性がある。これに対し、各マークの長手方向の所定長さ分のデータを積算し、これをフーリエ変換することにより、更にノイズ等の影響を受けにくく、従来を上回る高精度が実現できる。
【００２３】
本発明は、本願請求項６に示されるように、前記フーリエ変換により算出されたスペクトル強度の第１のピーク及び／又は第２のピークの近傍の離散的なスペクトル強度及び位相を用いて補間計算を行いスペクトル強度のピーク及びこのときの位相を算出し、この結果に基いて前記撮像素子と前記第１のマーク及び／又は前記第２のマークとの相対位置を求めることを特徴としている。
【００２４】
すなわち、フーリエ変換により算出される値は、その原理より離散的なデータとなり、離散的なデータの間隔が大きいと誤差を生じることとなるが、このように補間計算を行えば、上記誤差は最小限に抑えることができる。
【００２５】
本発明は、本願請求項７に示されるように、前記第１のマークと第２のマークとの相対的な位置ずれ量を測定するステップにおいて、撮像された前記第１のマーク及び／又は前記第２のマークと前記撮像素子との水平方向傾き角度を算出することを特徴としている。
【００２６】
すなわち、第１のマーク又は第２のマークと撮像素子との水平方向傾き角度（回転量）に誤差があると、第１のマークと第２のマークとの相対的な位置ずれ量の測定誤差を生じることとなる。測定前に予めこのようなマークと撮像素子との回転量が得られていれば、顕微鏡撮像装置を最適な状態に調整できる。これにより、第１のマークと第２のマークとの相対的な位置ずれ量の測定誤差を最小限に抑えることができる。
【００２７】
本発明は、本願請求項８に示されるように、前記第１のマークと第２のマークとを撮像素子により撮像するステップにおいて、複数のフォーカス位置で撮像を行い、それぞれのフォーカス位置における前記フーリエ変換により算出されたスペクトル強度の第１のピーク及び／又は第２のピークとＤＣ成分との比を求め、この比が所定の値になるようにフォーカス位置を調整することを特徴としている。
【００２８】
また、本発明は、本願請求項９に示されるように、前記第１のマークと第２のマークとを撮像素子により撮像するステップにおいて、複数のフォーカス位置で撮像を行い、それぞれのフォーカス位置における前記フーリエ変換により算出されたスペクトル強度の第２のピークと第１のピークとの比を求め、この比が所定の値になるようにフォーカス位置を調整することを特徴としている。
【００２９】
すなわち、顕微鏡撮像装置のフォーカス状態によって位置合わせ精度に誤差を生じることが確認されているが、このような方法により最適なフォーカス位置が得られることが確認された。
【００３０】
本発明は、本願請求項１０に示されるように、ウエハにマスクを近接配置し、該マスクに形成されたマスクパターンを前記ウエハ上のレジスト層に転写する露光装置におけるマスクとウエハとの位置合わせ装置において、
前記マスクに設けられた位置合わせ用の第１のマークと、前記ウエハが搭載されるパレット又は前記ウエハに設けられた位置合わせ用の第２のマークとを各マークが設けられた面と直交する方向から同時に撮像する顕微鏡撮像装置であって、前記第１のマーク及び第２のマークにそれぞれピントを合わせることが可能な２組の結像光学系を有する顕微鏡撮像装置と、
前記顕微鏡撮像装置から得られる前記第１のマーク及び第２のマークの画像信号に基づいて前記第１のマークと第２のマークとの相対的な位置ずれ量を測定する位置ずれ量測定手段と、
前記測定した位置ずれ量に基づいて前記位置ずれ量がゼロになるように前記マスクとウエハとを相対的に位置合わせする手段と、
を備えており、
前記位置ずれ量測定手段には、撮像された前記第１のマーク及び／又は前記第２のマークの画像信号を前記撮像素子の測定ライン方向を基準として一次のフーリエ変換を行い、スペクトル強度及び位相を算出できる演算手段を備えたことを特徴とするマスクとウエハとの位置合わせ装置を提供する。
【００３１】
また、本発明は、本願請求項１１に示されるように、前記位置ずれ量測定手段には、更に顕微鏡撮像装置と撮像された前記第１のマーク及び／又は前記第２のマークとの水平方向傾き角度（回転量）を算出できる演算手段を備えたことを特徴としている。
【００３２】
このようなマスクとウエハとの位置合わせ装置を使用することにより、請求項１〜９に記載の発明が実現できる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って本発明に係るマスクとウエハとの位置合わせ方法及び装置の好ましい実施の形態について説明する。
【００３４】
図１は本発明に係るマスクとウエハとの位置合わせ装置の第１の実施の形態のアライメント機構系を含む電子ビーム近接露光装置の要部縦断面図であり、図２は図１に示した電子ビーム近接露光装置の要部上面図である。なお、電子ビーム近接露光装置としての主要な構成は、図２２乃至図２４に示したものと同様のため、その詳細な説明は省略する。
【００３５】
図１及び図２に示されるように、この電子ビーム近接露光装置には、１つのアライメントユニット（顕微鏡撮像装置）１００が、真空チャンバ５０内のフレーム５２に固定されている。この顕微鏡撮像装置１００は、電子ビーム近接露光装置による転写時に邪魔にならない露光領域外に固定されている。なお、図２上で１０２は電子光学鏡筒である。
【００３６】
また、顕微鏡撮像装置１００の照明手段を構成するランプハウス１１０は、真空チャンバ５０の外側に配設され、このランプハウス１１０から出射される照明光は、光ファイバ１１１、照明用の光学系１１２、及び真空チャンバ５０の天板に設けられた窓５４を介して顕微鏡撮像装置１００内に導かれるようになっている。
【００３７】
マスク３２が取り付けられているマスクステージ８０は、Ｘ方向及びＹ方向に移動できるようになっている。
【００３８】
図３はマスク３２の平面図である。このマスク３２は、８インチマスクであり、４種類のマスクパターンＰ１〜Ｐ４が形成されている。また、各マスクパターンの左右の位置には、位置合わせ用のマスクマークが形成されており、各マスクパターンとマスクマークとは一定の関係をもって形成されている。なお、図３上で、Ｍ１、Ｍ２は、マスクパターンＰ１の左右の位置に形成されたマスクマークを示している。
【００３９】
顕微鏡撮像装置１００によってマスクマークＭ１を観察する場合には、このマスクマークＭ１が顕微鏡撮像装置１００の視野Ｖに入るようにマスクステージ８０を移動させる。なお、このマスクステージ８０の位置（ｘ、ｙ）は、レーザ干渉計ＬＸＭ、ＬＹＭ（図１４参照）によって測定できるようになっている。
【００４０】
一方、ウエハ４０は、図４に示されるようにウエハパレット４４上に図示しない電磁チャックによって吸着固定される。このウエハパレット４４は、図２４に示したウエハステージ７０の静電チャック６０上に搭載され固定される。なお、図２４は、ウエハパレット４４を使用せずに、ウエハ４０が直接静電チャック６０上に搭載されている場合に関して示している。
【００４１】
ウエハパレット４４には、図４に示されるようにパレットマークＷＰ１、ＷＰ２が設けられている。これらのパレットマークＷＰ１、ＷＰ２は、ウエハ４０の上面と面一の位置にマークが形成されている。
【００４２】
また、ウエハ４０には、各種のマスクパターンの転写等によって複数のダイＤが形成されるが、これらのダイＤの位置合わせ用のダイマークＤＭがウエハ４０上に形成されている。なお、パレットマークＷＰ１、ＷＰ２と、各ダイマークＤＭとの位置関係は、ウエハ４０をウエハパレット４４に搭載した後、別途測定されデータとして保存されている。従って、ウエハステージ７０上でのパレットマークＷＰ１、ＷＰ２の位置が検知できれば、各ダイマークＤＭの位置は前記パレットマークＷＰ１、ＷＰ２と各ダイマークＤＭとの位置関係から計算で求めることができる。なお、ウエハステージ７０の位置（Ｘ、Ｙ）は、レーザ干渉計ＬＸＷ、ＬＹＷ（図１４参照）によって測定できるようになっている。
【００４３】
図１及び図２に示した顕微鏡撮像装置１００は、マスク３２のマスクマークＭ１又はＭ２と、パレットマークＷＰ１又はＷＰ２とを同時に観察し、各マーク間の位置ずれ量を測定するもので、マスク面及びウエハパレット面（ウエハ面）と直交する方向から同時に撮像するとともに、高さ（Ｚ方向の位置）が異なる各マークに同時にピントを合わせることが可能な２組の結像光学系を有している。
【００４４】
図５は上記顕微鏡撮像装置１００の詳細を示す光学部品配置図である。
【００４５】
同図に示されるように顕微鏡撮像装置１００の結像光学系は、対物レンズ１２０を共通にして３つの光路に分岐している。すなわち、顕微鏡撮像装置１００は、マスクマークを固体撮像素子（ＣＣＤ）１３０に結像させるマスクマーク撮像用光学系と、パレットマークをＣＣＤ１３１に結像させるパレットマーク撮像用光学系と、マスクマークをＣＣＤ１３２に結像させるオートフォーカス用光学系とを有している。
【００４６】
前記マスクマーク撮像用光学系は、対物レンズ１２０、ハーフミラー１２１、１２２、及びマスクマーク結像用対物レンズ１２３から構成され、パレットマーク撮像用光学系は、対物レンズ１２０、ハーフミラー１２１、１２２、１２４及びパレットマーク結像用対物レンズ１２５から構成され、オートフォーカス用光学系は、対物レンズ１２０、ハーフミラー１２１、１２２、１２４及びフォーカス用レンズ１２６から構成されている。
【００４７】
また、顕微鏡撮像装置１００は、対物レンズ１２０、ハーフミラー１２１、全反射ミラー１２７、レンズ１２８、及び光学系１１２、光ファイバ１１１からなる照明用光学系と、この照明用光学系を介して照明光を出射するランプハウス１１０とからなる照明手段を有している。なお、照明光学系内の光学系１１２は、ＮＡ可変絞り１１２Ａ、レンズ１１２Ｂ、及び視野可変絞り１１２Ｃから構成されている。
【００４８】
また、対物レンズ１２０及びパレットマーク結像用対物レンズ１２５は、それぞれ光軸方向に微小量移動できるようになっており、対物レンズ１２０をたとえばピエゾ素子によって移動させることによってマスクマークがＣＣＤ１３０に結像するようにピント調整が行われ、パレットマーク結像用対物レンズ１２５を移動させることによってパレットマークがＣＣＤ１３１に結像するようにピント調整が行われる。
【００４９】
すなわち、対物レンズ１２０は、オートフォーカス用光学系を介してマスクマークを撮像するＣＣＤ１３２の出力信号のコントラストが最大になるように自動的にレンズ位置が制御される。ここで、オートフォーカス用光学系及びマスクマーク撮像用光学系は、マスクマークがＣＣＤ１３２に結像されるときにＣＣＤ１３０にも結像されるように予め調整されている。従って、ＣＣＤ１３２にマスクマークが結像するように対物レンズ１２０を移動させることにより、ＣＣＤ１３０にマスクマークを結像させることができる。なお、オートフォーカス用光学系は、ピント調整が容易にできるようにマスクマーク撮像用光学系よりも撮影倍率が低くなっている。
【００５０】
また、ＣＣＤ１３１は、マスク４０からたとえば５０μｍ下側に配置されるウエハ（パレットマーク）が結像するようにパレットマーク結像用対物レンズ１２５の位置が調整されているが、マスクとウエハとの隙間が変更される場合にもパレットマークが結像できるように、パレットマーク結像用対物レンズ１２５は、たとえば超音波モータなどによって光軸方向に微小量移動できるようになっている。　なお、この実施の形態では、対物レンズ１２０とパレットマーク結像用対物レンズ１２５とがそれぞれピント調整用に光軸方向に移動できるようになっているが、これに限らず、対物レンズ１２０、マスクマーク結像用対物レンズ１２３及びパレットマーク結像用対物レンズ１２５のうちの少なくとも２つが光軸方向に移動できるように構成すれば、マスクマーク及びパレットマークにそれぞれピントを合わせることができる。また、この顕微鏡撮像装置１００は、瞳位置に図示しない位相差板が着脱できるようになっており、位相差顕微鏡としての機能を備えている。更に、この顕微鏡撮像装置１００に適用される照明手段は、落射照明又は臨界照明に手動で切り替えられるように構成されている。
【００５１】
更に、この実施の形態では、マスクマーク撮像用光学系と、パレットマーク撮像用光学系の結像位置が、後述する演算手段で演算されたフーリエ変換の値よりフィードバックされて最適結像位置となるように制御される。
【００５２】
また、この実施の形態では、マスクマークとパレットマークとがそれぞれ結像される２つのＣＣＤ（ＣＣＤ１３０、１３１）を設けるようにしているが、２組の結像光学系の光路をミラーやハーフミラーを介して合流させ、マスクマークとパレットマークとを１つのＣＣＤに結像させるようにしてもよい。
【００５３】
図６はマスクマークとパレットマークとを１つのＣＣＤに結像させる顕微鏡撮像装置１００’の光学部品配置図である。なお、図５と共通する部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５４】
図６に示されるように、この顕微鏡撮像装置１００’のマスクマーク撮像用光学系は、対物レンズ１２０、ハーフミラー１４０、１４１、反射ミラー１４３、マスクマーク結像用対物レンズ１２３、及びハーフミラー１４４から構成され、パレットマーク撮像用光学系は、対物レンズ１２０、ハーフミラー１４０、１４１、パレットマーク結像用対物レンズ１２５、ハーフミラー１４２、及び１４４から構成されている。また、オートフォーカス用光学系は、対物レンズ１２０、ハーフミラー１４０、１４１、パレットマーク結像用対物レンズ１２５、ハーフミラー１４２、及びフォーカス用レンズ１２６から構成されている。
【００５５】
上記構成のマスクマーク撮像用光学系及びパレットマーク撮像用光学系は、同一のアライメント用ＣＣＤ１４５にマスクマークとパレットマークとを同時に結像させることができる。
【００５６】
次に、マスクマークとパレットマークとの位置ずれ量の検出方法について説明する。
【００５７】
図７は顕微鏡撮像装置１００の視野Ｖ内に第１のマークであるマスクマークＭと、第２のマークであるパレットマークＷＰとを入れた場合に関して示している。マスクマークＭは、マスクのＸ方向の位置を検出するための、長手方向がＹ方向を向きかつＸ方向に平行に配される５個のストライプ状の開口からなるマスクマークＭＸ（第１のマスクマーク）と、マスクのＹ方向の位置を検出するための、長手方向がＸ方向を向きかつＹ方向に平行に配される５個のストライプ状の開口からなるマスクマークＭＹ（第２のマスクマーク）とから構成されている。これらのマスクマークＭＸ及び第マスクマークＭＹは、それぞれ四角形の隣接する二辺の位置に配置されている。
【００５８】
一方、パレットマークＷＰは、ウエハパレットのＸ方向の位置を検出するための、長手方向がＹ方向を向きかつＸ方向に平行に配される５本のストライプ状の凸部（又は凹部）からなるパレットマークＷＰＸ（第１のウエハマーク）と、ウエハパレットのＹ方向の位置を検出するための、長手方向がＸ方向を向きかつＹ方向に平行に配される５本のストライプ状の凸部（又は凹部）からなるパレットマークＷＰＹ（第２のウエハマーク）とから構成されている。これらの第１のウエハマーク及び第２のウエハマークは、それぞれ四角形の隣接する二辺の位置の配置される。また、図示の状態で、マスクマークＭＸ及びマスクマークＭＹと対向する位置に配置される。
【００５９】
このマスクマークＭ及びパレットマークＷＰのサイズは、特に制限はないが、たとえば、各ストライプが２×１０μｍであり、ストライプの間隔が２μｍである構成が採用できる。
【００６０】
また、マスク３２には、マスク３２の下方に位置するパレットマークＷＰを観察するためのＬ字状の開口３３が形成されている。この開口３３により、パレットマークＷＰでの散乱光による像は、マスク３２によって減衰することなく撮像されるため、パレットマークＷＰの像と背景とのコントラストが低下することがない。
【００６１】
なお、図７においては、マスクマークＭとパレットマークＷＰとは同一サイズに形成され、また、互いに対称な位置に配されているが、必ずしもこのようにする必要はない。たとえば、マスクマークＭはマスクにスリット（開口）として形成されているが、マスク強度を上げるために長手方向に２分割して、５×２個の開口からなるマスクマークＭＸと、５×２個の開口からなるマスクマークＭＹとすることもできる。マスクマークＭとパレットマークＷＰとでピッチを異ならせることもできる。
【００６２】
また、マスクマークＭとパレットマークＷＰとで、マークと中心（図７ではＯ１）との距離を変えるように構成することもできる。要は、マスクマークＭとパレットマークＷＰとのそれぞれが、Ｘ方向を向くマーク及びＹ方向を向くマークを、それぞれ四角形の隣接する二辺の位置に配置するように構成させればよい。
【００６３】
マスクマークＭとパレットマークＷＰとの位置ずれ量を求める場合には、マスクマークＭが結像されるＣＣＤ１３０から得られる画像信号を信号処理し、マスクマークＭＸの中心位置とマスクマークＭＹの中心位置をそれぞれ求める。同様にしてパレットマークＷＰが結像されるＣＣＤ１３１から得られる画像信号を信号処理し、パレットマークＷＰＸの中心位置とパレットマークＷＰＹの中心位置をそれぞれ求める。
【００６４】
上記のようにして求めたマスクマークＭの中心位置を示すＣＣＤ１３０上の画素位置と、パレットマークＷＰの中心位置を示すＣＣＤ１３１上の画素位置との画素位置の差分に基づいてマスクマークＭとパレットマークＷＰとの位置ずれ量を測定する。そして、測定した位置ずれ量がゼロになるように、ウエハステージ７０又はマスクステージ８０を移動させ、マスクマークＭが示す位置とパレットマークＷＰが示す位置とを一致させる。
【００６５】
なお、図７は、マスクマークＭが示す中心位置とパレットマークＷＰが示す中心位置とが一致している場合の中心位置Ｏ１に関して示している。これに対し、図８は、マスクマークＭが示す中心位置Ｏ１とパレットマークＷＰが示す中心位置Ｏ２とが異なっている場合に関して示している。
【００６６】
また、顕微鏡撮像装置１００の対物レンズ１２０が微小量移動すると、撮影倍率が変動するが、図７に示される形状のマスクマークＭが示す位置及びパレットマークＷＰが示す位置は、顕微鏡撮像装置１００の撮影倍率が変動しても変化量が極めて少ない。更に、顕微鏡撮像装置１００のフォーカス状態によって位置合わせ精度に誤差を生じることが確認されているが、後述する演算手段で演算されたフーリエ変換の値よりフィードバックされて最適結像位置となるように制御される。
【００６７】
次に、マスクマークＭ又はパレットマークＷＰと顕微鏡撮像装置１００のＣＣＤの測定ラインが完全に平行に位置決めされないと回転誤差を生じる原理、及び、この誤差を補正する手段について説明する。
【００６８】
図９に示される形状のマスクマークＭによる中心位置は、Ｘ方向中央のマスクマークＭＸの中心線ＣＭＸと、Ｙ方向中央のマスクマークＭＹの中心線ＣＭＹとの交点であるＯ１である。一方、図示のように顕微鏡がマスクマークＭに対し回転して配置された状態、すなわち、マスクマークＭと顕微鏡撮像装置１００のＣＣＤ（撮像素子）とが水平方向に所定の傾き角度を生じている状態では、ＣＣＤの中心位置は、Ｘ方向の中心線ＣＸと、Ｙ方向の中心線ＣＹとの交点であるＯ３である。従って、Ｏ１とＯ３とは一致せず、この結果誤差を生じることとなる。
【００６９】
このような誤差を補正する手段が図１０に示される。すなわち、ＣＣＤのＸ方向のあるラインＳ１によりマスクマークＭＸを読み取り、マスクマークＭＸの中央点Ｃ１を算出し、ラインＳ１よりＹ方向に距離Ｌ離れた位置で、ＣＣＤのＸ方向のラインＳ２によりマスクマークＭＸを読み取り、マスクマークＭＸの中央点Ｃ２を算出する。このとき、マスクマークＭＸの配列方向とＣＣＤのＸ方向のラインとが平行状態になければ、ラインＳ１のＣ１点よりの垂線とラインＳ２との交点であるＣ３と前記Ｃ２とは一致しない。
【００７０】
このＣ２とＣ３との距離ΔＸと距離Ｌとより三角関数によりマスクマークＭＸの配列方向とＣＣＤのＸ方向のラインとの傾斜角度ψが求まる。したがって、この求められたψを使用して座標変換により真のマスクマークＭの中心位置Ｏ１（図９参照）が算出できる。
【００７１】
なお、傾斜角度ψを求めるのにマスクマークＭに代えてパレットマークＷＰを使用することもできる。ただし、パレットマークＷＰはプロセスにより変形することがあるので、マスクマークＭを使用することが好ましい。
【００７２】
次に、フーリエ変換を使用して、マスクマークＭ又はパレットマークＷＰの中心位置を正確に求める手段について説明する。図１１は、マスクマークＭ又はパレットマークＷＰの画像信号を撮像素子の測定ライン方向を基準として一次のフーリエ変換したデータを示すグラフである。この例は、図７に示されるマスクマークＭＸの画像信号を取り込んだものをフーリエ変換したデータである。
【００７３】
マスクマークＭのサイズは、既述の、各ストライプが２×１０μｍであり、ストライプの間隔が２μｍである構成を採用した。また、ＣＣＤは、画素部分のサイズが６ｍｍ角で１０２４ｂｉｔのマトリックス状のものを使用し、顕微鏡により１００倍に拡大された画像を撮像している。
【００７４】
フーリエ変換の際にマスクマークＭの長手方向（この場合はＹ方向）の所定長さ分のデータを積算した後にフーリエ変換を行うことが好ましいことより、本例ではＹ方向の５０ｂｉｔ分の幅でＸ方向にマスクマークＭを撮像した。このときのＹ方向の取り込み幅は、ＣＣＤ上で６μｍ×５０ｂｉｔ＝０．３ｍｍとなり、マスクマークＭ上では３μｍ幅となる。
【００７５】
図１２及び図１３は、フーリエ変換結果を、横軸に周波数を、縦軸にスペクトル強度（左縦軸）と位相角度（右縦軸）とをとってプロットしたグラフである。このうち、図１２は、マスクマークＭの中心位置の真の値との誤差が比較的小さいものの例であり、図１３は、マスクマークＭの中心位置の真の値との誤差が比較的大きいものの例である。また、図１３の（ａ）と（ｂ）とは、同一個所のマスクマークＭをフォーカス状態を変えて撮像した結果を示す。
【００７６】
図１２及び図１３のグラフにおいて、左側の縦軸はスペクトル強度（Ｐ−Ｐ）を示し、グラフの◆印がこれに対応する。また、右側の縦軸は位相を示し、■印がこれに対応する。
【００７７】
グラフの横軸において、たとえば、既述のように、画素部分のサイズが６ｍｍ角で１０２４ｂｉｔのマトリックス状のＣＣＤが顕微鏡により１００倍に拡大された画像を解析する状態で考える。この場合、マスク又はパレット（ウエハ）の０．０６ｍｍ角のエリアを１０２４２の数のＣＣＤ画素で読み取ることになる。したがって、　１次元（Ｘ方向）では、０．０６ｍｍの長さを１０２４の数のＣＣＤ画素で読み取ることになる。この場合、図１２及び図１３のグラフにおける離散的な周波数間隔は１／０．０６ｍｍ、すなわち、１６．６本／ｍｍになる。なお、本例のように、Ｘ方向の１０２４ｂｉｔ全てを取り込まず、マスクマークＭの存在するエリアにウィンドウを設け、中央部の５１２ｂｉｔのみを取り込む方法を採用することもできる。このようにすれば、読み取り時間の短縮が図れる。
【００７８】
図１２及び図１３のグラフは、フーリエ変換結果を図表作成ソフトによりそのままプロットしたものであるが、フーリエ変換により算出されたスペクトル強度の第１のピークｆ１及び／又は第２のピークｆ２の近傍の離散的なスペクトル強度及び位相を用いて補間計算を行いスペクトル強度のピーク及びこのときの位相を算出し、この結果を利用すれば、精度はより向上する。
【００７９】
図１１に示されるようなデータに対し一次のフーリエ変換を行なうと第１のピークｆ１及び第２のピークｆ２が現れる。これは、マスクマークＭのストライプの両エッジに対応する。この２つのピークのうち、先ず、低周波側のｆ１を使用して大まかなマスクマークＭの中心位置の真の値とのズレ量を求める。
【００８０】
第１のピークｆ１の位置における周波数ｆ１と位相φよりズレ量δは以下の式より算出される。
【００８１】
【数１】
δ＝φ／（２π・ｆ１）　　　…（１）
すなわち、一次のフーリエ変換結果はピッチが１／ｆ１の正弦波となり、１ピッチは２π（ｒａｄ）に該当することより上記式が導かれる。この際、中心位置の真の値とのズレ方向は正負により判別できる。図７等において、右側へのズレが正に対応し、左側へのズレが負に対応する。
【００８２】
図１２に示されるように、第１のピークｆ１における位相φの値が小さい場合には、第２のピークｆ２におけるデータを使用して再度ズレ量δを算出すると、より正確な値が得られる。この場合、式１と同様の式でｆ１に代えてｆ２を代入すればよい。
【００８３】
一方、図１３のようにマスクマークＭの中心位置の真の値との誤差が比較的大きいものの場合には、第１のピークｆ１における位相φの値が充分に大きく、読み取り精度の点でも問題ないので、第２のピークｆ２におけるデータを使用しても大差はない。すなわち、図１３の場合には（ａ）、（ｂ）いずれのグラフでも、０点から第２のピークｆ２近傍までの位相φの値はＹ＝ａＸと言った１次の直線関係にあるからである。
【００８４】
なお、図１２に示されるような場合には、いきなり第２のピークｆ２におけるデータを使用してズレ量δを求めた場合には、フーリエ変換結果の正弦波が１ピッチ分以上ずれた場合の判断がつかないので、第１のピークｆ１及び第２のピークｆ２のデータを併用する必要がある。
【００８５】
また、第１のピークｆ１及び第２のピークｆ２のデータの重み付けを行い、いずれかのデータを使用する方法も採用できる。すなわち、ｆ１のピークが第２のピークｆ２に対し遥かに大きい場合には第１のピークｆ１のデータのみを使用し、ｆ１のピークが第２のピークｆ２に対し小さい場合には第２のピークｆ２のデータのみを使用し、ｆ１のピークと第２のピークｆ２とが略等しい場合には両者の結果を平均した値を使用する方法が例示できる。
【００８６】
次に、フーリエ変換を使用して、最適なフォーカス位置を求める構成について説明する。本実施の形態では、マスクマーク撮像用光学系と、パレットマーク撮像用光学系の結像位置が、演算手段で演算されたフーリエ変換の値よりフィードバックされて最適結像位置となるように制御される。
【００８７】
具体的には、フォーカス位置における画像信号のフーリエ変換結果のうち、第１のピークｆ１又は第２のピークｆ２のスペクトル強度とスペクトル強度のＤＣ成分との比を求める。そして、この比がより高くなるようにフォーカス位置を調整する。本願の発明者は、これにより高い精度で、マークの中心位置の真の値とのズレ量を求められることを確認した。
【００８８】
図１３の例で言えば、（ａ）と（ｂ）との２種のフォーカス状態が示されているが、第１のピークｆ１のスペクトル強度とスペクトル強度のＤＣ成分、すなわちＸ＝０の点のスペクトル強度との比を求めればよい。同図（ａ）では、第１のピークｆ１のスペクトル強度が７７９４２であり、スペクトル強度のＤＣ成分が７６８６９であり、比は１．０１４になる。同図（ｂ）では、第１のピークｆ１のスペクトル強度が９９３６６であり、スペクトル強度のＤＣ成分が７２４０５であり、比は１．３７２になる。したがって、この例では、（ｂ）の方がより好ましいフォーカス状態であることになる。
【００８９】
また、本願の発明者は、第２のピークｆ２のスペクトル強度と第１のピークｆ１とのスペクトル強度との比求め、この比がより高くなるようにフォーカス位置を調整することにより、高い精度で、マークの中心位置の真の値とのズレ量を求められることを確認した。
【００９０】
図１３の例で言えば、（ａ）では、第１のピークｆ１のスペクトル強度が７７９４２であり、第２のピークｆ１のスペクトル強度が６６３６４であり、比は０．８５１になる。（ｂ）では、第１のピークｆ１のスペクトル強度が９９３６６であり、第２のピークｆ１のスペクトル強度が７２４０５であり、比は０．８７１になる。したがって、この例では、（ｂ）の方がより好ましいフォーカス状態であることになる。
【００９１】
図１４は電子ビーム近接露光装置の制御部の実施の形態を示すブロック図である。
【００９２】
同図において、中央処理装置（ＣＰＵ）２００は、装置全体を統括制御するもので、マスクとウエハとの位置合わせ時の処理、露光時の電子ビームの偏向制御等を行う。顕微鏡撮像装置１００での撮像によって得られたマスクマークＭ及びパレットマークＷＰを示す各画像信号は、信号処理回路２０２に加えられる。信号処理回路２０２は、入力した各画像信号に基づいてマスクマークＭとパレットマークＷＰとの位置ずれ量を算出する。
【００９３】
ＣＰＵ２００は、信号処理回路２０２から入力する位置ずれ量がゼロになるようにステージ駆動回路２０４を介してウエハステージ７０を移動させ、又はステージ駆動回路２０６を介してマスクステージ８０を移動させる。
【００９４】
また、ＣＰＵ２００は、マスクマークＭとパレットマークＷＰとが一致したときのウエハステージ７０のＸ方向及びＹ方向の位置（Ｘ、Ｙ）をレーザ干渉計ＬＸＷ、ＬＹＷから取り込み、同様にマスクステージ８０のＸ方向及びＹ方向の位置（ｘ、ｙ）をレーザ干渉計ＬＸＭ、ＬＹＭから取り込み、メモリ２０３に記憶させる。また、メモリ２０３には、図４で説明したようにパレットマークＷＰ１、ＷＰ２と、各ダイマークＤＭとの位置関係を示すデータが保存されている。なお、メモリ２０３に記憶したウエハステージ７０やマスクステージ８０の位置等に基づくマスクとウエハとの位置合わせ制御の詳細については後述する。
【００９５】
更に、ＣＰＵ２００は、マスクを走査する際の偏向量データとともにマスクの歪みに応じた補正データをデジタル演算回路２０５に供給し、デジタル演算回路２０５は偏向量データに基づいてマスクを走査するためのデジタル信号を主ＤＡＣ／ＡＭＰ２０８に出力し、補正データに基づいてマスクの歪みを補正するためのデジタル信号を副ＤＡＣ／ＡＭＰ２１０に出力する。
【００９６】
主ＤＡＣ／ＡＭＰ２０８は、入力したデジタル信号をアナログ信号に変換したのち増幅し、これを図２２に示される主偏向器２２、２４に出力する。これにより、電子ビーム１５は、光軸と平行な状態を維持したまま、図２３に示されるようにマスクの全面を走査するように偏向される。また、副ＤＡＣ／ＡＭＰ２１０は、入力したデジタル信号をアナログ信号に変換したのち増幅し、これを図２２に示される副偏向器２６、２８に出力する。これにより、電子ビーム１５のマスクへの入射角度が制御され、マスクが歪んでいてもマスクパターンを正規の位置に転写できるようにしている。
【００９７】
図１５は本発明に係るマスクとウエハとの位置合わせ方法を含む電子ビーム近接露光方法の動作手順を示すフローチャートである。
【００９８】
まず、マスク３２をマスクステージ８０にロードし、マスクマークＭ１が顕微鏡撮像装置１００の視野に入るようにマスクステージ８０を移動させる（ステップＳ１０）。同様にしてウエハパレット４４をウエハステージ７０にロードし、パレットマークＷＰ１が顕微鏡撮像装置１００の視野に入るようにウエハステージ７０を移動させる（ステップＳ１２）。
【００９９】
顕微鏡撮像装置１００は、視野内のマスクマークＭ１及びパレットマークＷＰ１にそれぞれピントが合うように図５で説明したように対物レンズ１２０やパレットマーク結像用対物レンズ１２５を移動させる（ステップＳ１４）。この際に、図１０で説明された方法により、マスクマークＭと顕微鏡撮像装置１００のＣＣＤの測定ラインとが完全に平行になるように位置決めを行なう。この操作は１回行なうだけでよい。
【０１００】
続いて、パレットマークＷＰ１を基準にしてマスクマークＭ１、Ｍ２を測定し、その測定結果に基づいてマスク３２の回転量θＭを計算する（ステップＳ１６）。
【０１０１】
図１６は上記ステップＳ１６の詳細を示すフローチャートである。
【０１０２】
同図に示されるように顕微鏡撮像装置１００の視野内のパレットマークＷＰ１とマスクマークＭ１との位置ずれ量を顕微鏡撮像装置１００から得られる画像信号を処理することによって測定する（ステップＳ１６Ａ）。この測定した位置ずれ量がゼロか否かを判別し（ステップＳ１６Ｂ）、位置ずれ量≠０の場合には、位置ずれ量がゼロに近づく方向にマスクステージ８０を移動させ（ステップＳ１６Ｃ）、ステップＳ１６Ａで再びパレットマークＷＰ１とマスクマークＭ１との位置ずれ量を測定する。そして、位置ずれ量＝０になるまでステップＳ１６Ａ、Ｓ１６Ｂ、Ｓ１６Ｃの処理を繰り返す。
【０１０３】
ステップＳ１６Ｂで位置ずれ量＝０と判別されると、そのときのマスクステージ８０の移動位置（ｘ１、ｙ１）をレーザ干渉計ＬＸＭ、ＬＹＭから読み取ってメモリ２０３に記憶させるとともに、ウエハステージ７０の移動位置（Ｘ１、Ｙ１）をレーザ干渉計ＬＸＷ、ＬＹＷから読み取ってメモリ２０３に記憶させる（ステップＳ１６Ｄ）。
【０１０４】
次に、マスク３２のマスクマークＭ２が顕微鏡撮像装置１００の視野に入るようにマスクステージ８０を移動させ、上記と同様にしてパレットマークＷＰ１とマスクマークＭ２との位置ずれ量がゼロになるようにマスクステージ８０を移動させる（ステップＳ１６Ｅ、Ｓ１６Ｆ、Ｓ１６Ｇ）。そして、ステップＳ１６Ｆで位置ずれ量＝０と判別されたときのマスクステージ８０の移動位置（ｘ２、ｙ２）をレーザ干渉計ＬＸＭ、ＬＹＭから読み取ってメモリ２０３に記憶させる（ステップＳ１６Ｈ）。
【０１０５】
上記のようにして測定されたマスクマークＭ１、Ｍ２がそれぞれパレットマークＷＰ１と一致したときのマスクステージ８０の位置（ｘ１、ｙ１）、（ｘ２、ｙ２）からマスク３２の回転量θＭを計算する（ステップＳ１６Ｉ）。
【０１０６】
図１５に戻って、ステップＳ１８では、マスクマークＭ２を基準にしてパレットマークＷＰ１、ＷＰ２を測定し、その測定結果に基づいてウエハパレット４４の回転量θＰを計算する。
【０１０７】
図１７は上記ステップＳ１８の詳細を示すフローチャートである。
【０１０８】
前記ステップＳ１６の処理が終了した時点では、パレットマークＷＰ１とマスクマークＭ２とが一致している状態にあり、また、このときのウエハステージ７０の位置（Ｘ１、Ｙ１）及びマスクステージ８０の位置（ｘ２、ｙ２）は測定済みである。
【０１０９】
図１７のステップＳ１８Ａでは、ウエハパレット４４のパレットマークＷＰ２が顕微鏡撮像装置１００の視野に入るようにウエハステージ７０を移動させ、顕微鏡撮像装置１００の視野内のマスクマークＭ２とパレットマークＷＰ２との位置ずれ量を顕微鏡撮像装置１００から得られる画像信号を処理することによって測定する。この測定した位置ずれ量がゼロか否かを判別し（ステップＳ１８Ｂ）、位置ずれ量≠０の場合には、位置ずれ量がゼロに近づく方向にウエハステージ７０を移動させ（ステップＳ１８Ｃ）、ステップＳ１８Ａで再びマスクマークＭ２とパレットマークＷＰ２との位置ずれ量を測定する。そして、位置ずれ量＝０になるまでステップＳ１８Ａ、Ｓ１８Ｂ、Ｓ１８Ｃの処理を繰り返す。
【０１１０】
ステップＳ１８Ｂで位置ずれ量＝０と判別されると、そのときのウエハステージ７０の移動位置（Ｘ２、Ｘ２）をレーザ干渉計ＬＸＭ、ＬＹＭから読み取ってメモリ２０３に記憶させる（ステップＳ１８Ｄ）。
【０１１１】
上記のようにして測定されたパレットマークＷＰ１、ＷＰ２がそれぞれマスクマークＭ２と一致したときのウエハステージ７０の位置（Ｘ１、Ｙ１）、（Ｘ２、Ｙ２）からウエハパレット４４の回転量θＰを計算する（ステップＳ１８Ｅ）。なお、ウエハステージ７０の位置（Ｘ１、Ｙ１）は、図１６のステップＳ１６Ｄで既に測定されている。
【０１１２】
図１５に戻って、ステップＳ２０では、マスクステージ８０を駆動してマスク３２を転写位置に移動させ、そのときのマスクステージ８０の位置（ｘ０、ｙ０）をレーザ干渉計ＬＸＭ、ＬＹＭから読み取る（ステップＳ２０）。
【０１１３】
次に、転写位置に移動したマスク３２に対してウエハ４０の各ダイＤを位置合わせするための各ダイＤの位置（ウエハステージ７０の位置（Ｘ、Ｙ）とウエハステージ７０の回転量θ）を計算する（ステップＳ２２）。
【０１１４】
たとえば、転写位置のマスク３２のマスクマークＭ１に、パレットマークＷＰ１を一致させるためのウエハステージ７０の移動位置（Ｘ、Ｙ）は、次式、
【０１１５】
【数２】
Ｘ＝Ｘ１＋（ｘ０−ｘ１）
Ｙ＝Ｙ１＋（ｙ０−ｙ１）　　　　　…（２）
で表すことができる。
【０１１６】
但し、転写位置のマスク３２に対してウエハ４０の各ダイＤを位置合わせする必要があるため、図４で説明したように予め測定されているパレットマークＷＰ１と各ダイマークＤＭとの位置関係を示すデータと前記式（２）で得られる位置データとに基づいて、転写位置のマスク３２に対してウエハ４０の各ダイＤを位置合わせするためのウエハステージ７０の位置（Ｘ、Ｙ）を求める。
【０１１７】
また、マスク３２の回転量θＭ及びウエハパレット４４の回転量θＰがともにゼロの場合には、上記のようにして求めたウエハステージ７０の位置（Ｘ、Ｙ）を使用してウエハ４０の各ダイＤを位置合わせをすることができるが、マスク３２やウエハパレット４４が回転して各ステージに取り付けられている場合には、ステップＳ１６で求めたマスク３２の回転量θＭ、及びステップＳ１８で求めたウエハパレット４４の回転量θＰに基づいてウエハステージ７０を回転させる。
【０１１８】
このときのウエハステージ７０の回転量をθとすると、回転量θは、次式、
【０１１９】
【数３】
θ＝θＭ−θＰ…（３）
で表すことができる。
【０１２０】
また、ウエハパレット４４の回転量θＰと上記ウエハステージ７０の回転量θによってウエハパレット４４のＸＹ平面上での回転量を求めることができる。このウエハパレット４４のＸＹ平面上の回転量と、ウエハステージ７０の回転中心とに基づいてウエハ４０の各ダイＤのダイマークＤＭの変位量（ウエハパレット４４がＸＹ平面上で回転していない場合を基準にした変位量）を求め、この変位量によって前記ウエハ４０の各ダイＤを位置合わせするためのウエハステージ７０の位置（Ｘ、Ｙ）を修正する。
【０１２１】
上記のようにして計算した転写位置に移動したマスク３２に対してウエハ４０の各ダイＤを位置合わせするための各ダイＤの位置（ウエハステージ７０の位置（Ｘ、Ｙ）とウエハステージ７０の回転量θ）に基づいてウエハステージ７０を移動させるとともに、ウエハステージ７０を回転させる（ステップＳ２４）。
【０１２２】
次に、電子ビームによってマスク３２に形成されたマスクパターンをウエハに転写する（ステップＳ２６）。続いて、全てのダイの転写が終了したか否かを判別し（ステップＳ２８）、終了していない場合にはステップＳ２４に戻って他のダイの位置合わせを行い、再びマスクパターンの転写を行う。このようにして全てのダイの転写が終了すると、ウエハをアンロードして終了する。
【０１２３】
図１８は本発明に係るマスクとウエハとの位置合わせ装置の第２の実施の形態のアライメント機構系を含む電子ビーム近接露光装置の要部縦断面図であり、図１９は図１８に示した電子ビーム近接露光装置の要部上面図である。なお、図１及び図２に示した第１の実施の形態と共通する部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１２４】
第１の実施の形態では、露光領域外に固定されている顕微鏡撮像装置１００の視野にマスクマークＭが入るようにマスク３２が移動できるようになっているのに対し、第２の実施の形態では、マスクステージ８２に取り付けられたマスク３２は移動せず、顕微鏡撮像装置１５０が顕微鏡ステージ８４によってＸ方向及びＹ方向に移動できるようになっている。
【０１２５】
なお、顕微鏡撮像装置１５０には、ランプハウス１１０から光ファイバ１１１、光学系１１２、及び真空チャンバ５０の天板に設けられた窓５４、及び光ファイバ１１３を介して照明光が導かれるようになっている。また、この顕微鏡撮像装置１５０は、電子光学鏡筒１０２とマスク３２との間に顕微鏡先端の対物レンズ等が挿入できるように構成されているが、他の内部構成は、図５に示した顕微鏡撮像装置１００と同様なため、その詳細な説明は省略する。
【０１２６】
図２０は第２の実施の形態のアライメント機構系を使用したマスクとウエハとの位置合わせ方法を含む電子ビーム近接露光方法の動作手順を示すフローチャートである。
【０１２７】
まず、マスク３２をマスクステージ８２にロードし（ステップＳ１００）、続いて、マスクマークＭ１が顕微鏡撮像装置１５０の視野に入るように顕微鏡ステージ８４を移動させる（ステップＳ１０２）。また、ウエハパレット４４をウエハステージ７０にロードし、パレットマークＷＰ１が顕微鏡撮像装置１５０の視野に入るようにウエハステージ７０を移動させる（ステップＳ１０４）。
【０１２８】
顕微鏡撮像装置１５０は、視野内のマスクマークＭ１及びパレットマークＷＰ１にそれぞれピントが合うように対物レンズ１２０やパレットマーク結像用対物レンズ１２５を移動させる（ステップＳ１０６）。
【０１２９】
次に、パレットマークＷＰ１を基準にしてマスクマークＭ１、Ｍ２を測定し、その測定結果に基づいてマスク３２の回転量θＭを計算する（ステップＳ１０８）。
【０１３０】
図２１は上記ステップＳ１０８の詳細を示すフローチャートである。
【０１３１】
同図に示されるように顕微鏡撮像装置１５０の視野内のマスクマークＭ１とパレットマークＷＰ１との位置ずれ量を顕微鏡撮像装置１５０から得られる画像信号を処理することによって測定する（ステップＳ１０８Ａ）。この測定した位置ずれ量がゼロか否かを判別し（ステップＳ１０８Ｂ）、位置ずれ量≠０の場合には、位置ずれ量がゼロに近づく方向にウエハステージ７０を移動させ（ステップＳ１０８Ｃ）、ステップＳ１０８Ａで再びマスクマークＭ１とパレットマークＷＰ１との位置ずれ量を測定する。そして、位置ずれ量＝０になるまでステップＳ１０８Ａ、Ｓ１０８Ｂ、Ｓ１０８Ｃの処理を繰り返す。
【０１３２】
ステップＳ１０８Ｂで位置ずれ量＝０と判別されると、そのときのウエハステージ７０の移動位置（Ｘ１、Ｙ１）をレーザ干渉計ＬＸＷ、ＬＹＷから読み取ってメモリ２０３に記憶させる（ステップＳ１０８Ｄ）。
【０１３３】
次に、マスク３２のマスクマークＭ２が顕微鏡撮像装置１５０の視野に入るように顕微鏡ステージ８４を移動させる（ステップＳ１０８Ｅ）。なお、電子光学鏡筒１０２とマスク３２との隙間は狭いため、マスクマークＭ２を視野に入れるように顕微鏡撮像装置１５０を移動させることができない場合が考えられるが、この場合にはマスクマークＭ２を観察するための他の顕微鏡撮像装置を設ける必要がある。
【０１３４】
その後、上記と同様にしてマスクマークＭ２とパレットマークＷＰ１との位置ずれ量がゼロになるようにウエハステージ７０を移動させる（ステップＳ１０８Ｆ、Ｓ１０８Ｇ、Ｓ１０８Ｈ）。そして、ステップＳ１０Ｇで位置ずれ量＝０と判別されたときのウエハステージ７０の移動位置（Ｘ２、Ｙ２）をレーザ干渉計ＬＸＷ、ＬＹＷから読み取ってメモリ２０３に記憶させる（ステップＳ１０８Ｉ）。
【０１３５】
上記のようにして測定されたマスクマークＭ１、Ｍ２がそれぞれパレットマークＷＰ１と一致したときのウエハステージ７０の位置（Ｘ１、Ｙ１）、（Ｘ２、Ｙ２）からマスク３２の回転量θＭを計算する（ステップＳ１０８Ｊ）。
【０１３６】
図２０に戻って、ステップＳ１１０では、マスクマークＭ２を基準にしてパレットマークＷＰ１、ＷＰ２を測定し、その測定結果に基づいてウエハパレット４４の回転量θＰを計算する（図１７のフローチャート参照）。
【０１３７】
次に、顕微鏡ステージ８４を駆動して顕微鏡撮像装置１５０を転写領域から退避させる（ステップＳ１１２）。
【０１３８】
続いて、マスク３２に対してウエハ４０の各ダイＤを位置合わせするための各ダイＤの位置（ウエハステージ７０の位置（Ｘ、Ｙ）とウエハステージ７０の回転量θ）を計算する（ステップＳ１１４）。なお、図１５のステップＳ２２と同様に計算することができるが、第２の実施の形態のアライメント機構系では、マスク３２を移動させないため、式（２）に示した計算は不要である。
【０１３９】
上記のようにして計算した各ダイＤの位置（ウエハステージ７０の位置（Ｘ、Ｙ）とウエハステージ７０の回転量θ）に基づいてウエハステージ７０を移動させるとともに、ウエハステージ７０を回転させる（ステップＳ１１６）。
【０１４０】
次に、電子ビームによってマスク３２に形成されたマスクパターンをウエハに転写する（ステップＳ１１８）。続いて、全てのダイの転写が終了したか否かを判別し（ステップＳ１２０）、終了していない場合にはステップＳ１１６に戻って他のダイの位置合わせを行い、再びマスクパターンの転写を行う。このようにして全てのダイの転写が終了すると、ウエハをアンロードして終了する。
【０１４１】
なお、この実施の形態では、マスクマークとパレットマークとの位置ずれ量がゼロになるようにマスクステージ又はウエハステージを移動させ、そのときのマクスステージ及びウエハステージの移動位置を測定するようにしたが、これに限らず、マスクマークとパレットマークとの位置ずれ量を顕微鏡撮像装置の画面上の位置ずれ量から測定するとともに、この測定時におけるマクスステージ及びウエハステージの移動位置を測定し、これらの測定結果に基づいてマスクマークとパレットマークとの位置ずれ量がゼロになるときのマスクステージ及びウエハステージの移動位置を算出するようにしてもよい。
【０１４２】
また、この実施の形態では、ウエハ４０がウエハパレット４４に搭載され、更にウエハパレット４４がウエハステージ７０（ウエハステージ７０の静電チャック６０）に搭載される例について説明したが、これに限らず、本発明はウエハ４０を直接ウエハステージ７０上の静電チャック６０に吸着させる場合にも適用できる。この場合には、ウエハパレット４４のパレットマークＷＰ１、ＷＰ２の位置を測定する代わりに、ウエハ４０上の少なくとも２つのダイマークＤＭの位置を測定する。
【０１４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、マスクに設けられた第１のマークは、Ｘ方向の位置を検出するための、複数のストライプからなる第１のマスクマークと、Ｙ方向の位置を検出するための、複数のストライプからなる第２のマスクマークとからなり、それぞれ四角形の隣接する二辺の位置に配置される。これにより、第１のマークと第２のマークとの相対的な位置ずれ量を測定するステップにおいて、第１のマークと撮像素子との水平方向傾き角度の算出が容易となる。
【０１４４】
また、同様に、パレット又はウエハに設けられた第２のマークは、Ｘ方向の位置を検出するための、複数のストライプからなる第１のウエハマークと、Ｙ方向の位置を検出するための、複数のストライプからなる第２のウエハマークとからなり、それぞれ四角形の隣接する二辺の位置の配置される。これにより、第１のマークと第２のマークとの相対的な位置ずれ量を測定するステップにおいて、第２のマークと撮像素子との水平方向傾き角度の算出が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るマスクとウエハとの位置合わせ装置の第１の実施の形態のアライメント機構系を含む電子ビーム近接露光装置の要部縦断面図
【図２】図１に示した電子ビーム近接露光装置の要部上面図
【図３】図１に示した電子ビーム近接露光装置に使用されるマスクの平面図
【図４】ウエハが搭載されたウエハパレットの平面図
【図５】本発明に適用される顕微鏡撮像装置の詳細を示す光学部品配置図
【図６】本発明に適用される顕微鏡撮像装置の他の実施の形態を示す光学部品配置図
【図７】顕微鏡撮像装置によってマスクマークとパレットマークとの位置ずれ量を検出する方法を説明するために用いた図
【図８】顕微鏡撮像装置によってマスクマークとパレットマークとの位置ずれ量を検出する方法を説明するために用いた図
【図９】顕微鏡撮像装置のＣＣＤのラインが完全に平行に位置決めされないと回転誤差を生じる原理を説明するために用いた図
【図１０】顕微鏡撮像装置のＣＣＤの測定ラインが完全に平行に位置決めされないための回転誤差を補正する手段を説明するために用いた図
【図１１】マークの画像信号を撮像素子の測定ライン方向を基準として一次のフーリエ変換したデータを示すグラフ
【図１２】フーリエ変換結果を、横軸に周波数を、縦軸にスペクトル強度と位相角度とをとってプロットしたグラフ
【図１３】フーリエ変換結果を、横軸に周波数を、縦軸にスペクトル強度と位相角度とをとってプロットしたグラフ
【図１４】電子ビーム近接露光装置の制御部の実施の形態を示すブロック図
【図１５】本発明に係るマスクとウエハとの位置合わせ方法を含む電子ビーム近接露光方法の動作手順を示すフローチャート
【図１６】図１５に示したフローチャート中の一部の詳細な処理手順を示すフローチャート
【図１７】図１５に示したフローチャート中の他の一部の詳細な処理手順を示すフローチャート
【図１８】本発明に係るマスクとウエハとの位置合わせ装置の第２の実施の形態のアライメント機構系を含む電子ビーム近接露光装置の要部縦断面図
【図１９】図１８に示した電子ビーム近接露光装置の要部上面図
【図２０】本発明に係るマスクとウエハとの位置合わせ方法を含む電子ビーム近接露光方法の他の実施の形態の動作手順を示すフローチャート
【図２１】図２０に示したフローチャート中の一部の詳細な処理手順を示すフローチャート
【図２２】電子ビーム近接露光装置の基本構成を示す図
【図２３】電子ビームによるマスクの走査を説明するために用いた図
【図２４】電子ビーム近接露光装置の全体構成図
【符号の説明】
１５…電子ビーム、２２、２４…主偏向器、２６、２８…副偏向器、３２…マスク、４０…ウエハ、４４…ウエハパレット、７０…ウエハステージ、８０…マスクステージ、８４…顕微鏡ステージ、１００、１００’、１５０…顕微鏡撮像装置、１１０…ランプハウス、１２０…対物レンズ、１２３…マスクマーク結像用対物レンズ、１２５…パレットマーク結像用対物レンズ、１３０、１３１、１４５…ＣＣＤ、２００…ＣＰＵ、２０３…メモリ、２０４、２０６…ステージ駆動回路、ＬＸＭ、ＬＹＭ、ＬＸＷ、ＬＹＷ…レーザ干渉計、Ｍ、Ｍ１、Ｍ２…マスクマーク、ＷＰ、ＷＰ１、ＷＰ２…パレットマーク、Ｄ…ダイ、ＤＭ…ダイマーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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