(57)【要約】【課題】描画用のパターン部にＳｉを使用しても、ウエハの位置合わせマークが検出可能であり、位置合わせ精度の大幅な向上が達成できるステンシルマスク、及びその位置合わせに使用されるアライメント装置を提供する。【解決手段】ウエハに近接して配置され、荷電粒子ビームの描画に使用されるステンシルマスク３０。膜部３０Ｂに複数のパターン状の描画用開口３０Ａが形成されるとともに、ウエハとの位置合わせに使用するアライメントパターン部分３０Ｅの膜厚を、パターン状の描画用開口が形成されている膜部３０Ｂの膜厚より小とする。また、アライメント装置において、ウエハに設けられた位置合わせ用のマークを撮像する撮像手段を備え、この撮像手段の光路中にフィルタを配置し、このフィルタをアライメントパターン部分の分光透過率特性における透過率の極大値となる波長において所定値以上の透過率を有するものとする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハに近接して配置され、荷電粒子ビームの描画に使用されるステンシルマスクにおいて、
膜上に複数のパターン状の描画用開口が形成されるとともに、前記ウエハとの位置合わせに使用するアライメントパターン部分の膜厚が、前記パターン状の描画用開口が形成されている部分の膜厚より小となっていることを特徴とするステンシルマスク。
【請求項２】
前記アライメントパターン部分の膜厚が０．６μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のステンシルマスク。
【請求項３】
ウエハに近接して配置され、荷電粒子ビームの描画に使用されるステンシルマスクにおいて、
膜上に複数のパターン状の描画用開口が形成されるとともに、前記ウエハとの位置合わせに使用するアライメントパターン部分に光透過層が設けられており、該光透過層は前記ステンシルマスクと前記ウエハとの位置合わせの際のアライメント照明光に対して所定値以上の透過率を有することを特徴とするステンシルマスク。
【請求項４】
前記アライメントパターン部分に所定値以上の導電率を有する導電層が設けられていることを特徴とする請求項３に記載のステンシルマスク。
【請求項５】
前記アライメントパターン部分において、マスク表面側より前記導電層、前記光透過層の順で複層化されていることを特徴とする請求項４に記載のステンシルマスク。
【請求項６】
前記光透過層及び／又は前記導電層が、ＩＴＯ、ＰｂＯ2 、ＴｉＯ2 、及びグラファイトのうちの１以上より形成されていることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載のステンシルマスク。
【請求項７】
前記ステンシルマスクがＳｉ、ＳｉＣ、又は導電性ダイヤモンドで形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のステンシルマスク。
【請求項８】
前記請求項１〜７のいずれか１項に記載のステンシルマスクとウエハとの位置合わせに使用するアライメント装置であって、
前記ウエハに設けられた位置合わせ用のマークを撮像する撮像手段を備え、該撮像手段の光路中にフィルタが配置されており、該フィルタは、前記アライメントパターン部分の分光透過率特性における透過率の極大値となる波長において所定値以上の透過率を有することを特徴とするアライメント装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はステンシルマスク及びアライメント装置に係り、特に、半導体集積回路を形成すべく、半導体基板上に形成されたレジスト層に電子ビーム等の荷電粒子ビームで描画するために使用されるステンシルマスク、及びその際に使用されるアライメント装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路の集積度を向上させるべく、電子ビーム描画法が多用されている。この電子ビーム描画法に使用されるステンシルマスクについては、各種の改善がなされており、高精度化が志向されている。
【０００３】
たとえば、本願出願人により、マスクとウエハとの位置合わせが容易に行えるように、マスクにウエハ上のマーク検出用の開口を形成する構成が開示されている（特許文献１参照。）。
【０００４】
また、同様に、本願出願人により、マスクとウエハとの位置合わせが容易に行えるように、マスクを介してその下側のウエハの位置合わせマークが透視できる構成が開示されている（特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００３−２２９５６号公報
【特許文献２】特開２００３−７５９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このようなステンシルマスクにおいて、マスクの材質によっては、マスクを介してその下側のウエハの位置合わせマークが透視できないと言う問題がある。図２３は、各種材質のステンシルマスクの概略断面図である。同図において、ステンシルマスクは、Ｓｉ基板上に各種の薄膜が形成されたブランクスを加工（エッチング等）することにより形成される。
【０００６】
図２３（ａ）は、描画用のパターン部（メンブレン）がダイヤモンドで形成されているステンシルマスクであり、（ｂ）は、描画用のパターン部がＳｉＣで形成されているステンシルマスクであり、（ｃ）及び（ｄ）は、描画用のパターン部がＳｉで形成されているステンシルマスクである。このうち（ｃ）及び（ｄ）は、描画用のパターン部以外の周縁枠のＳｉ膜とＳｉブランクスとの間に中間層が形成されている。（ｃ）の中間層はＳｉＯ2 であり、（ｄ）の中間層はＣｒＮである。
【０００７】
上記（ａ）〜（ｄ）のステンシルマスクのうち、（ａ）及び（ｂ）は、描画用のパターン部（メンブレン）が所定の膜厚（たとえば２μｍ）であっても、マスクを介してその下側のウエハの位置合わせマークが透視できる。ところが、（ｃ）及び（ｄ）に使用されるＳｉの透過率は低く、所定の膜厚（たとえば２μｍ）ではマスクを介してその下側のウエハの位置合わせマークが透視できない。
【０００８】
図２４は、膜厚２μｍのＳｉの分光透過率特性を示すグラフである。同図において、横軸は波長であり、縦軸は透過率である。同図において、分光透過率特性は干渉の原因により、いわゆる波うちが大きくなっている。したがって、所定波長のフィルタを使用してマスクを透過した光を検出するとしても、屈折率、膜厚等の変動により波うち部分のピーク値が変動し、光の検出が困難である。また、波うちが少ない６００ｎｍ以下の波長を選択した場合には、Ｓｉの透過率が低く、光の検出が困難である。
【０００９】
一方、特許文献１に開示されているように、マスクを介してその下側のウエハの位置合わせマークを透視せず、マスクにマーク検出用の開口を設け、この開口より下側のウエハの位置合わせマークを検出する構成も考えられる。ところが、このような大きな開口をステンシルマスクに設けると、ステンシルマスクの位置精度を確保するのが困難であると言う問題点がある。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、描画用のパターン部（メンブレン）にＳｉを使用しても、ウエハの位置合わせマークが検出可能であり、位置合わせ精度の大幅な向上が達成できるステンシルマスク、及びその位置合わせに使用されるアライメント装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するために、本願請求項１に係る発明は、ウエハに近接して配置され、荷電粒子ビームの描画に使用されるステンシルマスクにおいて、膜上に複数のパターン状の描画用開口が形成されるとともに、前記ウエハとの位置合わせに使用するアライメントパターン部分の膜厚が、前記パターン状の描画用開口が形成されている部分の膜厚より小となっていることを特徴としている。
【００１２】
本発明によれば、アライメントパターン部分の膜厚が、パターン状の描画用開口が形成されている部分の膜厚より小となっているので、描画用のパターン部（メンブレン）にＳｉを使用しても、ウエハの位置合わせマークが検出可能であり、位置合わせ精度の大幅な向上が達成できる。
【００１３】
本願請求項２に係る発明は、前記アライメントパターン部分の膜厚が０．６μｍ以下であることを特徴としている。具体的に、このような膜厚のアライメントパターン部分とすれば、本発明の目的が効果的に達成できることとなる。
【００１４】
本願請求項３に係る発明は、ウエハに近接して配置され、荷電粒子ビームの描画に使用されるステンシルマスクにおいて、膜上に複数のパターン状の描画用開口が形成されるとともに、前記ウエハとの位置合わせに使用するアライメントパターン部分に光透過層が設けられており、該光透過層は前記ステンシルマスクと前記ウエハとの位置合わせの際のアライメント照明光に対して所定値以上の透過率を有することを特徴としている。
【００１５】
本発明によれば、アライメントパターン部分に光透過層が設けられており、この光透過層はアライメント照明光に対して所定値以上の透過率を有している。したがって、描画用のパターン部（メンブレン）にＳｉを使用しても、ウエハの位置合わせマークが検出可能であり、位置合わせ精度の大幅な向上が達成できる。
【００１６】
本願請求項４に係る発明は、前記アライメントパターン部分に所定値以上の導電率を有する導電層が設けられていることを特徴としている。このような導電層が設けられることにより、電子ビーム等の荷電粒子ビームの照射により加熱された際の熱を有効に逃がすことができ、熱膨張によりマスクに反りを生じるという不具合を生じない。
【００１７】
本願請求項５に係る発明は、前記アライメントパターン部分において、マスク表面側より前記導電層、前記光透過層の順で複層化されていることを特徴としている。このような積層順とすることにより、導電層及び光透過層のそれぞれの機能が有効に発揮できる。
【００１８】
本願請求項６に係る発明は、前記光透過層及び／又は前記導電層が、ＩＴＯ、ＰｂＯ2 、ＴｉＯ2 、及びグラファイトのうちの１以上より形成されていることを特徴としている。
【００１９】
本願請求項７に係る発明は、前記ステンシルマスクがＳｉ、ＳｉＣ、又は導電性ダイヤモンドで形成されていることを特徴としている。
【００２０】
このような材質が、光透過層、導電層、又は、ステンシルマスクとして好適に適用できる。
【００２１】
本願請求項８に係る発明は、前記請求項１〜７のいずれか１項に記載のステンシルマスクとウエハとの位置合わせに使用するアライメント装置であって、前記ウエハに設けられた位置合わせ用のマークを撮像する撮像手段を備え、該撮像手段の光路中にフィルタが配置されており、該フィルタは、前記アライメントパターン部分の分光透過率特性における透過率の極大値となる波長において所定値以上の透過率を有することを特徴としている。
【００２２】
本発明によれば、アライメント装置の撮像手段に配置されるフィルタの分光透過率特性が、アライメントパターン部分の分光透過率特性における透過率の極大値に対応しているので、ウエハの位置合わせマークが検出可能であり、また、検出時のコントラストも向上する。これにより位置合わせ精度の大幅な向上が達成できる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本願請求項１に係る発明によれば、アライメントパターン部分の膜厚が、パターン状の描画用開口が形成されている部分の膜厚より小となっているので、描画用のパターン部（メンブレン）にＳｉを使用しても、ウエハの位置合わせマークが検出可能であり、位置合わせ精度の大幅な向上が達成できる。
【００２４】
また、本願請求項３に係る発明によれば、アライメントパターン部分に光透過層が設けられており、この光透過層はアライメント照明光に対して所定値以上の透過率を有している。したがって、描画用のパターン部（メンブレン）にＳｉを使用しても、ウエハの位置合わせマークが検出可能であり、位置合わせ精度の大幅な向上が達成できる。
【００２５】
また、本願請求項８に係る発明によれば、アライメント装置の撮像手段に配置されるフィルタの分光透過率特性が、アライメントパターン部分の分光透過率特性における透過率の極大値に対応しているので、ウエハの位置合わせマークが検出可能であり、また、検出時のコントラストも向上する。これにより位置合わせ精度の大幅な向上が達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、添付図面に従って本発明に係るステンシルマスクの好ましい実施の形態について説明する。図１は、ステンシルマスクの第１の実施形態を示す概略断面図であり、図２は、ステンシルマスクの第２の実施形態を示す概略断面図である。図１及び図２において、（ａ）は、ステンシルマスク３０の概略断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の円内の拡大図である。
【００２７】
図１及び図２に示されるように、ステンシルマスク３０は、パターン状の描画用開口３０Ａが形成されている膜部３０Ｂと、膜部３０Ｂの周縁部を支持する支持枠３０Ｃと、膜部３０Ｂの上面を支持する格子状の梁３０Ｄとより構成される。なお、同図において、上下（厚さ方向）と左右（平面方向）の縮尺は実際とは異なり、上下の厚さ方向を強調して（大きく）作図してある。また、梁３０Ｄの本数も実際とは異なっている。
【００２８】
ここで、ステンシルマスク３０は、パターン精度を向上させるべく、パターン領域すなわち膜部３０Ｂが極力薄くなるように構成されている。一方、ステンシルマスク３０の膜部３０Ｂが薄いと、機械的な強度が不足するので、所定面積に区切って所定間隔で格子状の補強の梁３０Ｄが設けられている。
【００２９】
なお、この梁３０Ｄがマスクパターンの一部を覆ってしまうと所望のパターンの転写が行なえない。その場合には、マスクパターンを複数に分割し、複数回に分けてウエハのレジスト層に転写すればよい。このような転写方法は、たとえば特開２００３−５９８１９号公報に開示されている。なお、本発明におけるステンシルマスク３０にとって、梁３０Ｄは必須の構成ではない。
【００３０】
先ず、ステンシルマスクの第１の実施形態について説明する。図１（ｂ）に示されるステンシルマスクの第１の実施形態において、膜部３０Ｂの一部にアライメントパターン部３０Ｅが設けられている。このアライメントパターン部３０Ｅは、他の膜部３０Ｂ、すなわちパターン状の描画用開口３０Ａが形成されている部分より膜厚が小となっている。たとえば、他の膜部３０Ｂの膜厚が２．０μｍであった場合に、膜厚を０．６μｍとできる。このようにすることにより、描画用のパターン部（膜部３０Ｂ）にＳｉを使用しても、ウエハの位置合わせマークが検出可能となる。なお、アライメントパターン部３０Ｅには、後述するマスクマークＭを形成するマスクマーク用開口３０Ｆが形成されている。
【００３１】
図３は、膜厚０．２５μｍ及び０．６μｍのＳｉの分光透過率特性を示すグラフである。このうち、（ａ）は、０．２５μｍのＳｉの分光透過率特性を示すグラフであり、（ｂ）は、０．６μｍのＳｉの分光透過率特性を示すグラフである。図２４と同様に、同図において、横軸は波長であり、縦軸は透過率である。同図において、分光透過率特性は干渉の原因により、いわゆる波うちが生じているが、図２４に示される膜厚２．０μｍのものと比べ、干渉が和らいでおり、波うちのピッチが大きくなっている。したがって、所定波長のフィルタを使用してマスクを透過した光を検出した場合、屈折率、膜厚等の変動により波うち部分のピーク値が多少変動しても、光の検出は容易である。光の検出の詳細については、後述するアライメント装置の実施形態において詳述する。
【００３２】
このようなステンシルマスク３０について、図４によってその製法の一例を説明する。同図（ａ）に示されるシリコンウェーハ１の表面に約０．３μｍ厚のＳｉＯ2 層２と、更にその上に約２．０μｍ厚のＳｉ層３を形成する（同図（ｂ））。  
【００３３】
次いで、シリコンウェーハ１の裏面をエッチングにより窓状に除去し、裏面開口１ａを形成する（同図（ｃ））。そして、シリコンウェーハ１の表面に（Ｓｉ層３の上に）レジスト４を塗布、形成し、露光（以上、同図（ｄ））、現像し、所定のレジストパターンを形成する（同図（ｅ））。
【００３４】
そして、露出パターン部のＳｉ層３をドライエッチングにより除去する（同図（ｆ））。この際、ＳｉＯ2 層２はエッチングされず、ストッパーの役割を果たす。次いで、ＳｉＯ2 層２を除去し、レジストを剥離する（同図（ｇ））。その後、全面に導電層５である約０．０１μｍ厚の金を被着してステンシルマスク３０が完成する（同図（ｈ））。なお、ステンシルマスク３０の製法は、この例に限られる訳ではなく、各種の製法、工程順序等が採用できる。
【００３５】
更に、ステンシルマスクの第１の実施形態においては、通常のステンシルマスク３０として完成した後に、ＦＩＢ（Focused Ion Beam）によって、アライメントパターン部３０Ｅを（図１（ｂ）参照）所定深さまで除去し、所定膜厚（たとえば０．３μｍ）に形成する。
【００３６】
次に、ステンシルマスクの第２の実施形態について説明する。図２（ｂ）に示されるステンシルマスクの第２の実施形態において、膜部３０Ｂの一部にアライメントパターン部３０Ｇが設けられている。このアライメントパターン部３０Ｇは、膜部３０Ｂの所定厚さ部分に代えて光透過層が形成されている。たとえば、膜部３０ＢのＳｉの膜厚が２．０μｍであった場合に、アライメントパターン部３０ＧにおいてはＳｉの膜厚を０．５μｍとし、他の厚さ部分を、アライメント照明光に対して所定値以上の透過率を有する光透過層で形成する。同図においては、光透過層の表面と他の膜部３０Ｂの表面とは面一となっている。
【００３７】
このアライメントパターン部３０Ｇに設けられる光透過層には各種の薄膜、たとえばＩＴＯ、ＰｂＯ2 、ＴｉＯ2 、グラファイト等が採用できる。このように、アライメントパターン部３０Ｇに光透過層を設けることにより、描画用のパターン部（メンブレン）にＳｉを使用しても、ウエハの位置合わせマークが検出可能となる。なお、薄膜としてＩＴＯ、ＰｂＯ2 、ＴｉＯ2 を使用する場合には、この薄膜が光透過層のみならず所定値以上の導電率を有する導電層をも兼ねることとなる。
【００３８】
一方、アライメントパターン部３０Ｇの薄膜が光透過層としての機能しかない場合には、光透過層の上（マスク表面側）に導電層を形成する構成とすることが好ましい。このような導電層が設けられることにより、電子ビーム等の荷電粒子ビームの照射により加熱された際の熱を有効に逃がすことができ、熱膨張によりマスクに反りを生じるという不具合を生じないからである。
【００３９】
図２（ｂ）に示されるステンシルマスクの第２の実施形態において、アライメントパターン部３０Ｇの薄膜の形成は、第１の実施形態のようにステンシルマスク製造の最終工程で行うのではなく、製造の中間工程のいずれかにおいて行うことが好ましい。通常のステンシルマスクとして完成し、薄い膜部３０Ｂとなった後に、このような薄膜の形成を行うのは、不可能ではないが、工程中で行うのに比し難易度が高いからである。アライメントパターン部３０Ｇの薄膜の形成を製造の中間工程のいずれかにおいて行う具体的な手段は、公知のフォトファブリケーションを組み合わせて行えばよい。
【００４０】
次に、本発明に係るアライメント装置の好ましい実施の形態について説明する。詳細の説明の前に、本発明に係るステンシルマスク及びアライメント装置が適用される電子ビーム近接描画装置１０の概要について図５〜図７に従って説明する。
【００４１】
図５は上記電子ビーム近接描画装置の基本構成を示す図である。この電子ビーム近接描画装置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、ステンシルマスク３０とから構成されている。
【００４２】
ステンシルマスク３０は、表面にレジスト層４２（電子ビーム感応性レジスト）が形成された基板であるウエハ４０に近接するように（ステンシルマスク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、ステンシルマスク３０に垂直に電子ビーム１５を照射すると、ステンシルマスク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。
【００４３】
また、走査手段２０は、図６に示されるように電子ビーム１５がステンシルマスク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、ステンシルマスク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。
【００４４】
この電子ビーム近接描画装置１０は、図７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。
【００４５】
なお、図７上で、ステンシルマスク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８０が設けられ、ウエハ４０の導通をとるために、ウエハ４０の上面に押し当てられた導通ピン８１が設けられる。
【００４６】
次に、本発明に係るアライメント装置の第１の実施形態について説明する。図８及び図９に示されるように、この電子ビーム近接描画装置１０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、電子ビーム近接描画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８及び図９上で１０２は電子光学鏡筒である。
【００４７】
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。
【００４８】
ステンシルマスク３０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。
【００４９】
図１０はステンシルマスク３０の平面図である。このステンシルマスク３０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Ｍが形成されており、各マスクパターンとマスクマークＭとは一定の関係をもって形成されている。なお、図１０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。
【００５０】
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１５参照）によって測定できるようになっている。
【００５１】
一方、ウエハ４０は、図１１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７に示したウエハステージ７０の電磁チャック６０上に搭載され固定される。なお、図７は、ウエハパレット４４を使用せずに、ウエハ４０が直接電磁チャック６０上に搭載されている場合に関して示している。
【００５２】
ウエハパレット４４には、図１１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。
【００５３】
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。したがって、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１５参照）によって測定できるようになっている。
【００５４】
図８及び図９に示した顕微鏡撮像装置１００は、ステンシルマスク３０のマスクマークＭ１又はＭ２とダイマークＤＭ１若しくはＤＭ２又はパレットマークＷＰ１若しくはＷＰ２とを同時に観察し、及び、ステンシルマスク３０のマスクマークＭ２とダイマークＤＭ２又はパレットマーク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。
【００５５】
図１２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。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Ｍ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、ダイマークＤＭ又はパレットマークＷＰをＣＣＤ１３１に結像させるダイマーク撮像用光学系と、マスクマークＭ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。
【００５６】
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、ダイ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、ダイマーク結像用対物レンズ１２５、及びフィルタ１３３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。
【００５７】
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。
【００５８】
また、対物レンズ１２０及びダイ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ＭがＣＣＤ１３０に結像するようにピント調整が行われ、ダイマーク結像用対物レンズ１２５を移動させることによってダイマークＤＭ又はパレットマークＷＰがＣＣＤ１３１に結像するようにピント調整が行われる。
【００５９】
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Ｍ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Ｍ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。したがって、ＣＣＤ１３２にマスクマークＭ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Ｍ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。
【００６０】
また、ＣＣＤ１３１は、ステンシルマスク３０からたとえば５０μｍ下側に配置されるウエハ４０（パレット）が結像するようにダイマーク結像用対物レンズ１２５の位置が調整されているが、ステンシルマスク３０とウエハ４０との隙間が変更される場合にもダイマークＤＭ又はパレットマークＷＰが結像できるように、ダイ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。
【００６１】
なお、この実施の形態では、対物レンズ１２０とダイ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及びダイ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Ｍ及びダイマークＤＭ又はパレットマークＷＰにそれぞれピントを合わせることができる。
【００６２】
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。
【００６３】
マスクマーク撮像用光学系に設けられるフィルタ１３３には、ステンシルマスク３０のアライメントパターン部３０Ｅ又は３０Ｇの分光透過率特性における透過率の極大値となる波長において所定値以上の透過率を有するものが採用される。このような構成とすることにより、フィルタ１３３の分光透過率特性が、アライメントパターン部３０Ｅ又は３０Ｇの分光透過率特性における透過率の極大値に対応しているので、ウエハの位置合わせマーク（ダイマークＤＭ又はパレットマークＷＰ）が検出可能であり、また、検出時のコントラストも向上する。これにより位置合わせ精度の大幅な向上が達成できる。
【００６４】
ステンシルマスク３０として第１の実施形態のものを採用し、材質をＳｉとし、アライメントパターン部３０Ｅの膜厚を０．６μｍとした場合のフィルタ１３３について説明する。検出に使用する光として、既述の図３に示される透過率の極大値のうち、波長が６６０ｎｍの所にピークを持っているものを使用した場合、これに対応するフィルタ１３３として、たとえば６６０ｎｍ所に透過率のピークを持っており、ピークの幅が±２０ｎｍの波長選択フィルタを使用する。
【００６５】
フィルタ１３３の配置される位置は、マスクマーク撮像用光学系に限られるものではなく、たとえば照明用光学系に配置される構成、たとえば全反射ミラー１２７とレンズ１２８との間であってもよい。このような構成であっても、同様の作用が発揮できるからである。
【００６６】
なお、この実施の形態では、マスクマークＭとダイマークＤＭ又はパレットマークＷＰ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ＭとダイマークＤＭ又はパレットマークＷＰとを１つのＣＣＤに結像させるようにしてもよい。
【００６７】
図１３はマスクマークＭとダイマークＤＭ又はパレットマークＷＰ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１２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。
【００６８】
図１３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、ダイマーク撮像用光学系は、対物レンズ１２０、ハーフミラー１４０、１４１、ダイマーク結像用対物レンズ１２５、フィルタ１３３、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、ダイマーク結像用対物レンズ１２５、フィルタ１３３、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。
【００６９】
上記構成のマスクマーク撮像用光学系及びダイ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ＭとダイマークＤＭ又はパレットマークＷＰとを同時に結像させることができる。
【００７０】
次に、マスクマークＭとダイマークＤＭ又はパレットマークＷＰとの位置ずれ量の検出方法について説明する。図１４は顕微鏡撮像装置１００又は１００’の視野Ｖ内にマスクマークＭと、ダイマークＤＭ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２箇所に配される第１のＸマークＭX1及び第２のＸマークＭx2と、マスクのＹ方向の位置を検出するための第１のＹマークＭY とからなる。
【００７１】
このうち、第１のＸマークＭX1及び第２のＸマークＭx2は、いずれもＹ方向を向いた５本の平行線パターンの開口から構成され、また、第１のＸマークＭX1及び第２のＸマークＭx2はＹ方向に所定距離離れて対向して設けられている。第１のＹマークＭY は、Ｘ方向を向いた５本の平行線パターンの開口から構成されている。第１のＹマークＭY のＸ方向の配置位置は、第１のＸマークＭX1及び第２のＸマークＭx2の右方であり、Ｙ方向の配置位置は、第１のＸマークＭX1及び第２のＸマークＭx2の中間位置である。
【００７２】
ダイマークＤＭは、ウエハのＸ方向の位置を検出するための第３のＸマークであるダイマークＤＭX と、ウエハのＹ方向の位置を検出するための第２のＹマークであるダイマークＤＭY とからなる。このうち、ダイマークＤＭX は、Ｙ方向を向いた５本の平行線パターンの凸部（又は凹部）から構成され、ダイマークＤＭY は、Ｘ方向を向いた５本の平行線パターンの凸部（又は凹部）から構成されている。
【００７３】
これらのダイマークＤＭX 及びダイマークＤＭY は、顕微鏡撮像装置１００又は１００’の視野Ｖ内に、マスクマークＭ及びダイマークＤＭが入っているときに、第１のＸマークＭX1及び第２のＸマークＭx2と対向する位置にダイマークＤＭX が配され、第１のＹマークＭY と対向する位置にダイマークＤＭY が配されるような位置に設けられる。
【００７４】
すなわち、図１４において、ダイマークＤＭX は、第１のＸマークＭX1及び第２のＸマークＭx2とのＹ方向の中間に配されており、ダイマークＤＭY はダイマークＤＭX をＸ方向の中間に挟んで第１のＹマークＭY と対向する位置に配されている。
【００７５】
本発明においては、ステンシルマスク３０の下方に位置するダイマークＤＭ又はパレットマークＷＰを観察できるように、ステンシルマスク３０のアライメントパターン部３０Ｅ又は３０Ｇが形成されているので、ダイマークＤＭでの散乱光による像は、ステンシルマスク３０によって完全には遮光されずに撮像されるため、ダイマークＤＭの像と背景とのコントラストが低下することがない。
【００７６】
マスクマークＭとダイマークＤＭ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、第１のＸマークＭX1及び第２のＸマークＭx2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。同様にしてダイマークＤＭが結像されるＣＣＤ１３１から得られる画像信号を信号処理し、ダイマークＤＭX の中心位置とダイマークＤＭY の中心位置をそれぞれ求める。
【００７７】
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、ダイマークＤＭ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とダイマークＤＭ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が示す位置とダイマークＤＭが示す位置とを一致させる。
【００７８】
なお、図１４は、マスクマークＭが示す位置とダイマークＤＭが示す位置とが一致している場合に関して示している。また、顕微鏡撮像装置１００又は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１４に示される形状のマスクマークＭが示す位置及びダイマークＤＭが示す位置は、顕微鏡撮像装置１００又は１００’の撮影倍率が変動しても変化量が極めて少ない。
【００７９】
図１５は電子ビーム近接描画装置の制御部の実施の形態を示すブロック図である。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及び顕微鏡撮像装置１００’での撮像によって得られたマスクマークＭ及びダイマークＤＭ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とダイマークＤＭとの位置ずれ量を算出する。
【００８０】
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。
【００８１】
また、ＣＰＵ２００は、マスクマークＭとダイマークＤＭ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１１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。
【００８２】
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。
【００８３】
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５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６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５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。
【００８４】
以上に説明した顕微鏡撮像装置１００又は１００’等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については、各種の実施態様が採用できる。たとえば、本出願人による特開２００３−３７０３６号公報に開示されたマスクとウエハとに設けられた特定のマークを使用してマスクとウエハ全体との位置合わせを行う方法や、マスクとウエハ上の転写すべきダイ毎に設けられたダイマークを使用してマスクとウエハ上の各ダイ毎に位置合わせを行う方法（いわゆる、ダイバイダイ・アライメント）等が採用できる。
【００８５】
次に、本発明に係るアライメント装置の第２の実施形態について説明する。図１６及び図１７は、それぞれ他の例の電子ビーム近接描画装置１０の転写部の上面図及び側面図である。
【００８６】
これらの図面に示されるように、この電子ビーム近接露光装置１０には、ステンシルマスク３０に対向して３つの顕微鏡撮像装置ＡＸ１、ＡＹ１、ＡＸ２が設けられている。これらの顕微鏡撮像装置ＡＸ１、ＡＹ１、ＡＸ２は、電子ビームによる露光時に電子ビームを遮ることがないように撮影光軸がマスク面に対して斜めになるように配置されている。なお、電子ビーム近接描画装置としての主要な構成は、図５乃至図７に示したものと同様のため、その詳細な説明は省略する。
【００８７】
図１８は電子ビーム近接描画装置の転写部を拡大した上面図である。同図において、ウエハ４０は、θＸＹステージ７０上の静電チャック６０によって吸着されている。このウエハ４０には、ウエハ４０の各チップのＸ軸方向の位置決めを行うためのウエハマークＭWXと、ｙ軸方向の位置決めを行うためのウエハマークＭWYとがチップが形成される領域外に設けられている。
【００８８】
一方、ステンシルマスク３０には、破線で示される領域内にマスクパターンが形成されており、破線で示される領域外にウエハマークＭWX、ＭWYとの関係でステンシルマスク３０とウエハ４０とのＸ方向、Ｙ方向のずれ、及びＸＹ平面の回転方向のずれを検出するための３つのマスクマークＭMX1 、ＭMX2 、ＭMYが設けられている。
【００８９】
図１９及び図２０により上記ウエハマーク及びマスクマークの詳細について説明する。図１９は図１８の符号Ａで示した部分の拡大図であり、図２０は図４の２０−２０線に沿う断面図である。図１９に示されるように、ステンシルマスク３０には、マスクマークＭMX1 が形成され、ステンシルマスク３０を介してその下側のウエハマークＭWX、ＭWXが透視できるようになっている。
【００９０】
なお、ステンシルマスク３０に形成されるマスクマークＭMX1 は、５×３個の小さな開口によって構成されており、一方、ウエハマークＭWXは、１４×３個の凸部によって構成されている（図１９、図２０参照）。
【００９１】
次に、顕微鏡撮像装置ＡＸ１について説明する。図２１に顕微鏡撮像装置ＡＸ１の概略を示す。同図に示されるように、顕微鏡撮像装置ＡＸ１は、水平に配置されたステンシルマスク３０に対して光軸の入射角が所定の角度αとなるように配設されている。
【００９２】
顕微鏡対物レンズ９０の前面には、カバーガラス９１が取り付けられている。このカバーガラス９１の表面には、導電性の薄膜９１Ａが蒸着され、この導電性の薄膜９１Ａは、導電性の保持部材９２及び顕微鏡撮像装置ＡＸ１の筐体を介して接地されている。これにより、電子ビームによる転写時に散乱する電子又は２次電子がカバーガラス９１の表面に帯電しないようになっている。
【００９３】
この顕微鏡撮像装置ＡＸ１の内部には、照明手段が設けられている。即ち、照明手段は、白色光源９３、レンズ９４、反射ミラー９５及びハーフミラー９６から構成されており、白色光源９３から出射された白色照明光は、レンズ９４によってほぼ平行光にされ、反射ミラー９５、ハーフミラー９６、フィルタ１３３、対物レンズ９０及びカバーガラス９１を介してステンシルマスク３０及びウエハ４０を照明する。
【００９４】
このようにして照明されたステンシルマスク３０のマスクマーク及びウエハ４０のウエハマークでの散乱光は、対物レンズ９０、フィルタ１３３、ハーフミラー９６を介して撮像部９７に入射して撮像される。フィルタ１３３の構成及び作用は、本発明に係るアライメント装置の第１の実施形態と同様であることより、詳細な説明は割愛する。また、本発明に係るアライメント装置の第１の実施形態と同様に、フィルタ１３３の配置される位置は、撮像用光学系に限られるものではなく、照明用光学系に配置される構成、たとえばレンズ９４と反射ミラー９５との間であってもよい。
【００９５】
なお、他の顕微鏡撮像装置ＡＹ１、ＡＸ２も上記顕微鏡撮像装置ＡＸ１と同様に構成されている。
【００９６】
図２２（ａ）に示されるようにマスクマークＭMX及びウエハマークＭWXは、顕微鏡撮像装置の焦点面Ｆ上にマークの一部が位置するように、各マークの長さや撮影光軸の入射角αなどが決定されている。なお、図２２（ａ）上で、Ｐは白色照明光の正反射光、Ｑ、ＲはそれぞれマスクマークＭMX及びウエハマークＭWXでの白色照明光の散乱光、Ｇはステンシルマスク３０とウエハ４０との間隔である。
【００９７】
図２２（ｂ）は顕微鏡撮像装置によって白色照明光の散乱光Ｑ、Ｒが撮像された様子を示す画像である。
【００９８】
上記のようにして撮像されたマスクマーク及びウエハマークに基づいてステンシルマスク３０とウエハ４０とのずれを検出する方法を含む電子ビーム近接露光方法の動作手順、電子ビーム近接描画装置の制御部の構成等については、各種の実施態様が採用できる。たとえば、本出願人による特開２００３−７５９６号公報に開示されたマスクとウエハとの位置合わせを行う方法が採用できる。
【００９９】
以上、本発明に係るステンシルマスク及びアライメント装置ついて説明したが、本発明は上記の実施形態の例に限定されるものではなく、各種の態様が採り得る。たとえば、本発明は電子ビーム露光用の等倍ステンシルマスクを前提になされているが、４倍のステンシルマスク、又は、２５倍、６０倍のステンシルマスクにも同様に適用できる。
【０１００】
また、図４に示されるステンシルマスクの構成として、シリコンウェーハ、ＳｉＯ2 層、Ｓｉ層を使用しているが、他のマスク構成も適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明に係るステンシルマスクの第１の実施形態を示す断面図
【図２】本発明に係るステンシルマスクの第２の実施形態を示す断面図
【図３】膜厚０．２５μｍ及び０．６μｍのＳｉの分光透過率特性を示すグラフ
【図４】ステンシルマスクの製造工程における要部断面図
【図５】電子ビーム近接描画装置の基本構成を示す図
【図６】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７】電子ビーム近接描画装置の全体構成図
【図８】本発明に係るアライメント装置の第１の実施の形態を含む電子ビーム近接描画装置の要部断面図
【図９】図８に示した電子ビーム近接描画装置の要部上面図
【図１０】図８に示した電子ビーム近接描画装置に使用されるステンシルマスクの平面図
【図１１】ウエハが搭載されたウエハパレットの平面図
【図１２】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１３】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１４】顕微鏡撮像装置によってマスクマークとダイ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１５】電子ビーム近接描画装置の制御部の実施の形態を示すブロック図
【図１６】本発明に係るアライメント装置の第２の実施の形態を含む電子ビーム近接描画装置の転写部の上面図
【図１７】図１６に示した電子ビーム近接描画装置の転写部の側面図
【図１８】図１６に示した電子ビーム近接描画装置の転写部を拡大した上面図
【図１９】図１８の要部拡大図
【図２０】図１９の２０−２０線に沿う断面図
【図２１】本発明に適用される顕微鏡撮像装置の概略構成図
【図２２】顕微鏡撮像装置によってマスクマークとウエハ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２３】各種材質のステンシルマスクの概略断面図
【図２４】膜厚２μｍのＳｉの分光透過率特性を示すグラフ
【符号の説明】
【０１０２】
１０…電子ビーム近接描画装置、３０…ステンシルマスク、３０Ａ…描画用開口、３０Ｂ…膜部、３０Ｃ…支持枠、３０Ｄ…梁、３０Ｅ…アライメントパターン部、３０Ｆ…マスクマーク用開口、３０Ｇ…アライメントパターン部、４０…ウエハ、１００…アライメントユニット
【図１】
2005039145.tif 000003
【図２】
2005039145.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2005039145.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005039145.tif 000009
【図８】
2005039145.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2005039145.tif 000012
【図１１】
2005039145.tif 000013
【図１２】
2005039145.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2005039145.tif 000016
【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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