JP2003037036A - マスクとウエハの位置合わせ方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】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。マスク及びウエハの面と直交する方向からマス
ク上のマスクマークＭ（Ｍ_X 、Ｍ_Y ）とウエハパレット
上のパレットマークＭＰ（ＭＰ_X 、ＭＰ_Y）とを２組の
結像光学系を有する顕微鏡撮像装置によって同時に撮像
し、これらのマーク間の二次元の位置ずれ量を測定す
る。そして、この測定した位置ずれ量に基づいてマスク
とウエハとを相対的に位置合わせする。

Description

【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１６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１
０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２
２、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、例えば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１７に示すよう
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１
８に示す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。尚、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
来の斜方検出法による位置合わせ方法は、１つの顕微鏡
撮像装置によってウエハマークとマスクマークとの一方
向（即ち、ｘ方向及びｙ方向のうちの一方の方向）の位
置ずれ量しか測定することができず、その結果、複数の
顕微鏡撮像装置を配設しなけらばならないという問題が
ある。即ち、マスクとウエハとのＸ方向及びＹ方向の位
置合わせを行う場合には２つの顕微鏡撮像装置を配設し
なけらばならなず、またマスクとウエハとの回転方向の
位置決めも行う場合には３つの顕微鏡撮像装置を配設し
なければならないという問題がある。

【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実現することができるマスク
とウエハ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ステップであって、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
によって同時に撮像するステップと、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、を含むことを特徴として
いる。

【００１４】即ち、前記顕微鏡撮像装置は、前記第１の
マーク及び第２のマークが設けられている面と直交する
方向から各マークを同時に撮像することができるととも
に、各マークにそれぞれピントが合った画像信号を得る
ことができる。そして、前記顕微鏡撮像装置から同時に
得られる第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ようにしている。即ち、各マークが
設けられている面と直交する方向から各マークを撮像す
ることにより、１つの顕微鏡撮像装置によって第１のマ
ークと第２のマークとの二次元の位置ずれ量を測定する
ことができる。また、顕微鏡撮像装置の基準位置（例え
ば、顕微鏡の十字マーク）を基準にして第１のマーク及
び第２のマークの位置を測定しておらず、前記顕微鏡撮
像装置から同時に得られる第１のマークと第２のマーク
との画像信号に基づいて各マーク間の相対的な位置ずれ
量を測定するようにしたため、顕微鏡撮像装置の基準位
置の変動に影響を受けない位置ずれ量の測定ができる。

【００１５】本願請求項２に示すように前記顕微鏡撮像
装置は、前記露光装置におる露光領域外に固定され、前
記撮像するステップ時に前記顕微鏡撮像装置の視野内に
前記第１のマーク及び第２のマークを入れるべく前記マ
スク及びウエハを移動させることを特徴としている。

【００１６】本願請求項３に示すように前記位置合わせ
ステップは、前記測定した位置ずれ量がゼロになるよう
に前記マスク及びウエハのうちの一方を移動させるステ
ップと、前記測定した位置ずれ量がゼロのときの前記マ
スク及びウエハの移動位置をそれぞれ測定するステップ
と、前記マスクを転写位置に移動させるステップと、前
記転写位置に移動した前記マスクの移動位置と、前記測
定したマスク及びウエハの移動位置とに基づいて転写時
における前記ウエハの各ダイの移動位置を求めるステッ
プと、前記求めた前記ウエハの各ダイの移動位置に基づ
いて前記ウエハを移動させるステップと、を有すること
を特徴としている。

【００１７】即ち、露光領域外の位置でマスクとウエハ
との位置関係を予め測定しておき、その後、マスクを転
写位置に移動させると、その移動量に対応してウエハを
移動させることによりウエハを位置合わせするようにし
ている。

【００１８】本願請求項４に示すように、前記第１のマ
ーク及び第２のマークはそれぞれ２以上設けられ、前記
第２のマークのうちの１つのマークを基準にして前記第
１のマークの各マークの位置ずれ量がゼロのときの前記
マスクの移動位置をそれぞれ測定し、これらのマスクの
移動位置に基づいて前記マスクの回転量を計算し、一
方、前記第１のマークのうちの１つのマークを基準にし
て前記第２のマークの各マークの位置ずれ量がゼロのと
きの前記ウエハの移動位置をそれぞれ測定し、これらの
ウエハの移動位置に基づいて前記ウエハの回転量を計算
し、前記ウエハの各ダイの移動位置を求めるステップ
は、前記転写位置に移動した前記マスクの移動位置と、
前記測定したマスク及びウエハの移動位置と、前記計算
したマスク及びウエハの回転量とに基づいて転写時にお
ける前記ウエハの各ダイを位置決めするためのウエハの
移動位置及び回転量を求めることを特徴としている。

【００１９】即ち、第１のマークのうちの１つのマーク
を基準にして第２のマークの複数のマークの位置を測定
し、これらの測定した位置に基づいてウエハの回転量を
計算し、同様にして第２のマークのうちの１つのマーク
を基準にして第１のマークの複数のマークの位置を測定
し、これらの測定した位置に基づいてマスクの回転量を
計算する。このようにして求めたウエハの回転量及びマ
スクの回転量を考慮して、ウエハの各ダイを転写位置に
位置合わせする際に必要な各ダイの移動位置及びウエハ
の回転量を求めるようにしている。

【００２０】本願請求項５に示すように前記位置合わせ
ステップは、前記位置ずれ量を測定したときの前記マス
ク及びウエハの移動位置をそれぞれ測定するステップ
と、前記マスクを転写位置に移動させるステップと、前
記転写位置に移動した前記マスクの移動位置と、前記測
定した位置ずれ量と、前記測定したマスク及びウエハの
移動位置とに基づいて転写時における前記ウエハの各ダ
イの移動位置を求めるステップと、前記求めた前記ウエ
ハの各ダイの移動位置に基づいて前記ウエハを移動させ
るステップと、を有することを特徴としている。

【００２１】本願請求項６に示すように、前記第１のマ
ーク及び第２のマークはそれぞれ２以上設けられ、前記
第２のマークのうちの１つのマークを基準にして前記第
１のマークの各マークの位置ずれ量を測定するととも
に、該位置ずれ量の測定時の前記マスクの移動位置をそ
れぞれ測定し、これらの位置ずれ量及びマスクの移動位
置に基づいて前記マスクの回転量を計算し、一方、前記
第１のマークのうちの１つのマークを基準にして前記第
２のマークの各マークの位置ずれ量を測定するととも
に、該位置ずれ量の測定時の前記ウエハの移動位置をそ
れぞれ測定し、これらの位置ずれ量及びウエハの移動位
置に基づいて前記ウエハの回転量を計算し、前記ウエハ
の各ダイの移動位置を求めるステップは、前記転写位置
に移動した前記マスクの移動位置と、前記測定した位置
ずれ量と、前記測定したマスク及びウエハの移動位置
と、前記計算したマスク及びウエハの回転量に基づいて
転写時における前記ウエハの各ダイを位置決めするため
のウエハの移動位置及び回転量を求めることを特徴とし
ている。

【００２２】上記請求項５及び６は、それぞれ請求項３
及び４に対応しているが、請求項３及び４では、第１の
マークと第２のマークとの位置ずれ量がゼロになるよう
にマスク又はウエハを移動させ、そのときのマスク及び
ウエハの移動位置を測定するようにしているのに対し、
請求項５乃至６では、第１のマークと第２のマークとの
位置ずれ量を測定するとともに、その位置ずれ量の測定
時のマスク及びウエハの移動位置を測定している点で異
なる。尚、このようにして測定した位置ずれ量と、マス
ク及びウエハの移動位置に基づいて第１のマークと第２
のマークとの位置ずれ量がゼロになるときのマスク及び
ウエハの移動位置を計算で求めることができる。

【００２３】本願請求項７に示すように前記マスクは転
写位置に固定され、前記顕微鏡撮像装置は、転写時に前
記露光装置におる露光領域外に退避し、前記位置ずれ量
の測定時に前記マスクの第１のマークを視野内に入れる
べく移動することを特徴としている。

【００２４】本願請求項８に示すように前記位置合わせ
ステップは、前記測定した位置ずれ量がゼロになるよう
に前記ウエハを移動させるステップと、前記測定した位
置ずれ量がゼロのときの前記ウエハの移動位置を測定す
るステップと、転写時に前記測定したウエハの移動位置
に基づいて前記ウエハの各ダイの移動位置を求めるステ
ップと、前記求めた前記ウエハの各ダイの移動位置に基
づいて前記ウエハを移動させるステップと、を有するこ
とを特徴としている。

【００２５】即ち、顕微鏡撮像装置を移動させて前記マ
スクの第１のマークとウエハの第２のマークとを視野内
に入れ、ここでマスクとウエハとの位置関係を予め測定
しておき、その後、転写時には顕微鏡撮像装置を退避さ
せるとともに、前記測定したマスクとウエハとの位置関
係に基づいてウエハの各ダイの位置合わせを行うように
している。

【００２６】本願請求項９に示すように、前記第１のマ
ーク及び第２のマークはそれぞれ２以上設けられ、前記
第２のマークのうちの１つのマークを基準にして前記第
１のマークの各マークの位置ずれ量がゼロのときの前記
ウエハの移動位置をそれぞれ測定し、これらのウエハの
移動位置に基づいて前記マスクの回転量を計算し、一
方、前記第１のマークのうちの１つのマークを基準にし
て前記第２のマークの各マークの位置ずれ量がゼロのと
きの前記ウエハの移動位置をそれぞれ測定し、これらの
ウエハの移動位置に基づいて前記ウエハの回転量を計算
し、前記ウエハの各ダイの移動位置を求めるステップ
は、前記測定したウエハの移動位置と、前記計算したマ
スク及びウエハの回転量とに基づいて転写時における前
記ウエハの各ダイを位置決めするためのウエハの移動位
置及び回転量を求めることを特徴としている。

【００２７】即ち、第２のマークのうちの１つのマーク
を基準にして第１のマークの複数のマークの位置を測定
し、これらの測定した位置に基づいてマスクの回転量を
計算し、同様にして第１のマークのうちの１つのマーク
を基準にして第２のマークの複数のマークの位置を測定
し、これらの測定した位置に基づいてウエハの回転量を
計算する。このようにして求めたマスクの回転量及びウ
エハの回転量を考慮して、ウエハの各ダイを転写位置に
位置合わせする際に必要な各ダイの移動位置及びウエハ
の回転量を求めるようにしている。

【００２８】本願請求項１０に示すように前記位置合わ
せステップは、前記測定した位置ずれ量を測定したとき
の前記ウエハの移動位置を測定するステップと、転写時
に前記測定した位置ずれ量とウエハの移動位置とに基づ
いて前記ウエハの各ダイの移動位置を求めるステップ
と、前記求めた前記ウエハの各ダイの移動位置に基づい
て前記ウエハを移動させるステップと、を有することを
特徴としている。

【００２９】本願請求項１１に示すように、前記第１の
マーク及び第２のマークはそれぞれ２以上設けられ、前
記第２のマークのうちの１つのマークを基準にして前記
第１のマークの各マークの位置ずれ量を測定するととも
に、該位置ずれ量の測定時の前記ウエハの移動位置をそ
れぞれ測定し、これらの位置ずれ量及びウエハの移動位
置に基づいて前記マスクの回転量を計算し、一方、前記
第１のマークのうちの１つのマークを基準にして前記第
２のマークの各マークの位置ずれ量を測定するととも
に、該位置ずれ量の測定時の前記ウエハの移動位置をそ
れぞれ測定し、これらの位置ずれ量及びウエハの移動位
置に基づいて前記ウエハの回転量を計算し、前記ウエハ
の各ダイの移動位置を求めるステップは、前記測定した
位置ずれ量と、前記測定したウエハの移動位置と、前記
計算したマスク及びウエハの回転量とに基づいて転写時
における前記ウエハの各ダイを位置決めするためのウエ
ハの移動位置及び回転量を求めることを特徴としてい
る。

【００３０】上記請求項１０及び１１は、それぞれ請求
項８及び９に対応しているが、請求項８及び９では、第
１のマークと第２のマークとの位置ずれ量がゼロになる
ようにウエハを移動させ、そのときのウエハの移動位置
を測定するようにしているのに対し、請求項１０乃至１
１では、第１のマークと第２のマークとの位置ずれ量を
測定するとともに、その位置ずれ量の測定時のウエハの
移動位置を測定している点で異なる。尚、このようにし
て測定した位置ずれ量及びウエハの移動位置に基づいて
第１のマークと第２のマークとの位置ずれ量がゼロにな
るときのウエハの移動位置を計算で求めることができ
る。

【００３１】本願請求項１２に示すように、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
クマークは、それぞれ四角形の隣接する二辺の位置に配
置され、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のウエハマークは、それぞれ四角
形の隣接する二辺の位置の配置され、かつ前記顕微鏡撮
像装置の視野内に前記第１のマーク及び第２のマークが
入っているときに、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されることを特徴と
している。

【００３２】上記の形状の第１のマークと第２のマーク
は、顕微鏡撮像装置の撮影倍率が変動しても各マークが
示す二次元上の位置の変化量が極めて少ない。また、顕
微鏡撮像装置の視野内で第１のマークと第２のマークと
が重なることがなく、各マークをそれぞれ分離してマー
ク位置を測定するための画像処理が可能である。

【００３３】本願請求項１３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、を備えたことを特徴としている。

【００３４】本願請求項１４に示すように前記顕微鏡撮
像装置は、第１の撮像素子と、第２の撮像素子と、第１
対物レンズと、前記第１のマークを前記第１対物レンズ
を介して前記第１の撮像素子に結像させるための第２対
物レンズと、前記第２のマークを前記第１対物レンズを
介して前記第２の撮像素子に結像させるための第３対物
レンズと、前記第１対物レンズ、第２対物レンズ及び第
３対物レンズのうちの少なくとも２つを独立に移動させ
るピント調整手段と、前記第１対物レンズを介して照明
光を出射する照明手段とを有することを特徴としてい
る。

【００３５】前記顕微鏡撮像装置は、近接配置されるマ
スクとウエハとの間隔等を変更しても前記ピント調整手
段によって前記第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でき、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精度よく測定する
ことができる。

【００３６】

【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。

【００３７】図１は本発明に係るマスクとウエハの位置
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。尚、電子ビーム近接露光装置としての主要な構
成は、図１６乃至図１８に示したものと同様のため、そ
の詳細な説明は省略する。

【００３８】図１及び図２に示すように、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。尚、図２上で１０２
は電子光学鏡筒である。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。尚、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。

【００４２】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。尚、このマスクステージ８０の位
置（ｘ，ｙ）は、レーザ干渉計Ｌ_XM, Ｌ_YM（図７参照）
によって測定できるようになっている。

【００４３】一方、ウエハ４０は、図４に示すようにウ
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１８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。尚、図１８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。

【００４４】ウエハパレット４４は、図４に示すように
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。

【００４５】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。尚、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４
０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７
０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。尚、ウエハステージ７０の位
置（Ｘ，Ｙ）は、レーザ干渉計Ｌ_XW, Ｌ _YW（図７参照）
によって測定できるようになっている。

【００４６】図１及び図２に示した顕微鏡撮像装置１０
０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。

【００４７】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。

【００４８】同図に示す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。即ち、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ＣＣ
Ｄ１３１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。

【００４９】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、１２
２、１２４及びフォーカス用レンズ１２６から構成され
ている。

【００５０】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。尚、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１
１２Ｃから構成されている。

【００５１】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を例
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。

【００５２】即ち、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ＣＣＤ１
３２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、ＣＣ
Ｄ１３２にマスクマークが結像するように対物レンズ１
２０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。尚、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。

【００５３】また、ＣＣＤ１３１は、マスク４０から例
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、例
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。

【００５４】尚、この実施の形態では、対物レンズ１２
０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１０
０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。

【００５５】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。

【００５６】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。尚、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。

【００５７】図６に示すように、この顕微鏡撮像装置１
００’のマスクマーク撮像用光学系は、対物レンズ１２
０、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１
２５、ハーフミラー１４２、及びフォーカス用レンズ１
２６から構成されている。

【００５８】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。

【００５９】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。

【００６０】図７は顕微鏡撮像装置１００の視野Ｖ内に
マスクマークＭと、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５×２個の開口からなるマス
クマークＭ_X と、マスクのＹ方向の位置を検出するため
の５×２個の開口からなるマスクマークＭ_Y とから構成
されており、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５本の凸部（又は凹部）
からなるパレットマークＷＰ_X と、ウエハパレットのＹ
方向の位置を検出するための５本の凸部（又は凹部）か
らなるパレットマークＷＰ_Y とから構成されている。

【００６１】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。

【００６２】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Ｍ_X の中心位置とマスクマークＭ_Y 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ＷＰ_X の中心位置とパレットマ
ークＷＰ_Y の中心位置をそれぞれ求める。

【００６３】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７
０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。尚、図７は、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に示す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。

【００６４】図８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。

【００６５】同図において、中央処理装置（ＣＰＵ）２
００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。

【００６６】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。

【００６７】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Ｌ _XW、Ｌ_YW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Ｌ
_XM、Ｌ_YM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。尚、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。

【００６８】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。

【００６９】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１６に示す主偏向器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１７に示す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１６に示す副偏向器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。

【００７０】図９は本発明に係るマスクとウエハの位置
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。

【００７１】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）。

【００７２】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）。

【００７３】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θ_M を計算する（ステップＳ
１６）。

【００７４】図１０は上記ステップＳ１６の詳細を示す
フローチャートである。

【００７５】同図に示す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Ｓ１６
Ａ）。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。

【００７６】ステップＳ１６Ｃ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
（ｘ_1,ｙ₁ ）をレーザ干渉計Ｌ_XM、Ｌ_YM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７
０の移動位置（Ｘ_1,Ｙ₁ ）をレーザ干渉計Ｌ_XW、Ｌ_YWか
ら読み取ってメモリ２０３に記憶させる（ステップＳ１
６Ｄ）。

【００７７】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ＷＰ
１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Ｓ１６
Ｅ、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８
０の移動位置（ｘ_2,ｙ₂）をレーザ干渉計Ｌ_XM、Ｌ_YMか
ら読み取ってメモリ２０３に記憶させる（ステップＳ１
６Ｈ）。

【００７８】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（ｘ_1,ｙ₁ ）、（ｘ_2,
ｙ₂）からマスク３２の回転量θ_M を計算する（ステッ
プＳ１６Ｉ）。

【００７９】図９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、ＷＰ
２を測定し、その測定結果に基づいてウエハパレット４
４の回転量θ_P を計算する。

【００８０】図１１は上記ステップＳ１８の詳細を示す
フローチャートである。

【００８１】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（Ｘ_1,Ｙ₁ ）及びマスクステージ８０の位
置（ｘ_2,ｙ₂ ）は測定済みである。

【００８２】図１１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１
００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。

【００８３】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
（Ｘ_2,Ｘ₂ ）をレーザ干渉計Ｌ_XM、Ｌ_YMから読み取って
メモリ２０３に記憶させる（ステップＳ１８Ｄ）。

【００８４】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（Ｘ_1,Ｙ₁ ）、（Ｘ
_2,Ｙ ₂ ）からウエハパレット４４の回転量θ_P を計算す
る（ステップＳ１８Ｅ）。尚、ウエハステージ７０の位
置（Ｘ_1,Ｙ₁ ）は、図１０のステップＳ１６Ｄで既に測
定されている。

【００８５】図９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（ｘ
_0,ｙ₀ ）をレーザ干渉計Ｌ_XM、Ｌ_YMから読み取る（ステ
ップＳ２０）。

【００８６】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Ｓ
２２）。

【００８７】例えば、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、

【００８８】

【数１】Ｘ＝Ｘ₁ ＋（ｘ₀ −ｘ₁ ） Ｙ＝Ｙ₁ ＋（ｙ₀ −ｙ₁ ） …（１） で表すことができる。

【００８９】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（１）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。

【００９０】また、マスク３２の回転量θ_M 及びウエハ
パレット４４の回転量θ_P 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θ_M 、及びス
テップＳ１８で求めたウエハパレット４４の回転量θ_P
に基づいてウエハステージ７０を回転させる。

【００９１】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、

【００９２】

【数２】θ＝θ_M −θ_P …（２） で表すことができる。

【００９３】また、ウエハパレット４４の回転量θ_P 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３２
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。

【００９４】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）。

【００９５】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。

【００９６】図１２は本発明に係るマスクとウエハの位
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１３は図１２に示した電子ビーム近接露光装置の要部
上面図である。尚、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。

【００９７】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８
２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。

【００９８】尚、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。

【００９９】図１４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。

【０１００】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）。

【０１０１】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）。

【０１０２】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θ_M を計算する（ステップＳ１
０８）。

【０１０３】図１５は上記ステップＳ１０８の詳細を示
すフローチャートである。

【０１０４】同図に示す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Ｓ１０８
Ａ）。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。

【０１０５】ステップＳ１０８Ｃ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
（Ｘ_1,Ｙ₁ ）をレーザ干渉計Ｌ_XW, Ｌ_YWから読み取って
メモリ２０３に記憶させる（ステップＳ１０８Ｄ）。

【０１０６】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）。尚、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。

【０１０７】その後、上記と同様にしてマスクマークＭ
２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Ｓ１
０８Ｆ、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（Ｘ_2,Ｙ₂ ）をレーザ干渉計Ｌ
_XW, Ｌ_YWから読み取ってメモリ２０３に記憶させる（ス
テップＳ１０８Ｉ）。

【０１０８】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（Ｘ_1,Ｙ₁ ）、（Ｘ_2,
Ｙ₂）からマスク３２の回転量θ_M を計算する（ステッ
プＳ１０８Ｊ）。

【０１０９】図１４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θ_P を計算する（図１１のフローチャー
ト参照）。

【０１１０】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）。

【０１１１】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）。尚、図
９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３
２を移動させないため、式（１）に示した計算は不要で
ある。

【０１１２】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）。

【０１１３】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。

【０１１４】尚、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。

【０１１５】また、この実施の形態では、ウエハ３２が
ウエハパレット４４に搭載され、更にウエハパレット４
４がウエハステージ７０（ウエハステージ７０の電磁チ
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３２を直接ウエハステージ７
０上の電磁チャック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３
２上の少なくとも２つのダイマークＤＭの位置を測定す
る。

【０１１６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、マ
スクに形成されたマスクマーク（第１のマーク）と、ウ
エハが搭載されるウエハパレット上のパレットマーク又
はウエハ上のダイマーク（第２のマーク）との位置ずれ
量を精度よく測定することができ、マスクとウエハとの
高精度の位置合わせを実現することができる。特に、マ
スクがウエハに近接配置されている状態で第１のマーク
と第２のマークとを各マークが設けられた面と直交する
方向から撮像するようにしたため、１つの顕微鏡撮像装
置によって第１のマークと第２のマークとの二次元の位
置ずれ量を測定することができる。また、この顕微鏡撮
像装置は、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できる２組の結像光学系を有
しており、顕微鏡撮像装置から同時に得られる第１のマ
ーク及び第２のマークの画像信号に基づいて各マーク間
の相対的な位置ずれ量を測定するようにしたため、第１
のマークと第２のマークとの位置ずれ量を精度よく測定
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るマスクとウエハの位置合わせ装置
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】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９】本発明に係るマスクとウエハの位置合わせ方法
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１０】図９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１１】図９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１２】本発明に係るマスクとウエハの位置合わせ装
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１３】図１２に示した電子ビーム近接露光装置の要
部上面図

【図１４】本発明に係るマスクとウエハの位置合わせ方
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１５】図１４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１６】電子ビーム近接露光装置の基本構成を示す図

【図１７】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１８】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’、１５
０…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、１
３１、１４５…ＣＣＤ、２００…ＣＰＵ、２０３…メモ
リ、２０４、２０６…ステージ駆動回路、Ｌ_XM、Ｌ_YM、
Ｌ_XW、Ｌ_YW…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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/30 ５２５Ｗ

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【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ステッ
   プであって、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によって同時に撮像するステップ
   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、 を含むことを特徴とするマスクとウエハの位置合わせ方
   法。
2. 【請求項２】 前記顕微鏡撮像装置は、前記露光装置に
   おる露光領域外に固定され、 前記撮像するステップ時に前記顕微鏡撮像装置の視野内
   に前記第１のマーク及び第２のマークを入れるべく前記
   マスク及びウエハを移動させることを特徴とする請求項
   １のマスクとウエハの位置合わせ方法。
3. 【請求項３】 前記位置合わせステップは、 前記測定した位置ずれ量がゼロになるように前記マスク
   及びウエハのうちの一方を移動させるステップと、 前記測定した位置ずれ量がゼロのときの前記マスク及び
   ウエハの移動位置をそれぞれ測定するステップと、 前記マスクを転写位置に移動させるステップと、 前記転写位置に移動した前記マスクの移動位置と、前記
   測定したマスク及びウエハの移動位置とに基づいて転写
   時における前記ウエハの各ダイの移動位置を求めるステ
   ップと、 前記求めた前記ウエハの各ダイの移動位置に基づいて前
   記ウエハを移動させるステップと、 を有することを特徴とする請求項２のマスクとウエハの
   位置合わせ方法。
4. 【請求項４】 前記第１のマーク及び第２のマークはそ
   れぞれ２以上設けられ、 前記第２のマークのうちの１つのマークを基準にして前
   記第１のマークの各マークの位置ずれ量がゼロのときの
   前記マスクの移動位置をそれぞれ測定し、これらのマス
   クの移動位置に基づいて前記マスクの回転量を計算し、
   一方、前記第１のマークのうちの１つのマークを基準に
   して前記第２のマークの各マークの位置ずれ量がゼロの
   ときの前記ウエハの移動位置をそれぞれ測定し、これら
   のウエハの移動位置に基づいて前記ウエハの回転量を計
   算し、 前記ウエハの各ダイの移動位置を求めるステップは、前
   記転写位置に移動した前記マスクの移動位置と、前記測
   定したマスク及びウエハの移動位置と、前記計算したマ
   スク及びウエハの回転量とに基づいて転写時における前
   記ウエハの各ダイを位置決めするためのウエハの移動位
   置及び回転量を求めることを特徴とする請求項３のマス
   クとウエハの位置合わせ方法。
5. 【請求項５】 前記位置合わせステップは、 前記位置ずれ量を測定したときの前記マスク及びウエハ
   の移動位置をそれぞれ測定するステップと、 前記マスクを転写位置に移動させるステップと、 前記転写位置に移動した前記マスクの移動位置と、前記
   測定した位置ずれ量と、前記測定したマスク及びウエハ
   の移動位置とに基づいて転写時における前記ウエハの各
   ダイの移動位置を求めるステップと、 前記求めた前記ウエハの各ダイの移動位置に基づいて前
   記ウエハを移動させるステップと、 を有することを特徴とする請求項２のマスクとウエハの
   位置合わせ方法。
6. 【請求項６】 前記第１のマーク及び第２のマークはそ
   れぞれ２以上設けられ、 前記第２のマークのうちの１つのマークを基準にして前
   記第１のマークの各マークの位置ずれ量を測定するとと
   もに、該位置ずれ量の測定時の前記マスクの移動位置を
   それぞれ測定し、これらの位置ずれ量及びマスクの移動
   位置に基づいて前記マスクの回転量を計算し、一方、前
   記第１のマークのうちの１つのマークを基準にして前記
   第２のマークの各マークの位置ずれ量を測定するととも
   に、該位置ずれ量の測定時の前記ウエハの移動位置をそ
   れぞれ測定し、これらの位置ずれ量及びウエハの移動位
   置に基づいて前記ウエハの回転量を計算し、 前記ウエハの各ダイの移動位置を求めるステップは、前
   記転写位置に移動した前記マスクの移動位置と、前記測
   定した位置ずれ量と、前記測定したマスク及びウエハの
   移動位置と、前記計算したマスク及びウエハの回転量に
   基づいて転写時における前記ウエハの各ダイを位置決め
   するためのウエハの移動位置及び回転量を求めることを
   特徴とする請求項５のマスクとウエハの位置合わせ方
   法。
7. 【請求項７】 前記マスクは転写位置に固定され、前記
   顕微鏡撮像装置は、転写時に前記露光装置におる露光領
   域外に退避し、前記位置ずれ量の測定時に前記マスクの
   第１のマークを視野内に入れるべく移動することを特徴
   とする請求項１のマスクとウエハの位置合わせ方法。
8. 【請求項８】 前記位置合わせステップは、 前記測定した位置ずれ量がゼロになるように前記ウエハ
   を移動させるステップと、 前記測定した位置ずれ量がゼロのときの前記ウエハの移
   動位置を測定するステップと、 転写時に前記測定したウエハの移動位置に基づいて前記
   ウエハの各ダイの移動位置を求めるステップと、 前記求めた前記ウエハの各ダイの移動位置に基づいて前
   記ウエハを移動させるステップと、 を有することを特徴とする請求項７のマスクとウエハの
   位置合わせ方法。
9. 【請求項９】 前記第１のマーク及び第２のマークはそ
   れぞれ２以上設けられ、 前記第２のマークのうちの１つのマークを基準にして前
   記第１のマークの各マークの位置ずれ量がゼロのときの
   前記ウエハの移動位置をそれぞれ測定し、これらのウエ
   ハの移動位置に基づいて前記マスクの回転量を計算し、
   一方、前記第１のマークのうちの１つのマークを基準に
   して前記第２のマークの各マークの位置ずれ量がゼロの
   ときの前記ウエハの移動位置をそれぞれ測定し、これら
   のウエハの移動位置に基づいて前記ウエハの回転量を計
   算し、 前記ウエハの各ダイの移動位置を求めるステップは、前
   記測定したウエハの移動位置と、前記計算したマスク及
   びウエハの回転量とに基づいて転写時における前記ウエ
   ハの各ダイを位置決めするためのウエハの移動位置及び
   回転量を求めることを特徴とする請求項８のマスクとウ
   エハの位置合わせ方法。
10. 【請求項１０】 前記位置合わせステップは、 前記測定した位置ずれ量を測定したときの前記ウエハの
    移動位置を測定するステップと、 転写時に前記測定した位置ずれ量とウエハの移動位置と
    に基づいて前記ウエハの各ダイの移動位置を求めるステ
    ップと、 前記求めた前記ウエハの各ダイの移動位置に基づいて前
    記ウエハを移動させるステップと、 を有することを特徴とする請求項７のマスクとウエハの
    位置合わせ方法。
11. 【請求項１１】 前記第１のマーク及び第２のマークは
    それぞれ２以上設けられ、 前記第２のマークのうちの１つのマークを基準にして前
    記第１のマークの各マークの位置ずれ量を測定するとと
    もに、該位置ずれ量の測定時の前記ウエハの移動位置を
    それぞれ測定し、これらの位置ずれ量及びウエハの移動
    位置に基づいて前記マスクの回転量を計算し、一方、前
    記第１のマークのうちの１つのマークを基準にして前記
    第２のマークの各マークの位置ずれ量を測定するととも
    に、該位置ずれ量の測定時の前記ウエハの移動位置をそ
    れぞれ測定し、これらの位置ずれ量及びウエハの移動位
    置に基づいて前記ウエハの回転量を計算し、 前記ウエハの各ダイの移動位置を求めるステップは、前
    記測定した位置ずれ量と、前記測定したウエハの移動位
    置と、前記計算したマスク及びウエハの回転量とに基づ
    いて転写時における前記ウエハの各ダイを位置決めする
    ためのウエハの移動位置及び回転量を求めることを特徴
    とする請求項１０のマスクとウエハの位置合わせ方法。
12. 【請求項１２】 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のマスクマークは、それぞれ四角
    形の隣接する二辺の位置に配置され、 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のウエハマークは、それぞれ四角形の隣接
    する二辺の位置の配置され、かつ前記顕微鏡撮像装置の
    視野内に前記第１のマーク及び第２のマークが入ってい
    るときに、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されることを特徴とする請求
    項１乃至１１のいずれかに記載のマスクとウエハの位置
    合わせ方法。
13. 【請求項１３】 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、 を備えたことを特徴とするマスクとウエハの位置合わせ
    装置。
14. 【請求項１４】 前記顕微鏡撮像装置は、第１の撮像素
    子と、第２の撮像素子と、第１対物レンズと、前記第１
    のマークを前記第１対物レンズを介して前記第１の撮像
    素子に結像させるための第２対物レンズと、前記第２の
    マークを前記第１対物レンズを介して前記第２の撮像素
    子に結像させるための第３対物レンズと、前記第１対物
    レンズ、第２対物レンズ及び第３対物レンズのうちの少
    なくとも２つを独立に移動させるピント調整手段と、前
    記第１対物レンズを介して照明光を出射する照明手段と
    を有することを特徴とする請求項１３のマスクとウエハ
    の位置合わせ装置。