JP2004006550A - マスクとウエハとの位置合わせ方法及び装置 - Google Patents
マスクとウエハとの位置合わせ方法及び装置 Download PDFInfo
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Abstract
【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
【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
Description
【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
【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
Claims (11)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
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JP2002161134A JP2004006550A (ja) | 2002-06-03 | 2002-06-03 | マスクとウエハとの位置合わせ方法及び装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2005222889A (ja) * | 2004-02-09 | 2005-08-18 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | 対物レンズ駆動装置 |
-
2002
- 2002-06-03 JP JP2002161134A patent/JP2004006550A/ja active Pending
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