JP2004356276A

JP2004356276A - 荷電粒子ビーム近接露光方法及び装置

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Publication number: JP2004356276A
Application number: JP2003150686A
Authority: JP
Inventors: Akira Higuchi; 朗樋口
Original assignee: RIIPURU KK; Reaple Inc
Current assignee: RIIPURU KK; Reaple Inc
Priority date: 2003-05-28
Filing date: 2003-05-28
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】マスクとウエハとの位置合わせを高スループットかつ高精度で実現する。
【解決手段】マスクの２箇所に設けられた第１のマークと、ウエハの２箇所に設けられた第２のマークとを直交する方向から撮像し、一方の第１及び第２のマーク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する第１の顕微鏡撮像装置で同時に撮像するとともに、他方の第１及び第２のマーク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する第２の顕微鏡撮像装置で同時に撮像するステップと、第１の顕微鏡撮像装置から得られる一方の第１及び第２のマークの画像信号に基づいて位置ずれ量を測定するとともに、第２の顕微鏡撮像装置から得られる他方の第１及び第２のマークの画像信号に基づいて位置ずれ量を測定するステップと、測定した位置ずれ量に基づいてマスクとウエハとを位置合わせするステップと、マスクパターンをウエハ上のレジスト層に転写するステップと、を含む。
【選択図】図９

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は荷電粒子ビーム近接露光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荷電粒子ビーム近接露光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（特許文献１）。
【０００３】
図２５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２６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２７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、図２７上で、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。
【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の位置合わせ方法として、斜方検出法が知られている（特許文献２参照）。
【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】
また、この斜方検出法の問題点を解消すべく、後述するマスクとウエハの位置合わせ方法及び装置に関する提案が本出願人によりなされている（特許文献３参照）。
【００１２】
【特許文献１】
米国特許第５，８３１，２７２号（日本特許第２９５１９４７号に対応）
【００１３】
【特許文献２】
特開平１１−２４３０４８号公報
【００１４】
【特許文献３】
特開２００３−３７０３６号公報
【００１５】
【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（すなわち、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。すなわち、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。
【００１６】
このような事情に鑑みて本出願人によりなされたマスクとウエハの位置合わせ方法及び装置に関する提案（特許文献３参照）は、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技術であり、大幅な改善が期待されている。
【００１７】
ところが、市場は高精度のみならず、更に高スループットが実現できる装置を求めており、従来になかった高速、高精度の荷電粒子ビーム近接露光装置の上市が期待されている。
【００１８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、高スループット、かつ、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荷電粒子ビーム近接露光方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【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、荷電粒子ビームによって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荷電粒子ビーム近接露光方法において、前記マスクの２箇所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の２箇所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略同時に撮像するステップであって、一方の前記第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第１の顕微鏡撮像装置によって同時に撮像するとともに、他方の前記第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第２の顕微鏡撮像装置によって同時に撮像するステップと、前記第１の顕微鏡撮像装置から得られる一方の前記第１のマーク及び第２のマークの画像信号に基づいて一方の前記第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とともに、前記第２の顕微鏡撮像装置から得られる他方の前記第１のマーク及び第２のマークの画像信号に基づいて他方の前記第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、前記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ステップと、を含むことを特徴としている。
【００２０】
すなわち、顕微鏡撮像装置は、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、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。すなわち、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。
【００２１】
また、顕微鏡撮像装置の基準位置（たとえば、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、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。
【００２２】
更に、第１のマークと第２のマークはそれぞれ２箇所に設けられ、それぞれの位置において、顕微鏡撮像装置を配することができる。したがって、顕微鏡撮像装置とウエハ又はマスクとの相対移動の回数が大幅に減少し、その結果、高スループットが実現できる。
【００２３】
なお、荷電粒子ビームとは、電子ビーム、Ｘ線等の荷電粒子のビームを指し、半導体製造装置に適用される各種のビームが使用できる。
【００２４】
本願請求項２に示されるように、前記位置合わせするステップは、前記測定した位置ずれ量より、ＸＹ方向の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ＸＹ方向に移動させるステップと、前記測定した位置ずれ量より、θ方向の位置ずれ量及びマスクのマスク歪み量がゼロになるように前記荷電粒子ビームの入射角度を制御するステップと、を有することを特徴としている。
【００２５】
すなわち、マーク同士のＸＹ方向のずれ量補正は、ＸＹ方向の微動調整によるのが容易である。また、θ方向のずれ量補正、マスクのマスク歪み量補正は、荷電粒子ビーム（電子ビーム等）の入射角度制御によるのが容易である。
【００２６】
特に、θ方向のずれ量補正をウエハステージ等の微動調整によって行った場合、マスクとウエハとの相対的な回転が生じ、ウエハ上の異なる位置においては更にθ方向のずれ量補正が必要になり、計算等が煩雑になる。これに対し、θ方向のずれ量補正を電子ビーム等の入射角度制御によって行えば、マスクとウエハとの相対的な回転が生じないので、このような不具合は生じない。
【００２７】
本願請求項３に示されるように、前記マスクは転写位置に固定され、前記第１及び第２の顕微鏡撮像装置は、転写するステップ時に前記露光装置における露光領域外に退避し、前記撮像するステップ時に前記第１のマーク及び第２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。
【００２８】
すなわち、顕微鏡撮像装置を移動させてマスクの第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、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。
【００２９】
本願請求項４に示されるように、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２箇所に配される第１のマスクマーク及び第２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３のマスクマークとからなり、前記第１のマスクマーク及び第２のマスクマークは、いずれもＹ方向を向いた複数本の平行線パターンであり、かつ、前記第１のマスクマーク及び第２のマスクマークはＹ方向に所定距離離れて対向して設けられ、前記第３のマスクマークは、Ｘ方向を向いた複数本の平行線パターンであり、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、前記第１のウエハマークは、Ｙ方向を向いた複数本の平行線パターンであり、前記第２のウエハマークは、Ｘ方向を向いた複数本の平行線パターンであり、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、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、第２のマスクマーク及び第３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。
【００３０】
すなわち、第１のマークは、Ｙ方向を向いた複数本の平行線パターンである第１のマスクマーク及び第２のマスクマークと、Ｘ方向を向いた複数本の平行線パターンである第３のマスクマークとの３つからなり、第１のマスクマーク及び第２のマスクマークはＹ方向に所定距離離れて対向して設けられている。
【００３１】
一方、第２のマークは、Ｙ方向を向いた複数本の平行線パターンである第１のウエハマークと、Ｘ方向を向いた複数本の平行線パターンである第２のウエハマークとの２つからなる。
【００３２】
そして、第１のマスクマークと第２のマスクマークとの間に第１のウエハマークが配されるように位置決めすれば、マスクとウエハとのＸ方向の位置ずれ量の検出が容易となる。また、第３のマスクマークと第２のウエハマークとが対向して配されるように位置決めすれば、マスクとウエハとのＹ方向の位置ずれ量の検出が容易となる。
【００３３】
本願請求項５に示されるように、前記マスクには、前記パレット又はウエハに設けられた第２のマークを撮像するための開口が形成されていることを特徴としている。
【００３４】
すなわち、マスクの膜厚が小さければ、マスクを透過して第２のマークを撮像できるが、マスクに開口が形成されていれば、第２のマークを撮像はより確実に行える。
【００３５】
本願請求項６に係る発明は、ウエハにマスクを近接配置し、荷電粒子ビームによって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荷電粒子ビーム近接露光装置において、前記マスクの２箇所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の２箇所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２台の顕微鏡撮像装置と、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、荷電粒子ビームによって前記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手段と、を備えたことを特徴としている。
【００３６】
本願請求項７に示されるように、前記位置合わせする手段は、前記測定した位置ずれ量より、ＸＹ方向の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ＸＹ方向に移動させる手段と、前記測定した位置ずれ量より、θ方向の位置ずれ量及びマスクのマスク歪み量がゼロになるように前記荷電粒子ビームの入射角度を制御する手段と、を有することを特徴としている。
【００３７】
本願請求項８に示されるように、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のレンズと、前記第１のマークを前記第１の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のレンズと、前記第２のマークを前記第１の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のレンズと、前記第１のレンズ、第２のレンズ及び第３の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の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。
【００３８】
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ピント調整手段によって第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、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。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って、本発明に係る荷電粒子ビーム近接露光方法及び装置の好ましい実施の形態について説明する。
【００４０】
図１は、本発明に係る荷電粒子ビーム近接露光装置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全体構成図であり、図２は、要部縦断面図であり、図３は、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２５乃至図２７に示したものと同様のため、同一、類似の構成に関する詳細な説明は省略する。
【００４１】
図１、図２及び図３に示されるように、顕微鏡撮像装置１５０（１５１）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（１５１）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１２０等が挿入できるように構成されている。
【００４２】
この顕微鏡撮像装置１５０（１５１）は、移動可能となっており、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退避できる。この顕微鏡撮像装置１５０（１５１）は、電子ビーム近接露光装置に２つ設けられるが（第１の顕微鏡撮像装置１５０及び第２の顕微鏡撮像装置１５１）、同一の仕様であることより、図２及び図３においては１つのみ図示してある。
【００４３】
顕微鏡撮像装置１５０、１５１とは別に、マスク３２及びウエハ４０の概略位置決め（コースアライメント）用の顕微鏡がそれぞれ設けられている。すなわち、マスク３２のコースアライメント用の顕微鏡１５２がウエハステージ７０に固定されており、ウエハ４０のコースアライメント用の顕微鏡１５４が真空チャンバ５０内に固定されている。また、ウエハ４０の高さ検出器１５６がウエハステージ７０に固定されており、この高さ検出器１５６より上方に、マスク３２の高さ検出器１５８がウエハステージ７０により支持固定されている。
【００４４】
顕微鏡撮像装置１５０（１５１）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１５０（１５１）内に導かれるようになっている。
【００４５】
マスク３２が取り付けられているマスクステージ８２は、Ｘ方向及びＹ方向に位置合せが可能な範囲で若干量だけ移動できるようになっている。
【００４６】
図４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Ｍ（第１のマーク）が形成されており、各マスクパターンとマスクマークＭとは一定の関係をもって形成されている。なお、図４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。その他に、後述するコースアライメントの際に使用するコースアライメントマークＣ１、Ｃ２がマスク３２の左右方向両端部に設けられている。
【００４７】
顕微鏡撮像装置１５０（１５１）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１５０（１５１）の視野Ｖに入るように顕微鏡撮像装置１５０（１５１）を移動させる。なお、マスクステージ８２の位置（ｘ、ｙ）は、レーザ干渉計Ｌ_ＸＭ、Ｌ_ＹＭ（図９参照）によって測定できるようになっている。
【００４８】
一方、ウエハ４０は、図５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２７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２７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。
【００４９】
ウエハパレット４４には、図５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。
【００５０】
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（第２のマーク）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Ｌ_ＸＷ、Ｌ_ＹＷ（図９参照）によって測定できるようになっている。
【００５１】
図２及び図３に示した顕微鏡撮像装置１５０（１５１）は、マスク３２のマスクマークＭ１とダイマークＤＭ１若しくはパレットマークＷＰ１とを同時に観察し、又は、マスク３２のマスクマークＭ２とダイマークＤＭ２若しくはパレットマーク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。
【００５２】
図６は上記顕微鏡撮像装置１５０（１５１）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１５０（１５１）の結像光学系は、対物レンズ１２０（第１のレンズ）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１５０（１５１）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若しくはパレットマーク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。
【００５３】
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レンズ１２３（第２のレンズ）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及びダイマーク結像用レンズ１２５（第３のレンズ）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。
【００５４】
また、顕微鏡撮像装置１５０（１５１）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。
【００５５】
また、対物レンズ１２０及びダイマーク結像用レンズ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ＰＭがＣＣＤ１３１に結像するようにピント調整が行われる。
【００５６】
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。
【００５７】
また、ＣＣＤ１３１は、マスク３２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レンズ１２５の位置が調整されているが、マスク３２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。
【００５８】
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レンズ１２３及びダイマーク結像用レンズ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。
【００５９】
また、この顕微鏡撮像装置１５０（１５１）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１５０（１５１）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。
【００６０】
また、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。
【００６１】
図７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１５０’（１５１’）の光学部品配置図である。なお、図６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。
【００６２】
図７に示されるように、この顕微鏡撮像装置１５０’（１５１’）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、ダイマーク結像用レンズ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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
図８は顕微鏡撮像装置１５０（１５１）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のマスクマークＭ_Ｘ１及び第２のマスクマークＭ_Ｘ２と、マスクのＹ方向の位置を検出するための第３のマスクマークＭ_Ｙとからなる。
【００６６】
このうち、第１のマスクマークＭ_Ｘ１及び第２のマスクマークＭ_Ｘ２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のマスクマークＭ_Ｘ１及び第２のマスクマークＭ_Ｘ２はＹ方向に所定距離離れて対向して設けられている。第３のマスクマークＭ_Ｙ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３のマスクマークＭ_ＹのＸ方向の配置位置は、第１のマスクマークＭ_Ｘ１及び第２のマスクマークＭ_Ｘ２の右方であり、Ｙ方向の配置位置は、第１のマスクマークＭ_Ｘ１及び第２のマスクマークＭ_Ｘ２の中間位置である。
【００６７】
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１のウエハマークであるダイマークＤＭ_Ｘと、ウエハのＹ方向の位置を検出するための第２のウエハマークであるダイマークＤＭ_Ｙとからなる。このうち、ダイマークＤＭ_Ｘ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ＤＭ_Ｙ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。
【００６８】
これらのダイマークＤＭ_Ｘ及びダイマークＤＭ_Ｙは、顕微鏡撮像装置１５０（１５１）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のマスクマークＭ_Ｘ１及び第２のマスクマークＭ_Ｘ２と対向する位置にダイマークＤＭ_Ｘが配され、第３のマスクマークＭ_Ｙと対向する位置にダイマークＤＭ_Ｙが配されるような位置に設けられる。
【００６９】
すなわち、図８において、ダイマークＤＭ_Ｘは、第１のマスクマークＭ_Ｘ１及び第２のマスクマークＭ_Ｘ２とのＹ方向の中間に配されており、ダイマークＤＭ_ＹはダイマークＤＭ_ＸをＸ方向の中間に挟んで第３のマスクマークＭ_Ｙと対向する位置に配されている。
【００７０】
また、マスク３２には、マスク３２の下方に位置するダイマークＤＭを観察するための矩形の開口３３が形成されている。この開口３３により、ダイマークＤＭ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、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。
【００７１】
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のマスクマークＭ_Ｘ１及び第２のマスクマークＭ_Ｘ２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ＤＭ_Ｘの中心位置とダイマークＤＭ_Ｙの中心位置をそれぞれ求める。
【００７２】
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８２をＸ方向及びＹ方向に移動させ、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。また、転写時において、θ方向の位置ずれ量及びマスクのマスク歪み量がゼロになるように電子ビームの入射角度を制御する。この詳細については後述する。
【００７３】
なお、図８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１５０（１５１）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８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１５０（１５１）の撮影倍率が変動しても変化量が極めて少ない。
【００７４】
図９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。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１５０及び顕微鏡撮像装置１５１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。
【００７５】
ＣＰＵ２００は、信号処理回路２０２から入力するＸ方向及びＹ方向の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８２を移動させる。
【００７６】
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Ｌ_ＸＷ、Ｌ_ＹＷから取り込み、同様にマスクステージ８２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５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８２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。
【００７７】
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、及びθ方向の位置ずれ量がゼロになるように電子ビームの入射角度を制御するデジタル信号を副ＤＡＣ／ＡＭＰ２１０に出力する。なお、デジタル演算回路２０５による電子ビームの入射角度制御については後述する。
【００７８】
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２５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２６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２５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。
【００７９】
その他、コースアライメント用の顕微鏡１５２及び１５４からの信号も、信号処理回路２０２を経由してＣＰＵ２００へ送られる。
【００８０】
図１０は本発明に係る荷電粒子ビーム近接露光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。この電子ビーム近接露光方法の動作手順においては、図４に示されるマスク３２のマスクパターンＰ１を転写する例について説明する。
【００８１】
まず、マスク３２を電子ビーム近接露光装置に搬入し、マスクステージ８２にロードする（ステップＳ１０）。次いで、マスク３２が水平になるように位置調整（レベリング）を行う（ステップＳ１２）。次いで、マスク３２のＸＹ方向の概略位置決め（コースアライメント）を行う（ステップＳ１４）。これについては、別紙により説明する。図１１は、マスク３２のコースアライメントの詳細手順を示すフローチャートであり、図１２は、マスク３２のコースアライメントの概要を示す斜視図である。
【００８２】
先ず、ウエハステージ７０上に固定されたコースアライメント用の顕微鏡１５２が計測位置に来るように、ウエハステージ７０を移動させる（ステップＳ１４Ａ）。図１２においては、顕微鏡１５２がマスク３２のコースアライメントマークＣ２を視野に入れるように位置合せされている。なお、図１２において、マスク３２の中央には転写領域Ｐ（図４におけるＰ１〜Ｐ４）が配されており、転写領域Ｐの両側にはコースアライメントマークＣ１及びＣ２が配されている。
【００８３】
次いで、顕微鏡１５２によってマスク３２のコースアライメントマークＣ２を読み取る（ステップＳ１４Ｂ）。そして、マスクステージ８２（図２参照）を移動させ、マスク３２の他のコースアライメントマークＣ１が顕微鏡１５２の視野に入るように位置合せする（ステップＳ１４Ｃ）。
【００８４】
次いで、顕微鏡１５２によってマスク３２の他のコースアライメントマークＣ１を読み取り、コースアライメントマークＣ１及びＣ２の位置が適当か否か閾値判定を行う（ステップＳ１４Ｄ）。具体的には、コースアライメントマークＣ１とＣ２とを結ぶ直線がＸ軸となす角度が所定の角度（閾値）未満であるか否かを判定する。すなわち、ウエハステージ７０基準で、マスク３２の水平面内での回転量を判定する。
【００８５】
判定の結果、所定の角度未満である場合（ＯＫ）には、コースアライメントが終了と判断して次工程（ステップＳ１６）へ進み、所定の角度以上である場合（ＮＧ）には、コースアライメント不良と判断して、Ｘ軸となす角度が小さくなる方向にマスクステージ８２をθ方向に回転させ、ステップＳ１４Ｂに戻って再度コースアライメントマークＣ１及びＣ２の読み取りを行う。そして、コースアライメントが終了するまで、このループを繰り返す。
【００８６】
図１０に戻って、次のステップにおいては、精密位置決め（ファインアライメント）を行う（ステップＳ１６）。これについては、別紙により説明する。図１３は、ファインアライメントの詳細手順を示すフローチャートであり、図１４は、ファインアライメントの概要を示す斜視図である。
【００８７】
先ず、顕微鏡撮像装置１５０及び１５１を計測位置に来るように移動させる（ステップＳ１６Ａ）。図１４においては、顕微鏡撮像装置１５０がウエハステージ７０上に固定されたウエハパレット４４のパレットマークＷＰを視野に入れるように位置合せされている。なお、この段階では、ウエハ４０は、未だウエハパレット４４に搭載されていない。
【００８８】
次いで、顕微鏡撮像装置１５０によってウエハパレット４４のパレットマークＷＰを読み取る（ステップＳ１６Ｂ）。そして、ウエハステージ７０を移動させ、同一のパレットマークＷＰが顕微鏡撮像装置１５１の視野に入るように位置合せする（ステップＳ１６Ｃ）。
【００８９】
次いで、顕微鏡撮像装置１５１によって同一のパレットマークＷＰを読み取り、ウエハステージ７０上のウエハパレット４４の位置が適当か否か閾値判定を行う（ステップＳ１６Ｄ）。具体的には、パレットマークＷＰの移動軌跡である直線と、顕微鏡撮像装置１５０の対物レンズ１２０の中心と顕微鏡撮像装置１５１の対物レンズ１２０の中心とを結ぶ直線（すなわちＸ軸）とがなす角度が所定の角度（閾値）未満であるか否かを判定する。すなわち、顕微鏡撮像装置１５０及び１５１基準で、ウエハパレット４４の水平面内での回転量を判定する。
【００９０】
判定の結果、所定の角度未満である場合（ＯＫ）には、ファインアライメントが終了と判断して次工程（ステップＳ１８）へ進み、所定の角度以上である場合（ＮＧ）には、ファインアライメント不良と判断して、両直線同士のなす角度が小さくなる方向にウエハパレット４４をθ方向に回転させ、ステップＳ１６Ｂに戻って再度パレットマークＷＰの読み取りを行う。そして、ファインアライメントが終了するまで、このループを繰り返す。
【００９１】
図１０に戻って、次のステップにおいては、ウエハ４０を電子ビーム近接露光装置に搬入し、ウエハパレット４４上にロードする（ステップＳ１８）。次いで、ウエハ４０が水平になるように位置調整（レベリング）を行う（ステップＳ２０）。次いで、ウエハ４０のＸＹ方向の概略位置決め（コースアライメント）を行う（ステップＳ２２）。これについては、別紙により説明する。図１５は、ウエハ４０のコースアライメントの詳細手順を示すフローチャートであり、図１６は、ウエハ４０のコースアライメントの概要を示す斜視図である。
【００９２】
先ず、ウエハステージ７０上方に固定されたコースアライメント用の顕微鏡１５４が計測位置に来るように、ウエハステージ７０を移動させる（ステップＳ２２Ａ）。図１６においては、顕微鏡１５４がウエハパレット４４のパレットマークＷＰ１（図５参照）を視野に入れるように位置合せされている。
【００９３】
次いで、顕微鏡１５４によってウエハパレット４４のパレットマークＷＰ１を読み取る（ステップＳ２２Ｂ）。そして、ウエハステージ７０を移動させ、ウエハパレット４４の他のパレットマークＷＰ２が顕微鏡１５４の視野に入るように位置合せする（ステップＳ２２Ｃ）。
【００９４】
次いで、顕微鏡１５４によって、ウエハパレット４４の他のパレットマークＷＰ２を読み取り、パレットマークＷＰ１及びＷＰ２の位置が適当か否か閾値判定を行う（ステップＳ２２Ｄ）。具体的には、パレットマークＷＰ１とＷＰ２とを結ぶ直線がＸ軸となす角度が所定の角度（閾値）未満であるか否かを判定する。すなわち、装置本体（顕微鏡１５４）基準で、ウエハパレット４４の水平面内での回転量を判定する。
【００９５】
判定の結果、所定の角度未満である場合（ＯＫ）には、コースアライメントが終了と判断して次工程（ステップＳ２２Ｅ）へ進み、所定の角度以上である場合（ＮＧ）には、コースアライメント不良と判断して、Ｘ軸となす角度が小さくなる方向にウエハパレット４４をθ方向に回転させ、ステップＳ２２Ｂに戻って再度パレットマークＷＰ１及びＷＰ２の読み取りを行う。そして、コースアライメントが終了するまで、このループを繰り返す。
【００９６】
ステップＳ２２Ｅにおいて、レーザ干渉計Ｌ_ＸＷ、Ｌ_ＹＷの座標位置を保存する。
【００９７】
なお、ステップＳ２２においては、ウエハパレット４４の両端に位置するパレットマークＷＰ１及びＷＰ２を顕微鏡１５４により読み取るので、パレットマークＷＰ１とＷＰ２との中間の座標、すなわち、ウエハパレット４４の中心ＣＮの座標も求まることとなる。
【００９８】
図１０に戻って、次のステップにおいては、顕微鏡撮像装置１５０及び１５１によりマスク３２の２箇所に設けられたマスクマークＭ（第１のマーク）と、ウエハ４０の２箇所に設けられたダイマークＤＭ（第２のマーク）とを同時に撮像する（ステップＳ２４）。以下、このステップをグローバル計測と称呼する。図１７は、このグローバル計測の概要を示す斜視図である。このグローバル計測は、ウエハ４０の各ダイＤ１、Ｄ２…Ｄ_ｎ単位で行う。
【００９９】
グローバル計測において、たとえば、顕微鏡撮像装置１５０は、視野内のマスクマークＭ１（図４参照。以下同じ）及びダイマークＤＭ１（図５参照。以下同じ）にそれぞれピントが合うように、また、顕微鏡撮像装置１５１は、視野内のマスクマークＭ２及びダイマークＤＭ２にそれぞれピントが合うように、図６で説明したように対物レンズ１２０やダイマーク結像用レンズ１２５を移動させる。
【０１００】
そして、顕微鏡撮像装置１５０によりマスクマークＭ１及びダイマークＤＭ１を測定し、顕微鏡撮像装置１５１によりマスクマークＭ２及びダイマークＤＭ２を測定する。
【０１０１】
ステップＳ２４のグローバル計測において、ウエハ４０の測定すべき全てのダイＤの測定が終了したか否かを判別し、終了していない場合には、ウエハ４０の測定すべき次のダイＤを、マスク３２のマスクパターンＰ１の位置に位置合わせを行い、再び各マークのピント合せを行い、マスクマークＭ及びダイマークＤＭを測定する。
【０１０２】
なお、ここで「ウエハ４０の測定すべき全てのダイＤ」としているのは、ウエハ４０の全てのダイＤの測定をしなくても、転写精度が確保できることが多いからであり、一部のダイＤの測定のみとすることにより、スループットが大幅に向上するからである。
【０１０３】
この場合、測定すべきダイＤとしては、たとえば、ウエハ４０の対角線上の両隅にある２つのダイＤ、ウエハ４０の対角線上の４隅にある４つのダイＤ、複数のダイＤのうち３つおきのダイＤ、５つおきのダイＤ等の態様が考えられる。
【０１０４】
本実施の態様においては、図１８に示されるように、ウエハ４０の全２１個のダイＤのうち、塗り潰した４個のダイＤａ、Ｄｂ、Ｄｃ及びＤｄの測定のみとしている。そして、マスクマークＭ１（図４参照）を基準にしてダイマークＤＭ１（図５参照）を測定し、マスクマークＭ２を基準にしてダイマークＤＭ２を測定する。
【０１０５】
ステップＳ２４のグローバル計測において、ウエハ４０の測定すべき全てのダイＤの測定が終了した場合には、次のステップ（ステップＳ２６）に移る。
【０１０６】
次のステップにおいては、ステップＳ２４で測定した結果に基づいてマスク３２のマスクパターンＰ１（図４参照）とウエハ４０のダイＤａ、Ｄｂ、Ｄｃ及びＤｄとのＸＹ方向の位置ずれ量、θ方向の位置ずれ量、及び、マスク３２のマスク歪み量を計算する（ステップＳ２６）。
【０１０７】
このようにマスクパターンＰ１とウエハ４０の各ダイＤとの間にＸＹ方向の位置ずれを生じた場合、θ方向の位置ずれを生じた場合、マスク３２にマスク歪みを生じた場合について、それぞれ図に従って説明する。図１９は、マスクパターンとウエハ４０の各ダイＤとの間にＸＹ方向の位置ずれを生じた状態を示す概念図であり、図２０は、マスクパターンとウエハ４０の各ダイＤとの間にθ方向の位置ずれを生じた状態を示す概念図であり、図２１は、マスクにマスク歪みを生じた状態を示す概念図である。
【０１０８】
図１９〜図２１の各図において、ウエハ４０の各ダイＤの配置は、既述の図１８と同一となっている。これに対し、転写されるマスクパターンは太い実線で重ねて表示されている。
【０１０９】
図１９においては、転写されるマスクパターンが各ダイＤに対してＸＹ方向の位置ずれを生じた状態を示しているが、この太い実線のマスクパターンＴは以下のようにして算出される。既述したように、グローバル計測においては、ウエハ４０の全２１個のダイＤのうち、図１８において塗り潰した４個のダイＤの測定のみであり、この４個のダイＤに対するマスクパターンのＸＹ方向の位置ずれ量が求まる。この４個のマスクパターンのＸＹ方向の位置ずれ量を基にして、θ方向の位置ずれ量及びマスクのマスク歪みがないものと仮定した上で、他の１７個のダイＤに対応するマスクパターンの転写位置を算出する。そして、全２１個のダイＤに対応する位置ずれとして太い実線Ｔで表示する。
【０１１０】
図２０においては、転写されるマスクパターンが各ダイＤに対してθ方向の位置ずれを生じた状態を示しているが、この太い実線のマスクパターンＴは以下のようにして算出される。既述したように、グローバル計測においては、ウエハ４０の全２１個のダイＤのうち、図１８において塗り潰した４個のダイＤの測定のみであり、この４個のダイＤに対するマスクパターンのθ方向の位置ずれ量が求まる。この４個のマスクパターンのθ方向の位置ずれ量を基にして、ＸＹ方向の位置ずれ量及びマスクのマスク歪みがないものと仮定した上で、他の１７個のダイＤに対応するマスクパターンの転写位置を算出する。そして、全２１個のダイＤに対応する位置ずれとして太い実線Ｔで表示する。
【０１１１】
図２１においては、マスクにマスク歪みを生じ、マスクの拡大倍率が異なることとなり、転写されるマスクパターンが各ダイＤに対して放射状に位置ずれを生じた状態を示している。すなわち、中心部のダイＤ_Ｃにおいては、ダイＤ_Ｃと転写されるマスクパターンとが一致しているが、他のダイＤにおいては、ダイＤに対し転写されるマスクパターンが外径方向に放射状に位置ずれしている。この太い実線のマスクパターンＴは以下のようにして算出される。
【０１１２】
既述したように、グローバル計測においては、ウエハ４０の全２１個のダイＤのうち、図１８において塗り潰した４個のダイＤの測定のみであり、この４個のダイＤに対するマスクパターンの位置ずれ量が求まる。この４個のマスクパターンのＸＹ方向の位置ずれ量より、マスクのマスク歪みが算出される。算出されたマスク歪みを基にして、ＸＹ方向の位置ずれ量及びθ方向の位置ずれ量がないものと仮定した上で、他の１７個のダイＤに対応するマスクパターンの転写位置を算出する。そして、全２１個のダイＤに対応する位置ずれとして太い実線Ｔで表示する。
【０１１３】
ステップＳ２６において、同ステップで算出されたマスクパターンＰ１（図４参照）とウエハ４０の全てのダイＤとのＸＹ方向の位置ずれ量、θ方向の位置ずれ量、及び、マスク３２のマスク歪み量より、転写の際の各ダイＤのＸＹ方向の修正量、θ方向の修正量、及びマスク歪みの修正量を算出する。そして、これにより転写の際に使用するショットマップを作製しておく。
【０１１４】
なお、このショットマップの作製にあたって、たとえば測定した４個のダイＤのうち、１個のダイＤに対応するマスク歪み量が他の３個のダイＤと大きく異なっているような場合もあるが、この場合には、当該ダイＤに対応するマスク歪み量は測定値を使用し、その周縁のダイＤに対応するマスク歪み量は他の３個のダイＤに対応するマスク歪み量の値も考慮して補間法等により算出する。
【０１１５】
各ダイＤのθ方向のずれ量θは、マスク３２に対するウエハ４０のθ方向のずれ量θ_ｔと、ウエハ４０に対する各ダイＤのθ方向のずれ量θ_ｉとの合算値である。
【０１１６】
ウエハ４０に対する各ダイＤのθ方向のずれ量θ_ｉが無視できるレベルの場合には、本実施の態様のように、４個のダイＤの測定を行い、この測定値よりマスク３２に対するウエハ４０のθ方向のずれ量θ_ｔを求め、これより各ダイＤのθ方向のずれ量θが得られる。
【０１１７】
ウエハ４０に対する各ダイＤのθ方向のずれ量θ_ｉが無視できないレベルであり、各ダイＤ毎にばらついている場合には、たとえば本実施の態様のように、４個のダイＤの測定を行い、この測定値よりウエハ４０に対する測定したダイＤのθ方向のずれ量θを求め、測定を省略したダイＤのθ方向のずれ量θは、測定したダイＤのずれ量θより補間法で算出すればよい。
【０１１８】
以上のように、ショットマップの作製にあたっては、個々のダイＤ単位でのＸＹ方向の修正量、θ方向の修正量、及びマスク歪みの修正量を算出しておく。
【０１１９】
このショットマップにおける個々のダイＤ単位でのθ方向の修正量、及びマスク歪みの修正量を図示する。図２２は、ショットマップにおけるダイ単位のθ方向の修正量を示す概念図であり、図２３は、ショットマップにおけるダイ単位のマスク歪みの修正量を示す概念図である。
【０１２０】
図２２及び図２３において、ウエハ４０の各ダイＤの配置は、既述の図１８と同一となっている。これに対し、ダイ単位の修正量Ｓは太い実線で重ねて表示されている。図２２に示されるように、いずれのダイＤもθ方向（反時計回り）に修正して転写するが、修正量がダイＤ毎に異なっている。また、図２３に示されるように、ダイＤによってはマスクパターンを拡大して転写するものもあれば、ダイＤによってはマスクパターンを縮小して転写するものもある。
【０１２１】
次のステップにおいて、転写を行うべくウエハステージ７０を転写位置に移動させる（ステップＳ２８）。この移動に際して、ショットマップにおけるダイ単位のＸＹ方向の修正量が移動量に加算（又は減算）される。
【０１２２】
次いで、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４０に転写する（ステップＳ３０）。この転写に際して、ショットマップにおけるダイ単位のθ方向の修正量（図２２参照）、及びマスク歪みの修正量（図２３参照）が加味される。そして、副偏向器２６、２８により転写時における電子ビームの入射角度の制御を行う。
【０１２３】
この電子ビームの入射角度の計算は、既述のように、ウエハ４０の各ダイＤに対するマスク３２のθ方向のずれ補正量と、マスク３２のマスク歪みの補正量とよりなる。
【０１２４】
マスクのマスク歪みの補正については、既述のように、ＣＰＵ２００、デジタル演算回路２０５、副ＤＡＣ／ＡＭＰ２１０等によりなされる。すなわち、ＣＰＵ２００から供給されるマスクの歪みに応じた補正データに基づいて、デジタル演算回路２０５は、マスク歪みを補正するように電子ビームのマスクパターンへの入射角度を制御（傾き補正）する。
【０１２５】
いま、図２４に示されるように電子ビーム１５のマスク３２への入射角度をΨ、マスク３２とウエハ４４との間隔をＧとすると、入射角度Ψによるマスクパターンの転写位置のシフト量δは、次式、
【０１２６】
【数１】
δ＝Ｇ・ｔａｎ Ψ
で表される。図２４上ではマスクパターンは、シフト量δだけ当初の位置からずれた位置に転写される。したがって、電子ビームの走査位置に応じて入射角度Ψを変化させることにより、転写位置を変化させることができる。
【０１２７】
マスク歪みを補正は、たとえば図２３に示されるようにマスクパターンを拡大したり、マスクパターンを縮小したりして転写することにより、マスク歪みのない状態でマスクパターンが転写されたのと同じになるように電子ビームの傾き補正を行うことによりなされる。
【０１２８】
以上のように制御しながら、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。
【０１２９】
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Ｓ３２）、終了していない場合にはステップＳ２８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。
【０１３０】
以上、本発明に係る荷電粒子ビーム近接露光方法及び装置の実施形態の例について説明したが、本発明は上記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。
【０１３１】
たとえば、本実施の形態では、マスクマークＭとダイマークＤ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、そのときのマスク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ＭとダイマークＤ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スク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ＭとダイマークＤ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。
【０１３２】
また、本実施の形態では、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４０を直接ウエハステージ７０上の電磁チャック６０に吸着させる場合にも適用できる。
【０１３３】
また、本実施の形態では、マスク３２のマスクマークＭとウエハ４０のダイマークＤとの位置ずれ量が測定されているが、これに代えて、マスク３２のマスクマークＭとウエハパレット４４上の少なくとも２つのパレットマークＷＰの位置を測定する態様であってもよい。この場合には、図５で説明したように予め測定されているパレットマークＷＰ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、位置合せを行えばよい。
【０１３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、顕微鏡撮像装置は、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、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。すなわち、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。
【０１３５】
また、顕微鏡撮像装置の基準位置（たとえば、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、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。
【０１３６】
更に、第１のマークと第２のマークはそれぞれ２箇所に設けられ、それぞれの位置において、顕微鏡撮像装置を配することができる。したがって、顕微鏡撮像装置とウエハ又はマスクとの相対移動の回数が大幅に減少し、その結果、高スループットが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る荷電粒子ビーム近接露光装置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全体構成図
【図２】図１に示した電子ビーム近接露光装置の要部縦断面図
【図３】図１に示した電子ビーム近接露光装置の要部上面図
【図４】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５】ウエハが搭載されたウエハパレットの平面図
【図６】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７】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８】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９】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１０】本発明に係る荷電粒子ビーム近接露光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１１】マスクのコースアライメントの詳細手順を示すフローチャート
【図１２】マスクのコースアライメントの概要を示す斜視図
【図１３】ファインアライメントの詳細手順を示すフローチャート
【図１４】ファインアライメントの概要を示す斜視図
【図１５】ウエハのコースアライメントの詳細手順を示すフローチャート
【図１６】ウエハのコースアライメントの概要を示す斜視図
【図１７】グローバル計測の概要を示す斜視図
【図１８】ウエハの測定すべきダイの配置を示す平面図
【図１９】マスクパターンとウエハの各ダイとの間にＸＹ方向の位置ずれを生じた状態を示す概念図
【図２０】マスクパターンとウエハの各ダイとの間にθ方向の位置ずれを生じた状態を示す概念図
【図２１】マスクにマスク歪みを生じた状態を示す概念図
【図２２】ショットマップにおけるダイ単位のθ方向の修正量を示す概念図
【図２３】ショットマップにおけるダイ単位のマスク歪みの修正量を示す概念図
【図２４】副偏向器によって電子ビームの転写位置をシフトする様子を示す図
【図２５】電子ビーム近接露光装置の基本構成を示す図
【図２６】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２７】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、１５０、１５１…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レンズ、１２５…ダイマーク結像用レンズ、１３０、１３１、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

Claims

ウエハにマスクを近接配置し、荷電粒子ビームによって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荷電粒子ビーム近接露光方法において、
前記マスクの２箇所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の２箇所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略同時に撮像するステップであって、一方の前記第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第１の顕微鏡撮像装置によって同時に撮像するとともに、他方の前記第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第２の顕微鏡撮像装置によって同時に撮像するステップと、
前記第１の顕微鏡撮像装置から得られる一方の前記第１のマーク及び第２のマークの画像信号に基づいて一方の前記第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とともに、前記第２の顕微鏡撮像装置から得られる他方の前記第１のマーク及び第２のマークの画像信号に基づいて他方の前記第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、
前記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ステップと、
を含むことを特徴とする荷電粒子ビーム近接露光方法。
前記位置合わせするステップは、
前記測定した位置ずれ量より、ＸＹ方向の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ＸＹ方向に移動させるステップと、
前記測定した位置ずれ量より、θ方向の位置ずれ量及びマスクのマスク歪み量がゼロになるように前記荷電粒子ビームの入射角度を制御するステップと、
を有することを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム近接露光方法。
前記マスクは転写位置に固定され、前記第１及び第２の顕微鏡撮像装置は、転写するステップ時に前記露光装置における露光領域外に退避し、前記撮像するステップ時に前記第１のマーク及び第２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又は２に記載の荷電粒子ビーム近接露光方法。
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２箇所に配される第１のマスクマーク及び第２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３のマスクマークとからなり、
前記第１のマスクマーク及び第２のマスクマークは、いずれもＹ方向を向いた複数本の平行線パターンであり、かつ、前記第１のマスクマーク及び第２のマスクマークはＹ方向に所定距離離れて対向して設けられ、前記第３のマスクマークは、Ｘ方向を向いた複数本の平行線パターンであり、
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、前記第１のウエハマークは、Ｙ方向を向いた複数本の平行線パターンであり、前記第２のウエハマークは、Ｘ方向を向いた複数本の平行線パターンであり、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、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、第２のマスクマーク及び第３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１〜４のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム近接露光方法。
前記マスクには、前記パレット又はウエハに設けられた第２のマークを撮像するための開口が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム近接露光方法。
ウエハにマスクを近接配置し、荷電粒子ビームによって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荷電粒子ビーム近接露光装置において、
前記マスクの２箇所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の２箇所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２台の顕微鏡撮像装置と、
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、
荷電粒子ビームによって前記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手段と、
を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム近接露光装置。
前記位置合わせする手段は、
前記測定した位置ずれ量より、ＸＹ方向の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ＸＹ方向に移動させる手段と、
前記測定した位置ずれ量より、θ方向の位置ずれ量及びマスクのマスク歪み量がゼロになるように前記荷電粒子ビームの入射角度を制御する手段と、
を有することを特徴とする請求項６に記載の荷電粒子ビーム近接露光装置。
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のレンズと、前記第１のマークを前記第１の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のレンズと、前記第２のマークを前記第１の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のレンズと、前記第１のレンズ、第２のレンズ及び第３の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の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６又は７に記載の荷電粒子ビーム近接露光装置。