JP2001077004A

JP2001077004A - 露光装置および電子線露光装置

Info

Publication number: JP2001077004A
Application number: JP24940399A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Yoshitake; 康裕吉武; Shunichi Matsumoto; 俊一松本; Yoshimasa Fukushima; 芳雅福嶋; Takeshi Kato; 毅加藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-09-03
Filing date: 1999-09-03
Publication date: 2001-03-23

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】光学的検出装置の構成を簡素化し、被露光基板
を載置するステージ及び基台の小形化を実現した露光装
置及び電子線露光装置を提供する。【解決手段】縮小レンズ１を有する電子線露光装置にお
いて、位置合わせ用マークが形成された被露光基板４を
載置してＸＹ方向に走行可能にしたステージ３１、３２
と、ステージのＸＹ座標の測長手段３０１、３０２と、
縮小レンズによって露光される露光単位近傍に位置する
位置合わせ用マークに対して光束を斜方照明する照明光
学系、位置合わせ用マークの像を斜方検出して結像させ
る検出光学系、検出光学系で結像されたマークの像を受
光して画像信号に変換する光電変換手段、及び変換され
た画像信号に基いて位置合わせ用マークの位置を測長手
段で測長されるステージのＸＹ座標に基いて算出するマ
ーク位置算出手段を有する光学的検出装置６０とを備え
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、被露光基板上のア
ライメント用マークおよび表面の高さを大きな縮小レン
ズと被露光基板との間から斜方より検出できるようにし
た露光装置および電子線露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、電子線露光装置は、感光剤であ
るレジストの塗布された基板上を基板の載置されたステ
ージの移動と電子線の走査によって露光するものであ
る。ところで、特開昭６３−６９２２６号公報（従来技
術１）には、被露光基板上に形成された粗位置合わせ用
マークの位置ずれ誤差を光学座標系で光学的に検出し、
この検出された粗位置合わせ用マークの位置ずれ誤差に
基いて露光単位に設けられた精位置合わせ用マークを電
子線照射領域に位置付け、この位置付けされた精位置合
わせ用マークに対して電子線を照射して電子線座標系で
精位置合わせ用マークの位置ずれ誤差を検出し、この検
出された電子線座標系での位置ずれ誤差を補正した露光
回路パターンを電子線で露光する電子線露光装置が記載
されている。

【０００３】しかしながら、上記従来技術１には、粗位
置合わせ用マークの位置ずれ誤差を光学座標系で光学的
に検出する光学的検出装置の具体的な構成が記載されて
いない。また、特開昭６１−７４３３８号公報（従来技
術２）などでは、被露光基板上の露光領域におけるレジ
スト表面の高さや傾きを、スリット像の斜方投影照明お
よびスリット像移動の斜方検出によって光学的に検出
し、この検出された露光領域表面を縮小投影レンズの結
像面に高精度に合わせることができる縮小投影露光装置
が記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、例えば、電
子線露光装置において、チップアライメントマーク（精
位置合わせ用マーク）を狭い電子線照射領域に位置付け
できるようにするためには、レジストに感光しない波長
の光を用いてプリアライメントマーク（粗位置合わせ用
マーク）の位置を高精度に検出する必要がある。そのた
めには、図７に示すように、電子縮小レンズ１の脇に顕
微鏡２を配置し、該顕微鏡２で被露光基板４に対して真
上から光をプリアライメントマークに照射し、その反射
光像を真上から検出する方法が考えられる。即ち、電子
線露光に先立ち、ウエハ４上のプリアライメントマーク
が顕微鏡２の視野範囲に入るように、ステージ３を移動
し、顕微鏡２によってプリアライメントマークの位置を
高精度に検出し、その後、再びステージ３を移動してチ
ップアライメントマークを電子縮小レンズ１による電子
線照射領域内に位置付け、該チップアライメントマーク
の位置を反射電子によって検出し、この検出されたチッ
プアライメントマークの位置データに基いて露光回路パ
ターンデータを補正することによって電子線による露光
が行われる。

【０００５】このように顕微鏡２を電子縮小レンズ１の
脇に配置させた場合、電子縮小レンズ１の光軸１１と顕
微鏡２の光軸２１の間隔Ｌは２００ｍｍ程度と大きくな
り、その結果、ステージ３を移動させるストロークを長
くする必要があり、ステージの巨大化と該ステージ３を
移動支持する基台の大型化にと伴って電子線露光装置の
床面積が大きく、また価格も高くなるという課題を有し
ていた。いずれにしても、上記従来技術１および２に
は、縮小レンズを有する露光装置において、一つの光学
的検出装置で、被露光基板上の少なくとも露光位置での
高さと少なくともプリアライメントマークの位置との両
方を検出しようとする点について考慮されていない。

【０００６】本発明の目的は、上記従来技術の課題を解
決すべく、被露光基板上の少なくともプリアライメント
マークの位置の検出と、少なくとも露光位置での高さ検
出との両方を行うことにより光学的検出装置の構成を簡
素化し、しかも被露光基板を載置するステージおよびス
テージを支持する基台の小形化を実現した露光装置およ
び電子線露光装置を提供することにある。また、本発明
の他の目的は、被露光基板上の少なくともプリアライメ
ントマークの位置の検出と、少なくとも露光位置での高
さ検出との両方を行うことにより光学的検出装置の構成
を簡素化し、しかも被露光基板を載置するステージおよ
びステージを支持する基台の小形化を実現し、更に、少
なくともプリアライメントマークの位置検出の精度向上
を図ってチップアライメントマークに対する電子ビーム
走査照射によるサーチ範囲を狭めることができるように
した電子線露光装置を提供することにある。また、本発
明のさらに他の目的は、被露光基板上の少なくともプリ
アライメントマークの位置の検出と、少なくとも露光位
置での高さ検出との両方を行うことにより光学的検出装
置の構成を簡素化し、しかも被露光基板を載置するステ
ージおよびステージを支持する基台の小形化を実現し、
更に、チップアライメントを反射電子検出でできない場
合でも光学的検出によって行って、被露光基板上の露光
単位に露光回路パターンを高精度に露光できるようにし
た電子線露光装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、縮小レンズを有する露光装置において、
位置合わせ用マークが形成された被露光基板を載置して
ＸＹ方向に走行可能に構成したステージと、該ステージ
のＸＹ座標を測長する測長手段と、前記縮小レンズによ
って露光される露光単位の近傍に位置する被露光基板上
の位置合わせ用マークに対して光束を斜方照明する照明
光学系と、前記位置合わせ用マークの像を斜方検出して
結像させる検出光学系と、該検出光学系で結像された位
置合わせ用マークの像を受光して画像信号に変換する光
電変換手段と、該光電変換手段で変換された画像信号に
基いて位置合わせ用マークの位置を前記測長手段で測長
されるステージのＸＹ座標に基いて算出するマーク位置
算出手段とを備えて構成することを特徴とする。これに
より、非露光光で露光位置での位置合わせ用マークの位
置を検出することが可能となる。また、本発明は、電子
線源と、該電子線源からの電子線を所望の形状に成形す
る成形手段と、該成形手段によって成形された電子ビー
ムを集束させるレンズとを備え、前記電子ビームで被露
光基板上に所望の回路パターンを露光する電子線露光装
置において、位置合わせ用マークが形成された前記被露
光基板を載置してＸＹ方向に走行可能に構成したステー
ジと、該ステージのＸＹ座標を測長する測長手段と、前
記ステージ上に載置された被露光基板上の所望箇所の表
面および位置合わせ用マークに対して光束を斜め方向か
ら投影照射する照射光学系と該照射光学系で投影照射さ
れた光束の像の変位並びに該光束の像内の位置合わせ用
マークの像を斜め方向から検出する検出光学系とを有
し、該検出光学系によって検出される光束の像の変位信
号に基いて前記被露光基板上の所望箇所の表面の高さを
検出し、前記検出光学系によって検出される位置合わせ
用マークの画像信号に基いて前記測長手段で測長される
座標系で前記位置合わせ用マークの位置を検出する光学
的検出装置とを備えて構成したことを特徴とする。

【０００８】また、本発明は、電子線源と、該電子線源
からの電子線を所望の形状に成形する成形手段と、該成
形手段によって成形された電子ビームを集束させるレン
ズとを備え、前記電子ビームで被露光基板上に所望の回
路パターンを露光する電子線露光装置において、位置合
わせ用マークが形成された前記被露光基板を載置してＸ
Ｙ方向に走行可能に構成したステージと、該ステージの
ＸＹ座標を測長する測長手段と、前記ステージ上に載置
された被露光基板上の所望箇所の表面および位置合わせ
用マークに対して光束を斜め方向から投影照射する照射
光学系と該照射光学系で投影照射された光束の像の変位
並びに該光束の像内の位置合わせ用マークの像を斜め方
向から検出する検出光学系と該検出光学系によって検出
される位置合わせ用マークの画像信号に対して画像歪み
補正を施す歪み補正回路とを有し、該検出光学系によっ
て検出される光束の像の変位信号に基いて前記被露光基
板上の所望箇所の表面の高さを検出し、前記歪み補正回
路から歪み補正された位置合わせ用マークの画像信号に
基いて前記測長手段で測長される座標系で前記位置合わ
せ用マークの位置を検出する光学的検出装置とを備えて
構成したことを特徴とする。また、本発明は、前記電子
線露光装置において、更に、前記光学的検出装置で検出
された位置合わせ用マークの表面高さに基いて、前記被
露光基板と前記光学的検出装置との間の相対的高さを制
御する制御手段を備えたことを特徴とする。また、本発
明は、前記電子線露光装置における光学的検出装置の照
射光学系において、照射される光束をスリット光束で形
成することを特徴とする。

【０００９】また、本発明は、電子線源と、該電子線源
からの電子線を所望の形状に成形する成形手段と、該成
形手段によって成形された電子ビームを集束させるレン
ズとを備え、前記電子ビームで被露光基板上に所望の回
路パターンを露光する電子線露光装置において、相対位
置が与えられた粗位置合わせ用マークと精位置合わせ用
マークとが形成された前記被露光基板を載置してＸＹ方
向に走行可能に構成したステージと、該ステージのＸＹ
座標を測長する測長手段と、前記ステージ上に載置され
た被露光基板上の所望箇所の表面並びに前記粗位置合わ
せ用マークに対して光束を斜め方向から投影照射する照
射光学系と該照射光学系で投影照射された光束の像の変
位並びに該光束の像内の粗位置合わせ用マークの像を斜
め方向から検出する検出光学系とを有し、該検出光学系
によって検出される光束の像の変位信号に基いて前記被
露光基板上の所望箇所の表面の高さを検出し、前記検出
光学系によって検出される粗位置合わせ用マークの画像
信号に基いて前記測長手段で測長される座標系で前記粗
位置合わせ用マークの位置を検出する光学的検出装置
と、該光学的検出装置によって検出される粗位置合わせ
用マークの位置と、前記粗位置合わせ用マークと精位置
合わせ用マークとの間の相対位置についてのデータとを
基に制御を施して精位置合わせ用マークを検出視野内に
位置付けする制御系と、該制御系で位置付けされた精位
置合わせ用マークに対して電子ビームを走査照射して精
位置合わせ用マークからの反射電子を検出して精位置合
わせ用マークの位置を検出する反射電子検出装置と、前
記光学的検出装置から検出される被露光基板上の露光単
位における表面高さに基いて前記電子ビームに対して焦
点合わせをする高さ制御系と、前記反射電子検出装置で
検出された精位置合わせ用マークの位置データに基いて
補正設定された露光回路パターンを前記電子ビームで露
光する電子ビーム露光手段とを備えて構成したことを特
徴とする。

【００１０】また、本発明は、電子線源と、該電子線源
からの電子線を所望の形状に成形する成形手段と、該成
形手段によって成形された電子ビームを集束させるレン
ズとを備え、前記電子ビームで被露光基板上に所望の回
路パターンを露光する電子線露光装置において、相対位
置が与えられた粗位置合わせ用マークと精位置合わせ用
マークとが形成された前記被露光基板を載置してＸＹ方
向に走行可能に構成したステージと、該ステージのＸＹ
座標を測長する測長手段と、前記ステージ上に載置され
た被露光基板上の所望箇所の表面並びに前記粗位置合わ
せ用マークおよび前記精位置合わせ用マークに対して光
束を斜め方向から投影照射する照射光学系と該照射光学
系で投影照射された光束の像の変位並びに該光束の像内
の粗位置合わせ用マークの像および精位置合わせ用マー
クの像を斜め方向から検出する検出光学系とを有し、該
検出光学系によって検出される光束の像の変位信号に基
いて前記被露光基板上の所望箇所の表面の高さを検出
し、前記検出光学系によって検出される粗位置合わせ用
マークの画像信号に基いて前記測長手段で測長される座
標系で前記粗位置合わせ用マークの位置を検出し、前記
検出光学系によって検出される精位置合わせ用マークの
画像信号に基いて前記測長手段で測長される座標系で前
記精位置合わせ用マークの位置を検出する光学的検出装
置と、該光学的検出装置によって検出される粗位置合わ
せ用マークの位置と、前記粗位置合わせ用マークと精位
置合わせ用マークとの間の相対位置についてのデータと
を基に制御を施して精位置合わせ用マークを前記検出光
学系の視野内に位置付けする制御系と、前記光学的検出
装置から検出される被露光基板上の露光単位における表
面高さに基いて前記電子ビームに対して焦点合わせをす
る高さ制御系と、前記光学的検出装置で検出された精位
置合わせ用マークの位置データに基いて補正設定された
露光回路パターンを前記電子ビームで露光する電子ビー
ム露光手段とを備えて構成したことを特徴とする。

【００１１】また、本発明は、電子線源と、該電子線源
からの電子線を所望の形状に成形する成形手段と、該成
形手段によって成形された電子ビームを集束させるレン
ズとを備え、前記電子ビームで被露光基板上に所望の回
路パターンを露光する電子線露光装置において、相対位
置が与えられた粗位置合わせ用マークと精位置合わせ用
マークとが形成された前記被露光基板を載置してＸＹ方
向に走行可能に構成したステージと、該ステージのＸＹ
座標を測長する測長手段と、前記ステージ上に載置され
た被露光基板上の所望箇所の表面並びに前記粗位置合わ
せ用マークおよび前記精位置合わせ用マークに対して光
束を斜め方向から投影照射する照射光学系と該照射光学
系で投影照射された光束の像の変位並びに該光束の像内
の粗位置合わせ用マークの像および精位置合わせ用マー
クの像を斜め方向から検出する検出光学系とを有し、該
検出光学系によって検出される光束の像の変位信号に基
いて前記被露光基板上の所望箇所の表面の高さを検出
し、前記検出光学系によって検出される粗位置合わせ用
マークの画像信号に基いて前記測長手段で測長される座
標系で前記粗位置合わせ用マークの位置を検出し、前記
検出光学系によって検出される精位置合わせ用マークの
画像信号に基いて前記測長手段で測長される座標系で前
記精位置合わせ用マークの位置を検出する光学的検出装
置と、該光学的検出装置によって検出される粗位置合わ
せ用マークの位置と、前記粗位置合わせ用マークと精位
置合わせ用マークとの間の相対位置についてのデータと
を基に制御を施して精位置合わせ用マークを検出視野内
に位置付けする制御系と、該制御系で位置付けされた精
位置合わせ用マークに対して電子ビームを走査照射して
精位置合わせ用マークからの反射電子を検出して精位置
合わせ用マークの位置を検出する反射電子検出装置と、
精位置合わせ用マークの位置を検出するのを、前記反射
電子検出装置と光学的検出装置とのどちらで行うかを選
択する選択手段と、前記光学的検出装置から検出される
被露光基板上の露光単位における表面高さに基いて前記
電子ビームに対して焦点合わせをする高さ制御系と、前
記選択手段によって選択された検出装置で検出された精
位置合わせ用マークの位置データに基いて補正設定され
た露光回路パターンを前記電子ビームで露光する電子ビ
ーム露光手段とを備えて構成したことを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明に係る電子線露光装置の実
施の形態について図面を用いて説明する。まず、本発明
に係る電子線露光装置の一実施の形態について図１およ
び図２を用いて説明する。即ち、電子線露光装置は、電
子線を放射する電子線源１０１と、該電子線源１０１か
ら放射された電子ビーム１００１を絞るための絞り１０
２と、絞り１０２で絞られた電子ビーム１００２を収束
させる電子レンズ１０３と、露光（描画）するための任
意のビーム形状（例えば矩形形状）に成形制御し、ブラ
ンキングするための絞りの役目もする成形絞り１０４
と、ブランキング電極（図示せず）と、電子縮小レンズ
制御部５０４からの電子ビームの焦点制御に基いて、成
形絞り１０４で成形された電子ビーム１００３を被露光
基板４等上に投影する電子縮小レンズ１と、偏向器制御
部５０１からの偏向制御に基いて、上記電子縮小レンズ
１で投影される電子ビーム１００３を偏向させる偏向器
１０５と、被露光基板４等上に例えばチップ単位に、ス
クライブ領域に形成されたＸ方向およびＹ方向アライメ
ントマーク４１、４２からの反射電子を検出する反射電
子検出器１０６とを備えて構成される電子ビーム鏡筒を
有し、真空排気される試料室（図示せず）内に被露光基
板４などを載置するＸＹステージ３１、３２を備えて構
成される。

【００１３】上記成形絞り１０４としては、様々なビー
ム形状に成形できる多数のパターンを備えて形成しても
よい。更に、ＸＹステージ３１、３２は、モータ制御部
５０６から制御に基いて駆動されるモータ（Ｘステージ
駆動モータ３３およびＹステージ駆動モータ３４からな
る。）３３、３４によって走行位置決めされることにな
る。レーザ測長器（Ｘステージ用レーザ測長器３０１お
よびＹステージ用レーザ測長器３０２からなる。）３０
１、３０２は、ステージ３１、３２の位置を測長するも
のである。そしてレーザ測長器３０１、３０２はステー
ジ３１、３２のＸ軸方向およびＹ軸方向の位置を測長
し、その測長結果を位置制御部５０５に入力し、さらに
全体制御部５０にもフィードバックできるように構成さ
れる。従って、位置制御部５０５は、全体制御部５０か
ら指令される位置決めデータに基に、レーザ測長器３０
１、３０２で測長されるステージ３１、３２のＸ軸方向
およびＹ軸方向の位置情報をフィードバックしてステー
ジの制御信号をモータ制御部５０６に入力する。なお、
これら電子縮小レンズ１、偏向器１０５、および反射電
子検出器１０６の配置の関係は、図１に示すものに限定
されない。即ち、電子縮小レンズ１を最終段、被露光基
板４に最も接近した位置に設けても良い。

【００１４】上記構成により、まず、ステージ３１、３
２上に搭載された被露光基板（ウエハ）４について、被
露光基板４上の周辺の１箇所または複数箇所に形成され
たプリアライメントマーク（粗位置合わせ用マーク）４
１’、４２’を用いて、露光位置に近いところでプリア
ライメント（ウエハアライメント）できる光学的検出装
置６０（６１〜７３）および位置検出回路５１でプリア
ライメントマーク４１’、４２’のＸ方向およびＹ方向
の位置をレーザ測長器３０１および３０２で測長される
ステージ３１、３２の座標に基いて検出する。これによ
って、予め、被露光基板４上において、プリアライメン
トマーク４１’、４２’の位置と被露光基板４上に例え
ばチップ単位に複数箇所の例えばスクライブ領域に形成
されたチップアライメントマーク（精位置合わせ用マー
ク）４１、４２との相対位置は既知の正確な値を持って
いるので、レーザ測長器３０１、３０２で測長されるス
テージ３１、３２の走行座標を基に、上記複数箇所のチ
ップアライメントマーク４１、４２を電子ビーム１００
３の走査照射に基いて反射電子検出器１０６によって検
出される反射電子検出視野内に送り込んで位置付けする
ことが可能となる。プリアラメントマーク（粗位置合わ
せ用マーク）４１’、４２’と、チップアライメントマ
ーク（精位置合わせ用マーク）４１、４２とは、共に露
光によって形成されるので、相対位置は高精度に既知の
値を示すことになる。なお、チップアライメントマーク
４１、４２としては、反射電子検出視野内に高精度に送
り込まれるので、各々１本の線状パターンで構成するこ
とができる。

【００１５】次に、これらチップアライメントマーク４
１、４２が形成された複数箇所の近傍についてその高さ
を、光学的検出装置６０（６１〜６８）および高さ検出
回路５２で検出し、この検出された高さが電子ビーム１
００３のフォーカス位置からずれている場合には、全体
制御部５０は電子縮小レンズ制御部５０４または位置制
御部５０５に指令を出して電子縮小レンズ１またはＺス
テージ（図示せず）を制御することにより露光しようと
するチップ領域の表面を電子ビーム１００３のフォーカ
ス位置に合わせ込む。電子ビーム１００３の焦点深度は
１０μｍ程度と深いので、チップ単位で複数箇所に形成
されたチップアライメントマーク４１、４２の近傍にお
いて合焦点合わせを行えば、被露光基板４の表面に凹凸
や大きなうねり等があっても露光単位において、電子ビ
ーム１００３を結像投影された状態（フォーカス状態）
で電子線露光を行うことができる。電子ビームの場合、
エキシマレーザ光による場合に比較して焦点深度が深い
ので、被露光基板４の露光単位における表面のわずかな
傾きは問題にならない。そのため、被露光基板４の露光
単位における表面の傾きを検出する必要がないので、後
述するように、光学的検出装置６０としては、一組の照
明光学系と検出光学系で構成することが可能となる。当
然、光学的検出装置６０としては、構成が複雑になる
が、Ｘ方向検出用とＹ方向検出用との２組の照明光学系
と検出光学系で構成することも可能である。

【００１６】次に、上記反射電子検出視野内に送り込ま
れた複数箇所のチップアライメントマーク４１、４２に
対して、電子線源１０１より放射されて絞り１０２と電
子レンズ１０３および電子縮小レンズ１により所望の形
状と電流密度に制御された電子ビーム１００３を、偏向
器制御部５０１で偏向器１０５を制御することによって
走査照射し、上記複数箇所のチップアライメントマーク
４１、４２からの反射電子を反射電子検出器１０６で検
出し、信号処理回路５０２は、複数箇所における偏向制
御部５０１から得られる電子ビーム１００３の走査量に
応じた走査時の反射電子の強度変化からチップアライメ
ントマーク４１、４２のＸ方向およびＹ方向の位置を計
測する。その結果、全体制御部５０は、レーザ測長器３
０１、３０２で測長される座標、即ち、電子ビーム１０
０３の光軸を基準にして信号処理回路５０２で計測され
た複数箇所のチップアライメントマーク４１、４２のＸ
方向およびＹ方向の位置を基に、電子ビーム１００３の
光軸に対する被露光基板４上の上記露光単位の座標を設
定すること、即ちチップアライメントすることが可能と
なる。チップアライメントとは、必ずしも、チップ単位
のアライメントをさすものではなく、露光単位のアライ
メントを意味するものである。

【００１７】露光時には、全体制御部５０は、レーザ測
長器３０１、３０２が測長されたステージ座標に対し
て、複数箇所のチップアライメントマーク４１、４２の
Ｘ方向およびＹ方向の位置を基準にして補正された電子
ビームによる露光目標座標を算出し、この算出された露
光目標座標を基に位置制御部５０５および偏向器制御部
５０１に補正制御指令を出し、偏向器制御部５０１から
の補正制御に基づく偏向器１０５により成形された電子
ビーム１００３を補正走査させながら、位置制御部５０
５から補正制御に基づくモータ制御部５０６によるステ
ージ走行、即ち被露光基板上の露光単位の走行を併用し
て所望の回路パターンが露光（描画）されることにな
る。

【００１８】ところで、チップアライメントマーク４
１、４２は、前述したとおり、通常スクライブ領域に形
成されているので、電子ビーム１００３を照射したとし
ても、回路パターンを形成する露光単位（露光領域）が
露光されることはない。しかし、被露光基板４におい
て、チップアライメントマーク領域の下地が例えばタン
グステンのように原子番号が大きな材料で構成されてい
るプロセス工程の場合があり、その場合にはチップアラ
イメントマーク４１、４２に電子ビームを照射すると後
方散乱電子の量が増大して露光される範囲が拡大して、
周囲の領域である回路パターンを形成する領域までも露
光されてしまうことになる。

【００１９】また、反射電子によって位置を検出するこ
とができない構造や材料で形成されたチップアライメン
トマークを有する被露光基板４が投入される場合があ
る。特に電子線の後方散乱は材料の原子番号に依存する
ので、チップアライメントマーク部と背景領域での材料
の原子番号に差がないと検出波形のコントラストが小さ
く、反射電子によってチップアライメントマークの位置
を検出することが難しくなる。また、チップアライメン
トマークの領域に酸化膜等の誘電体が存在する場合に
は、誘電体のチャージアップにより反射電子による良好
なコントラストの検出波形が得られないことが生じる。
そこで、このようなプロセス工程の被露光基板４がステ
ージ３１、３２上に投入される情報を、被露光基板の製
造を管理している製造管理システムに接続されたネット
ワークや記録媒体やキーボード等の入力手段５５を用い
て全体制御部５０に入力して記憶装置５６等に記憶させ
る。すると、全体制御部５０は、記憶装置５６に記憶さ
れたステージ３１、３２上に投入される被露光基板４の
状態を見て、チップアライメントマークの位置の検出を
反射電子検出器１０６および信号処理回路５０２を用い
て反射電子検出で行うのか、光学的検出装置６０および
位置検出回路５１を用いて光学検出で行うのかを決定す
る。

【００２０】但し、チップアライメントマークの検出を
光学的に行う場合、反射電子で行う場合に比べて位置検
出精度が落ちることになる。従って、チップアライメン
トマークの検出を光学的に行う場合には、当然アライメ
ント精度の規格が緩い（例えば８０ｎｍ程度以上）露光
単位、しいては被露光基板に対して適用が可能となる。
しかし、反射電子で行う場合と同程度のアライメント精
度（例えば５０ｎｍ程度以下）が要求される場合には、
光学的検出装置６０および位置検出回路５１を用いてプ
リアライメントの精度の向上を図って、反射電子検出視
野（反射電子によるサーチ範囲）を狭めることによっ
て、チップアライメントマーク領域の下地が原子番号の
大きな材料で形成されている場合において後方散乱電子
の量の増大にともなって露光される範囲の拡大が生じて
も回路パターンを形成する領域までも露光が及ぶことを
防止することが可能となる。また、反射電子で行う場合
と同程度のアライメント精度（例えば５０ｎｍ程度以
下）が要求される場合において、チップアライメントマ
ーク部と背景領域での材料の原子番号に差がなく反射電
子による検出波形のコントラストが小さい場合には、光
学的検出装置６０および位置検出回路５１を用いた光学
検出と反射電子検出器１０６および信号処理回路５０２
を用いた反射電子検出とを併用して補うようにすればよ
い。また、誘電体のチャージアップについては、紫外線
を照射することによって誘電体を導通化することによっ
てチャージアップを防止することができる。

【００２１】そこで、反射電子検出でチップアライメン
ト（露光単位アライメント）を行う場合には、まず、全
体制御部（コンピュータ）５０は、光学的検出装置６０
および位置検出回路５１で行われたプリアライメントマ
ーク検出に基いて、露光単位毎に複数箇所に設けられた
Ｘ方向およびＹ方向のチップアライメントマーク４１、
４２を反射電子視野内に位置付けさせる。すると、全体
制御部５０は、指令を出して偏向器制御部５０１の制御
に基いて偏向器１０５により電子ビーム１００３を複数
箇所のチップアライメントマーク４１、４２に対して走
査照射し、複数箇所のチップアライメントマーク４１、
４２からの反射電子を反射電子検出器１０６で検出し、
信号処理回路５０２は、複数箇所における偏向制御部５
０１から得られる電子ビーム１００３の走査量に応じた
走査時の反射電子の強度変化からチップアライメントマ
ークのＸ方向およびＹ方向の位置を計測する。その結
果、全体制御部５０は、レーザ測長器３０１、３０２で
測長される座標、即ち、電子ビーム１００３の光軸を基
準にして信号処理回路５０２で計測された複数箇所のチ
ップアライメントマークのＸ方向およびＹ方向の位置を
基に、電子ビーム１００３の光軸に対する被露光基板４
上の上記露光単位の座標を設定すること、即ちチップア
ライメントすることが可能となる。また、光学的検出装
置６０でチップアライメント（露光単位アライメント）
を行う場合については、後述する。

【００２２】次に、光学的検出装置６０および位置検出
回路５１を用いてプリアライメント（ウエハアライメン
ト）する実施例について図１〜図６を用いて説明する。
プリアライメントマーク４１’、４２’としては、被露
光基板４の周辺部に形成されたチップ単位（露光単位）
毎に複数箇所に設けられたチップアライメントマーク４
１、４２を用いても良いし、同様な形状をしたプリアラ
メント専用のマークを用いても良い。また、アライメン
トマークとしては、Ｘ方向検出用およびＹ方向検出用の
１本もしくは複数本の線状パターンを用いれば良い。ま
ず、光学的検出装置６０（６１〜７３）および位置検出
回路５１並びに高さ検出回路５２などについて詳細に説
明する。光学検出系６１〜７３は、被露光基板の高さ検
出機能とアライメントマークの位置検出機能とを備えて
構成される。まず、被露光基板４の高さ検出および位置
検出を行う同一光学的検出装置６０について説明する。
この光学的検出装置６０は、被露光基板の高さ検出およ
びアライメントマーク位置検出が可能な照明光学系と、
検出光学系とで構成される。即ち、電子ビーム鏡筒の先
端と被露光基板４との間の間隙は狭いので、電子ビーム
鏡筒の一方の側から照明レンズ６５により約２０度以下
の浅い角度でスリット状光束６０２を被露光基板４に対
して照射し、被露光基板４からの反射光像を検出レンズ
６６により約２０度以下の浅い角度で検出することが必
要となる。

【００２３】照明光学系は、光源６１と、該光源６１よ
り照射された光６１１をコリメートするコリメートレン
ズ６２と、スリット状の透過パターンもしくは開口パタ
ーンを形成したスリット（絞り）６３と、該スリット
（絞り）６３を出射した光束６０２を折り曲げるミラー
６４と、スリット状光束６０２の像６３１を、ステージ
３１、３２上に搭載された被露光基板４上の周辺の複数
箇所に形成されたＸ方向検出用およびＹ方向検出用プリ
アライメントマーク４１’、４２’に対して浅い角度で
投影する照明レンズ６５とで構成される。この照明光学
系において、スリット（絞り）６３としてスリット状に
する必要はなく、円形開口パターンを通して得られる光
束をシリンドリカルレンズ等で一軸方向に集束してスリ
ット状光束６０２の像６３１を被露光基板４上に投影し
てもよい。検出光学系は、被露光基板４上に投影されて
反射される浅い角度のスリット状光束６０２の像６３１
を高さ検出用の１次元位置センサ６８上に結像させる検
出レンズ（結像レンズ）６６と、反射光像を反射される
ミラー６７と、ハーフミラー７１と、被露光基板４の高
さ変化に応じて移動するスリット状光束の像６３２を受
光する１次元位置センサ６８と、スリット状光束６０２
が照射された被露光基板４上のＸ方向検出用およびＹ方
向検出用プリアライメントマーク４１’、４２’の像を
拡大させて結像させる拡大レンズ７２と、該拡大レンズ
７２で結像されたプリアライメントマークの像を撮像す
る撮像カメラ７３とで構成される。

【００２４】まず、上記光学系による被露光基板４上の
周辺の複数箇所に形成されたプリアライメントマーク近
傍の高さ調整を行う。全体制御部５０には、被露光基板
４上の描画座標データおよびプリアライメントマーク４
１’、４２’の座標データと共に描画図形データがネッ
トワーク等の入力手段を用いて例えばＣＡＤシステム
（図示せず）から入力されて記憶装置５６等に記憶させ
ることができるようになっている。従って、全体制御部
５０から位置制御部５０５に対して、プリアライメント
マーク４１’、４２’の座標データが入力されることに
なる。そこで、位置制御部５０５は、全体制御部５０か
らのプリアライメントマーク４１’、４２’の座標デー
タに基いてレーザ測長器３０１、３０２で測長されたス
テージ３１、３２の位置データのフィードバックを受け
ながら、モータ制御部５０６を制御することによりステ
ージ３１、３２を移動させて、複数箇所に形成された各
プリアライメントマーク４１’、４２’を、照明光学系
でスリット状光束６０２の像６３１が投影される位置に
位置付ける。

【００２５】そして、光源６１から光６０１を照射する
ことにより、この光６０１はコリメートレンズ６２によ
りコリメートされてスリット６３に入射され、スリット
６３を出射した光束６０２はミラー６４により折り曲げ
られ、照明レンズ６５によりスリット状光束６０２の像
６３１が浅い角度で、複数箇所に形成された各プリアラ
イメントマーク４１’、４２’上に投影される。この投
影されたスリット状光束６０２の像６３１は、各プリア
ライメントマーク４１’、４２’の表面により反射さ
れ、検出レンズ６６により、ミラー６７を介し、１次元
位置センサ６８上に結像される。従って、１次元位置セ
ンサ６８上において、各プリアライメントマーク４１、
４２の高さ変化ΔＺに応じて結像されたスリット像６３
２が移動することになり、各プリアライメントマーク４
１’、４２’の高さを検出することができることにな
る。即ち、高さ検出回路５２からは、スリット像６３２
を受光して１次元位置センサ６８から得られる画像信号
の最もピーク位置で示される移動量ΔＥが算出されるこ
とになる。この移動量ΔＥは、１次元位置センサ６８上
における合焦点状態となる基準位置（検出光軸６０４の
位置を示す１次元位置センサの中心位置）からの変位量
として検出されることになる。

【００２６】従って、被露光基板４上のプリアライメン
トマーク４１’、４２’の高さ変化をΔＺ、１次元位置
センサ６８上のスリット像６３２の移動量をΔＥ、照明
レンズ６５または検出レンズ６６が被露光基板４となす
角をθ、検出レンズ６６による１次元位置センサ６８上
への結像倍率をＭとすると、プリアライメントマーク４
１’、４２’の高さ変化ΔＺは、１次元位置センサ６８
上のスリット像６３２の移動量ΔＥから次に示す（数
１）式により求めることができる。 ΔＺ＝ΔＥ・ｔａｎθ／（２Ｍ）（数１）そこで、全体制御部（コンピュータ）５０は、高さ検出
回路５２で検出されて送られてきた１次元位置センサ６
８上の基準位置からの変位量データ（移動量データ）Δ
Ｅと、予め入力手段５５を用いて入力されて記憶装置５
６等に記憶された上記光学系の特性値（照明レンズ６５
または検出レンズ６６の被露光基板４となす角度θ、お
よび検出レンズ６６による１次元位置センサ６８上への
結像倍率Ｍ）を基に、上記（数１）式によりプリアライ
メントマーク４１’、４２’の高さ変化ΔＺを換算す
る。そして、全体制御部（コンピュータ）５０は、この
換算されたマーク４１’、４２’の高さ変化ΔＺに応じ
て被露光基板４を搭載するＺステージ（図示せず）の高
さを制御することにより、マーク４１’、４２’の高さ
を、図３に示す照明光軸６０３と検出光軸６０４の交点
６１０に合わせることが可能となる。

【００２７】その結果、特に、撮像カメラ７３で撮像さ
れるＸ方向のプリアライメントマーク４１’の画像に基
づくＸ方向のプリアライメントを高精度に実現すること
ができる。その理由は、Ｘ方向のプリアライメントマー
ク４１’の高さが、図３に示す照明光軸６０３と検出光
軸６０４の交点６１０からずれると、撮像カメラ７３で
撮像されるＸ方向のプリアライメントマーク４１’の画
像に誤差が生じるからである。

【００２８】そして、プリアライメントマーク４１’、
４２’を用いたプリアライメントは次に説明するように
行われる。被露光基板４のステージ３１、３２上への搭
載は、被露光基板４に形成されたオリフラ合わせで粗く
位置決めされる。その関係で、全体制御部５０からのプ
リアライメントマーク４１’、４２’の位置に関するＣ
ＡＤデータに基いて位置制御部５０５は、モータ制御部
５０６を制御することにより各マーク４１’、４２’が
スリット状光束６０２の像６３１に対して粗く位置決め
されることになる。

【００２９】従って、プリアライメントマーク４１’、
４２’としては、共に複数本の線状パターンを並べて形
成することにより、これら各マーク４１’、４２’内の
何れかの線状パターンを、スリット状光束６０２の像６
３１に入り込ませることが可能となる。即ち、高さ調整
と同様に、光源６１から光６１１を照射することによ
り、この光６１１はコリメートレンズ６２によりコリメ
ートされてスリット６３に入射され、スリット６３を出
射した光６０２はミラー６４により折り曲げられ、照明
レンズ６５によりスリット６３の像６３１が浅い角度
で、粗位置決めされた複数箇所の各プリアラメントマー
ク４１’、４２’に対して投影される。この投影された
スリット状光束６０２の像６３１に基づく粗位置決めさ
れた各マーク４１’、４２’からの像６３３は、検出レ
ンズ６６で検出され、ミラー６７で反射させて上方へ折
り曲げられ、ハーフミラー７１を通して拡大レンズ７２
で拡大結像されて撮像カメラ７３で撮像される。なお、
例えば撮像カメラ７３と拡大レンズ７２との間の検出レ
ンズ６６の結像位置に空間フィルタを設けて各マーク４
１’、４２’からの正反射光（０次回折光）を遮光する
ことによって、各マーク４１’、４２’における線状パ
ターンの検出方向であるエッジ情報を強調させた線状パ
ターンの１次以上の回折像を撮像カメラ７３で撮像する
ことができる。

【００３０】撮像カメラ７３は、Ｘ方向検出用マーク４
１’およびＹ方向検出用マーク４２’の各々を撮像し、
この撮像されたＸ方向検出マーク像４０１’およびＹ方
向検出マーク像４０２’を位置検出回路５１に入力して
記憶される。なお、これらＸ方向検出用マーク像４０
１’およびＹ方向検出用マーク像４０２’は、スリット
像６３３の領域でマーク像として検出されることにな
る。Ｙ方向検出用マーク４２’としては、粗く位置決め
される関係で、何れかの線状パターンがスリット状光束
６０２の像６３１に入り込ませることができるように、
複数本の段差状の線状パターンで構成される。当然、照
明光束６０２の像６３１がＹ方向に長手にしたスリット
状であるため、複数本の線状パターンをスリット像６３
３の長手方向（Ｙ方向）に並設することは可能となり、
位置検出精度の向上を図ることができると共にＹ方向の
プリアライメントを可能にする。位置検出回路５１は、
撮像カメラ７３によって撮像されたＹ方向検出用マーク
像４０２’に基づく信号をＡ／Ｄ変換し、このＡ／Ｄ変
換された画像信号における検出光軸６０４を示すｘ０座
標上のＹ方向に歪みのない画像信号に対して、例えばし
きい値法または対称性パターンマッチングによって各線
状パターンの中心位置を検出し、これら検出された各線
状パターンの中心位置を基にＹ方向検出用マーク４２’
全体に対する、撮像カメラ７３に対して設定されたＹ方
向の基準位置（検出光軸６０４を示す位置ｙ０）からの
変位量Δｙを算出計測して全体制御部５０に入力する。
そして、撮像カメラ７３に対して設定されたＹ方向の基
準位置（検出光軸６０４を示す位置ｙ０）からの変位量
Δｙは、レーザ測長器３０２からもステージ３２の変位
量として測長できるものである。

【００３１】Ｘ方向検出用マーク４１’としては、Ｙ方
向と同様に、粗く位置決めされる関係で、何れかの線状
パターンがスリット状光束６０２の像６３１に入り込ま
せることができるように、複数のＹ方向長さの異なる段
差状の線状パターンで構成される。その理由は、照明光
束６０２の像６３１がＹ方向に長手にしたスリット状で
あり、しかもスリット状光束６０２の像６３１に特定の
１本の線状パターンが重なるように位置決めすることが
難しいことによる。即ち、Ｘ方向検出用マーク４１’の
複数の線状パターンの長さを変えておくことにより、ス
リット像６３３の狭い領域に全ての線状パターンが入ら
なくても、Ｘ方向検出用マーク４１’の位置を計測する
こと、即ちＸ方向のプリアライメントが可能になるから
である。

【００３２】そこで、位置検出回路５１は、撮像カメラ
７３によって撮像されたＸ方向検出用マーク像４０１’
に基づく信号をＡ／Ｄ変換し、このＡ／Ｄ変換されたＸ
方向検出用マーク像４０１’からスリット像６３２の領
域で検出されている線状パターン４１１’に基づく信号
から線状パターン４１１’のＹ方向長さを検出し、この
検出されたＹ方向の長さに基いて線状パターン４１１’
のパターン番号を認識し、その後、スリット像６３２の
領域で検出されている線状パターン４１１’に基づくデ
ジタル画像信号に対して図６（ａ）に示す如く（数４）
式に基づく検出光軸６０４を示すｘ０を基準とするＸ方
向の画素位置ｘに応じた補正係数ｆ（ｘ）で補正し、こ
の補正されたデジタル画像信号に対して例えばしきい値
法または対称性パターンマッチングによって線状パター
ン４１１’の中心位置を検出する。そして、位置検出回
路５１は、線状パターン４１１’のパターン番号と上記
検出された中心位置から、撮像カメラ７３に対して設定
されたＸ方向の基準位置（例えば検出光軸６０４を示す
位置ｘ０）からのＸ方向検出用マーク４１’全体の変位
量Δｘを算出計測し、全体制御部５０に入力する。そし
て、撮像カメラ７３に対して設定されたＸ方向の基準位
置（検出光軸６０４を示す位置ｘ０）からの変位量Δｘ
は、レーザ測長器３０１からもステージ３１の変位量と
して測長できるものである。

【００３３】なお、撮像カメラ７３、即ち光学的検出装
置６０に対して設定されたＸ方向およびＹ方向の基準位
置（例えば検出光軸６０４を示す位置（ｘ０，ｙ０））
と電子ビームの基準位置（例えば電子ビームの光軸）と
の間のレーザ測長器３０１で測長できる距離は、常に一
定になるように校正されているものとする。この校正方
法については、後述するものとする。ところで、Ｘステ
ージ３１をＸ軸方向に走査して線状パターン４１１’を
スリット像６３３に対して走査することにより、スリッ
ト像６３３に対するレーザ測長器３０１で測長される線
状パターンの走査に応じた信号が撮像カメラ７３によっ
て検出することが可能となるので、Ｘ方向検出用プリア
ライメントマーク４１’として１本の線状パターンで構
成してもよい。しかし、このＸ方向検出用プリアライメ
ントマーク４１’は粗位置決めされる関係で、Ｘステー
ジ３１をＸ軸方向に走査する探索範囲は拡がることにな
る。そこで、Ｘ方向検出用マーク４１’として複数本の
線状パターンをＸ方向に並設すれば、上記探索範囲を狭
めることができる。但し、この場合、必ずしも長さを変
える必要はない。さらに、この場合、空間フィルタを設
けて撮像カメラ７３によって線状パターンから得られる
１次以上の回折像を撮像することによって、スリット像
６３３に対して走査される線状パターンの検出方向のエ
ッジを強調された信号を検出し、この検出された信号に
基いて線状パターンの中心位置を求めれば高精度に検出
することが可能となる。また、この場合、位置検出回路
５１は、撮像カメラ７３に対して設定されたＸ方向の基
準位置（検出光軸６０４を示す位置ｘ０）からのＸ方向
検出用マーク４１’全体の変位量Δｘを、レーザ測長器
３０１によって測長される線状パターンの走査量を基に
算出計測されることになる。当然、撮像カメラ７３に対
して設定されるＸ方向の基準位置も、レーザ測長器３０
１で測長される位置座標に基づくものとなる。

【００３４】ところで、上記検出光学系が斜方検出系で
あるため、被露光基板４の面と撮像カメラ７３の撮像面
とは平行とはならず、その結果として撮像カメラ７３上
の像は歪みをもつことになる。そこで、撮像カメラ７３
での像歪み発生について図３を用いて説明する。図３
は、高さ調整することによって、照明光軸６０３と検出
光軸との交点６１０をプリアライメントマーク４１’、
４２’が形成された面に一致させた状態を示す。この状
態のとき、上記検出光学系の検出光軸６０３との交点６
１０から等しい距離離れた物点４１０と物点４２０との
結像を考える。ここで、交点６１０から物点４１０と物
点４２０までの距離Ａ、ＢはＡ＝Ｂである。検出光軸６
０４が被露光基板４の面に対して傾いているため、検出
レンズ６６から見た物点４１０の画角αと、物点４２０
の画角βはα＞βの関係となり、この結果、撮像カメラ
７３の像面７３１上の物点４１０の像４１１と物点４２
０の像４２１の光軸からの距離Ａ’、Ｂ’の関係はＡ’
＞Ｂ’の関係となり、倍率差、即ち歪みが発生すること
になる。即ち、例えば、図４（ａ）に示すように、被露
光基板４の面上にＸ、Ｙ方向に等ピッチの格子状の補正
マーク４３０があった場合には、図４（ｂ）に示すよう
に撮像カメラ７１上では格子像４４０に示すように台形
状の歪みが発生することになる。ただし、図４（ｂ）は
倍率を１にした場合を示している。

【００３５】図４（ｂ）からわかるように、像歪は、Ｙ
方向については検出光軸６０４を通る基準線ｙ０を中心
にして対称性を有することになり、Ｘ方向については検
出光軸６０４を通る基準線ｘ０から離れるに従って増加
していくことになる。そこで、ステップ８０１におい
て、格子状の補正マーク４３０を形成した試料をステー
ジ３１、３２上に載置し、全体制御部５０は補正マーク
４３０がスリット像６３１の領域に入るよう位置制御部
５０５に指令を出して、位置制御部５０５はＸステージ
駆動モータ３３およびＹステージ駆動モータ３４を駆動
する。なお、補正マーク４３０は格子の代わりに各格子
点に「十字」マークを配置したものを用いても良い。

【００３６】次に、ステップ８０２において、補正マー
ク４３０をＸ方向およびＹ方向に微動させながら、この
補正マーク４３０を撮像カメラ７３で撮像し、この撮像
された補正マーク像４４０を位置検出回路５１が取り込
む。次に、ステップ８０３において、位置検出回路５１
は例えば「十字」または「Ｔ字」のテンプレートを用い
たテンプレートマッチングによる各格子点の位置検出に
よりスリット像６３２の中心付近でのＹ方向のピッチＰ
ｙ’または両端の格子の距離を求める。ｘ０でのＹ方向
の画像は歪みが無いので、この求められたＹ方向のピッ
チＰｙ’または両端の格子の距離が、格子状の補正マー
ク４３０の既知のＹ方向のピッチまたは両端の格子の距
離と一致した点が撮像カメラ７３での基準位置（ｘ０）
となると共に、そのときレーザ測長器３０１で測長され
るステージ３１の座標が光学的検出装置６０に対してプ
リアライメントされた基準Ｘ座標となる。さらに、Ｙ方
向の格子の対称性を調べ、対称性が取れた点が撮像カメ
ラ７３での基準位置（ｙ０）となると共に、そのときレ
ーザ測長器３０２で測長されるステージ３２の座標が光
学的検出装置６０に対してプリアライメントされた基準
Ｙ座標となる。このようにして、撮像カメラ７３での検
出光軸６０４を通る基準位置（ｘ０，ｙ０）が設定され
ると共に、光学的検出装置６０に対してプリアライメン
トされたレーザ測長器３０１、３０２に対する基準Ｘ座
標およびＹ座標が決定されることになる。

【００３７】次に、ステップ８０４において、位置検出
回路５１は、ｘ０での各格子ピッチの平均値Ｐｙを計算
すると共に各格子点（ｉ、ｊ）でのｘ、ｙ方向のピッチ
Ｐｘ（ｉ、ｊ）、Ｐｙ（ｉ、ｊ）を計算する。次に、ス
テップ８０５において、位置検出回路５１は、各格子点
（ｉ、ｊ）でのｘ、ｙ方向のピッチＰｘ（ｉ、ｊ）、Ｐ
ｙ（ｉ、ｊ）から、各格子点（ｉ、ｊ）でのピッチずれ
ΔＰｘ（ｉ、ｊ）、ΔＰｙ（ｉ、ｊ）を次に示す（数
２）式により求める。 ΔＰｘ（ｉ、ｊ）＝Ｐｘ（ｉ、ｊ）−Ｐｙ ΔＰｙ（ｉ、ｊ）＝Ｐｙ（ｉ、ｊ）−Ｐｙ（数２）次に、ステップ８０６において、位置検出回路５１は、
各ピッチずれのｙ方向平均ΔＰｘｍ（ｉ）、ΔＰｙｍ
（Ｉ）を次に示す（数３）式より求める。 ΔＰｘｍ（ｉ）＝ΣΔＰｘ（ｉ、ｊ）／Ｎｙ ΔＰｙｍ（ｉ）＝ΣΔＰｙ（ｉ、ｊ）／Ｎｙ（数３）但し、Ｎｙは加算するｙ方向ピッチの数である。

【００３８】次に、ステップ８０７において、位置検出
回路５１は、ステップ８０６で求めたｘ方向格子点Ｉで
のピッチずれΔＰｘｍ（ｉ）、ΔＰｙｍ（ｉ）の変化を
近似する補正多項近似式（次に示す（数４）式で示され
る。）を求める。 ΔＰｘ＝ｆ（ｘ） ΔＰｙ＝ｇ（Ｘ）（数４）この求められたｆ（ｘ）、ｇ（ｘ）は、例えば図６に示
すようにｘに対し単調増加する関数となり、これら関数
ｆ（ｘ）、ｇ（ｘ）を付属するメモリーまたは記憶装置
に記憶する。以上で、画像の歪み補正の準備作業が完了
する。

【００３９】次に、ステップ８０７において、位置検出
回路５１は、Ｘ方向検出用マーク像４０１’またはＹ方
向検出用マーク像４０２’を取り込んだ際、各画素のピ
ッチを上記（数４）式で示される関数ｆ（ｘ）、ｇ
（ｘ）で補正する。これにより、歪みの補正された画像
が得られ、正確なマーク位置検出が可能になる。Ｙ方向
については、ｘ０におけるマーク像４０２’の位置を検
出すれば、歪み補正することなく正確にプリアライメン
トマーク４２’の中心位置を求め、この中心位置がｙ０
に位置したときをレーザ測長器３０２によって測長すれ
ばＹ方向のプリアライメントをすることが可能となる。
Ｘ方向については、線状パターンとしてもある幅を持っ
ているので、Ｘ方向検出用マーク像４０１’に対して関
数ｆ（ｘ）に基づく歪み補正を施してその線状パターン
の幅の中心がｘ０に位置したときをレーザ測長器３０１
によって測長すれば、Ｙ方向のプリアライメントをする
ことが可能となる。

【００４０】以上説明したように、プリアライメントを
電子線露光位置（チップアライメントが行われる位置）
の近傍で行うことができるので、ステージ３１、３２を
走行させるストロークを大きくする必要がなく、ステー
ジ３１、３２の小形化およびステージ３１、３２を走行
支持する基台の小形化を実現でき、しかもチップアライ
メントに近い位置でプリアラメントが行われるので、チ
ップアライメントに対するプリアライメントの精度向上
を図ることができる。

【００４１】次に、光学的検出装置６０に対して設定さ
れたＸ方向およびＹ方向の基準位置（ｘ０，ｙ０）と電
子ビームの基準位置（例えば電子ビームの光軸）との間
の校正（キャリブレーション）について説明する。上記
校正は、例えば、ステージ３１、３２上に載置された校
正用ターゲット５を用いて行う。校正用ターゲット５に
は、Ｘ方向検出用の直線状パターン４１”とＹ方向検出
用の直線状パターン４２”とが形成されている。即ち、
レーザ測長器３０１、３０２で測長される座標を基に、
光学的検出装置６０で検出される直線状パターン４
１”、４２”の位置と、電子ビーム１００３を走査照射
して反射電子検出器１０６で検出される直線状パターン
４１”、４２”の位置とのずれ量が校正するためのオフ
セット値となる。そこで、全体制御部５０は、定期的に
このオフセット値を求めて記憶装置５６に記憶させてお
けばよい。このようにすることによって、光学的検出装
置６０によってプリアライメントすることによって、露
光単位（例えばチップ単位）毎に、スクライブ領域の複
数箇所に形成されたチップアライメントマーク４１、４
２を反射電子検出視野内に位置付けすることが可能とな
る。チップアライメントマーク４１、４２としては、各
々１本の直線状パターンによって構成する。

【００４２】次に、光学的検出装置６０および位置検出
回路５１等によるチップアライメントについて説明す
る。即ち、前述したように、反射電子検出によってチッ
プアライメント検出が難しく、チップアライメント精度
の規格が緩い場合には、チップアライメントマーク４
１、４２を用いて光学的検出装置６０および位置検出回
路５１等によりチップアライメントを行う。この光学的
検出装置６０および位置検出回路５１等によるチップア
ライメントマーク４１、４２を用いたチップアライメン
トも、プリアライメントマーク４１’、４２’を用いた
プリアライメントと同様に行う。ただし、チップアライ
メントは、電子ビーム１００３の光軸に対するアライメ
ントとなる。即ち、全体制御部５０からのプリアライメ
ントマーク４１’、４２’とチップアライメントマーク
４１、４２との間の相対位置に関するＣＡＤデータもし
くは描画データに基いて位置制御部５０５は、モータ制
御部５０６を制御してステージ３１、３２を移動させる
ことによって複数箇所の各マーク４１、４２がスリット
状光束６０２の像６３１に対して位置決めされる。

【００４３】まず、１次元位置センサ６８から検出され
る信号に基いてマーク４１、４２が形成されている面を
照明光軸と検出光軸との交点に一致するように高さ調整
が行われる。次に、プリアライメントマーク４１’、４
２’と同様にチップアライメントマーク４１、４２の位
置が撮像カメラ７３で撮像される画像信号に基いて検出
されてチップアライメントがされることになる。なお、
光学的検出装置６０による特にチップアライメントにお
いて、マーク４１、４２が形成されている面への高さ調
整がわずかでもずれるとＸ方向についてはその影響を受
けて検出位置に誤差が生じて検出精度が低下することに
なるので、光学的検出装置６０として、Ｘ方向を向けた
照明光学系と検出光学系の組に、更にＹ方向を向けた照
明光学系と検出光学系の組に設けることによってＸ方向
について検出精度を低下を防止することができる。ま
た、前記実施の形態では、電子線露光装置について説明
したが、縮小レンズの径が大きなエキシマレーザ縮小投
影露光装置にも適用することが可能である。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、電子線露光装置などに
おいて、被露光基板上の少なくともプリアライメントマ
ークの位置の検出と、少なくとも露光位置での高さ検出
との両方を行うことにより光学的検出装置の構成を簡素
化し、しかも被露光基板を載置するステージおよびステ
ージを支持する基台の小形化を実現することができる効
果を奏する。また、本発明によれば、電子線露光装置に
おいて、更に、少なくともプリアライメントマークの位
置検出の精度向上を図ってチップアライメントマークに
対する電子ビーム走査照射によるサーチ範囲を狭めるこ
とができ、回路パターン露光領域に入り込ませることを
低減することができる効果を奏する。また、本発明によ
れば、電子線露光装置において、更に、チップアライメ
ントを反射電子検出でできない場合でも光学的検出によ
って行って、被露光基板上の露光単位に露光回路パター
ンを高精度に露光することができる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電子線露光装置の一実施の形態の
構成を示す図である。

【図２】図１に示す光学的位置検出装置の一実施例を更
に具体的に示した斜視図である。

【図３】本発明に係る光学的位置検出装置の位置合わせ
マーク検出光学系の倍率差を説明するための図である。

【図４】本発明に係る光学的位置検出装置の位置合わせ
マーク検出光学系の像歪みを説明するための図である。

【図５】本発明に係る光学的位置検出装置の位置合わせ
マーク検出光学系の像歪み補正方法を説明するための図
である。

【図６】本発明に係る光学的位置検出装置の位置合わせ
マーク検出光学系の像歪みに対する補正多項近似式を説
明するための図である。

【図７】従来の電子線露光装置における電子線露光光学
系と顕微鏡（プリアライメント検出系）の配置を説明す
るための図である。

【符号の説明】

１…電子縮小レンズ、１０１…電子銃、１０２…絞り、
１０３…電子レンズ、１０４…成形絞り、１０５…偏向
器、１０６…反射電子検出器、３１…Ｘ方向ステージ、
３２…Ｙ方向ステージ、３３…Ｘステージ駆動モータ、
３４…Ｙステージ駆動モータ、３０１…Ｘ方向レーザ測
長器、３０２…Ｙ方向レーザ測長器、４…被露光基板
（ウエハ）、４１…Ｘ方向検出用チップアライメントマ
ーク（Ｘ方向検出用精位置合わせ用マーク）、４２…Ｙ
方向検出用チップアライメントマーク（Ｙ方向検出用精
位置合わせ用マーク）、４１’…Ｘ方向検出用プリアラ
イメントマーク（Ｘ方向検出用粗位置合わせ用マー
ク）、４２’…Ｙ方向検出用プリアライメントマーク
（Ｙ方向検出用粗位置合わせ用マーク）、４１”…Ｘ方
向検出用直線状パターン、４２”…Ｙ方向検出用直線状
パターン、４３０…補正用マーク、４４０…補正用マー
ク像、５…校正用ターゲット、５０…全体制御部（コン
ピュータ）、５１…位置検出回路、５０１…偏向器制御
部、５０２…信号処理回路、５０４…電子縮小レンズ制
御部、５０５…位置制御部、５０６…モータ制御部、６
０…光学的検出装置、６１…光源、６２…コリメートレ
ンズ、６３…スリット、６０２…スリット状光束、６３
１…スリット光束投影像、６３２、６３３…スリット
像、６４…ミラー、６５…照明レンズ、６６…検出レン
ズ、６７…ミラー、６８…１次元位置センサ、７１…ハ
ーフミラー、７２…拡大レンズ、７３…撮像カメラ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者福嶋芳雅茨城県ひたちなか市市毛882番地株式会社日立製作所計測器グループ内 (72)発明者加藤毅東京都小平市上水本町五丁目20番１号株式会社日立製作所半導体グループ内Ｆターム(参考） 2H097 AA03 CA16 KA03 KA12 KA20 LA10 5C034 BB04 BB06 BB07 5F046 BA04 EA03 EA09 EB03 EB07 EC03 FA03 FB20 FC08 5F056 BB10 BD01 BD03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】縮小レンズを有する露光装置において、位置合わせ用マークが形成された被露光基板を載置して
ＸＹ方向に走行可能に構成したステージと、該ステージのＸＹ座標を測長する測長手段と、前記縮小レンズによって露光される露光単位の近傍に位
置する被露光基板上の位置合わせ用マークに対して光束
を斜方照明する照明光学系と、前記位置合わせ用マークの像を斜方検出して結像させる
検出光学系と、該検出光学系で結像された位置合わせ用マークの像を受
光して画像信号に変換する光電変換手段と、該光電変換手段で変換された画像信号に基いて位置合わ
せ用マークの位置を前記測長手段で測長されるステージ
のＸＹ座標に基いて算出するマーク位置算出手段とを備
えて構成することを特徴とする露光装置。
【請求項２】電子線源と、該電子線源からの電子線を所
望の形状に成形する成形手段と、該成形手段によって成
形された電子ビームを集束させるレンズとを備え、前記
電子ビームで被露光基板上に所望の回路パターンを露光
する電子線露光装置において、位置合わせ用マークが形成された前記被露光基板を載置
してＸＹ方向に走行可能に構成したステージと、該ステージのＸＹ座標を測長する測長手段と、前記ステージ上に載置された被露光基板上の所望箇所の
表面および位置合わせ用マークに対して光束を斜め方向
から投影照射する照射光学系と該照射光学系で投影照射
された光束の像の変位並びに該光束の像内の位置合わせ
用マークの像を斜め方向から検出する検出光学系とを有
し、該検出光学系によって検出される光束の像の変位信
号に基いて前記被露光基板上の所望箇所の表面の高さを
検出し、前記検出光学系によって検出される位置合わせ
用マークの画像信号に基いて前記測長手段で測長される
座標系で前記位置合わせ用マークの位置を検出する光学
的検出装置とを備えて構成したことを特徴とする電子線
露光装置。
【請求項３】電子線源と、該電子線源からの電子線を所
望の形状に成形する成形手段と、該成形手段によって成
形された電子ビームを集束させるレンズとを備え、前記
電子ビームで被露光基板上に所望の回路パターンを露光
する電子線露光装置において、位置合わせ用マークが形成された前記被露光基板を載置
してＸＹ方向に走行可能に構成したステージと、該ステージのＸＹ座標を測長する測長手段と、前記ステージ上に載置された被露光基板上の所望箇所の
表面および位置合わせ用マークに対して光束を斜め方向
から投影照射する照射光学系と該照射光学系で投影照射
された光束の像の変位並びに該光束の像内の位置合わせ
用マークの像を斜め方向から検出する検出光学系と該検
出光学系によって検出される位置合わせ用マークの画像
信号に対して画像歪み補正を施す歪み補正回路とを有
し、該検出光学系によって検出される光束の像の変位信
号に基いて前記被露光基板上の所望箇所の表面の高さを
検出し、前記歪み補正回路から歪み補正された位置合わ
せ用マークの画像信号に基いて前記測長手段で測長され
る座標系で前記位置合わせ用マークの位置を検出する光
学的検出装置とを備えて構成したことを特徴とする電子
線露光装置。
【請求項４】更に、前記光学的検出装置で検出された位
置合わせ用マークの表面高さに基いて、前記被露光基板
と前記光学的検出装置との間の相対的高さを制御する制
御手段を備えたことを特徴とする請求項２または３記載
の電子線露光装置。
【請求項５】前記光学的検出装置の照射光学系におい
て、照射される光束をスリット光束で形成することを特
徴とする請求項２または３記載の電子線露光装置。
【請求項６】電子線源と、該電子線源からの電子線を所
望の形状に成形する成形手段と、該成形手段によって成
形された電子ビームを集束させるレンズとを備え、前記
電子ビームで被露光基板上に所望の回路パターンを露光
する電子線露光装置において、相対位置が与えられた粗位置合わせ用マークと精位置合
わせ用マークとが形成された前記被露光基板を載置して
ＸＹ方向に走行可能に構成したステージと、該ステージのＸＹ座標を測長する測長手段と、前記ステージ上に載置された被露光基板上の所望箇所の
表面並びに前記粗位置合わせ用マークに対して光束を斜
め方向から投影照射する照射光学系と該照射光学系で投
影照射された光束の像の変位並びに該光束の像内の粗位
置合わせ用マークの像を斜め方向から検出する検出光学
系とを有し、該検出光学系によって検出される光束の像
の変位信号に基いて前記被露光基板上の所望箇所の表面
の高さを検出し、前記検出光学系によって検出される粗
位置合わせ用マークの画像信号に基いて前記測長手段で
測長される座標系で前記粗位置合わせ用マークの位置を
検出する光学的検出装置と、該光学的検出装置によって検出される粗位置合わせ用マ
ークの位置と、前記粗位置合わせ用マークと精位置合わ
せ用マークとの間の相対位置についてのデータとを基に
制御を施して精位置合わせ用マークを検出視野内に位置
付けする制御系と、該制御系で位置付けされた精位置合わせ用マークに対し
て電子ビームを走査照射して精位置合わせ用マークから
の反射電子を検出して精位置合わせ用マークの位置を検
出する反射電子検出装置と、前記光学的検出装置から検出される被露光基板上の露光
単位における表面高さに基いて前記電子ビームに対して
焦点合わせをする高さ制御系と、前記反射電子検出装置で検出された精位置合わせ用マー
クの位置データに基いて補正設定された露光回路パター
ンを前記電子ビームで露光する電子ビーム露光手段とを
備えて構成したことを特徴とする電子線露光装置。
【請求項７】電子線源と、該電子線源からの電子線を所
望の形状に成形する成形手段と、該成形手段によって成
形された電子ビームを集束させるレンズとを備え、前記
電子ビームで被露光基板上に所望の回路パターンを露光
する電子線露光装置において、相対位置が与えられた粗位置合わせ用マークと精位置合
わせ用マークとが形成された前記被露光基板を載置して
ＸＹ方向に走行可能に構成したステージと、該ステージのＸＹ座標を測長する測長手段と、前記ステージ上に載置された被露光基板上の所望箇所の
表面並びに前記粗位置合わせ用マークおよび前記精位置
合わせ用マークに対して光束を斜め方向から投影照射す
る照射光学系と該照射光学系で投影照射された光束の像
の変位並びに該光束の像内の粗位置合わせ用マークの像
および精位置合わせ用マークの像を斜め方向から検出す
る検出光学系とを有し、該検出光学系によって検出され
る光束の像の変位信号に基いて前記被露光基板上の所望
箇所の表面の高さを検出し、前記検出光学系によって検
出される粗位置合わせ用マークの画像信号に基いて前記
測長手段で測長される座標系で前記粗位置合わせ用マー
クの位置を検出し、前記検出光学系によって検出される
精位置合わせ用マークの画像信号に基いて前記測長手段
で測長される座標系で前記精位置合わせ用マークの位置
を検出する光学的検出装置と、該光学的検出装置によって検出される粗位置合わせ用マ
ークの位置と、前記粗位置合わせ用マークと精位置合わ
せ用マークとの間の相対位置についてのデータとを基に
制御を施して精位置合わせ用マークを前記検出光学系の
視野内に位置付けする制御系と、前記光学的検出装置から検出される被露光基板上の露光
単位における表面高さに基いて前記電子ビームに対して
焦点合わせをする高さ制御系と、前記光学的検出装置で検出された精位置合わせ用マーク
の位置データに基いて補正設定された露光回路パターン
を前記電子ビームで露光する電子ビーム露光手段とを備
えて構成したことを特徴とする電子線露光装置。
【請求項８】電子線源と、該電子線源からの電子線を所
望の形状に成形する成形手段と、該成形手段によって成
形された電子ビームを集束させるレンズとを備え、前記
電子ビームで被露光基板上に所望の回路パターンを露光
する電子線露光装置において、相対位置が与えられた粗位置合わせ用マークと精位置合
わせ用マークとが形成された前記被露光基板を載置して
ＸＹ方向に走行可能に構成したステージと、該ステージのＸＹ座標を測長する測長手段と、前記ステージ上に載置された被露光基板上の所望箇所の
表面並びに前記粗位置合わせ用マークおよび前記精位置
合わせ用マークに対して光束を斜め方向から投影照射す
る照射光学系と該照射光学系で投影照射された光束の像
の変位並びに該光束の像内の粗位置合わせ用マークの像
および精位置合わせ用マークの像を斜め方向から検出す
る検出光学系とを有し、該検出光学系によって検出され
る光束の像の変位信号に基いて前記被露光基板上の所望
箇所の表面の高さを検出し、前記検出光学系によって検
出される粗位置合わせ用マークの画像信号に基いて前記
測長手段で測長される座標系で前記粗位置合わせ用マー
クの位置を検出し、前記検出光学系によって検出される
精位置合わせ用マークの画像信号に基いて前記測長手段
で測長される座標系で前記精位置合わせ用マークの位置
を検出する光学的検出装置と、該光学的検出装置によって検出される粗位置合わせ用マ
ークの位置と、前記粗位置合わせ用マークと精位置合わ
せ用マークとの間の相対位置についてのデータとを基に
制御を施して精位置合わせ用マークを検出視野内に位置
付けする制御系と、該制御系で位置付けされた精位置合わせ用マークに対し
て電子ビームを走査照射して精位置合わせ用マークから
の反射電子を検出して精位置合わせ用マークの位置を検
出する反射電子検出装置と、精位置合わせ用マークの位置を検出するのを、前記反射
電子検出装置と光学的検出装置とのどちらで行うかを選
択する選択手段と、前記光学的検出装置から検出される被露光基板上の露光
単位における表面高さに基いて前記電子ビームに対して
焦点合わせをする高さ制御系と、前記選択手段によって選択された検出装置で検出された
精位置合わせ用マークの位置データに基いて補正設定さ
れた露光回路パターンを前記電子ビームで露光する電子
ビーム露光手段とを備えて構成したことを特徴とする電
子線露光装置。