JP2003338444A - マスクとウエハの位置合わせ方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】１つの顕微鏡撮像装置によってマスクとウエハ
との高精度の位置合わせを実現できるようにする。 【解決手段】ウエハにマスクを近接配置し、該マスクに
形成されたマスクパターンを前記ウエハ上のレジスト層
に転写する露光装置におけるマスクとウエハの位置合わ
せ方法。マスク及びウエハの面と直交する方向からマス
ク上のマスクマークＭとウエハパレット上のパレットマ
ークＭＰとを２組の結像光学系を有する顕微鏡撮像装置
によって同時に撮像し、これらのマーク間の二次元の位
置ずれ量を測定し、これに基づいてマスクとウエハとを
位置合わせする。結像光学系はそれぞれ、対物レンズ群
１２０と、リレーレンズ群１２２と、結像レンズ群１２
５、１２９とを有し、この対物レンズ群１２０とリレー
レンズ群１２２とを共有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はマスクとウエハの位
置合わせ装置に係り、特に半導体ウエハに近接配置され
たマスクのマスクパターンをウエハ上のレジスト層に等
倍転写する露光装置におけるマスクとウエハの位置合わ
せ装置に関する。

【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１７は上記電子ビーム近接露光装置の基
本構成を示す図である。この電子ビーム近接露光装置１
０は、主として電子ビーム１５を発生する電子ビーム源
１４、電子ビーム１５を平行ビームにするレンズ１６及
び整形アパーチャ１８を含む電子銃１２と、主偏向器２
２、２４及び副偏向器２６、２８を含み、電子ビームを
光軸に平行に走査する走査手段２０と、マスク３０とか
ら構成されている。

【０００４】前記マスク３０は、表面にレジスト層４２
が形成されたウエハ４０に近接するように（マスク３０
とウエハ４０との隙間が、たとえば６０μｍ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１８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３
０のマスクパターンがウエハ４０上のレジスト層４２に
等倍転写される。

【０００６】この電子ビーム近接露光装置１０は、図１
９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の位置合わせ
方法として、斜方検出法が知られている（特開平１１−
２４３０４８号公報参照）。

【０００９】斜方検出法は、撮影光軸がウエハに近接配
置されたマスク面に対して斜めになるように光学系を配
置し、ウエハに設けられた位置合わせ用のウエハマーク
と、マスクに設けられた位置合わせ用のマスクマークと
を同時に撮像し、その撮像した画像から各マーク間の位
置ずれを検出し、この位置ずれがゼロになるようにマス
クとウエハとを位置合わせするようにしている。

【００１０】この斜方検出法は、露光を遮らないように
顕微鏡撮像装置を配置することができ、露光中に光学系
を退避させる必要がなく、露光中でも各マークを撮像す
ることができるという利点がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の斜方検出法による位置合わせ方法は、１つの顕微鏡
撮像装置によってウエハマークとマスクマークとの一方
向（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れ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
を配設しなければならず、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。

【００１２】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、１つの顕微鏡撮像装置によってマスクとウエハ
との高精度の位置合わせを実現することができるマスク
とウエハの位置合わせ方法及び装置を提供することを目
的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、ウエハにマスクを近接配置し、該マスク
に形成されたマスクパターンを前記ウエハ上のレジスト
層に転写する露光装置におけるマスクとウエハの位置合
わせ装置において、前記マスクに設けられた位置合わせ
用の第１のマークと、前記ウエハが搭載されるパレット
又は前記ウエハに設けられた位置合わせ用の第２のマー
クとを各マークが設けられた面と直交する方向から同時
に撮像するとともに、前記第１のマークにピントを合わ
せることができる第１の結像光学系と、前記第２のマー
クにピントを合わせることができる第２の結像光学系を
有しており、前記第１及び第２の結像光学系はそれぞ
れ、対物レンズ群と、該対物レンズ群からの光を結像さ
せるためのリレーレンズ群と、該リレーレンズ群からの
光を撮像素子に結像させるための結像レンズ群とを有す
る顕微鏡撮像装置であって、前記第１及び第２の結像光
学系は、前記対物レンズ群とリレーレンズ群とを共有す
ることを特徴とするマスクとウエハの位置合わせ装置を
提供する。

【００１４】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、前記顕微鏡撮像装置から同時
に得られる第１のマーク及び第２のマークの画像信号に
基づいて前記第１のマークと第２のマークとの相対的な
位置ずれ量を測定できるようになっている。

【００１５】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。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、前記顕微鏡撮像装置から同時
に得られる第１のマークと第２のマークとの画像信号に
基づいて各マーク間の相対的な位置ずれ量を測定するよ
うにしたため、顕微鏡撮像装置の基準位置の変動に影響
を受けない位置ずれ量の測定ができる。

【００１６】そして、顕微鏡撮像装置において、第１及
び第２の結像光学系の対物レンズ群とリレーレンズ群と
を共有させることにより、装置がコンパクトになるとと
もに、部品点数を減少でき、コストダウンも図れる。

【００１７】本発明において、前記顕微鏡撮像装置の前
記第１及び第２の結像光学系は、撮像素子を共有するこ
とが好ましい。このように撮像素子を共有させれば、更
に装置がコンパクトになるとともに、部品点数を減少で
き、コストダウンも図れるからである。

【００１８】また、本発明において、前記顕微鏡撮像装
置は、更に前記第１及び第２の結像光学系より低倍率の
第３の結像光学系であって、対物レンズ群と、該対物レ
ンズ群からの光を結像させるためのリレーレンズ群と、
該リレーレンズ群からの光を撮像素子に結像させるため
の結像レンズ群とを有する光学系を有しており、前記第
１、第２及び第３の結像光学系は、前記対物レンズ群と
リレーレンズ群とを共有することが好ましい。

【００１９】このように、オートフォーカス用に第１及
び第２の結像光学系より低倍率の第３の結像光学系を設
ければ、マスクとウエハの位置合わせが容易となる。ま
た、この第３の結像光学系が第１及び第２の結像光学系
と、対物レンズ群及びリレーレンズ群とを共有できれ
ば、装置がコンパクトになるとともに、部品点数を減少
でき、コストダウンも図れるからである。

【００２０】また、本発明において、前記第１の結像光
学系及び第２の結像光学系のうちのいずれかの結像レン
ズ群がズームレンズ群とされ、これにより対物レンズ群
の前側焦点位置が可変となっていることが好ましい。

【００２１】また、本発明において、前記ズームレンズ
群とされた結像レンズ群は、２群のレンズ群から構成さ
れ、このうちの１群のレンズ群が光軸方向に移動可能と
なっており、前側の１群のレンズ群による光束が平行光
束となることが好ましい。

【００２２】マスクとウエハとの上下位置は多少異なっ
ていることが一般的である。ズームレンズ群を調整する
ことにより対物レンズ群の前側焦点位置を可変とし、こ
の差に追随できる構成とすれば、本発明の効果が一層発
揮できるからである。

【００２３】また、本発明において、前記リレーレンズ
群の後側結像位置にフィールドレンズが配されているこ
とが好ましい。上記対物レンズ群、リレーレンズ群及び
結像レンズ群の構成の場合、結像レンズ群中にレンズ周
縁光の結像位置が来てしまい、この位置に開口絞りを配
せないことがある。この場合であっても、リレーレンズ
群の後側結像位置にフィールドレンズが配されていれ
ば、共役位置を変更でき、このような事態を解消できる
からである。

【００２４】また、本発明は、オートフォーカス用の第
３の結像光学系を使用してマスクの粗い位置合わせを行
い、次いで、前記第１の結像光学系により前記第１のマ
ークにピントを合わせるとともに、前記第２の結像光学
系により前記第２のマークにピントを合わせることを特
徴とするマスクとウエハの位置合わせ方法を提供する。

【００２５】本発明によれば、視野範囲の広いオートフ
ォーカス用の光学系を使用してマスクの粗い位置合わせ
を行い、次いで、第１のマーク及び第２のマークに精密
にピントを合わせる。これにより、マスクとウエハの位
置合わせが容易となる。

【００２６】なお、本明細書において、光軸方向の物体
側を前側、光軸方向の撮像素子側をの後側と称して説明
する。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下添付図面に従って本発明に係
るマスクとウエハの位置合わせ方法及び装置の好ましい
実施の形態について説明する。

【００２８】図１は本発明に係るマスクとウエハの位置
合わせ装置の第１の実施の形態のアライメント機構系を
含む電子ビーム近接露光装置の要部縦断面図であり、図
２は図１に示した電子ビーム近接露光装置の要部上面図
である。なお、電子ビーム近接露光装置としての主要な
構成は、図１７乃至図１９に示したものと同様のため、
その詳細な説明は省略する。

【００２９】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１０
０の電子光学鏡筒１０２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。

【００３０】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。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。

【００３１】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。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、Ｍ
１、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。

【００３２】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。

【００３３】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１
９に示されるウエハステージ７０の電磁チャック６０上
に搭載され固定される。なお、図１９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６
０上に搭載されている場合に関して示している。

【００３４】ウエハパレット４４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形成されている。

【００３５】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ＷＰ
１、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。

【００３６】図１及び図２に示される顕微鏡撮像装置１
００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。

【００３７】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。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、対物レンズ群１２０
とリレーレンズ群１２２を共通にして３つの光路に分岐
している。

【００３８】すなわち、顕微鏡撮像装置１００は、パレ
ットマークをＣＣＤ１３０に結像させるウエハマーク撮
像用光学系（請求項の第２の結像光学系に該当）と、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（請求項の第１の結像光学
系に該当）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（請求項の第３の結像光学
系に該当）とを有している。

【００３９】前記ウエハマーク撮像用光学系は、対物レ
ンズ群１２０、ハーフミラー１２１、リレーレンズ群１
２２、ハーフミラー１２３、フィールドレンズ１２４、
パレットマーク結像用レンズ群１２５（結像レンズ群に
相当する）、全反射ミラー１２６及びハーフミラー１２
７から構成され、マスクマーク撮像用光学系は、対物レ
ンズ群１２０、ハーフミラー１２１、リレーレンズ群１
２２、ハーフミラー１２３、１２８、マスクマーク結像
用レンズ群１２９（結像レンズ群に相当する）及びハー
フミラー１２７から構成され、オートフォーカス用光学
系は、対物レンズ群１２０、ハーフミラー１２１、リレ
ーレンズ群１２２、ハーフミラー１２３、１２８及びフ
ォーカス用レンズ群１３１から構成されている。

【００４０】また、顕微鏡撮像装置１００は、対物レン
ズ群１２０、ハーフミラー１２１、全反射ミラー１３
３、レンズ１３４、及び光学系１１２、光ファイバ１１
１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。なお、レンズ１
３４と光学系１１２との間には、既述の窓５４が位置す
る。

【００４１】対物レンズ群１２０及びパレットマーク結
像用レンズ群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、対物レンズ群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レンズ群１２５を移動させる
ことによってパレットマークがＣＣＤ１３０に結像する
ようにピント調整が行われる。

【００４２】すなわち、対物レンズ群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Ｃ
ＣＤ１３２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ＣＣＤ１
３０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
レンズ群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。

【００４３】また、ＣＣＤ１３０は、マスク３２からた
とえば６０μｍ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レンズ群１
２５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レンズ群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。このパレットマーク結像用レンズ
群１２５の詳細については、後述する。

【００４４】なお、この実施の形態では、対物レンズ群
１２０とパレットマーク結像用レンズ群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、対物レンズ群１２０、マスクマ
ーク結像用レンズ群１２９及びパレットマーク結像用レ
ンズ群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。

【００４５】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。

【００４６】本実施の形態では、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
うにしているが、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を設けるように構成して
もよい。

【００４７】図６は、図５の顕微鏡撮像装置のパレット
マーク結像用レンズ群１２５の詳細を示す配置図であ
る。このパレットマーク結像用レンズ群１２５は、ズー
ムレンズ群となっており、これにより対物レンズ群１２
０の前側焦点位置が可変となっている。すなわち、パレ
ットマーク結像用レンズ群１２５は２群のレンズ群１２
５Ａと１２５Ｂとから構成され、このうちの第１群１２
５Ａが光軸方向に移動可能となっており、結像レンズ群
全体がアフォーカル系をなしている。

【００４８】図６（ａ）において、パレットマーク結像
用レンズ群１２５がマスクマーク結像用レンズ群１２９
と同一の光学的状態に配されている。したがって、ウエ
ハマーク撮像用光学系とマスクマーク撮像用光学系のピ
ント位置はいずれもマスクマークに合わされる。なお、
同図において、パレットマーク結像用レンズ群１２５の
前側焦点位置Ｑ１は、フィールドレンズ１２４の中心部
に設定されている。

【００４９】一方、図６（ｂ）において、第１群１２５
Ａが光軸方向前方に所定量だけに移動されている。この
場合、パレットマーク結像用レンズ群１２５の前側焦点
位置Ｑ１もこれに連動して、フィールドレンズ１２４の
前方側に移動している。ところが、パレットマーク結像
用レンズ群１２５において、前側焦点位置Ｑ１で一度結
像した光が第１群１２５Ａを通過した状態で平行光束と
なっているので、後側焦点位置Ｑ２の移動はない。すな
わち、図６（ａ）、（ｂ）において、後側焦点位置Ｑ２
の位置は同一である。このような構成であることより、
対物レンズ群１２０及びリレーレンズ群１２２を共有し
ても、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。

【００５０】次に、フィールドレンズ１２４の作用につ
いて説明する。図５、図６（ａ）及び図７（ｂ）におい
て、リレーレンズ群１２２の後側結像位置Ｑ１（パレッ
トマーク結像用レンズ群１２５の前側結像位置でもあ
る）にフィールドレンズ１２４が配されている。比較と
して、この位置にフィールドレンズ１２４を設けない構
成が図７（ａ）に示されている。

【００５１】図７において、実線はパレットマークの結
像の関係を示している。Ｑ０は、対物レンズ群１２０の
物体面であり、パレットマーク面に相当する。Ｑ１は、
対物レンズ群１２０の及びリレーレンズ群１２２による
結像位置である。そして、パレットマーク結像用レンズ
群１２５によりＣＣＤ上の位置Ｑ２に再結像する。

【００５２】図７において、破線は瞳の結像の関係を示
している。Ｐ０は、対物レンズの瞳であり、Ｐ１は、リ
レーレンズ群１２２、フィールドレンズ１２４（ただ
し、図７（ｂ）の場合のみ）及びパレットマーク結像用
レンズ群１２５の第１群１２５ＡによるＰ０の結像位置
を示している。

【００５３】このＰ１の位置には、たとえば、開口絞
り、位相差顕微鏡用の位相差プレート、瞳フィルタ等が
ターレットにより切り換えて挿入できるようになってお
り、通常の落射照明方式の顕微鏡以外に、位相差顕微
鏡、暗視野照明の顕微鏡として機能させることができ
る。

【００５４】ところが、図７（ａ）の構成においては、
Ｐ１がレンズ１２５Ｂの中に位置するため、この位置に
開口絞り等を挿入することができない。

【００５５】これに対し、図７（ｂ）のようにフィール
ドレンズ１２４を設けた場合には、位置Ｑ１におけるレ
ンズ周縁部の平行光（図中の破線）は、パレットマーク
結像用レンズ群１２５の第１群１２５Ａと第２群１２５
Ｂとの間Ｐ１で光軸と交わる。したがって、この位置Ｐ
１に開口絞りを設けることができる。なお、マークの位
置検出に使用される光束（図中の実線）は、フィールド
レンズ１２４の中心部（光軸上）で光軸と交わるので、
結像系に影響することはない。

【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８は顕微鏡撮像装置１００の視野Ｖ内に
マスクマークＭと、パレットマークＷＰとを入れた場合
に関して示している。マスクマークＭは、マスクのＸ方
向の位置を検出するための５×２個の開口からなるマス
クマークＭ_X と、マスクのＹ方向の位置を検出するため
の５×２個の開口からなるマスクマークＭ_Y とから構成
されており、パレットマークＷＰは、ウエハパレットの
Ｘ方向の位置を検出するための５本の凸部（又は凹部）
からなるパレットマークＷＰ_X と、ウエハパレットのＹ
方向の位置を検出するための５本の凸部（又は凹部）か
らなるパレットマークＷＰ_Y とから構成されている。

【００５８】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。

【００５９】本実施の形態において、高さ（Ｚ方向）の
ピントを合わせは、先ず、オートフォーカス用の第３の
結像光学系を使用してマスクの粗い位置合わせを行い、
次いで、マスクマーク撮像用光学系によりマスクマーク
Ｍにピントを合わせるとともに、ウエハマーク撮像用光
学系によりパレットマークＷＰにピントを合わせる。

【００６０】このように、視野範囲の広いオートフォー
カス用の光学系を使用してマスクの粗い位置合わせを行
い、次いで、マスクマークＭ及びパレットマークＷＰに
精密にピントを合わせる。これにより、マスク３２とウ
エハ４０の位置合わせが容易となる。

【００６１】マスクマークＭとパレットマークＷＰとの
位置ずれ量を求める場合には、マスクマークＭが結像さ
れるＣＣＤ１３０から得られる画像信号を信号処理し、
マスクマークＭ_X の中心位置とマスクマークＭ_Y の中心
位置をそれぞれ求める。同様にしてパレットマークＷＰ
が結像されるＣＣＤ１３０から得られる画像信号を信号
処理し、パレットマークＷＰ_X の中心位置とパレットマ
ークＷＰ_Y の中心位置をそれぞれ求める。

【００６２】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ＣＣＤ１３０上の画素位置
との画素位置の差分に基づいてマスクマークＭとパレッ
トマークＷＰとの位置ずれ量を測定する。そして、測定
した位置ずれ量がゼロになるように、ウエハステージ７
０又はマスクステージ８０を移動させ、マスクマークＭ
が示す位置とパレットマークＷＰが示す位置とを一致さ
せる。

【００６３】なお、図８は、マスクマークＭが示す位置
とパレットマークＷＰが示す位置とが一致している場合
に関して示している。また、顕微鏡撮像装置１００の対
物レンズ群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
置及びパレットマークＷＰが示す位置は、顕微鏡撮像装
置１００の撮影倍率が変動しても変化量が極めて少な
い。

【００６４】図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
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２
０２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Ｗ
Ｐとの位置ずれ量を算出する。

【００６５】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。

【００６６】また、ＣＰＵ２００は、マスクマークＭと
パレットマークＷＰとが一致したときのウエハステージ
７０のＸ方向及びＹ方向の位置（Ｘ、Ｙ）をレーザ干渉
計Ｌ _XW、Ｌ_YWから取り込み、同様にマスクステージ８０
のＸ方向及びＹ方向の位置（ｘ、ｙ）をレーザ干渉計Ｌ
_XM、Ｌ_YMから取り込み、メモリ２０３に記憶させる。ま
た、メモリ２０３には、図４で説明したようにパレット
マークＷＰ１、ＷＰ２と、各ダイマークＤＭとの位置関
係を示すデータが保存されている。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。

【００６７】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。

【００６８】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１７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１８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１７に示す副偏向器２６、２８に出
力する。これにより、電子ビーム１５のマスクへの入射
角度が制御され、マスクが歪んでいてもマスクパターン
を正規の位置に転写できるようにしている。

【００６９】図１０は本発明に係るマスクとウエハの位
置合わせ方法を含む電子ビーム近接露光方法の動作手順
を示すフローチャートである。

【００７０】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）。

【００７１】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群１２０
やパレットマーク結像用レンズ群１２５を移動させる
（ステップＳ１４）。

【００７２】続いて、パレットマークＷＰ１を基準にし
てマスクマークＭ１、Ｍ２を測定し、その測定結果に基
づいてマスク３２の回転量θ_M を計算する（ステップＳ
１６）。

【００７３】図１１は上記ステップＳ１６の詳細を示す
フローチャートである。

【００７４】同図に示されるように顕微鏡撮像装置１０
０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Ｓ１
６Ａ）。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。

【００７５】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Ｌ_XM、Ｌ_YMから読み取っ
てメモリ２０３に記憶させるとともに、ウエハステージ
７０の移動位置（Ｘ₁ 、Ｙ₁ ）をレーザ干渉計Ｌ_XW、Ｌ
_YWから読み取ってメモリ２０３に記憶させる（ステップ
Ｓ１６Ｄ）。

【００７６】次に、マスク３２のマスクマークＭ２が顕
微鏡撮像装置１００の視野に入るようにマスクステージ
８０を移動させ、上記と同様にしてパレットマークＷＰ
１とマスクマークＭ２との位置ずれ量がゼロになるよう
にマスクステージ８０を移動させる（ステップＳ１６
Ｅ、Ｓ１６Ｆ、Ｓ１６Ｇ）。そして、ステップＳ１６Ｆ
で位置ずれ量＝０と判別されたときのマスクステージ８
０の移動位置（ｘ₂ 、ｙ ₂ ）をレーザ干渉計Ｌ_XM、Ｌ_YM
から読み取ってメモリ２０３に記憶させる（ステップＳ
１６Ｈ）。

【００７７】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 ）、（ｘ
₂ 、ｙ₂ ）からマスク３２の回転量θ_M を計算する（ス
テップＳ１６Ｉ）。

【００７８】図１０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、Ｗ
Ｐ２を測定し、その測定結果に基づいてウエハパレット
４４の回転量θ_P を計算する。

【００７９】図１２は上記ステップＳ１８の詳細を示す
フローチャートである。

【００８０】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。

【００８１】図１２のステップＳ１８Ａでは、ウエハパ
レット４４のパレットマークＷＰ２が顕微鏡撮像装置１
００の視野に入るようにウエハステージ７０を移動さ
せ、顕微鏡撮像装置１００の視野内のマスクマークＭ２
とパレットマークＷＰ２との位置ずれ量を顕微鏡撮像装
置１００から得られる画像信号を処理することによって
測定する。この測定した位置ずれ量がゼロか否かを判別
し（ステップＳ１８Ｂ）、位置ずれ量≠０の場合には、
位置ずれ量がゼロに近づく方向にウエハステージ７０を
移動させ（ステップＳ１８Ｃ）、ステップＳ１８Ａで再
びマスクマークＭ２とパレットマークＷＰ２との位置ず
れ量を測定する。そして、位置ずれ量＝０になるまでス
テップＳ１８Ａ、Ｓ１８Ｂ、Ｓ１８Ｃの処理を繰り返
す。

【００８２】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Ｌ_XM、Ｌ_YMから読み取っ
てメモリ２０３に記憶させる（ステップＳ１８Ｄ）。

【００８３】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θ_P 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１１のステップＳ１６
Ｄで既に測定されている。

【００８４】図１０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Ｌ_XM、Ｌ_YMから読み取る（ステッ
プＳ２０）。

【００８５】次に、転写位置に移動したマスク３２に対
してウエハ４０の各ダイＤを位置合わせするための各ダ
イＤの位置（ウエハステージ７０の位置（Ｘ、Ｙ）とウ
エハステージ７０の回転量θ）を計算する（ステップＳ
２２）。

【００８６】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、

【００８７】

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

【００８８】但し、転写位置のマスク３２に対してウエ
ハ４０の各ダイＤを位置合わせする必要があるため、図
４で説明したように予め測定されているパレットマーク
ＷＰ１と各ダイマークＤＭとの位置関係を示すデータと
前記式（１）で得られる位置データとに基づいて、転写
位置のマスク３２に対してウエハ４０の各ダイＤを位置
合わせするためのウエハステージ７０の位置（Ｘ、Ｙ）
を求める。

【００８９】また、マスク３２の回転量θ_M 及びウエハ
パレット４４の回転量θ_P がともにゼロの場合には、上
記のようにして求めたウエハステージ７０の位置（Ｘ、
Ｙ）を使用してウエハ４０の各ダイＤを位置合わせをす
ることができるが、マスク３２やウエハパレット４４が
回転して各ステージに取り付けられている場合には、ス
テップＳ１６で求めたマスク３２の回転量θ_M 、及びス
テップＳ１８で求めたウエハパレット４４の回転量θ_P
に基づいてウエハステージ７０を回転させる。

【００９０】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、

【００９１】

【数２】θ＝θ_M −θ_P …（２） で表すことができる。

【００９２】また、ウエハパレット４４の回転量θ_P と
上記ウエハステージ７０の回転量θによってウエハパレ
ット４４のＸＹ平面上での回転量を求めることができ
る。このウエハパレット４４のＸＹ平面上の回転量と、
ウエハステージ７０の回転中心とに基づいてウエハ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。

【００９３】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）。

【００９４】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。

【００９５】図１３は本発明に係るマスクとウエハの位
置合わせ装置の第２の実施の形態のアライメント機構系
を含む電子ビーム近接露光装置の要部縦断面図であり、
図１４は図１３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。

【００９６】第１の実施の形態では、露光領域外に固定
されている顕微鏡撮像装置１００の視野にマスクマーク
Ｍが入るようにマスク３２が移動できるようになってい
るのに対し、第２の実施の形態では、マスクステージ８
２に取り付けられたマスク３２は移動せず、顕微鏡撮像
装置１５０が顕微鏡ステージ８４によってＸ方向及びＹ
方向に移動できるようになっている。

【００９７】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
群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。

【００９８】図１５は第２の実施の形態のアライメント
機構系を使用したマスクとウエハの位置合わせ方法を含
む電子ビーム近接露光方法の動作手順を示すフローチャ
ートである。

【００９９】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）。

【０１００】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群１２０やパレットマーク結像
用レンズ群１２５を移動させる（ステップＳ１０６）。

【０１０１】次に、パレットマークＷＰ１を基準にして
マスクマークＭ１、Ｍ２を測定し、その測定結果に基づ
いてマスク３２の回転量θ_M を計算する（ステップＳ１
０８）。

【０１０２】図１６は上記ステップＳ１０８の詳細を示
すフローチャートである。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。

【０１０３】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Ｌ_XW、Ｌ_YWから読み取っ
てメモリ２０３に記憶させる（ステップＳ１０８Ｄ）。

【０１０４】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１５
０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。

【０１０５】その後、上記と同様にしてマスクマークＭ
２とパレットマークＷＰ１との位置ずれ量がゼロになる
ようにウエハステージ７０を移動させる（ステップＳ１
０８Ｆ、Ｓ１０８Ｇ、Ｓ１０８Ｈ）。そして、ステップ
Ｓ１０Ｇで位置ずれ量＝０と判別されたときのウエハス
テージ７０の移動位置（Ｘ₂ 、Ｙ₂ ）をレーザ干渉計Ｌ
_XW、Ｌ_YWから読み取ってメモリ２０３に記憶させる（ス
テップＳ１０８Ｉ）。

【０１０６】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 ）、（Ｘ
₂ 、Ｙ₂ ）からマスク３２の回転量θ_M を計算する（ス
テップＳ１０８Ｊ）。

【０１０７】図１５に戻って、ステップＳ１１０では、
マスクマークＭ２を基準にしてパレットマークＷＰ１、
ＷＰ２を測定し、その測定結果に基づいてウエハパレッ
ト４４の回転量θ_P を計算する（図１２のフローチャー
ト参照）。

【０１０８】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）。

【０１０９】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１０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（１）に示した計算は不
要である。

【０１１０】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）。

【０１１１】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。

【０１１２】以上に説明した構成は、本発明の実施の形
態の一例であるが、本発明はこれら実施の形態に限定さ
れるものではなく、各種の構成が採り得る。

【０１１３】たとえば、本実施の形態では、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。

【０１１４】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。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４
０上の少なくとも２つのダイマークＤＭの位置を測定す
る。

【０１１５】また、本実施の形態では、オートフォーカ
ス用光学系（請求項の第３の結像光学系に該当）を、ハ
ーフミラー１２８（図５参照）から分岐しているが、ハ
ーフミラー１２３とフィールドレンズ１２４との間に新
たなハーフミラーを設けて、ここから分岐してもよい。
このようにすることにより、レンズ光学系の設計の自由
度が増す。

【０１１６】

【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、前記
顕微鏡撮像装置から同時に得られる第１のマーク及び第
２のマークの画像信号に基づいて前記第１のマークと第
２のマークとの相対的な位置ずれ量を測定できるように
なっている。

【０１１７】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。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、前記顕微鏡撮像装置から同時
に得られる第１のマークと第２のマークとの画像信号に
基づいて各マーク間の相対的な位置ずれ量を測定するよ
うにしたため、顕微鏡撮像装置の基準位置の変動に影響
を受けない位置ずれ量の測定ができる。

【０１１８】そして、顕微鏡撮像装置において、第１及
び第２の結像光学系の対物レンズ群とリレーレンズ群と
を共有させることにより、装置がコンパクトになるとと
もに、部品点数を減少でき、コストダウンも図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るマスクとウエハの位置合わせ装置
の第１の実施の形態のアライメント機構系を含む電子ビ
ーム近接露光装置の要部縦断面図

【図２】図１に示した電子ビーム近接露光装置の要部上
面図

【図３】図１に示した電子ビーム近接露光装置に使用さ
れるマスクの平面図

【図４】ウエハが搭載されたウエハパレットの平面図

【図５】本発明に適用される顕微鏡撮像装置の詳細を示
す光学部品配置図

【図６】図５の顕微鏡撮像装置のパレットマーク結像用
レンズ群の詳細を示す配置図

【図７】図５の顕微鏡撮像装置のフィールドレンズの詳
細を示す配置図

【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】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】本発明に係るマスクとウエハの位置合わせ方
法を含む電子ビーム近接露光方法の動作手順を示すフロ
ーチャート

【図１１】図１０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１２】図１０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１３】本発明に係るマスクとウエハの位置合わせ装
置の第２の実施の形態のアライメント機構系を含む電子
ビーム近接露光装置の要部縦断面図

【図１４】図１３に示した電子ビーム近接露光装置の要
部上面図

【図１５】本発明に係るマスクとウエハの位置合わせ方
法を含む電子ビーム近接露光方法の他の実施の形態の動
作手順を示すフローチャート

【図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】電子ビーム近接露光装置の基本構成を示す図

【図１８】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１９】電子ビーム近接露光装置の全体構成図

【符号の説明】

１５…電子ビーム、２２、２４…主偏向器、２６、２８
…副偏向器、３２…マスク、４０…ウエハ、４４…ウエ
ハパレット、７０…ウエハステージ、８０…マスクステ
ージ、８４…顕微鏡ステージ、１００、１００’、１５
０…顕微鏡撮像装置、１１０…ランプハウス、１２０…
対物レンズ群、１２２…リレーレンズ群、１２５…パレ
ットマーク結像用レンズ群（結像レンズ群）、１２９…
マスクマーク結像用レンズ群（結像レンズ群）、１３０
…ＣＣＤ、１３２…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 (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウエハにマスクを近接配置し、該マスク
   に形成されたマスクパターンを前記ウエハ上のレジスト
   層に転写する露光装置におけるマスクとウエハの位置合
   わせ装置において、 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ととも
   に、前記第１のマークにピントを合わせることができる
   第１の結像光学系と、前記第２のマークにピントを合わ
   せることができる第２の結像光学系を有しており、 前記第１及び第２の結像光学系はそれぞれ、対物レンズ
   群と、該対物レンズ群からの光を結像させるためのリレ
   ーレンズ群と、該リレーレンズ群からの光を撮像素子に
   結像させるための結像レンズ群とを有する顕微鏡撮像装
   置であって、 前記第１及び第２の結像光学系は、前記対物レンズ群と
   リレーレンズ群とを共有することを特徴とするマスクと
   ウエハの位置合わせ装置。
2. 【請求項２】 前記顕微鏡撮像装置の前記第１及び第２
   の結像光学系は、撮像素子を共有する請求項１に記載の
   マスクとウエハの位置合わせ装置。
3. 【請求項３】 前記顕微鏡撮像装置は、更に前記第１及
   び第２の結像光学系より低倍率の第３の結像光学系であ
   って、対物レンズ群と、該対物レンズ群からの光を結像
   させるためのリレーレンズ群と、該リレーレンズ群から
   の光を撮像素子に結像させるための結像レンズ群とを有
   する光学系を有しており、 前記第１、第２及び第３の結像光学系は、前記対物レン
   ズ群とリレーレンズ群とを共有する請求項１又は２のい
   ずれか１項に記載のマスクとウエハの位置合わせ装置。
4. 【請求項４】 前記第１の結像光学系及び第２の結像光
   学系のうちのいずれかの結像レンズ群がズームレンズ群
   とされ、これにより対物レンズ群の前側焦点位置が可変
   となっている請求項１、２又は３のいずれか１項に記載
   のマスクとウエハの位置合わせ装置。
5. 【請求項５】 前記ズームレンズ群とされた結像レンズ
   群は、２群のレンズ群から構成され、このうちの１群の
   レンズ群が光軸方向に移動可能となっており、前側の１
   群のレンズ群による光束が平行光束となる請求項４に記
   載のマスクとウエハの位置合わせ装置。
6. 【請求項６】 前記リレーレンズ群の後側結像位置にフ
   ィールドレンズが配されている請求項１、２、３、４又
   は５のいずれか１項に記載のマスクとウエハの位置合わ
   せ装置。
7. 【請求項７】 請求項３〜６のいずれか１項に記載の第
   ３の結像光学系を使用してマスクの粗い位置合わせを行
   い、 次いで、前記第１の結像光学系により前記第１のマーク
   にピントを合わせるとともに、前記第２の結像光学系に
   より前記第２のマークにピントを合わせることを特徴と
   するマスクとウエハの位置合わせ方法。