JP2004356155A - Method for aligning mask and wafer - Google Patents

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JP2004356155A
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朗 樋口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize alignment of a mask and a wafer with high accuracy. <P>SOLUTION: The method for aligning a mask and a wafer comprises a step for imaging a first mark put on any one of a wafer or a pallet for mounting a mask or the wafer and a second mark put on the other, a step for measuring relative positional shift of the first and second marks based on the image signals of the first and second marks thus imaged, and a step for aligning the mask and the wafer relatively based on the positional shift thus measured. The first mark consists of first and second X marks for detecting the position in the X direction, and a first Y mark for detecting the position in the Y direction wherein the first and second X marks are provided oppositely while being spaced apart by a specified distance in the Y direction. The second mark consists of third X mark for detecting the position in the X direction, and a second Y mark for detecting the position in the Y direction. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

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1参照。)。
【0003】
図16は上記電子ビーム近接露光装置の基本構成を示す図である。この電子ビーム近接露光装置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17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18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。
【0007】
なお、図18上で、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80が設けられ、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。
【0008】
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。
【0009】
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(特許文献2参照。)。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
また、この斜方検出法を更に改善した方法として、後述するマスクとウエハの位置合わせ方法及び装置が本出願人によりなされている(特許文献3参照)。この方法において、マスクに設けられた位置合わせ用のマークと、ウエハが搭載されるパレット又はウエハに設けられた位置合わせ用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が提案されており、また、図19に示されるようなマークが提案されている。
【0013】
同図は、顕微鏡撮像装置の視野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とから構成されている。
【0014】
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。
【0015】
【特許文献1】
米国特許第5,831,272 号(日本特許第2951947 号に対応)
【0016】
【特許文献2】
特開平11−243048号公報
【0017】
【特許文献3】
特開2003−37036号公報
【0018】
【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。
【0019】
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を提供することを目的とする。
【0020】
【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、前記マスク又は前記ウエハが搭載されるパレット若しくは前記ウエハの一方に設けられた位置合わせ用の第1のマークと、前記マスク又は前記パレット若しくは前記ウエハの他方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のマーク及び前記第2のマークの画像信号に基づいて前記第1のマークと前記第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前記ウエハとを相対的に位置合わせするステップとを含み、前記第1のマークは、X方向の位置を検出するための第1のXマーク及び第2のXマークと、Y方向の位置を検出するための第1のYマークとからなり、前記第1のXマーク及び第2のXマークは、いずれも長手方向がY方向を向きかつX方向に平行に配される複数本の線パターンであり、かつ、前記第1のXマーク及び第2のX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1のYマークは、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本の線パターンであり、前記第2のマークは、X方向の位置を検出するための第3のXマークと、Y方向の位置を検出するための第2のYマークとからなり、前記第3のXマークは、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本の線パターンであり、前記第2のYマークは、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本の線パターンであることを特徴としている。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
更に、第1のマークは、X方向の位置を検出するための第1のXマーク及び第2のXマークとよりなり、かつ、第1のXマーク及び第2のX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。したがって、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に有効に対処でき、マスクとウエハとの高精度の位置合わせが実現できる。
【0024】
なお、X方向及びY方向とは、一般的に観念されているように、水平の直交2軸方向を指す。したがって、本明細書の各平面図において、特にことわりのない場合には、X方向は紙面の左右方向を、Y方向は紙面の上下方向を示す。
【0025】
本願請求項2に示されるように、前記撮像素子を有する顕微鏡撮像装置の視野内に前記第1のマーク及び前記第2のマークが入っているときに、前記第3のXマークが前記第1のXマーク及び前記第2のXマークと対向する位置に配置され、前記第2のYマークが前記第1のY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。
【0026】
すなわち、このような構成を採ることにより、第1のマークと第2のマークとのX方向及びY方向の高精度の位置合わせが可能となる。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
本願請求項4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1のマーク又は第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。
【0030】
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(又は第1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(又は第1のマーク)の撮像はより確実に行える。
【0031】
本願請求項5に示されるように、前記第1のマークと前記第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し、該算出結果より前記水平方向傾き角度がゼロになるように撮像された画像データを座標変換し、次いで前記第1のマークと前記第2のマークとの相対的な位置ずれ量を測定することを特徴としている。
【0032】
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。測定の際に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、回転量がゼロになるように撮像された画像データを座標変換できる。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。
【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の位置合わせ方法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の位置合わせ方法の第1の実施の形態に使用される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16乃至図18に示したものと同様のため、その詳細な説明は省略する。
【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1及び図2上で102は電子光学鏡筒である。
【0036】
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8参照)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18に示したウエハステージ70の電磁チャック60上に搭載され固定される。なお、図18は、ウエハパレット44を使用せずに、ウエハ40が直接電磁チャック60上に搭載されている場合に関して示している。
【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(第2のマーク)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(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LXW、LYW(図8参照)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とダイマークDM1若しくはDM2又はパレットマークWP1若しくはWP2とを同時に観察し、及び、マスク32のマスクマークM2とダイマークDM2又はパレットマーク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。
【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。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又はパレットマーク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。
【0045】
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、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。
【0046】
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。
【0047】
また、対物レンズ120及びダイ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、ダイマーク結像用対物レンズ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WPがCCD131に結像するようにピント調整が行われる。
【0048】
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。
【0049】
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対物レンズ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。
【0050】
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及びダイ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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
図6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、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、ダイ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。
【0056】
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。
【0057】
図7は顕微鏡撮像装置100、100’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XマークMX1及び第2のXマークMX2と、マスクのY方向の位置を検出するための第1のYマークMとからなる。
【0058】
このうち、第1のXマークMX1及び第2のXマークMX2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XマークMX1及び第2のXマークMX2はY方向に所定距離離れて対向して設けられている。第1のYマークM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1のYマークMのX方向の配置位置は、第1のXマークMX1及び第2のXマークMX2の右方であり、Y方向の配置位置は、第1のXマークMX1及び第2のXマークMX2の中間位置である。
【0059】
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3のXマークであるダイマークDMと、ウエハのY方向の位置を検出するための第2のYマークであるダイマークDMとからなる。このうち、ダイマークDM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。
【0060】
これらのダイマークDM及びダイマークDMは、顕微鏡撮像装置100、100’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XマークMX1及び第2のXマークMX2と対向する位置にダイマークDMが配され、第1のYマークMと対向する位置にダイマークDMが配されるような位置に設けられる。
【0061】
すなわち、図7において、ダイマークDMは、第1のXマークMX1及び第2のXマークMX2とのY方向の中間に配されており、ダイマークDMはダイマークDMをX方向の中間に挟んで第1のYマークMと対向する位置に配されている。
【0062】
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又はパレットマークWP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。
【0063】
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XマークMX1及び第2のXマークMX2の中心位置とマスクマークM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の中心位置とダイマークDM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、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80を移動させ、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。
【0065】
なお、図7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100、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が示す位置及びダイマークDMが示す位置は、顕微鏡撮像装置100、100’の撮影倍率が変動しても変化量が極めて少ない。
【0066】
次に、マスクマークM、ダイマークDM又はパレットマークWPと顕微鏡撮像装置100、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。
【0067】
図19及び図20は、従来例におけるマスクとウエハとの位置ずれ量を検出する方法を説明する図である。なお、既述の図19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。
【0068】
図20において、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Mの中心線CMXと、Y方向中央のマスクマークM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ためには、本発明で提案された第1のXマーク(図7におけるMX1)と第2のXマーク(図7におけるMX2)との組み合わせが有効である。すなわち、第1のXマークMX1と第2のXマークMX2とが離れて設けられていることにより、これらのマークの中心線が容易に求まる。これにより、これらのマークの中心線と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あっても、この傾き角度を容易に解消できる。
【0070】
図8は電子ビーム近接露光装置の制御部の実施の形態を示すブロック図である。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及び顕微鏡撮像装置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。
【0071】
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。
【0072】
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。
【0073】
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。
【0074】
主DAC/AMP208は、入力したデジタル信号をアナログ信号に変換したのち増幅し、これを図16に示される主偏向器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17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16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。
【0075】
図9は本発明に係るマスクとウエハの位置合わせ方法を含む電子ビーム近接露光方法の動作手順を示すフローチャートである。
【0076】
先ず、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、ダイマークDM1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)。
【0077】
顕微鏡撮像装置100は、視野内のマスクマークM1及びダイマークDM1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やダイマーク結像用対物レンズ125を移動させる(ステップS14)。
【0078】
続いて、ダイマークDM1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を計算する(ステップS16)。
【0079】
図10は上記ステップS16の詳細を示すフローチャートである。同図に示されるように顕微鏡撮像装置100の視野内のダイマークDM1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で再びダイマークDM1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。
【0080】
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(x、y)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(X、Y)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)。
【0081】
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、上記と同様にしてダイマークDM1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(x、y)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)。
【0082】
上記のようにして測定されたマスクマークM1、M2がそれぞれダイマークDM1と一致したときのマスクステージ80の位置(x、y)、(x、y)からマスク32の回転量θを計算する(ステップS16I)。
【0083】
図9に戻って、ステップS18では、マスクマークM2を基準にしてダイマークDM1、DM2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を計算する。
【0084】
図11は上記ステップS18の詳細を示すフローチャートである。
【0085】
前記ステップS16の処理が終了した時点では、ダイマークDM1とマスクマークM2とが一致している状態にあり、また、このときのウエハステージ70の位置(X、Y)及びマスクステージ80の位置(x、y)は測定済みである。
【0086】
図11のステップS18Aでは、ウエハパレット44のダイマークDM2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とダイマークDM2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とダイマークDM2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。
【0087】
ステップS18Bで位置ずれ量=0と判別されると、そのときのウエハステージ70の移動位置(X、X)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)。
【0088】
上記のようにして測定されたダイマークDM1、DM2がそれぞれマスクマークM2と一致したときのウエハステージ70の位置(X、Y)、(X、Y)からウエハパレット44の回転量θを計算する(ステップS18E)。なお、ウエハステージ70の位置(X、Y)は、図10のステップS16Dで既に測定されている。
【0089】
図9に戻って、ステップS20では、マスクステージ80を駆動してマスク32を転写位置に移動させ、そのときのマスクステージ80の位置(x、y)をレーザ干渉計LXM、LYMから読み取る(ステップS20)。
【0090】
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)。
【0091】
たとえば、転写位置のマスク32のマスクマークM1に、ダイマークDM1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、
【0092】
【数1】
X=X+(x−x
Y=Y+(y−y) …(1)
で表すことができる。
【0093】
ただし、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ダイマークDM1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。
【0094】
また、マスク32の回転量θ及びウエハパレット44の回転量θ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、及びステップS18で求めたウエハパレット44の回転量θに基づいてウエハステージ70を回転させる。
【0095】
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、
【0096】
【数2】
θ=θ−θ …(2)
で表すことができる。
【0097】
また、ウエハパレット44の回転量θ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。
【0098】
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)。
【0099】
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。
【0100】
図12は本発明に係るマスクとウエハの位置合わせ装置の第2の実施の形態のアライメント機構系を含む電子ビーム近接露光装置の要部縦断面図であり、図13は図12に示した電子ビーム近接露光装置の要部上面図である。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。
【0101】
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。
【0102】
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。
【0103】
図14は第2の実施の形態のアライメント機構系を使用したマスクとウエハの位置合わせ方法を含む電子ビーム近接露光方法の動作手順を示すフローチャートである。
【0104】
先ず、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、ダイマークDM1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)。
【0105】
顕微鏡撮像装置150は、視野内のマスクマークM1及びダイマークDM1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)。
【0106】
次に、ダイマークDM1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を計算する(ステップS108)。
【0107】
図15は上記ステップS108の詳細を示すフローチャートである。
【0108】
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とダイマークDM1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とダイマークDM1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。
【0109】
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(X、Y)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)。
【0110】
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。
【0111】
その後、上記と同様にしてマスクマークM2とダイマークDM1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(X、Y)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)。
【0112】
上記のようにして測定されたマスクマークM1、M2がそれぞれダイマークDM1と一致したときのウエハステージ70の位置(X、Y)、(X、Y)からマスク32の回転量θを計算する(ステップS108J)。
【0113】
図14に戻って、ステップS110では、マスクマークM2を基準にしてダイマークDM1、DM2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を計算する(図11のフローチャート参照)。
【0114】
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)。
【0115】
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9のステップS22と同様に計算することができるが、第2の実施の形態のアライメント機構系では、マスク32を移動させないため、式(1)に示した計算は不要である。
【0116】
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)。
【0117】
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。
【0118】
以上、本発明に係るマスクとウエハとの位置合わせ方法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。
【0119】
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。
【0120】
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。
【0121】
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。
【0122】
【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。
【0123】
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。
【0124】
更に、第1のマークは、X方向の位置を検出するための第1のXマーク及び第2のXマークとよりなり、かつ、第1のXマーク及び第2のX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。したがって、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に有効に対処でき、マスクとウエハとの高精度の位置合わせが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るマスクとウエハとの位置合わせ方法の第1の実施の形態に使用される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8】電子ビーム近接露光装置の制御部の実施の形態を示すブロック図
【図9】本発明に係るマスクとウエハ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10】図9に示したフローチャート中の一部の詳細な処理手順を示すフローチャート
【図11】図9に示したフローチャート中の他の一部の詳細な処理手順を示すフローチャート
【図12】本発明に係るマスクとウエハの位置合わせ方法の第2の実施の形態に使用されるアライメント機構系を含む電子ビーム近接露光装置の要部縦断面図
【図13】図12に示した電子ビーム近接露光装置の要部上面図
【図14】本発明に係るマスクとウエハの位置合わせ方法を含む電子ビーム近接露光方法の他の実施の形態の動作手順を示すフローチャート
【図15】図14に示したフローチャート中の一部の詳細な処理手順を示すフローチャート
【図16】電子ビーム近接露光装置の基本構成を示す図
【図17】電子ビームによるマスクの走査を説明するために用いた図
【図18】電子ビーム近接露光装置の全体構成図
【図19】従来例における、マスクマークとパレットマークによってマスクとウエハ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20】従来例における、マスクマークとパレットマークによってマスクとウエハ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
【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、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…ダイ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…マスクマーク、WP…パレットマーク、D…ダイ、DM…ダイマーク
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of aligning a mask with a wafer, and more particularly, to a method of aligning a mask with a wafer in an exposure apparatus that transfers a mask pattern of a mask arranged in close proximity to a semiconductor wafer onto a resist layer on the wafer at an equal magnification.
[0002]
[Prior art]
As a conventional exposure apparatus of this type, an electron beam proximity exposure apparatus has been proposed (see Patent Document 1).
[0003]
FIG. 16 is a diagram showing a basic configuration of the electron beam proximity exposure apparatus. The electron beam proximity exposure apparatus 10 mainly includes an electron beam source 14 for generating an electron beam 15, an electron gun 12 including a lens 16 and a shaping aperture 18 for converting the electron beam 15 into a parallel beam, a main deflector 22, 24, The scanning unit 20 includes deflectors 26 and 28 and scans the electron beam in parallel with the optical axis, and the mask 30.
[0004]
The mask 30 is arranged so as to be close to the wafer 40 on the surface of which the resist layer 42 is formed (so that the gap between the mask 30 and the wafer 40 is, for example, 50 μm). When the mask 30 is irradiated with an electron beam in this state, the electron beam passing through the mask pattern of the mask 30 is irradiated on the resist layer 42 on the wafer 40.
[0005]
The scanning unit 20 controls the deflection of the electron beam so that the electron beam 15 scans the entire surface of the mask 30 as shown in FIG. Thus, the mask pattern of the mask 30 is transferred to the resist layer 42 on the wafer 40 at the same magnification.
[0006]
The electron beam proximity exposure apparatus 10 is provided in a vacuum chamber 50 as shown in FIG. In the vacuum chamber 50, an electrostatic chuck 60 for sucking the wafer 40 and the wafer 40 sucked by the electrostatic chuck 60 are moved in two horizontal orthogonal directions (X direction and Y direction). In addition, a wafer stage 70 for rotating in a horizontal plane is provided. The wafer stage 70 moves the wafer 40 by a predetermined amount every time the equal-size transfer of the mask pattern is completed, so that a plurality of mask patterns can be transferred to one wafer 40.
[0007]
In FIG. 18, a mask stage 80 capable of moving the mask 30 in the X direction and the Y direction is provided, and conduction pins 81 pressed against the upper surface of the wafer 40 are provided in order to establish conduction of the wafer 40. Provided.
[0008]
Incidentally, the wafer is exposed a plurality of times using a plurality of masks having different mask patterns, thereby forming an integrated circuit. When exposing each mask pattern, it is necessary to relatively align the mask and the wafer such that the mask pattern to be exposed has a predetermined positional relationship with the already exposed mask pattern.
[0009]
On the other hand, as a conventional method of aligning a mask and a wafer, an oblique detection method is known (see Patent Document 2).
[0010]
In the oblique detection method, an optical system is arranged so that a photographing optical axis is oblique to a mask surface arranged close to a wafer, and a wafer mark for alignment provided on the wafer and a mask provided on the mask are provided. A mask mark for alignment is simultaneously imaged, a positional shift between the marks is detected from the captured image, and the mask and the wafer are aligned so that the positional shift becomes zero.
[0011]
This oblique detection method has an advantage that the microscope imaging device can be arranged so as not to block the exposure, and it is not necessary to retract the optical system during the exposure, and each mark can be imaged even during the exposure.
[0012]
Further, as a method of further improving the oblique detection method, a method and an apparatus for aligning a mask and a wafer described later have been made by the present applicant (see Patent Document 3). In this method, the alignment mark provided on the mask and the alignment mark provided on the pallet or wafer on which the wafer is mounted are simultaneously imaged from a direction orthogonal to the surface on which each mark is provided. A microscope imaging device has been proposed, and a mark as shown in FIG. 19 has been proposed.
[0013]
The figure shows a case where a mask mark M and a pallet mark WP are put in a visual field V of a microscope imaging device. The mask mark M is composed of 5 × 2 openings for detecting the position of the mask in the X direction. X And a mask mark M composed of 5 × 2 openings for detecting the position of the mask in the Y direction Y The pallet mark WP is composed of five convex portions (or concave portions) for detecting the position of the wafer pallet in the X direction. X And a pallet mark WP composed of five convex portions (or concave portions) for detecting the position of the wafer pallet in the Y direction. Y It is composed of
[0014]
Further, an L-shaped opening 33 for observing the pallet mark WP located below the mask 32 is formed in the mask 32.
[0015]
[Patent Document 1]
US Patent No. 5,831,272 (corresponding to Japanese Patent No. 2951947)
[0016]
[Patent Document 2]
JP-A-11-243048
[0017]
[Patent Document 3]
JP-A-2003-37036
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
However, even with the above-described conventional alignment method, the alignment accuracy is limited, and further improvement in the accuracy is expected. That is, the CCD as an image sensor has, for example, one pitch of 6 μm, and cannot detect a wafer or a mask of 60 nm or less even if it is enlarged 100 times in a microscope image pickup device. In addition, there is a problem that a rotation error occurs if the alignment mark and the measurement line direction of the CCD as the image sensor are not perfectly parallel, and an error occurs in the alignment accuracy depending on the focus state of the microscope imaging device. It has also been confirmed.
[0019]
The present invention has been made in view of such circumstances, and a position of a mask and a wafer can be realized with a single microscope imaging device with higher accuracy than a conventional one. The purpose is to provide a matching method.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 of the present application provides a mask and a wafer in an exposure apparatus that disposes a mask on a wafer and transfers a mask pattern formed on the mask to a resist layer on the wafer. In the alignment method, a first mark for alignment provided on one of the pallet or the wafer on which the mask or the wafer is mounted and a position provided on the other of the mask or the pallet or the wafer Imaging a second mark for alignment by an image sensor; and determining a position of the first mark and the second mark based on an image signal of the captured first mark and the second mark. Measuring a relative displacement amount; and relatively positioning the mask and the wafer based on the measured displacement amount. And wherein the first mark comprises a first X mark and a second X mark for detecting a position in the X direction, and a first Y mark for detecting a position in the Y direction. Wherein each of the first X mark and the second X mark is a plurality of line patterns whose longitudinal direction is oriented in the Y direction and parallel to the X direction, and the first X mark And the second X mark are provided facing each other at a predetermined distance in the Y direction, and the first Y mark is a plurality of line patterns whose longitudinal directions are oriented in the X direction and arranged in parallel with the Y direction. The second mark includes a third X mark for detecting a position in the X direction and a second Y mark for detecting a position in the Y direction, and the third X mark is , A plurality of line patterns whose longitudinal direction is oriented in the Y direction and arranged in parallel with the X direction , And the second Y mark is characterized in that a plurality of line patterns in the longitudinal direction is disposed in parallel with the direction and Y direction in the X direction.
[0021]
That is, the microscope imaging apparatus can simultaneously capture images of the respective marks from a direction orthogonal to the surface on which the first mark and the second mark are provided, and obtain an image signal in which each mark is focused. be able to. Then, based on the image signals of the first mark and the second mark simultaneously obtained from the microscope image pickup device, the relative displacement between the first mark and the second mark is measured. That is, by taking an image of each mark from a direction orthogonal to the surface on which each mark is provided, measuring the two-dimensional displacement amount between the first mark and the second mark by one microscope imaging device. Can be.
[0022]
Further, the positions of the first mark and the second mark are not measured with reference to a reference position (for example, a cross mark of the microscope) of the microscope imaging device, and the first mark and the first mark simultaneously obtained from the microscope imaging device are not measured. Since the relative displacement between the marks is measured based on the image signal with the second mark, the displacement can be measured without being affected by the fluctuation of the reference position of the microscope imaging device.
[0023]
Further, the first mark includes a first X mark and a second X mark for detecting a position in the X direction, and the first X mark and the second X mark are predetermined in the Y direction. They are provided facing each other at a distance. Therefore, it is possible to effectively cope with the problem that a rotation error occurs unless the alignment mark and the measurement line direction of the CCD as the image sensor are completely positioned in parallel, and highly accurate alignment between the mask and the wafer can be realized. .
[0024]
Note that the X direction and the Y direction refer to a horizontal orthogonal two-axis direction as generally considered. Therefore, in each of the plan views in this specification, unless otherwise specified, the X direction indicates the left-right direction of the paper surface, and the Y direction indicates the up-down direction of the paper surface.
[0025]
As shown in claim 2 of the present application, when the first mark and the second mark are in the field of view of the microscope imaging device having the imaging element, the third X mark is the first X mark. And the second Y mark is arranged at a position opposed to the first Y mark.
[0026]
That is, by adopting such a configuration, the first mark and the second mark can be aligned with high accuracy in the X direction and the Y direction.
[0027]
As described in claim 3 of the present application, in the step of imaging the first mark and the second mark with an image sensor, the first mark and the second mark can be respectively focused. It is characterized in that images are taken almost simultaneously by a microscope image pickup device having a set of image forming optical systems.
[0028]
That is, since the first mark and the second mark are imaged at the same time, there is no occurrence of inaccuracy caused by the movement of the microscope imaging device or the like and inaccuracies over time (thermal expansion / shrinkage of the wafer or mask). .
[0029]
As described in claim 4 of the present application, the mask is characterized in that an opening for imaging a first mark or a second mark provided on the pallet or the wafer is formed.
[0030]
That is, if the mask has a small thickness, the second mark (or the first mark) can be imaged through the mask, but if the mask has an opening, the second mark (or the first mark) can be formed. The mark) can be more reliably imaged.
[0031]
As shown in claim 5 of the present application, in the step of measuring a relative displacement amount between the first mark and the second mark, the first mark and / or the second A horizontal tilt angle between a mark and the image sensor is calculated, and image data captured so that the horizontal tilt angle becomes zero is converted from the calculation result, and then the first mark and the second mark are converted. Is characterized by measuring a relative positional shift amount with respect to the mark of (1).
[0032]
In other words, if there is an error in the horizontal tilt angle (the amount of rotation) between the first mark or the second mark and the image sensor, the measurement error of the relative displacement amount between the first mark and the second mark is made. Will occur. If the amount of rotation between the mark and the image sensor is obtained at the time of measurement, the coordinate of image data captured so that the amount of rotation becomes zero can be converted. Thereby, the measurement error of the relative displacement between the first mark and the second mark can be minimized.
[0033]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a preferred embodiment of a method for aligning a mask and a wafer according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0034]
FIG. 1 is a vertical sectional view of a main part of an electron beam proximity exposure apparatus including an alignment mechanism system used in a first embodiment of a method for aligning a mask and a wafer according to the present invention, and FIG. It is a principal part top view of the shown electron beam proximity exposure apparatus. The main configuration of the electron beam proximity exposure apparatus is the same as that shown in FIGS. 16 to 18, and a detailed description thereof will be omitted.
[0035]
As shown in FIGS. 1 and 2, in this electron beam proximity exposure apparatus, one alignment unit (microscope imaging apparatus) 100 is fixed to a frame 52 in a vacuum chamber 50. The microscope imaging apparatus 100 is fixed outside an exposure area that does not interfere with transfer by the electron beam proximity exposure apparatus. In FIGS. 1 and 2, reference numeral 102 denotes an electron optical column.
[0036]
The lamp house 110 constituting the illumination means of the microscope imaging apparatus 100 is disposed outside the vacuum chamber 50, and the illumination light emitted from the lamp house 110 includes an optical fiber 111, an illumination optical system 112, and a vacuum. The light is guided into the microscope imaging device 100 through a window 54 provided on a top plate of the chamber 50.
[0037]
The mask stage 80 to which the mask 32 is attached can move in the X direction and the Y direction.
[0038]
FIG. 3 is a plan view of the mask 32. The mask 32 is an 8-inch mask, on which four types of mask patterns P1 to P4 are formed. In addition, mask marks M (first marks) for alignment are formed at left and right positions of each mask pattern, and each mask pattern and the mask mark M are formed in a fixed relationship. In FIG. 3, M1 and M2 indicate mask marks formed at left and right positions of the mask pattern P1.
[0039]
When observing the mask mark M1 with the microscope imaging device 100, the mask stage 80 is moved so that the mask mark M1 enters the visual field V of the microscope imaging device 100. The position (x, y) of the mask stage 80 is determined by the laser interferometer L XM , L YM (See FIG. 8).
[0040]
On the other hand, the wafer 40 is attracted and fixed on the wafer pallet 44 by an electromagnetic chuck (not shown) as shown in FIG. The wafer pallet 44 is mounted and fixed on the electromagnetic chuck 60 of the wafer stage 70 shown in FIG. FIG. 18 shows a case where the wafer 40 is directly mounted on the electromagnetic chuck 60 without using the wafer pallet 44.
[0041]
The wafer pallet 44 is provided with pallet marks WP1, WP2 (second marks) as shown in FIG. These pallet marks WP1, WP2 are formed at positions flush with the upper surface of the wafer 40.
[0042]
Further, a plurality of dies D are formed on the wafer 40 by transferring various mask patterns, and a die mark DM (second mark) for positioning these dies D is formed on the wafer 40. I have. Note that the positional relationship between the pallet marks WP1 and WP2 and each of the die marks DM is separately measured after the wafer 40 is mounted on the wafer pallet 44 and stored as data. Therefore, if the positions of the pallet marks WP1 and WP2 on the wafer stage 70 can be detected, the positions of the respective die marks DM can be calculated from the positional relationship between the pallet marks WP1 and WP2 and the respective die marks DM. The position (X, Y) of wafer stage 70 is determined by laser interferometer L XW , L YW (See FIG. 8).
[0043]
The microscope imaging apparatus 100 shown in FIGS. 1 and 2 simultaneously observes the mask mark M1 or M2 of the mask 32 and the die mark DM1 or DM2 or the pallet mark WP1 or WP2, and furthermore, the mask mark M2 of the mask 32 and the die mark DM2. Alternatively, the pallet mark WP2 and the pallet mark WP2 are observed at the same time, and the amount of displacement between the marks is measured. ) Have two sets of imaging optical systems that can simultaneously focus on different marks.
[0044]
FIG. 5 is an optical component arrangement diagram showing details of the microscope imaging apparatus 100. As shown in the figure, the imaging optical system of the microscope imaging apparatus 100 is divided into three optical paths with the objective lens 120 in common. That is, the microscope imaging apparatus 100 includes a mask mark imaging optical system that forms an image of the mask mark M on the solid-state imaging device (CCD) 130, a die mark imaging optical system that forms the die mark DM or the pallet mark WP on the CCD 131, An auto-focusing optical system for forming an image of the mask mark M on the CCD 132.
[0045]
The mask mark imaging optical system includes an objective lens 120, half mirrors 121 and 122, and a mask mark imaging objective lens 123, and the die mark imaging optical system includes an objective lens 120, half mirrors 121, 122, and 124. The auto-focusing optical system includes an objective lens 120, half mirrors 121, 122, and 124, and a focusing lens 126.
[0046]
Further, the microscope imaging apparatus 100 includes an illumination optical system including an objective lens 120, a half mirror 121, a total reflection mirror 127, a lens 128, an optical system 112, and an optical fiber 111, and illumination light via the illumination optical system. And a lamp house 110 that emits light. The optical system 112 in the illumination optical system includes an NA variable stop 112A, a lens 112B, and a field-of-view variable stop 112C.
[0047]
Further, the objective lens 120 and the die mark imaging objective lens 125 can be moved by a small amount in the optical axis direction, and the mask mark M is formed on the CCD 130 by moving the objective lens 120 by, for example, a piezo element. The focus adjustment is performed so that the die mark DM or the pallet mark WP forms an image on the CCD 131 by moving the die mark imaging objective lens 125.
[0048]
That is, the position of the objective lens 120 is automatically controlled so that the contrast of the output signal of the CCD 132 that captures the mask mark M via the autofocus optical system is maximized. Here, the optical system for autofocus and the optical system for imaging a mask mark are adjusted in advance so that when the mask mark M is formed on the CCD 132, the image is formed also on the CCD. Therefore, by moving the objective lens 120 such that the mask mark M forms an image on the CCD 132, the mask mark M can be formed on the CCD 130. Note that the autofocus optical system has a lower photographing magnification than the mask mark imaging optical system so that focus adjustment can be easily performed.
[0049]
In the CCD 131, the position of the die mark imaging objective lens 125 is adjusted so that the wafer 40 (palette) arranged, for example, 50 μm below the mask 32 forms an image. In order to form an image of the die mark DM or the pallet mark WP even when the gap is changed, the die mark imaging objective lens 125 can be moved by a small amount in the optical axis direction by, for example, an ultrasonic motor or the like.
[0050]
In this embodiment, the objective lens 120 and the die mark imaging objective lens 125 can be moved in the optical axis direction for focus adjustment. However, the present invention is not limited to this. If at least two of the imaging objective lens 123 and the die mark imaging objective lens 125 are configured to be movable in the optical axis direction, the mask mark M and the dimark DM or the pallet mark WP can be respectively focused. .
[0051]
In addition, the microscope imaging apparatus 100 is configured such that a phase difference plate (not shown) can be attached to and detached from the pupil position, and has a function as a phase difference microscope. Further, the illumination unit applied to the microscope imaging apparatus 100 is configured to be manually switched to epi-illumination or critical illumination.
[0052]
Further, in this embodiment, two CCDs (CCDs 130, 131) for forming an image of the mask mark M and the die mark DM or the pallet mark WP are provided, but the optical paths of the two sets of image forming optical systems are provided. May be merged via a mirror or a half mirror to form an image of the mask mark M and the die mark DM or the pallet mark WP on one CCD.
[0053]
FIG. 6 is an optical component arrangement diagram of the microscope imaging apparatus 100 'for forming an image of the mask mark M and the die mark DM or the pallet mark WP on one CCD. The same parts as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[0054]
As shown in FIG. 6, the optical system for imaging a mask mark of the microscope imaging apparatus 100 ′ includes an objective lens 120, half mirrors 140 and 141, a reflection mirror 143, an objective lens 123 for forming a mask mark, and a half mirror 144. And the optical system for imaging the dimark includes the objective lens 120, the half mirrors 140 and 141, the objective lens 125 for forming the dimark, the half mirrors 142 and 144. The optical system for auto-focusing includes an objective lens 120, half mirrors 140 and 141, an objective lens 125 for forming a dimark, a half mirror 142, and a focusing lens 126.
[0055]
The mask mark imaging optical system and the die mark imaging optical system configured as described above can simultaneously form the mask mark M and the die mark DM or the pallet mark WP on the same alignment CCD 145.
[0056]
Next, a method for detecting the amount of displacement between the mask mark M and the die mark DM or the pallet mark WP will be described.
[0057]
FIG. 7 shows a case where a mask mark M and a die mark DM are placed in the visual field V of the microscope imaging apparatuses 100 and 100 ′. The mask marks M are first X marks M arranged at two positions for detecting the position of the mask in the X direction. X1 And the second X mark M X2 And a first Y mark M for detecting the position of the mask in the Y direction. Y Consists of
[0058]
Among them, the first X mark M X1 And the second X mark M X2 Are formed of five parallel line pattern openings all oriented in the Y direction, and the first X mark M X1 And the second X mark M X2 Are provided facing each other at a predetermined distance in the Y direction. First Y mark M Y Are composed of five parallel line pattern openings oriented in the X direction. First Y mark M Y Of the first X mark M X1 And the second X mark M X2 , And the arrangement position in the Y direction is the first X mark M X1 And the second X mark M X2 Is an intermediate position.
[0059]
The die mark DM is a third X mark for detecting the position of the wafer in the X direction. X And a die mark DM as a second Y mark for detecting the position of the wafer in the Y direction. Y Consists of Of these, Daimark DM X Is composed of five parallel line pattern convex portions (or concave portions) oriented in the Y direction. Y Is composed of five parallel line pattern convex portions (or concave portions) oriented in the X direction.
[0060]
These Diemark DM X And Diemark DM Y Is the first X mark M when the mask mark M and the dimark DM are in the visual field V of the microscope imaging devices 100 and 100 '. X1 And the second X mark M X2 Diemark DM at a position opposite to X And the first Y mark M Y Diemark DM at a position opposite to Y Is provided at a position where is disposed.
[0061]
That is, in FIG. X Is the first X mark M X1 And the second X mark M X2 And the die mark DM Y Is Diemark DM X With the first Y mark M sandwiched in the middle of the X direction. Y Is arranged at a position opposed to.
[0062]
Further, the mask 32 has a rectangular opening 33 for observing the die mark DM or the pallet mark WP located below the mask 32. With this opening 33, the image due to the scattered light at the die mark DM is captured without being attenuated by the mask 32, so that the contrast between the image of the die mark DM and the background does not decrease.
[0063]
In order to determine the amount of displacement between the mask mark M and the die mark DM, an image signal obtained from the CCD 130 on which the mask mark M is formed is subjected to signal processing, and the first X mark M X1 And the second X mark M X2 Center position and mask mark M Y Find the center position of each. Similarly, the image signal obtained from the CCD 131 on which the dimark DM is formed is signal-processed, X Center position and die mark DM Y Find the center position of each.
[0064]
Based on the difference between the pixel position on the CCD 130 indicating the center position of the mask mark M obtained as described above and the pixel position on the CCD 131 indicating the center position of the die mark DM, the mask mark M and the dimark DM are determined. Is measured. Then, the wafer stage 70 or the mask stage 80 is moved so that the measured positional shift amount becomes zero, and the position indicated by the mask mark M and the position indicated by the die mark DM match.
[0065]
FIG. 7 shows a case where the position indicated by the mask mark M and the position indicated by the die mark DM match. When the objective lens 120 of each of the microscope imaging devices 100 and 100 ′ moves by a small amount, the imaging magnification changes. However, the position indicated by the mask mark M and the position indicated by the die mark DM having the shape shown in FIG. Even if the photographing magnification of 100 or 100 'fluctuates, the amount of change is extremely small.
[0066]
Next, a description will be given of the principle of generating a rotation error if the mask mark M, the die mark DM or the pallet mark WP and the measurement line of the CCD of the microscope imaging device 100, 100 'are not perfectly parallel, and the means for correcting this error. I do.
[0067]
FIG. 19 and FIG. 20 are views for explaining a method of detecting a positional shift amount between a mask and a wafer in a conventional example. Note that FIG. 19 described above shows a case where the position indicated by the mask mark M matches the position indicated by the pallet mark WP.
[0068]
In FIG. 20, the center position by the mask mark M is the mask mark M at the center in the X direction. X Center line CMX and the mask mark M at the center in the Y direction Y O1 which is the intersection with the center line CMY of. On the other hand, as shown in the figure, the microscope is rotated with respect to the mask mark M, that is, the mask mark M and the CCD (imaging element) of the microscope imaging device 100 have a predetermined horizontal tilt angle. In the state, the center position of the CCD is O3 which is the intersection of the center line CX in the X direction and the center line CY in the Y direction. Therefore, O1 and O3 do not match, which results in an error.
[0069]
In order to correct such an error, the first X mark (M in FIG. 7) proposed in the present invention is used. X1 ) And the second X mark (M in FIG. 7) X2 ) Is effective. That is, the first X mark M X1 And the second X mark M X2 The center lines of these marks can be easily obtained by providing them at a distance from each other. Thus, even if the center line of these marks and the CCD (image pickup device) have a predetermined tilt angle in the horizontal direction, the tilt angle can be easily eliminated.
[0070]
FIG. 8 is a block diagram showing an embodiment of the control unit of the electron beam proximity exposure apparatus. In FIG. 1, a central processing unit (CPU) 200 controls the entire apparatus, and performs processing when aligning a mask with a wafer, electron beam deflection control during exposure, and the like. Each image signal indicating the mask mark M and the dimark DM obtained by imaging with the microscope imaging device 100 and the microscope imaging device 100 ′ is applied to the signal processing circuit 202. The signal processing circuit 202 calculates the amount of displacement between the mask mark M and the die mark DM based on the input image signals.
[0071]
The CPU 200 moves the wafer stage 70 via the stage driving circuit 204 or moves the mask stage 80 via the stage driving circuit 206 so that the positional shift amount input from the signal processing circuit 202 becomes zero.
[0072]
Further, the CPU 200 determines the position (X, Y) of the wafer stage 70 in the X and Y directions when the mask mark M and the die mark DM coincide with each other by using the laser interferometer L. XW , L YW And the positions (x, y) of the mask stage 80 in the X direction and the Y direction are similarly set by the laser interferometer L. XM , L YM And stores it in the memory 203. Further, the memory 203 stores data indicating the positional relationship between the pallet marks WP1 and WP2 and each die mark DM as described with reference to FIG. The details of the control of the alignment between the mask and the wafer based on the positions of the wafer stage 70 and the mask stage 80 stored in the memory 203 will be described later.
[0073]
Further, the CPU 200 supplies correction data corresponding to the distortion of the mask together with the deflection amount data when scanning the mask to the digital arithmetic circuit 205, and the digital arithmetic circuit 205 performs digital scanning for scanning the mask based on the deflection amount data. A signal is output to the main DAC / AMP 208, and a digital signal for correcting mask distortion based on the correction data is output to the sub DAC / AMP 210.
[0074]
The main DAC / AMP 208 converts the input digital signal into an analog signal, amplifies the signal, and outputs the amplified signal to the main deflectors 22 and 24 shown in FIG. As a result, the electron beam 15 is deflected so as to scan the entire surface of the mask as shown in FIG. 17 while maintaining the state parallel to the optical axis. The sub DAC / AMP 210 converts the input digital signal into an analog signal and then amplifies the signal, and outputs the amplified signal to the sub deflectors 26 and 28 shown in FIG. Thus, the incident angle of the electron beam 15 on the mask is controlled so that the mask pattern can be transferred to a regular position even if the mask is distorted.
[0075]
FIG. 9 is a flowchart showing an operation procedure of an electron beam proximity exposure method including a mask and wafer alignment method according to the present invention.
[0076]
First, the mask 32 is loaded on the mask stage 80, and the mask stage 80 is moved so that the mask mark M1 is within the field of view of the microscope imaging device 100 (Step S10). Similarly, the wafer pallet 44 is loaded on the wafer stage 70, and the wafer stage 70 is moved so that the die mark DM1 enters the field of view of the microscope imaging device 100 (step S12).
[0077]
The microscope imaging apparatus 100 moves the objective lens 120 and the die mark imaging objective lens 125 as described with reference to FIG. 5 so that the mask mark M1 and the dimark DM1 in the field of view are respectively focused (step S14).
[0078]
Subsequently, the mask marks M1 and M2 are measured based on the die mark DM1, and the rotation amount θ of the mask 32 is determined based on the measurement result. M Is calculated (step S16).
[0079]
FIG. 10 is a flowchart showing the details of step S16. As shown in the figure, the amount of displacement between the die mark DM1 and the mask mark M1 in the field of view of the microscope imaging device 100 is measured by processing an image signal obtained from the microscope imaging device 100 (step S16A). It is determined whether or not the measured displacement amount is zero (step S16B). If the displacement amount is not equal to zero, the mask stage 80 is moved in a direction in which the displacement amount approaches zero (step S16C). In S16A, the amount of displacement between the die mark DM1 and the mask mark M1 is measured again. Then, the processes of steps S16A, S16B, and S16C are repeated until the displacement becomes zero.
[0080]
If it is determined in step S16B that the displacement amount is equal to zero, the movement position (x 1 , Y 1 ) The laser interferometer L XM , L YM From the moving position of the wafer stage 70 (X 1 , Y 1 ) The laser interferometer L XW , L YW And stores it in the memory 203 (step S16D).
[0081]
Next, the mask stage 80 is moved so that the mask mark M2 of the mask 32 enters the field of view of the microscope imaging apparatus 100, and the mask is moved in the same manner as described above so that the displacement between the die mark DM1 and the mask mark M2 becomes zero. The stage 80 is moved (Steps S16E, S16F, S16G). Then, the moving position (x) of the mask stage 80 when it is determined in step S16F that the positional deviation amount = 0. 2 , Y 2 ) The laser interferometer L XM , L YM And stores it in the memory 203 (step S16H).
[0082]
The position of the mask stage 80 when the mask marks M1 and M2 measured as described above respectively match the die mark DM1 (x 1 , Y 1 ), (X 2 , Y 2 ) To the rotation amount θ of the mask 32 M Is calculated (step S16I).
[0083]
Returning to FIG. 9, in step S18, the dimarks DM1 and DM2 are measured based on the mask mark M2, and the rotation amount θ of the wafer pallet 44 is determined based on the measurement result. P Is calculated.
[0084]
FIG. 11 is a flowchart showing the details of step S18.
[0085]
At the point in time when the processing in step S16 is completed, the die mark DM1 and the mask mark M2 are in a state of coincidence, and the position (X 1 , Y 1 ) And the position of the mask stage 80 (x 2 , Y 2 ) Has been measured.
[0086]
In step S18A of FIG. 11, the wafer stage 70 is moved so that the die mark DM2 of the wafer pallet 44 enters the field of view of the microscope imaging apparatus 100, and the positional shift amount between the mask mark M2 and the die mark DM2 within the field of view of the microscope imaging apparatus 100. Is measured by processing an image signal obtained from the microscope imaging apparatus 100. It is determined whether the measured displacement amount is zero (step S18B). If the displacement amount is not equal to zero, the wafer stage 70 is moved in a direction in which the displacement amount approaches zero (step S18C). In S18A, the amount of displacement between the mask mark M2 and the die mark DM2 is measured again. Then, the processing of steps S18A, S18B, and S18C is repeated until the displacement becomes zero.
[0087]
If it is determined in step S18B that the displacement amount is 0, the movement position (X 2 , X 2 ) The laser interferometer L XM , L YM And stores it in the memory 203 (step S18D).
[0088]
The position (X) of the wafer stage 70 when the die marks DM1 and DM2 measured as described above match the mask mark M2, respectively. 1 , Y 1 ), (X 2 , Y 2 ) To the rotation amount θ of the wafer pallet 44 P Is calculated (step S18E). The position of the wafer stage 70 (X 1 , Y 1 ) Have already been measured in step S16D of FIG.
[0089]
Returning to FIG. 9, in step S20, the mask stage 80 is driven to move the mask 32 to the transfer position, and the position (x 0 , Y 0 ) The laser interferometer L XM , L YM (Step S20).
[0090]
Next, the position of each die D for aligning each die D of the wafer 40 with respect to the mask 32 moved to the transfer position (the position (X, Y) of the wafer stage 70 and the rotation amount θ of the wafer stage 70) Is calculated (step S22).
[0091]
For example, the movement position (X, Y) of the wafer stage 70 for matching the die mark DM1 with the mask mark M1 of the mask 32 at the transfer position is represented by the following equation:
[0092]
(Equation 1)
X = X 1 + (X 0 -X 1 )
Y = Y 1 + (Y 0 -Y 1 …… (1)
Can be represented by
[0093]
However, since it is necessary to align each die D of the wafer 40 with respect to the mask 32 at the transfer position, data indicating the positional relationship between the die mark DM1 and each die mark DM measured in advance as described with reference to FIG. The position (X, Y) of the wafer stage 70 for aligning each die D of the wafer 40 with respect to the mask 32 at the transfer position is obtained based on the position data obtained by the above equation (1).
[0094]
Also, the rotation amount θ of the mask 32 M And the rotation amount θ of the wafer pallet 44 P Are zero, the dies D of the wafer 40 can be aligned using the position (X, Y) of the wafer stage 70 obtained as described above. In the case where 44 is rotated and attached to each stage, the rotation amount θ of the mask 32 obtained in step S16 M , And the rotation amount θ of the wafer pallet 44 obtained in step S18 P The wafer stage 70 is rotated based on.
[0095]
Assuming that the rotation amount of the wafer stage 70 at this time is θ, the rotation amount θ is represented by the following equation:
[0096]
(Equation 2)
θ = θ M −θ P … (2)
Can be represented by
[0097]
Also, the rotation amount θ of the wafer pallet 44 P And the rotation amount θ of the wafer stage 70, the rotation amount of the wafer pallet 44 on the XY plane can be obtained. The displacement of the die mark DM of each die D of the wafer 40 based on the rotation amount of the wafer pallet 44 on the XY plane and the rotation center of the wafer stage 70 (the case where the wafer pallet 44 is not rotating on the XY plane). Then, the position (X, Y) of the wafer stage 70 for aligning the dies D of the wafer 40 is corrected based on the displacement.
[0098]
The position of each die D for aligning each die D of the wafer 40 with respect to the mask 32 moved to the transfer position calculated as described above (the position (X, Y) of the wafer stage 70 and the position of the wafer stage 70) The wafer stage 70 is moved based on the rotation amount θ), and the wafer stage 70 is rotated (step S24).
[0099]
Next, the mask pattern formed on the mask 32 is transferred to the wafer by the electron beam (Step S26). Subsequently, it is determined whether or not the transfer of all the dies has been completed (step S28). If the transfer has not been completed, the process returns to step S24 to perform the alignment of the other dies and transfer the mask pattern again. . When the transfer of all the dies is completed in this way, the wafer is unloaded and the process ends.
[0100]
FIG. 12 is a vertical sectional view of a main part of an electron beam proximity exposure apparatus including an alignment mechanism system according to a second embodiment of the mask and wafer alignment apparatus according to the present invention, and FIG. It is a principal part top view of a beam proximity exposure apparatus. Parts common to those in the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[0101]
In the first embodiment, the mask 32 can be moved so that the mask mark M enters the field of view of the microscope imaging device 100 fixed outside the exposure area, whereas the second embodiment In this configuration, the mask 32 attached to the mask stage 82 does not move, and the microscope imaging device 150 can be moved in the X direction and the Y direction by the microscope stage 84.
[0102]
The illumination light is guided from the lamp house 110 to the microscope imaging device 150 via the optical fiber 111, the optical system 112, the window 54 provided on the top plate of the vacuum chamber 50, and the optical fiber 113. ing. The microscope imaging device 150 is configured so that an objective lens or the like at the tip of the microscope can be inserted between the electron optical barrel 102 and the mask 32, but the other internal configuration is the same as the microscope illustrated in FIG. Since the configuration is similar to that of the imaging apparatus 100, a detailed description thereof is omitted.
[0103]
FIG. 14 is a flowchart showing an operation procedure of an electron beam proximity exposure method including a mask and wafer alignment method using the alignment mechanism system according to the second embodiment.
[0104]
First, the mask 32 is loaded on the mask stage 82 (Step S100), and then the microscope stage 84 is moved so that the mask mark M1 is in the field of view of the microscope imaging device 150 (Step S102). Further, the wafer pallet 44 is loaded on the wafer stage 70, and the wafer stage 70 is moved so that the dimark DM1 is in the field of view of the microscope imaging device 150 (step S104).
[0105]
The microscope imaging device 150 moves the objective lens 120 and the pallet mark imaging objective lens 125 so that the mask mark M1 and the die mark DM1 in the field of view are respectively focused (step S106).
[0106]
Next, the mask marks M1 and M2 are measured based on the die mark DM1, and the rotation amount θ of the mask 32 is determined based on the measurement result. M Is calculated (step S108).
[0107]
FIG. 15 is a flowchart showing the details of step S108.
[0108]
As shown in the figure, the amount of displacement between the mask mark M1 and the die mark DM1 in the field of view of the microscope imaging device 150 is measured by processing an image signal obtained from the microscope imaging device 150 (step S108A). It is determined whether or not the measured displacement amount is zero (step S108B). If the displacement amount ≠ 0, the wafer stage 70 is moved in a direction in which the displacement amount approaches zero (step S108C). In S108A, the amount of displacement between the mask mark M1 and the die mark DM1 is measured again. Then, the processing of steps S108A, S108B, and S108C is repeated until the displacement becomes zero.
[0109]
If it is determined in step S108B that the displacement amount is equal to zero, the movement position (X 1 , Y 1 ) The laser interferometer L XW , L YW And stores it in the memory 203 (step S108D).
[0110]
Next, the microscope stage 84 is moved so that the mask mark M2 of the mask 32 enters the field of view of the microscope imaging device 150 (Step S108E). Since the gap between the electron optical lens barrel 102 and the mask 32 is narrow, the microscope imaging device 150 may not be able to be moved so that the mask mark M2 is in the field of view. It is necessary to provide another microscope imaging device for observation.
[0111]
Thereafter, the wafer stage 70 is moved such that the amount of displacement between the mask mark M2 and the die mark DM1 becomes zero in the same manner as described above (Steps S108F, S108G, S108H). Then, in step S10G, when the displacement amount is determined to be 0, the moving position (X 2 , Y 2 ) The laser interferometer L XW , L YW And stores it in the memory 203 (step S108I).
[0112]
The position (X) of the wafer stage 70 when the mask marks M1 and M2 measured as described above match the die mark DM1, respectively. 1 , Y 1 ), (X 2 , Y 2 ) To the rotation amount θ of the mask 32 M Is calculated (step S108J).
[0113]
Returning to FIG. 14, in step S110, the die marks DM1 and DM2 are measured based on the mask mark M2, and the rotation amount θ of the wafer pallet 44 is determined based on the measurement result. P Is calculated (see the flowchart of FIG. 11).
[0114]
Next, the microscope stage 84 is driven to retract the microscope imaging device 150 from the transfer area (step S112).
[0115]
Subsequently, the position of each die D (the position (X, Y) of the wafer stage 70 and the rotation amount θ of the wafer stage 70) for aligning each die D of the wafer 40 with respect to the mask 32 is calculated (step). S114). Note that the calculation can be performed in the same manner as in step S22 of FIG. 9, but the calculation shown in Expression (1) is unnecessary because the mask 32 is not moved in the alignment mechanism system of the second embodiment.
[0116]
The wafer stage 70 is moved and the wafer stage 70 is rotated based on the position of each die D calculated as described above (the position (X, Y) of the wafer stage 70 and the rotation amount θ of the wafer stage 70) ( Step S116).
[0117]
Next, the mask pattern formed on the mask 32 is transferred to the wafer by the electron beam (Step S118). Subsequently, it is determined whether or not the transfer of all the dies has been completed (step S120). If the transfer has not been completed, the process returns to step S116 to perform the alignment of the other dies and transfer the mask pattern again. . When the transfer of all the dies is completed in this way, the wafer is unloaded and the process ends.
[0118]
As described above, the example of the embodiment of the method for aligning the mask and the wafer according to the present invention has been described. However, the present invention is not limited to the example of the above-described embodiment, and may adopt various aspects.
[0119]
For example, in the present embodiment, the mask stage or the wafer stage is moved so that the amount of displacement between the mask mark M and the die mark D becomes zero, and the movement positions of the max stage and the wafer stage at that time are measured. However, the present invention is not limited to this. In addition to measuring the amount of positional shift between the mask mark M and the die mark D from the amount of positional shift on the screen of the microscope imaging device, the moving positions of the max stage and the wafer stage during this measurement are measured. Based on these measurement results, the movement positions of the mask stage and the wafer stage when the amount of displacement between the mask mark M and the die mark D becomes zero may be calculated.
[0120]
Further, in the present embodiment, an example has been described in which wafer 40 is mounted on wafer pallet 44 and wafer pallet 44 is further mounted on wafer stage 70 (electromagnetic chuck 60 of wafer stage 70). The present invention can be applied to a case where the wafer 40 is directly attracted to the electromagnetic chuck 60 on the wafer stage 70.
[0121]
Further, in the present embodiment, the amount of misalignment between the mask mark M of the mask 32 and the die mark D of the wafer 40 is measured. A mode in which the positions of the two pallet marks WP are measured may be used. In this case, as described with reference to FIG. 4, the alignment is performed based on the data indicating the positional relationship between the pallet mark WP and each die mark DM measured in advance and the position data obtained by the equation (1). Just do it.
[0122]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the microscope imaging apparatus can simultaneously image each mark from a direction orthogonal to the plane on which the first mark and the second mark are provided, and And an image signal that is in focus with each other can be obtained. Then, based on the image signals of the first mark and the second mark simultaneously obtained from the microscope image pickup device, the relative displacement between the first mark and the second mark is measured. That is, by taking an image of each mark from a direction orthogonal to the surface on which each mark is provided, measuring the two-dimensional displacement amount between the first mark and the second mark by one microscope imaging device. Can be.
[0123]
Further, the positions of the first mark and the second mark are not measured with reference to a reference position (for example, a cross mark of the microscope) of the microscope imaging device, and the first mark and the first mark simultaneously obtained from the microscope imaging device are not measured. Since the relative displacement between the marks is measured based on the image signal with the second mark, the displacement can be measured without being affected by the fluctuation of the reference position of the microscope imaging device.
[0124]
Further, the first mark includes a first X mark and a second X mark for detecting a position in the X direction, and the first X mark and the second X mark are predetermined in the Y direction. They are provided facing each other at a distance. Therefore, it is possible to effectively cope with the problem that a rotation error occurs unless the alignment mark and the measurement line direction of the CCD as the image sensor are completely positioned in parallel, and highly accurate alignment between the mask and the wafer can be realized. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a main part of an electron beam proximity exposure apparatus including an alignment mechanism system used in a first embodiment of a method for aligning a mask and a wafer according to the present invention.
FIG. 2 is a top view of a main part of the electron beam proximity exposure apparatus shown in FIG.
FIG. 3 is a plan view of a mask used in the electron beam proximity exposure apparatus shown in FIG.
FIG. 4 is a plan view of a wafer pallet on which wafers are mounted.
FIG. 5 is an optical component layout diagram showing details of a microscope imaging apparatus applied to the present invention.
FIG. 6 is an optical component arrangement diagram showing another embodiment of the microscope imaging apparatus applied to the present invention.
FIG. 7 is a diagram used to explain a method of detecting a positional shift amount between a mask mark and a die mark by using a microscope imaging device.
FIG. 8 is a block diagram illustrating an embodiment of a control unit of the electron beam proximity exposure apparatus.
FIG. 9 is a flowchart showing an operation procedure of an electron beam proximity exposure method including a method of aligning a mask and a wafer according to the present invention.
FIG. 10 is a flowchart showing a detailed processing procedure of a part of the flowchart shown in FIG. 9;
FIG. 11 is a flowchart showing a detailed processing procedure of another part of the flowchart shown in FIG. 9;
FIG. 12 is a vertical sectional view of a main part of an electron beam proximity exposure apparatus including an alignment mechanism used in a second embodiment of the method for aligning a mask and a wafer according to the present invention;
13 is a top view of a main part of the electron beam proximity exposure apparatus shown in FIG.
FIG. 14 is a flowchart showing an operation procedure of another embodiment of an electron beam proximity exposure method including a mask and wafer alignment method according to the present invention.
FIG. 15 is a flowchart showing a detailed processing procedure of a part of the flowchart shown in FIG. 14;
FIG. 16 is a diagram showing a basic configuration of an electron beam proximity exposure apparatus.
FIG. 17 is a view used to explain mask scanning by an electron beam.
FIG. 18 is an overall configuration diagram of an electron beam proximity exposure apparatus.
FIG. 19 is a diagram used to describe a method of detecting a positional shift amount between a mask and a wafer using a mask mark and a pallet mark in a conventional example.
FIG. 20 is a diagram used to explain a method of detecting a positional shift amount between a mask and a wafer using a mask mark and a pallet mark in a conventional example.
[Explanation of symbols]
15 electron beam, 22, 24 main deflector, 26, 28 sub deflector, 32 mask, 40 wafer, 44 wafer pallet, 70 wafer stage, 80 mask stage, 84 microscope stage, 100 Reference numeral 150, microscope imaging device, 110, lamp house, 120, objective lens, 123, mask mark imaging objective lens, 125, die mark imaging objective lens, 130, 131, 145, CCD, 200, CPU, 203 Memory, 204, 206 ... stage drive circuit, L XM , L YM , L XW , L YW ... Laser interferometer, M ... Mask mark, WP ... Pallet mark, D ... Die, DM ... Die mark

Claims (5)

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、
前記マスク又は前記ウエハが搭載されるパレット若しくは前記ウエハの一方に設けられた位置合わせ用の第1のマークと、前記マスク又は前記パレット若しくは前記ウエハの他方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のマーク及び前記第2のマークの画像信号に基づいて前記第1のマークと前記第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前記ウエハとを相対的に位置合わせするステップとを含み、
前記第1のマークは、X方向の位置を検出するための第1のXマーク及び第2のXマークと、Y方向の位置を検出するための第1のYマークとからなり、前記第1のXマーク及び第2のXマークは、いずれも長手方向がY方向を向きかつX方向に平行に配される複数本の線パターンであり、かつ、前記第1のXマーク及び第2のX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1のYマークは、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本の線パターンであり、
前記第2のマークは、X方向の位置を検出するための第3のXマークと、Y方向の位置を検出するための第2のYマークとからなり、前記第3のXマークは、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本の線パターンであり、前記第2のYマークは、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本の線パターンであ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。
In a method of aligning a mask and a wafer in an exposure apparatus for disposing a mask close to a wafer and transferring a mask pattern formed on the mask to a resist layer on the wafer,
A first mark for alignment provided on one of the pallet or the wafer on which the mask or the wafer is mounted, and a second mark for alignment provided on the other of the mask or the pallet or the wafer Imaging the mark with the image sensor;
Measuring a relative displacement amount between the first mark and the second mark based on an image signal of the captured first mark and the second mark;
Relative positioning the mask and the wafer based on the measured displacement amount,
The first mark includes a first X mark and a second X mark for detecting a position in the X direction, and a first Y mark for detecting a position in the Y direction. The X mark and the second X mark are each a plurality of line patterns whose longitudinal directions are oriented in the Y direction and are parallel to the X direction, and the first X mark and the second X mark The marks are provided facing each other at a predetermined distance in the Y direction, and the first Y mark is a plurality of line patterns whose longitudinal directions are oriented in the X direction and arranged in parallel with the Y direction.
The second mark is composed of a third X mark for detecting a position in the X direction and a second Y mark for detecting a position in the Y direction. A plurality of line patterns whose directions are oriented in the Y direction and are arranged in parallel with the X direction, wherein the second Y mark is formed of a plurality of line patterns whose longitudinal directions are oriented in the X direction and arranged in parallel with the Y direction. A method of aligning a mask and a wafer, wherein the method is a line pattern.
前記撮像素子を有する顕微鏡撮像装置の視野内に前記第1のマーク及び前記第2のマークが入っているときに、前記第3のXマークが前記第1のXマーク及び前記第2のXマークと対向する位置に配置され、前記第2のYマークが前記第1のY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に記載のマスクとウエハとの位置合わせ方法。When the first mark and the second mark are in the field of view of the microscope imaging device having the imaging element, the third X mark is the first X mark and the second X mark 2. The method of claim 1, wherein the second Y mark is arranged at a position facing the first Y mark, and the second Y mark is arranged at a position facing the first Y mark. 3. 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。In the step of imaging the first mark and the second mark with an image sensor, microscope imaging having two sets of imaging optical systems capable of focusing on the first mark and the second mark, respectively. 3. The method according to claim 1, wherein images are taken at substantially the same time by an apparatus. 前記マスクには、前記パレット又は前記ウエハに設けられた第1のマーク又は第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、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。4. The mask according to claim 1, wherein an opening for imaging a first mark or a second mark provided on the pallet or the wafer is formed in the mask. Item 3. The method for aligning a mask with a wafer according to item 3. 前記第1のマークと前記第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し、該算出結果より前記水平方向傾き角度がゼロになるように撮像された画像データを座標変換し、次いで前記第1のマークと前記第2のマークとの相対的な位置ずれ量を測定することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のマスクとウエハとの位置合わせ方法。In the step of measuring a relative displacement amount between the first mark and the second mark, a tilt in a horizontal direction between the imaged first mark and / or the second mark and the image sensor is taken. An angle is calculated, and image data taken so that the horizontal tilt angle is zero is converted from the calculation result, and then a relative displacement amount between the first mark and the second mark is calculated. 5. The method for aligning a mask and a wafer according to claim 1, wherein
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