JP3710052B2 - 電子ビーム近接露光方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子ビーム近接露光方法に係り、特に電子ビームを用いて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電子ビーム近接露光方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の電子ビーム近接露光装置は、米国特許第5,831,272 号（日本特許第2951947 号に対応）に開示されている。
【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。 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（隙間が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。
【０００４】
また、走査手段２０は、図１８に示すように電子ビーム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。
【０００５】
この電子ビーム近接露光装置１０は、図１９に示す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軸方向に移動させるとともに、水平面内で回転させるためのθＸＹステージ７０が設けられている。θＸＹ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。尚、図１９上で、８０はウエハ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である。
【０００６】
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決めする必要がある。
【０００７】
しかしながら、マスクとウエハとの位置決めを精度よく行っても、例えばウエハが露光工程等を経て設計値に対して伸縮している場合には、露光されるマスクパターン同士がずれるという問題がある。
【０００８】
この問題を解決するために、マスクとウエハの倍率補正量を求める倍率補正量検出方法が提案されている（特開２０００−３５３６４７号公報）。この特開２０００−３５３６４７号公報には、マスクをウエハに近接配置し、マスクパターンをウエハ上にＸ線露光する方法が開示され、また、前記倍率補正は、マスクを局所的に加熱して熱変形させたり、マスクに外部から応力を加えてマスクを変形させることによって行うことが開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開２０００−３５３６４７号公報に記載のようにマスクを熱や外力によって変形させてマスクとウエハとの倍率を補正する場合、マスクをｘ軸方向及びｙ軸方向にそれぞれ独立して精度よく変形させることが難しく、またマスクの変形の度合いを確認する必要があり、簡単に倍率補正を行うことができないという問題がある。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ウエハの伸縮等によりマスクとウエハの倍率が変化してもウエハに露光される各マスクパターン同士がずれないように転写倍率を補正することができ、特に簡単にかつ精度よく転写倍率を補正することができる電子ビーム近接露光方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【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、電子ビームによって前記マスクを走査することにより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電子ビーム近接露光方法において、所定の工程時のウエハを基準にした現在のウエハのｘ方向及びｙ方向の伸縮率を測定するステップと、前記電子ビームによる前記ウエハへの露光時に、前記ウエハのｘ方向及びｙ方向の伸縮率に比例してｘ方向及びｙ方向の転写倍率を変更すべく、前記ウエハのｘ方向及びｙ方向の伸縮率と前記ウエハとマスクとの間隔値と前記電子ビームのマスク上の走査位置とに基づいて前記マスクパターンへの前記電子ビームの入射角度を制御するステップと、を含むことを特徴としている。
【００１２】
即ち、所定の工程時（前工程や設計時）のウエハを基準にした現在のウエハのｘ方向及びｙ方向の伸縮率を測定し、この伸縮率に応じてマスクパターンの転写時の転写倍率をｘ方向及びｙ方向別に変更する。そして、転写倍率の変更は、電子ビームのマスクパターンへの入射角度を制御することによって行う。即ち、ウエハに転写されるマスクパターンの位置は、電子ビームのマスクパターンへの入射角度によって変動するため、電子ビームのマスク上の走査位置に応じて入射角度を変化させることにより微小な倍率補正ができる。
【００１３】
本願請求項２に示すように前記マスクのマスク歪みを測定し、前記電子ビームの入射角度を制御するステップは、前記転写倍率を変更するとともに前記測定したマスク歪みを補正すべく、前記ウエハのｘ方向及びｙ方向の伸縮率と前記マスク歪みと前記ウエハとマスクとの間隔値と前記電子ビームのマスク上の走査位置とに基づいて前記マスクパターンへの前記電子ビームの入射角度を制御することを特徴としている。即ち、電子ビームの入射角度の制御により、ウエハとマスクの倍率補正と同時にマスク歪みも補正するようにしている。
【００１４】
本願請求項３に示すように、前記マスクに位置合わせ用のマスクマークを設けるとともに、前記ウエハに形成される第１のチップと、該第１のチップに対してｘ方向に離間した第２のチップと、ｙ方向に離間した第３のチップとにそれぞれ前記マスクマークに対応する位置合わせ用のウエハマークを設け、前記伸縮率を測定するステップは、前記マスクのマスクマークと前記ウエハ上の第１のチップのウエハマークとが所定の位置関係になるように前記ウエハとマスクとを相対的にｘ方向及びｙ方向に移動させるとともにｘｙ平面内で相対的に回転させる第１の位置合わせステップと、前記マスクのマスクマークと前記ウエハ上の第２のチップのウエハマークとが所定の位置関係になるように前記ウエハとマスクとを相対的にｘ方向及びｙ方向に移動させる第２の位置合わせステップと、前記第１の位置合わせステップでの位置合わせが終了した後、前記第２の位置合わせステップでの位置合わせが終了するまでの前記ウエハとマスクとの相対的な第１の移動距離を測定するステップと、前記測定した第１の移動距離と前記第１のチップと第２のチップとの前記所定の工程時の距離とに基づいて前記ウエハのｘ方向の伸縮率を求めるステップと、前記マスクのマスクマークと前記ウエハ上の第３のチップのウエハマークとが所定の位置関係になるように前記ウエハとマスクとを相対的にｘ方向及びｙ方向に移動させる第３の位置合わせステップと、前記第１の位置合わせステップでの位置合わせが終了した後、前記第３の位置合わせステップでの位置合わせが終了するまでの前記ウエハとマスクとの相対的な第２の移動距離を測定するステップと、前記測定した第２の移動距離と前記第１のチップと第３のチップとの前記所定の工程時の距離とに基づいて前記ウエハのｙ方向の伸縮率を求めるステップと、からなることを特徴としている。
【００１５】
即ち、マスクのマスクマークとウエハ上の第１、第２及び第３のチップのウエハマークとの位置合わせを順次行ったときの各チップ間の移動距離を測定し、この測定した移動距離とチップ間の基準の距離（所定の工程時の距離）とからウエハのｘ方向及びｙ方向の伸縮率を求めるようにしている。
【００１６】
前記マスクマークは、本願請求項４に示すように前記ウエハとマスクとのｘ方向の位置ずれ及びｙ方向の位置ずれを検出するための第１、第２のマスクマークと、前記第１又は第２のマスクマークと異なる位置に設けられ、前記ウエハとマスクとのｘ方向の位置ずれ又はｙ方向の位置ずれを検出するための第３のマスクマークとを有し、前記ウエハマークは、前記第１、第２及び第３のマスクマークとの位置関係に基づいて前記ウエハとマスクとのｘ方向の位置ずれ及びｙ方向の位置ずれを検出するための第１、第２のウエハマークと、前記第１又は第２のウエハマークと異なる位置に設けられ、前記ウエハとマスクとのｘ方向の位置ずれ又はｙ方向の位置ずれを検出するための第３のウエハマークとを有し、前記第１のマスクマークと第１のウエハマークとを同時に撮像する第１の撮像手段と、前記第２のマスクマークと第２のウエハマークとを同時に撮像する第２の撮像手段と、前記第３のマスクマークと第３のウエハマークとを同時に撮像する第３の撮像手段とを設け、前記第１の位置合わせステップは、前記第１、第２及び第３の撮像手段から得られる各画像信号に基づいて検出される前記第１、第２及び第３のマスクマークと第１、第２及び第３のウエハマークとの位置ずれがそれぞれゼロになるように前記ウエハとマスクとを相対的にｘ方向及びｙ方向に移動させるとともにｘｙ平面内で相対的に回転させ、前記第２及び第３の位置合わせステップは、前記第１及び第２の撮像手段から得られる各画像信号に基づいて検出される前記第１及び第２のマスクマークと第１及び第２のウエハマークとの位置ずれがそれぞれゼロになるように前記ウエハとマスクとを相対的に移動させることを特徴としている。
【００１７】
本願請求項５に示すように、前記マスクに位置合わせ用のマスクマークを設けるとともに、前記ウエハに形成される第１のチップと、該第１のチップに対してｘ方向に離間した第２のチップと、前記ウエハに形成される第３のチップと、該第３のチップに対してｙ方向に離間した第４のチップとにそれぞれ前記マスクマークに対応する位置合わせ用のウエハマークを設け、前記伸縮率を測定するステップは、前記マスクのマスクマークと前記ウエハ上の第１のチップのウエハマークとが所定の位置関係になるように前記ウエハとマスクとを相対的にｘ方向及びｙ方向に移動させるとともにｘｙ平面内で相対的に回転させる第１の位置合わせステップと、前記マスクのマスクマークと前記ウエハ上の第２のチップのウエハマークとが所定の位置関係になるように前記ウエハとマスクとを相対的にｘ方向及びｙ方向に移動させる第２の位置合わせステップと、前記第１の位置合わせステップでの位置合わせが終了した後、前記第２の位置合わせステップでの位置合わせが終了するまでの前記ウエハとマスクとの相対的な第１の移動距離を測定するステップと、前記測定した第１の移動距離と前記第１のチップと第２のチップとの前記所定の工程時の距離とに基づいて前記ウエハのｘ方向の伸縮率を求めるステップと、前記マスクのマスクマークと前記ウエハ上の第３のチップのウエハマークとが所定の位置関係になるように前記ウエハとマスクとを相対的にｘ方向及びｙ方向に移動させるとともにｘｙ平面内で相対的に回転させる第３の位置合わせステップと、前記マスクのマスクマークと前記ウエハ上の第４のチップのウエハマークとが所定の位置関係になるように前記ウエハとマスクとを相対的にｘ方向及びｙ方向に移動させる第４の位置合わせステップと、前記第３の位置合わせステップでの位置合わせが終了した後、前記第４の位置合わせステップでの位置合わせが終了するまでの前記ウエハとマスクとの相対的な第２の移動距離を測定するステップと、前記測定した第２の移動距離と前記第３のチップと第４のチップとの前記所定の工程時の距離とに基づいて前記ウエハのｙ方向の伸縮率を求めるステップと、からなることを特徴としている。
【００１８】
即ち、請求項３及び４では、３つの第１、第２及び第３のチップの位置合わせを行ったときの各チップ間の移動距離を測定してウエハのｘ方向及びｙ方向の伸縮率を求めるようにしているが、請求項５では、ｘ方向に離間した第１、第２のチップの位置合わせしたときの各チップ間の移動距離を測定してウエハのｘ方向の伸縮率を求め、同様にｙ方向に離間した第３、第４のチップの位置合わせしたときの各チップ間の移動距離を測定してウエハのｙ方向の伸縮率を求める点で相違している。
【００１９】
本願請求項６に示すように、前記マスクマークは、前記ウエハとマスクとのｘ方向の位置ずれ及びｙ方向の位置ずれを検出するための第１、第２のマスクマークと、前記第１又は第２のマスクマークと異なる位置に設けられ、前記ウエハとマスクとのｘ方向の位置ずれ又はｙ方向の位置ずれを検出するための第３のマスクマークとを有し、前記ウエハマークは、前記第１、第２及び第３のマスクマークとの位置関係に基づいて前記ウエハとマスクとのｘ方向の位置ずれ及びｙ方向の位置ずれを検出するための第１、第２のウエハマークと、前記第１又は第２のウエハマークと異なる位置に設けられ、前記ウエハとマスクとのｘ方向の位置ずれ又はｙ方向の位置ずれを検出するための第３のウエハマークとを有し、前記第１のマスクマークと第１のウエハマークとを同時に撮像する第１の撮像手段と、前記第２のマスクマークと第２のウエハマークとを同時に撮像する第２の撮像手段と、前記第３のマスクマークと第３のウエハマークとを同時に撮像する第３の撮像手段とを設け、前記第１及び第３の位置合わせステップは、前記第１、第２及び第３の撮像手段から得られる各画像信号に基づいて検出される前記第１、第２及び第３のマスクマークと第１、第２及び第３のウエハマークとの位置ずれがそれぞれゼロになるように前記ウエハとマスクとを相対的にｘ方向及びｙ方向に移動させるとともにｘｙ平面内で相対的に回転させ、前記第２及び第４の位置合わせステップは、前記第１及び第２の撮像手段から得られる各画像信号に基づいて検出される前記第１及び第２のマスクマークと第１及び第２のウエハマークとの位置ずれがそれぞれゼロになるように前記ウエハとマスクとを相対的にｘ方向及びｙ方向に移動させることを特徴としている。
【００２０】
本願請求項７に示すように、前記マスクと前記ウエハに形成されるチップとのｘ方向の２つの位置ずれをそれぞれ検出するための第１、第２のマスクマークと、ｙ方向の２つの位置ずれをそれぞれ検出するための第３、第４のマスクマークとを前記マスクに設け、前記第１、第２、第３及び第４のマスクマークとの位置関係に基づいて前記ウエハと前記チップとのｘ方向の２つの位置ずれ及びｙ方向の２つの位置ずれを検出するための第１、第２、第３及び第４のウエハマークを前記ウエハに設け、前記第１のマスクマークと第１のウエハマークとを同時に撮像する第１の撮像手段と、前記第２のマスクマークと第２のウエハマークとを同時に撮像する第２の撮像手段と、前記第３のマスクマークと第３のウエハマークとを同時に撮像する第３の撮像手段と、前記第４のマスクマークと第４のウエハマークとを同時に撮像する第４の撮像手段とを設け、前記伸縮率を測定するステップは、前記第１、第２及び第３の撮像手段から得られる各画像信号に基づいて検出される前記第１、第２及び第３のマスクマークと第１、第２及び第３のウエハマークとの位置ずれがそれぞれゼロになるように前記ウエハとマスクとを相対的にｘ方向及びｙ方向に移動させるとともにｘｙ平面内で相対的に回転させる第１の位置合わせステップと、前記第１の位置合わせステップでの位置合わせが終了した後、前記第４の撮像手段から得られる画像信号に基づいて検出される前記第４のマスクマークと第４のウエハマークとの位置ずれから該チップのｙ方向の伸縮率を求めるステップと、前記第１、第３及び第４の撮像手段から得られる各画像信号に基づいて検出される前記第１、第３及び第４のマスクマークと第１、第３及び第４のウエハマークとの位置ずれがそれぞれゼロになるように前記ウエハとマスクとを相対的にｘ方向及びｙ方向に移動させるとともにｘｙ平面内で相対的に回転させる第２の位置合わせステップと、前記第２の位置合わせステップでの位置合わせが終了した後、前記第２の撮像手段から得られる画像信号に基づいて検出される前記第２のマスクマークと第２のウエハマークとの位置ずれから該チップのｘ方向の伸縮率を求めるステップと、を有することを特徴としている。
【００２１】
即ち、請求項３〜６では、ウエハのｘ方向及びｙ方向の伸縮率を求めるようにしているが、請求項７では、４つの撮像手段を使用することによりマスクパターンが転写されるチップ単位ごとに、そのチップのｘ方向及びｙ方向の伸縮率を求めるようにしている。
【００２２】
本願請求項８に示すように、前記撮像手段の前記マスクに対向する光学部材は、その表面に導電性の薄膜が蒸着され、当該導電性の薄膜が接地されていることを特徴としている。また、本願請求項９に示すように、前記撮像手段の光学部材の前面にシャッタ機構を設け、前記位置合わせ時に前記シャッタ機構を開き、前記電子ビームによる転写時に散乱する電子又は２次電子が前記撮像手段の光学部材に帯電しないように前記シャッタ機構を閉じることを特徴としている。
【００２６】
即ち、請求項８及び９では、電子ビームによる転写時に散乱する電子又は２次電子が撮像手段の光学部材に帯電しないように光学部材の導通をとり、又はシャッタ機構によって遮蔽するようにしている。これにより、マスク近傍に配置される撮像手段の光学部材に電子が帯電しないようにし、そのクーロン力によって電子ビームが曲げられることがないようにしている。
【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電子ビーム近接露光方法の好ましい実施の形態について説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１及び図２はそれぞれ本発明に係る電子ビーム近接露光装置の転写部の上面図及び側面図である。
【００２８】
これらの図面に示すように、この電子ビーム近接露光装置には、マスク３２に対向して３つの顕微鏡撮像装置ＡＸ１、ＡＹ１、ＡＸ２が設けられている。これらの顕微鏡撮像装置ＡＸ１、ＡＹ１、ＡＸ２は、電子ビームによる露光時に電子ビームを遮ることがないように撮影光軸がマスク面に対して斜めになるように配置されている。尚、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３は電子ビーム近接露光装置の転写部を拡大した上面図である。
【００３０】
同図において、４４は、θＸＹステージ７０上の静電チャック６０によって吸着されたウエハである。
【００３１】
このウエハ４４には、ウエハ４４の各チップのｘ軸方向の位置決めを行うためのウエハマークＭWXと、ｙ軸方向の位置決めを行うためのウエハマークＭWYとがチップが形成される領域外に設けられている。
【００３２】
一方、マスク３２には、破線で示す領域内にマスクパターンが形成されており、破線で示す領域外にウエハマークＭWX、ＭWYとの関係でマスク３２とウエハ４４とのｘ方向、ｙ方向のずれ、及びｘｙ平面の回転方向のずれを検出するための３つのマスクマークＭMX1 、ＭMX2 、ＭMYが設けられている。
【００３３】
図４及び図５により上記ウエハマーク及びマスクマークの詳細について説明する。
【００３４】
図４は図３の符号Ａで示した部分の拡大図であり、図５は図４の５−５線に沿う断面図である。図４に示すように、マスク３２には、マスクマークＭMX1 が形成され、マスク３２を介してその下側のウエハマークＭWX、ＭWXが透視できるようになっている。
【００３５】
尚、マスク３２に形成されるマスクマークＭMX1 は、５×３個の小さな開口によって構成されており、一方、ウエハマークＭWXは、１４×３個の凸部によって構成されている（図４、図５参照）。
【００３６】
次に、顕微鏡撮像装置ＡＸ１について説明する。
【００３７】
図６に顕微鏡撮像装置ＡＸ１の概略を示す。同図に示すように、顕微鏡撮像装置ＡＸ１は、水平に配置されたマスク３２に対して光軸の入射角が所定の角度αとなるように配設されている。
【００３８】
顕微鏡対物レンズ９０の前面には、カバーガラス９１が取り付けられている。このカバーガラス９１の表面には、導電性の薄膜９１Ａが蒸着され、この導電性の薄膜９１Ａは、導電性の保持部材９２及び顕微鏡撮像装置ＡＸ１の筐体を介して接地されている。これにより、電子ビームによる転写時に散乱する電子又は２次電子がカバーガラス９１の表面に帯電しないようにしている。
【００３９】
尚、導電性の薄膜９１Ａとしては、錫酸化膜又はインジウム錫酸化膜（ＩＴＯ）などが使用される。また、この実施の形態では、カバーガラス９１の表面に導電性の薄膜９１Ａを蒸着するようにしたが、カバーガラスが設けられていない顕微鏡撮像装置の場合には、顕微鏡対物レンズ９０の表面に導電性の薄膜を蒸着し、この導電性の薄膜を接地するようにする。
【００４０】
また、上記導電性の薄膜９１Ａの代わりにメカニカルなシャッタ機構を設け、電子ビームによる転写時には、シャッタ機構を閉じて顕微鏡撮像装置の光学部材を遮蔽し、撮像時にはシャッタ機構を開くようにしてもよい。尚、この場合のシャッタ機構は、電子が帯電しないものが使用されることは言うまでもない。
【００４１】
この顕微鏡撮像装置ＡＸ１の内部には、照明手段が設けられている。即ち、照明手段は、白色光源９３、レンズ９４、反射ミラー９５及びハーフミラー９６から構成されており、白色光源９３から出射された白色照明光は、レンズ９４によってほぼ平行光にされ、反射ミラー９５、ハーフミラー９６、対物レンズ９０及びカバーガラス９１を介してマスク３２及びウエハ４４を照明する。
【００４２】
このようにして照明されたマスク３２のマスクマーク及びウエハ４４のウエハマークでの散乱光は、対物レンズ９０、ハーフミラー９６を介して撮像部９７に入射して撮像される。
【００４３】
尚、他の顕微鏡撮像装置ＡＹ１、ＡＸ２も上記顕微鏡撮像装置ＡＸ１と同様に構成されている。
【００４４】
図７（Ａ）に示すようにマスクマークＭMX及びウエハマークＭWXは、顕微鏡撮像装置の焦点面Ｆ上にマークの一部が位置するように、各マークの長さや撮影光軸の入射角αなどが決定されている。尚、図７（Ａ）上で、Ｐは白色照明光の正反射光、Ｑ、ＲはそれぞれマスクマークＭMX及びウエハマークＭWXでの白色照明光の散乱光、Ｇはマスク３２とウエハ４４との間隔である。
【００４５】
図７（Ｂ）は顕微鏡撮像装置によって白色照明光の散乱光Ｑ、Ｒが撮像された様子を示す画像である。
【００４６】
次に、上記のようにして撮像されたマスクマーク及びウエハマークに基づいてマスクとウエハとのずれを検出する方法について説明する。
【００４７】
図８（Ａ）に示すように撮像されたマスクマーク及びウエハマークの画像中からピントがあっている部分（枠で囲んだ部分）を、ｘ方向に連続して抽出する。図８（Ｂ）は、このようにして抽出した画像のｘ方向の各位置における輝度レベルを示している。
【００４８】
ここで、図８（Ｂ）に示すように２つのマスクマークＭMX、及び１つのウエハマークＭWXに対応する輝度レベルについて、それぞれ３つのピークのうちの中心のピーク位置を求め、各ピーク間の距離ｘ1 、ｘ2 を求める。そして、マスクマークＭMXとウエハマークＭWXとｘ方向の位置ずれ量Δｘは、次式、
【００４９】
【数１】
Δｘ＝（ｘ1 −ｘ2 ）／２
によって求めることができる。
【００５０】
尚、顕微鏡撮像装置ＡＸ１、ＡＸ２によってマスク３２とウエハ４４のｘ方向の２つの位置ずれ量を検出することができ、顕微鏡撮像装置ＡＹ１によってマスク３２とウエハ４４のｙ方向の１つの位置ずれ量を検出することができる。
【００５１】
次に、ウエハのｘ方向及びｙ方向の伸縮率の測定方法について説明する。
【００５２】
図３に示すように、まず、ウエハ４４の左上隅のチップ（以下、第１のチップという）とマスク３２とを位置決めする。この位置決めは、各顕微鏡撮像装置ＡＸ１、ＡＹ１、ＡＸ２によって検出される位置ずれ量が、同時にゼロになるようにθＸＹステージ７０をｘ方向、ｙ方向に移動させるとともに、ｘｙ平面内でθＸＹステージ７０を回転させることによって行われる。尚、この実施の形態では、θＸＹステージ７０を回転させるようにしたが、マスク３２を回転させるようにしてもよいし、また、ウエハ４４を移動させる代わりにマスク３２をｘ方向、ｙ方向に移動させてもよい。
【００５３】
上記のようにしてマスク３２と第１のチップとの位置決めが完了すると、続いてウエハ４４の右上隅のチップ（以下、第２のチップという）とマスク３２とを位置決めする。このときの位置決めは、各顕微鏡撮像装置ＡＸ１、ＡＹ１によって検出される位置ずれ量に基づいて行い、回転方向の調整は行わない。
【００５４】
次に、第１のチップと第２のチップとの距離Ｌx を求める。この距離Ｌx は、第１のチップの位置決めを行ってから第２のチップの位置決めまでに移動したθＸＹステージ７０のｘ方向の移動量をｘ2 、ｙ方向の移動量をｙ2 とすると、次式、
【００５５】
【数２】
Ｌx ＝√（ｘ2 2 ＋ｙ2 2 ）
によって求めることができる。尚、上記移動量ｘ2 、ｙ2 は、θＸＹステージ７０のｘ方向及びｙ方向の移動量を検出する２つのレーザ干渉計によって測定する。即ち、第１のチップの位置決めを行った時の２つのレーザ干渉計の読み値を（０，０）とし、第２のチップの位置決めを行った時の２つのレーザ干渉計の読み値（ｘ2 ，ｙ2 ）から移動量ｘ2 、ｙ2 を測定する。
【００５６】
一方、第１のチップと第２のチップとの基準の距離をＬref とすると、ウエハ４４のｘ方向の伸縮量δx は、次式、
【００５７】
【数３】
δx ＝Ｌx −Ｌref
となり、ｘ方向の伸縮率εx は、次式、
【００５８】
【数４】
εx ＝（Ｌx −Ｌref ）／Ｌref
となる。
【００５９】
前記基準の距離Ｌref は、前工程やウエハマークを形成したときの長さ又は設計寸法として決定された長さである。
【００６０】
また、θＸＹステージ７０に移動による姿勢誤差（特にヨー（yaw)方向の誤差）がある場合には、レーザ干渉計を３軸（例えば、Ｘ、Ｙ１、Ｙ２）から構成し、yaw 方向に変化した角度を測定し、前記Ｌx の値からyaw による誤差を除くことが好ましい。
【００６１】
同様にして、ウエハ４４のｙ方向の伸縮率εY も求めることができる。この場合、ウエハ４４の左下隅のチップ（以下、第３のチップという）とマスク３２とを位置決めする。この位置決めは、第２のチップの位置決めと同様に顕微鏡撮像装置ＡＸ１、ＡＹ１によって検出される位置ずれ量に基づいて行い、回転方向の調整は行わない。そして、第３のチップの位置決めを行ったときの２つのレーザ干渉計の読み値（ｘ3 ，ｙ3 ）から第１のチップと第３のチップとの距離を測定する。
【００６２】
上記の実施の形態では、３つのチップ（第１、第２、第３のチップ）の位置決めを行ったときの各チップ間の移動距離を測定してウエハのｘ方向及びｙ方向の伸縮率を求めるようにしたが、図９に示すように４つのチップ１〜４の位置決めを行ったときの各チップ間の移動距離を測定してウエハのｘ方向及びｙ方向の伸縮率を求めるようにしてもよい。
【００６３】
即ち、図９に示すように、ウエハ４４上でそれぞれｘ方向に離間したチップ１、チップ２の位置決めを行ったときの各チップ１、２間の移動距離Ｌｘを測定してウエハのｘ方向の伸縮率を求め、同様にして、ウエハ４４上でそれぞれｙ方向に離間したチップ３、チップ４の位置決めを行ったときの各チップ３、４間の移動距離Ｌｙを測定してウエハのｙ方向の伸縮率を求める。
【００６４】
尚、チップ１、３の位置決めは、各顕微鏡撮像装置ＡＸ１、ＡＹ１、ＡＸ２によって検出される位置ずれ量が、同時にゼロになるようにθＸＹステージ７０をｘ方向、ｙ方向に移動させるとともに、ｘｙ平面内でθＸＹステージ７０を回転させることによって行い、チップ２、４の位置決めは、顕微鏡撮像装置ＡＸ１、ＡＹ１によって検出される位置ずれ量に基づいて行い、回転方向の調整は行わない。
【００６５】
また、チップ１、３での位置決め時にはθＸＹステージ７０を回転させてθの調整を行うが、θの調整はマスク側を回転させてもよい。この場合、チップ２やチップ４の位置決め時には、マスクを回転させないで（即ち、θの調整をしたマスクの回転位置を維持した状態で）、ｘ方向及びｙ方向のアライメントを行う。
【００６６】
図１０は本発明に係る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。
【００６７】
同図において、中央処理装置（ＣＰＵ）１００は、装置全体を統括制御するもので、前述したようなウエハのｘ方向及びｙ方向の伸縮率を求めるための処理、ウエハの位置決め制御、露光時の電子ビームの偏向制御等を行う。３つの顕微鏡撮像装置ＡＸ１、ＡＹ１、ＡＸ２での撮像によって得られた各画像信号は、信号処理回路１０２に加えられる。信号処理回路１０２は、入力した各画像信号に基づいてマスクマークとウエハマークとの３つの位置ずれ量を算出する。
【００６８】
ＣＰＵ１００は、信号処理回路１０２から入力する３つの位置ずれ量がゼロになるようにステージ駆動回路１０４を介してθＸＹステージ７０をｘ方向、ｙ方向に移動させるとともに、ｘｙ平面内でθＸＹステージ７０を回転させ、これによりウエハの高精度の位置決め（ファインアライメント）を行う。
【００６９】
ＣＰＵ１００は、ウエハのｘ方向及びｙ方向の伸縮率を求める際には、図３で説明したようにウエハの第１のチップ、第２のチップ及び第３のチップのファインアライメントを行い、第２のチップ及び第３のチップのファインアライメント後のレーザ干渉計ＬX 、ＬY の読み値（ｘ2 ，ｙ2 ）、（ｘ3 ，ｙ3 ）から各チップ間の距離を算出し、この測定した距離と基準の距離とに基づいてウエハのｘ方向及びｙ方向の伸縮率を求める。
【００７０】
また、ＣＰＵ１００は、マスクを走査する際の偏向量データとともにウエハの伸縮率に応じた補正データをデジタル演算回路１０６に供給し、デジタル演算回路１０６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／ＡＭＰ１０８に出力し、補正データに基づいてウエハのｘ方向及びｙ方向の伸縮率に比例してｘ方向及びｙ方向の転写倍率を変更するとともに、後述するようにマスクの歪みを補正するためのデジタル信号を副ＤＡＣ／ＡＭＰ１１０に出力する。
【００７１】
主ＤＡＣ／ＡＭＰ１０８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に示すようにマスク３０の全面を走査するように偏向される。
【００７２】
また、副ＤＡＣ／ＡＭＰ１１０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は、図１１に示すようにマスク３２への入射角度が制御される。
【００７３】
いま、図１１に示すように電子ビーム１５のマスク３２への入射角度をα、マスク３２とウエハ４４との間隔をＧとすると、入射角度αによるマスクパターンの転写位置のずれ量δは、次式、
【００７４】
【数５】
δ＝Ｇ・tan α
で表される。図１１上ではマスクパターンは、ずれ量δだけ正規の位置からずれた位置に転写される。
【００７５】
従って、電子ビームの走査位置に応じて入射角度αを変化させることにより、転写倍率を変化させることができる。尚、入射角度αは、マスク中心では入射角度αを０とし、マスク中心から遠ざかるにしたがって入射角度αを大きくする。
【００７６】
図１２は本発明に係る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。
【００７７】
同図に示すように、まず電子ビーム近接露光装置にマスクをロードし（ステップＳ１０）、続いてウエハをθＸＹステージ７０上の静電チャック６０に位置決めしたのち、該静電チャック６０で吸着固定することによりウエハをロードする（ステップＳＳ１２）。続いて、ウエハに電子が帯電しないように導通ピン等によってウエハの導通をとる（ステップＳ１４）。
【００７８】
次に、ウエハの高さを検出するためのｚセンサによって高さ検出を行い、ウエハの高さ調整を行ったのち（ステップＳ１６）、ウエハの粗い位置合わせ（コースアライメント）を行う（ステップＳ１８）。
【００７９】
続いて、図３や図９で説明したようにウエハのｘ方向及びｙ方向の伸縮率εx 、εY の測定（ＭＡＧ測定（グローバル））を行い（ステップＳ３０）、その測定した伸縮率εx 、εY を示す信号を補正演算回路１０６Ａに出力する。その後、ウエハを転写位置に移動させる（ステップＳ２０））。
【００８０】
次に、マスクとウエハとの間隔（ＧＡＰ）を調整する（ステップＳ２２）。マスクとウエハとの間隔Ｇは、図７（Ａ）に示すように顕微鏡撮像装置の結像面とマスクマークＭMXとの交点Ｑと、ウエハマークＭwxとの交点Ｒとの線分ＱＲを撮影画像に基づいて求め、この線分ＱＲと撮影光軸の入射角αとから、次式、
【００８１】
【数６】
Ｇ＝ＱＲ・sin α
によって求めることができる。詳しくは、特開２０００−３５６５１１号公報に開示されている。尚、間隔Ｇの測定方法はこの実施の形態に限定されない。
【００８２】
上記のようにして測定した間隔Ｇが所定値（例えば、５０μｍ）となるように間隔Ｇを調整する。この間隔Ｇの値（間隔値）は、補正演算回路１０６Ａに加えられる。尚、補正演算回路１０６Ａは、図１０に示したデジタル演算回路１０６中の副偏向器２６、２８の偏向制御を行う回路に相当する。
【００８３】
その後、３つの顕微鏡撮像装置ＡＸ１、ＡＹ１、ＡＸ２を使用してマスクとウエハ上のチップとを精度よく位置決め（ファインアライメント）したのち（ステップＳ２４）、電子ビームによってマスクパターンをウエハに転写する（ステップＳ２６）。
【００８４】
この転写時に補正演算回路１０６Ａは、ウエハの伸縮率εx 、εY に基づいて転写倍率を変更するとともに、マスク歪みを補正するように電子ビームのマスクパターンへの入射角度を制御（傾き補正）する。尚、補正演算回路１０６Ａには、ステップＳ３２で予め測定されたマスク歪みを示すデータが入力されており、補正演算回路１０６Ａは、例えば図１３（Ａ）に示すようなマスク歪みを入力した場合に、図１３（Ｂ）に示すようなマスク歪みのない状態でのマスクパターンが転写されるように電子ビームの傾き補正を行う。
【００８５】
ウエハへのマスクパターンの転写が終了すると、ウエハをアンロードする（ステップＳ２８）。
〔第２の実施の形態〕
図１４は本発明に係る電子ビーム近接露光装置の第２の実施の形態の転写部を拡大した上面図である。尚、図３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。
【００８６】
図１４に示すように、この電子ビーム近接露光装置には、４つの顕微鏡撮像装置ＡＸ１、ＡＹ１、ＡＸ２、ＡＹ２が設けられている。また、ウエハ４４’には、ウエハ４４’の各チップの位置決めや、各チップの伸縮率を測定するための４組のウエハマークＭWX1,ＭWX2,ＭWY1,ＭWY2 （図１５参照）がチップが形成される領域外に設けられている。
【００８７】
一方、マスク３２’には、破線で示す領域内にマスクパターンが形成されており、破線で示す領域外に前記ウエハマークＭWX1,ＭWX2,ＭWY1,ＭWY2 との関係でマスク３２’とウエハ４４’とのｘ方向、ｙ方向のずれ、及びｘｙ平面の回転方向のずれ、及びチップのｘ方向及びｙ方向の伸縮率を検出するための４つのマスクマークＭMX1,ＭMX2,ＭMY1,ＭMY2 が設けられている。
【００８８】
次に、ウエハの各チップのｘ方向及びｙ方向の伸縮率の測定方法について説明する。
【００８９】
チップの伸縮率を測定する場合には、測定しようとするチップとマスク３２’とを位置決めするが、チップのｙ方向の伸縮率の測定する場合には、３つの顕微鏡撮像装置ＡＸ１、ＡＹ１、ＡＸ２によって検出される位置ずれ量が、同時にゼロになるようにθＸＹステージ７０をｘ方向、ｙ方向に移動させるとともに、ｘｙ平面内でθＸＹステージ７０を回転させる。尚、この実施の形態では、チップの中心とマスクの中心とを一致させる位置決め用のマークが形成されている。
【００９０】
そして、残りの顕微鏡撮像装置ＡＹ２によって検出される位置ずれ量Δｙを求める。この位置ずれ量Δｙは、２つのウエハマークＭWY2 とマスクマークＭMY2 との各距離を、図１５に示すようにｙ1 ，ｙ2 とすると、次式、
【００９１】
【数７】
Δｙ＝（ｙ1 −ｙ2 ）／２
で表すことができる。このようにして求めた位置ずれ量Δｙを、チップの中心から２つのウエハマークＭWY2 の中心とのｙ方向の基準の長さで除算することにより、チップのｙ方向の伸縮率を求めることができる。
【００９２】
同様にして、チップのｘ方向の伸縮率を測定する場合には、３つの顕微鏡撮像装置ＡＸ１、ＡＹ１、ＡＹ２によって検出される位置ずれ量が、同時にゼロになるようにθＸＹステージ７０をｘ方向、ｙ方向に移動させるとともに、ｘｙ平面内でθＸＹステージ７０を回転させ、残りの顕微鏡撮像装置ＡＸ２によって検出される位置ずれ量Δｘを求める。この位置ずれ量Δｘは、２つのウエハマークＭWX2 とマスクマークＭMX2 との各距離を、図１５に示すようにｘ1 ，ｘ2 とすると、次式、
【００９３】
【数８】
Δｘ＝（ｘ1 −ｘ2 ）／２
で表すことができる。このようにして求めた位置ずれ量Δｘを、チップの中心から２つのウエハマークＭWX2 の中心とのｘ方向の基準の長さで除算することにより、チップのｘ方向の伸縮率を求めることができる。
【００９４】
図１６は本発明に係る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。尚、図１２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。
【００９５】
図１６に示すフローチャートとからも明らかなように、第２の実施の形態では、図１２に示したウエハ全体（グローバル）の伸縮率を測定するステップ３０の代わりに、図１４で説明したようにチップごとに伸縮率を測定（ＭＡＧ測定（チップ））するステップ４０を有する点で相違する。尚、ウエハやマスクに形成する位置決め用のマークは、この実施の形態には限定されない。
【００９６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ウエハの伸縮等によりマスクとウエハの倍率が変化してもウエハに露光される各マスクパターン同士がずれないように露光することができ、特に電子ビームのマスクへの入射角度を制御することによって転写倍率を補正するようにしたため、簡単にかつ精度よく転写倍率を補正することができる。また、マスクに歪みがある場合には、転写倍率の補正と同時にマスク歪みの補正も行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電子ビーム近接露光装置の転写部の上面図
【図２】本発明に係る電子ビーム近接露光装置の転写部の側面図
【図３】図１に示した電子ビーム近接露光装置の転写部を拡大した上面図
【図４】図３の要部拡大図
【図５】図４の５−５線に沿う断面図
【図６】本発明に適用される顕微鏡撮像装置の概略構成図
【図７】顕微鏡撮像装置によってマスクマークとウエハマークとの位置ずれ量を検出する方法を説明するために用いた図
【図８】顕微鏡撮像装置によってマスクマークとウエハ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】ウエハの伸縮率の測定方法の他の実施の形態を説明するために用いた図
【図１０】本発明に係る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１１】副偏向器によって電子ビームの転写位置がずれる様子を示す図
【図１２】本発明に係る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１３】マスク歪みの補正を説明するために用いた図
【図１４】本発明に係る電子ビーム近接露光装置の第２の実施の形態の転写部を拡大した上面図
【図１５】チップごとの伸縮率の求め方を説明するために用いた図
【図１６】電子ビーム近接露光方法の第２の実施の形態の動作手順を示すフローチャート
【図１７】本発明が適用される電子ビーム近接露光装置の基本構成図
【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】本発明が適用される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、３２’…マスク、４４、４４’…ウエハ、６０…静電チャック、７０…θＸＹステージ、９０…顕微鏡対物レンズ、９１…カバーガラス、９１Ａ…導電性の薄膜、９２…導電性の保持部材、９３…白色光源、９７…撮像部、１００…中央処理装置（ＣＰＵ）、１０２…信号処理回路、１０４…ステージ駆動回路、１０６…デジタル演算回路、１０６Ａ…補正演算回路、ＡＸ１、ＡＹ１、ＡＸ２、ＡＹ２…顕微鏡撮像装置、ＭWX，ＭWY，ＭWX1,ＭWX2,ＭWY1,ＭWY2 …ウエハマーク、ＭMX，ＭMY，ＭMX1,ＭMX2,ＭMY1,ＭMY2 …マスクマーク、ＬX,ＬY …レーザ干渉計
【発明の属する技術分野】
本発明は電子ビーム近接露光方法に係り、特に電子ビームを用いて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電子ビーム近接露光方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の電子ビーム近接露光装置は、米国特許第5,831,272 号（日本特許第2951947 号に対応）に開示されている。
【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。 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（隙間が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。
【０００４】
また、走査手段２０は、図１８に示すように電子ビーム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。
【０００５】
この電子ビーム近接露光装置１０は、図１９に示す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軸方向に移動させるとともに、水平面内で回転させるためのθＸＹステージ７０が設けられている。θＸＹ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。尚、図１９上で、８０はウエハ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である。
【０００６】
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決めする必要がある。
【０００７】
しかしながら、マスクとウエハとの位置決めを精度よく行っても、例えばウエハが露光工程等を経て設計値に対して伸縮している場合には、露光されるマスクパターン同士がずれるという問題がある。
【０００８】
この問題を解決するために、マスクとウエハの倍率補正量を求める倍率補正量検出方法が提案されている（特開２０００−３５３６４７号公報）。この特開２０００−３５３６４７号公報には、マスクをウエハに近接配置し、マスクパターンをウエハ上にＸ線露光する方法が開示され、また、前記倍率補正は、マスクを局所的に加熱して熱変形させたり、マスクに外部から応力を加えてマスクを変形させることによって行うことが開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開２０００−３５３６４７号公報に記載のようにマスクを熱や外力によって変形させてマスクとウエハとの倍率を補正する場合、マスクをｘ軸方向及びｙ軸方向にそれぞれ独立して精度よく変形させることが難しく、またマスクの変形の度合いを確認する必要があり、簡単に倍率補正を行うことができないという問題がある。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ウエハの伸縮等によりマスクとウエハの倍率が変化してもウエハに露光される各マスクパターン同士がずれないように転写倍率を補正することができ、特に簡単にかつ精度よく転写倍率を補正することができる電子ビーム近接露光方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【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、電子ビームによって前記マスクを走査することにより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電子ビーム近接露光方法において、所定の工程時のウエハを基準にした現在のウエハのｘ方向及びｙ方向の伸縮率を測定するステップと、前記電子ビームによる前記ウエハへの露光時に、前記ウエハのｘ方向及びｙ方向の伸縮率に比例してｘ方向及びｙ方向の転写倍率を変更すべく、前記ウエハのｘ方向及びｙ方向の伸縮率と前記ウエハとマスクとの間隔値と前記電子ビームのマスク上の走査位置とに基づいて前記マスクパターンへの前記電子ビームの入射角度を制御するステップと、を含むことを特徴としている。
【００１２】
即ち、所定の工程時（前工程や設計時）のウエハを基準にした現在のウエハのｘ方向及びｙ方向の伸縮率を測定し、この伸縮率に応じてマスクパターンの転写時の転写倍率をｘ方向及びｙ方向別に変更する。そして、転写倍率の変更は、電子ビームのマスクパターンへの入射角度を制御することによって行う。即ち、ウエハに転写されるマスクパターンの位置は、電子ビームのマスクパターンへの入射角度によって変動するため、電子ビームのマスク上の走査位置に応じて入射角度を変化させることにより微小な倍率補正ができる。
【００１３】
本願請求項２に示すように前記マスクのマスク歪みを測定し、前記電子ビームの入射角度を制御するステップは、前記転写倍率を変更するとともに前記測定したマスク歪みを補正すべく、前記ウエハのｘ方向及びｙ方向の伸縮率と前記マスク歪みと前記ウエハとマスクとの間隔値と前記電子ビームのマスク上の走査位置とに基づいて前記マスクパターンへの前記電子ビームの入射角度を制御することを特徴としている。即ち、電子ビームの入射角度の制御により、ウエハとマスクの倍率補正と同時にマスク歪みも補正するようにしている。
【００１４】
本願請求項３に示すように、前記マスクに位置合わせ用のマスクマークを設けるとともに、前記ウエハに形成される第１のチップと、該第１のチップに対してｘ方向に離間した第２のチップと、ｙ方向に離間した第３のチップとにそれぞれ前記マスクマークに対応する位置合わせ用のウエハマークを設け、前記伸縮率を測定するステップは、前記マスクのマスクマークと前記ウエハ上の第１のチップのウエハマークとが所定の位置関係になるように前記ウエハとマスクとを相対的にｘ方向及びｙ方向に移動させるとともにｘｙ平面内で相対的に回転させる第１の位置合わせステップと、前記マスクのマスクマークと前記ウエハ上の第２のチップのウエハマークとが所定の位置関係になるように前記ウエハとマスクとを相対的にｘ方向及びｙ方向に移動させる第２の位置合わせステップと、前記第１の位置合わせステップでの位置合わせが終了した後、前記第２の位置合わせステップでの位置合わせが終了するまでの前記ウエハとマスクとの相対的な第１の移動距離を測定するステップと、前記測定した第１の移動距離と前記第１のチップと第２のチップとの前記所定の工程時の距離とに基づいて前記ウエハのｘ方向の伸縮率を求めるステップと、前記マスクのマスクマークと前記ウエハ上の第３のチップのウエハマークとが所定の位置関係になるように前記ウエハとマスクとを相対的にｘ方向及びｙ方向に移動させる第３の位置合わせステップと、前記第１の位置合わせステップでの位置合わせが終了した後、前記第３の位置合わせステップでの位置合わせが終了するまでの前記ウエハとマスクとの相対的な第２の移動距離を測定するステップと、前記測定した第２の移動距離と前記第１のチップと第３のチップとの前記所定の工程時の距離とに基づいて前記ウエハのｙ方向の伸縮率を求めるステップと、からなることを特徴としている。
【００１５】
即ち、マスクのマスクマークとウエハ上の第１、第２及び第３のチップのウエハマークとの位置合わせを順次行ったときの各チップ間の移動距離を測定し、この測定した移動距離とチップ間の基準の距離（所定の工程時の距離）とからウエハのｘ方向及びｙ方向の伸縮率を求めるようにしている。
【００１６】
前記マスクマークは、本願請求項４に示すように前記ウエハとマスクとのｘ方向の位置ずれ及びｙ方向の位置ずれを検出するための第１、第２のマスクマークと、前記第１又は第２のマスクマークと異なる位置に設けられ、前記ウエハとマスクとのｘ方向の位置ずれ又はｙ方向の位置ずれを検出するための第３のマスクマークとを有し、前記ウエハマークは、前記第１、第２及び第３のマスクマークとの位置関係に基づいて前記ウエハとマスクとのｘ方向の位置ずれ及びｙ方向の位置ずれを検出するための第１、第２のウエハマークと、前記第１又は第２のウエハマークと異なる位置に設けられ、前記ウエハとマスクとのｘ方向の位置ずれ又はｙ方向の位置ずれを検出するための第３のウエハマークとを有し、前記第１のマスクマークと第１のウエハマークとを同時に撮像する第１の撮像手段と、前記第２のマスクマークと第２のウエハマークとを同時に撮像する第２の撮像手段と、前記第３のマスクマークと第３のウエハマークとを同時に撮像する第３の撮像手段とを設け、前記第１の位置合わせステップは、前記第１、第２及び第３の撮像手段から得られる各画像信号に基づいて検出される前記第１、第２及び第３のマスクマークと第１、第２及び第３のウエハマークとの位置ずれがそれぞれゼロになるように前記ウエハとマスクとを相対的にｘ方向及びｙ方向に移動させるとともにｘｙ平面内で相対的に回転させ、前記第２及び第３の位置合わせステップは、前記第１及び第２の撮像手段から得られる各画像信号に基づいて検出される前記第１及び第２のマスクマークと第１及び第２のウエハマークとの位置ずれがそれぞれゼロになるように前記ウエハとマスクとを相対的に移動させることを特徴としている。
【００１７】
本願請求項５に示すように、前記マスクに位置合わせ用のマスクマークを設けるとともに、前記ウエハに形成される第１のチップと、該第１のチップに対してｘ方向に離間した第２のチップと、前記ウエハに形成される第３のチップと、該第３のチップに対してｙ方向に離間した第４のチップとにそれぞれ前記マスクマークに対応する位置合わせ用のウエハマークを設け、前記伸縮率を測定するステップは、前記マスクのマスクマークと前記ウエハ上の第１のチップのウエハマークとが所定の位置関係になるように前記ウエハとマスクとを相対的にｘ方向及びｙ方向に移動させるとともにｘｙ平面内で相対的に回転させる第１の位置合わせステップと、前記マスクのマスクマークと前記ウエハ上の第２のチップのウエハマークとが所定の位置関係になるように前記ウエハとマスクとを相対的にｘ方向及びｙ方向に移動させる第２の位置合わせステップと、前記第１の位置合わせステップでの位置合わせが終了した後、前記第２の位置合わせステップでの位置合わせが終了するまでの前記ウエハとマスクとの相対的な第１の移動距離を測定するステップと、前記測定した第１の移動距離と前記第１のチップと第２のチップとの前記所定の工程時の距離とに基づいて前記ウエハのｘ方向の伸縮率を求めるステップと、前記マスクのマスクマークと前記ウエハ上の第３のチップのウエハマークとが所定の位置関係になるように前記ウエハとマスクとを相対的にｘ方向及びｙ方向に移動させるとともにｘｙ平面内で相対的に回転させる第３の位置合わせステップと、前記マスクのマスクマークと前記ウエハ上の第４のチップのウエハマークとが所定の位置関係になるように前記ウエハとマスクとを相対的にｘ方向及びｙ方向に移動させる第４の位置合わせステップと、前記第３の位置合わせステップでの位置合わせが終了した後、前記第４の位置合わせステップでの位置合わせが終了するまでの前記ウエハとマスクとの相対的な第２の移動距離を測定するステップと、前記測定した第２の移動距離と前記第３のチップと第４のチップとの前記所定の工程時の距離とに基づいて前記ウエハのｙ方向の伸縮率を求めるステップと、からなることを特徴としている。
【００１８】
即ち、請求項３及び４では、３つの第１、第２及び第３のチップの位置合わせを行ったときの各チップ間の移動距離を測定してウエハのｘ方向及びｙ方向の伸縮率を求めるようにしているが、請求項５では、ｘ方向に離間した第１、第２のチップの位置合わせしたときの各チップ間の移動距離を測定してウエハのｘ方向の伸縮率を求め、同様にｙ方向に離間した第３、第４のチップの位置合わせしたときの各チップ間の移動距離を測定してウエハのｙ方向の伸縮率を求める点で相違している。
【００１９】
本願請求項６に示すように、前記マスクマークは、前記ウエハとマスクとのｘ方向の位置ずれ及びｙ方向の位置ずれを検出するための第１、第２のマスクマークと、前記第１又は第２のマスクマークと異なる位置に設けられ、前記ウエハとマスクとのｘ方向の位置ずれ又はｙ方向の位置ずれを検出するための第３のマスクマークとを有し、前記ウエハマークは、前記第１、第２及び第３のマスクマークとの位置関係に基づいて前記ウエハとマスクとのｘ方向の位置ずれ及びｙ方向の位置ずれを検出するための第１、第２のウエハマークと、前記第１又は第２のウエハマークと異なる位置に設けられ、前記ウエハとマスクとのｘ方向の位置ずれ又はｙ方向の位置ずれを検出するための第３のウエハマークとを有し、前記第１のマスクマークと第１のウエハマークとを同時に撮像する第１の撮像手段と、前記第２のマスクマークと第２のウエハマークとを同時に撮像する第２の撮像手段と、前記第３のマスクマークと第３のウエハマークとを同時に撮像する第３の撮像手段とを設け、前記第１及び第３の位置合わせステップは、前記第１、第２及び第３の撮像手段から得られる各画像信号に基づいて検出される前記第１、第２及び第３のマスクマークと第１、第２及び第３のウエハマークとの位置ずれがそれぞれゼロになるように前記ウエハとマスクとを相対的にｘ方向及びｙ方向に移動させるとともにｘｙ平面内で相対的に回転させ、前記第２及び第４の位置合わせステップは、前記第１及び第２の撮像手段から得られる各画像信号に基づいて検出される前記第１及び第２のマスクマークと第１及び第２のウエハマークとの位置ずれがそれぞれゼロになるように前記ウエハとマスクとを相対的にｘ方向及びｙ方向に移動させることを特徴としている。
【００２０】
本願請求項７に示すように、前記マスクと前記ウエハに形成されるチップとのｘ方向の２つの位置ずれをそれぞれ検出するための第１、第２のマスクマークと、ｙ方向の２つの位置ずれをそれぞれ検出するための第３、第４のマスクマークとを前記マスクに設け、前記第１、第２、第３及び第４のマスクマークとの位置関係に基づいて前記ウエハと前記チップとのｘ方向の２つの位置ずれ及びｙ方向の２つの位置ずれを検出するための第１、第２、第３及び第４のウエハマークを前記ウエハに設け、前記第１のマスクマークと第１のウエハマークとを同時に撮像する第１の撮像手段と、前記第２のマスクマークと第２のウエハマークとを同時に撮像する第２の撮像手段と、前記第３のマスクマークと第３のウエハマークとを同時に撮像する第３の撮像手段と、前記第４のマスクマークと第４のウエハマークとを同時に撮像する第４の撮像手段とを設け、前記伸縮率を測定するステップは、前記第１、第２及び第３の撮像手段から得られる各画像信号に基づいて検出される前記第１、第２及び第３のマスクマークと第１、第２及び第３のウエハマークとの位置ずれがそれぞれゼロになるように前記ウエハとマスクとを相対的にｘ方向及びｙ方向に移動させるとともにｘｙ平面内で相対的に回転させる第１の位置合わせステップと、前記第１の位置合わせステップでの位置合わせが終了した後、前記第４の撮像手段から得られる画像信号に基づいて検出される前記第４のマスクマークと第４のウエハマークとの位置ずれから該チップのｙ方向の伸縮率を求めるステップと、前記第１、第３及び第４の撮像手段から得られる各画像信号に基づいて検出される前記第１、第３及び第４のマスクマークと第１、第３及び第４のウエハマークとの位置ずれがそれぞれゼロになるように前記ウエハとマスクとを相対的にｘ方向及びｙ方向に移動させるとともにｘｙ平面内で相対的に回転させる第２の位置合わせステップと、前記第２の位置合わせステップでの位置合わせが終了した後、前記第２の撮像手段から得られる画像信号に基づいて検出される前記第２のマスクマークと第２のウエハマークとの位置ずれから該チップのｘ方向の伸縮率を求めるステップと、を有することを特徴としている。
【００２１】
即ち、請求項３〜６では、ウエハのｘ方向及びｙ方向の伸縮率を求めるようにしているが、請求項７では、４つの撮像手段を使用することによりマスクパターンが転写されるチップ単位ごとに、そのチップのｘ方向及びｙ方向の伸縮率を求めるようにしている。
【００２２】
本願請求項８に示すように、前記撮像手段の前記マスクに対向する光学部材は、その表面に導電性の薄膜が蒸着され、当該導電性の薄膜が接地されていることを特徴としている。また、本願請求項９に示すように、前記撮像手段の光学部材の前面にシャッタ機構を設け、前記位置合わせ時に前記シャッタ機構を開き、前記電子ビームによる転写時に散乱する電子又は２次電子が前記撮像手段の光学部材に帯電しないように前記シャッタ機構を閉じることを特徴としている。
【００２６】
即ち、請求項８及び９では、電子ビームによる転写時に散乱する電子又は２次電子が撮像手段の光学部材に帯電しないように光学部材の導通をとり、又はシャッタ機構によって遮蔽するようにしている。これにより、マスク近傍に配置される撮像手段の光学部材に電子が帯電しないようにし、そのクーロン力によって電子ビームが曲げられることがないようにしている。
【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電子ビーム近接露光方法の好ましい実施の形態について説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１及び図２はそれぞれ本発明に係る電子ビーム近接露光装置の転写部の上面図及び側面図である。
【００２８】
これらの図面に示すように、この電子ビーム近接露光装置には、マスク３２に対向して３つの顕微鏡撮像装置ＡＸ１、ＡＹ１、ＡＸ２が設けられている。これらの顕微鏡撮像装置ＡＸ１、ＡＹ１、ＡＸ２は、電子ビームによる露光時に電子ビームを遮ることがないように撮影光軸がマスク面に対して斜めになるように配置されている。尚、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３は電子ビーム近接露光装置の転写部を拡大した上面図である。
【００３０】
同図において、４４は、θＸＹステージ７０上の静電チャック６０によって吸着されたウエハである。
【００３１】
このウエハ４４には、ウエハ４４の各チップのｘ軸方向の位置決めを行うためのウエハマークＭWXと、ｙ軸方向の位置決めを行うためのウエハマークＭWYとがチップが形成される領域外に設けられている。
【００３２】
一方、マスク３２には、破線で示す領域内にマスクパターンが形成されており、破線で示す領域外にウエハマークＭWX、ＭWYとの関係でマスク３２とウエハ４４とのｘ方向、ｙ方向のずれ、及びｘｙ平面の回転方向のずれを検出するための３つのマスクマークＭMX1 、ＭMX2 、ＭMYが設けられている。
【００３３】
図４及び図５により上記ウエハマーク及びマスクマークの詳細について説明する。
【００３４】
図４は図３の符号Ａで示した部分の拡大図であり、図５は図４の５−５線に沿う断面図である。図４に示すように、マスク３２には、マスクマークＭMX1 が形成され、マスク３２を介してその下側のウエハマークＭWX、ＭWXが透視できるようになっている。
【００３５】
尚、マスク３２に形成されるマスクマークＭMX1 は、５×３個の小さな開口によって構成されており、一方、ウエハマークＭWXは、１４×３個の凸部によって構成されている（図４、図５参照）。
【００３６】
次に、顕微鏡撮像装置ＡＸ１について説明する。
【００３７】
図６に顕微鏡撮像装置ＡＸ１の概略を示す。同図に示すように、顕微鏡撮像装置ＡＸ１は、水平に配置されたマスク３２に対して光軸の入射角が所定の角度αとなるように配設されている。
【００３８】
顕微鏡対物レンズ９０の前面には、カバーガラス９１が取り付けられている。このカバーガラス９１の表面には、導電性の薄膜９１Ａが蒸着され、この導電性の薄膜９１Ａは、導電性の保持部材９２及び顕微鏡撮像装置ＡＸ１の筐体を介して接地されている。これにより、電子ビームによる転写時に散乱する電子又は２次電子がカバーガラス９１の表面に帯電しないようにしている。
【００３９】
尚、導電性の薄膜９１Ａとしては、錫酸化膜又はインジウム錫酸化膜（ＩＴＯ）などが使用される。また、この実施の形態では、カバーガラス９１の表面に導電性の薄膜９１Ａを蒸着するようにしたが、カバーガラスが設けられていない顕微鏡撮像装置の場合には、顕微鏡対物レンズ９０の表面に導電性の薄膜を蒸着し、この導電性の薄膜を接地するようにする。
【００４０】
また、上記導電性の薄膜９１Ａの代わりにメカニカルなシャッタ機構を設け、電子ビームによる転写時には、シャッタ機構を閉じて顕微鏡撮像装置の光学部材を遮蔽し、撮像時にはシャッタ機構を開くようにしてもよい。尚、この場合のシャッタ機構は、電子が帯電しないものが使用されることは言うまでもない。
【００４１】
この顕微鏡撮像装置ＡＸ１の内部には、照明手段が設けられている。即ち、照明手段は、白色光源９３、レンズ９４、反射ミラー９５及びハーフミラー９６から構成されており、白色光源９３から出射された白色照明光は、レンズ９４によってほぼ平行光にされ、反射ミラー９５、ハーフミラー９６、対物レンズ９０及びカバーガラス９１を介してマスク３２及びウエハ４４を照明する。
【００４２】
このようにして照明されたマスク３２のマスクマーク及びウエハ４４のウエハマークでの散乱光は、対物レンズ９０、ハーフミラー９６を介して撮像部９７に入射して撮像される。
【００４３】
尚、他の顕微鏡撮像装置ＡＹ１、ＡＸ２も上記顕微鏡撮像装置ＡＸ１と同様に構成されている。
【００４４】
図７（Ａ）に示すようにマスクマークＭMX及びウエハマークＭWXは、顕微鏡撮像装置の焦点面Ｆ上にマークの一部が位置するように、各マークの長さや撮影光軸の入射角αなどが決定されている。尚、図７（Ａ）上で、Ｐは白色照明光の正反射光、Ｑ、ＲはそれぞれマスクマークＭMX及びウエハマークＭWXでの白色照明光の散乱光、Ｇはマスク３２とウエハ４４との間隔である。
【００４５】
図７（Ｂ）は顕微鏡撮像装置によって白色照明光の散乱光Ｑ、Ｒが撮像された様子を示す画像である。
【００４６】
次に、上記のようにして撮像されたマスクマーク及びウエハマークに基づいてマスクとウエハとのずれを検出する方法について説明する。
【００４７】
図８（Ａ）に示すように撮像されたマスクマーク及びウエハマークの画像中からピントがあっている部分（枠で囲んだ部分）を、ｘ方向に連続して抽出する。図８（Ｂ）は、このようにして抽出した画像のｘ方向の各位置における輝度レベルを示している。
【００４８】
ここで、図８（Ｂ）に示すように２つのマスクマークＭMX、及び１つのウエハマークＭWXに対応する輝度レベルについて、それぞれ３つのピークのうちの中心のピーク位置を求め、各ピーク間の距離ｘ1 、ｘ2 を求める。そして、マスクマークＭMXとウエハマークＭWXとｘ方向の位置ずれ量Δｘは、次式、
【００４９】
【数１】
Δｘ＝（ｘ1 −ｘ2 ）／２
によって求めることができる。
【００５０】
尚、顕微鏡撮像装置ＡＸ１、ＡＸ２によってマスク３２とウエハ４４のｘ方向の２つの位置ずれ量を検出することができ、顕微鏡撮像装置ＡＹ１によってマスク３２とウエハ４４のｙ方向の１つの位置ずれ量を検出することができる。
【００５１】
次に、ウエハのｘ方向及びｙ方向の伸縮率の測定方法について説明する。
【００５２】
図３に示すように、まず、ウエハ４４の左上隅のチップ（以下、第１のチップという）とマスク３２とを位置決めする。この位置決めは、各顕微鏡撮像装置ＡＸ１、ＡＹ１、ＡＸ２によって検出される位置ずれ量が、同時にゼロになるようにθＸＹステージ７０をｘ方向、ｙ方向に移動させるとともに、ｘｙ平面内でθＸＹステージ７０を回転させることによって行われる。尚、この実施の形態では、θＸＹステージ７０を回転させるようにしたが、マスク３２を回転させるようにしてもよいし、また、ウエハ４４を移動させる代わりにマスク３２をｘ方向、ｙ方向に移動させてもよい。
【００５３】
上記のようにしてマスク３２と第１のチップとの位置決めが完了すると、続いてウエハ４４の右上隅のチップ（以下、第２のチップという）とマスク３２とを位置決めする。このときの位置決めは、各顕微鏡撮像装置ＡＸ１、ＡＹ１によって検出される位置ずれ量に基づいて行い、回転方向の調整は行わない。
【００５４】
次に、第１のチップと第２のチップとの距離Ｌx を求める。この距離Ｌx は、第１のチップの位置決めを行ってから第２のチップの位置決めまでに移動したθＸＹステージ７０のｘ方向の移動量をｘ2 、ｙ方向の移動量をｙ2 とすると、次式、
【００５５】
【数２】
Ｌx ＝√（ｘ2 2 ＋ｙ2 2 ）
によって求めることができる。尚、上記移動量ｘ2 、ｙ2 は、θＸＹステージ７０のｘ方向及びｙ方向の移動量を検出する２つのレーザ干渉計によって測定する。即ち、第１のチップの位置決めを行った時の２つのレーザ干渉計の読み値を（０，０）とし、第２のチップの位置決めを行った時の２つのレーザ干渉計の読み値（ｘ2 ，ｙ2 ）から移動量ｘ2 、ｙ2 を測定する。
【００５６】
一方、第１のチップと第２のチップとの基準の距離をＬref とすると、ウエハ４４のｘ方向の伸縮量δx は、次式、
【００５７】
【数３】
δx ＝Ｌx −Ｌref
となり、ｘ方向の伸縮率εx は、次式、
【００５８】
【数４】
εx ＝（Ｌx −Ｌref ）／Ｌref
となる。
【００５９】
前記基準の距離Ｌref は、前工程やウエハマークを形成したときの長さ又は設計寸法として決定された長さである。
【００６０】
また、θＸＹステージ７０に移動による姿勢誤差（特にヨー（yaw)方向の誤差）がある場合には、レーザ干渉計を３軸（例えば、Ｘ、Ｙ１、Ｙ２）から構成し、yaw 方向に変化した角度を測定し、前記Ｌx の値からyaw による誤差を除くことが好ましい。
【００６１】
同様にして、ウエハ４４のｙ方向の伸縮率εY も求めることができる。この場合、ウエハ４４の左下隅のチップ（以下、第３のチップという）とマスク３２とを位置決めする。この位置決めは、第２のチップの位置決めと同様に顕微鏡撮像装置ＡＸ１、ＡＹ１によって検出される位置ずれ量に基づいて行い、回転方向の調整は行わない。そして、第３のチップの位置決めを行ったときの２つのレーザ干渉計の読み値（ｘ3 ，ｙ3 ）から第１のチップと第３のチップとの距離を測定する。
【００６２】
上記の実施の形態では、３つのチップ（第１、第２、第３のチップ）の位置決めを行ったときの各チップ間の移動距離を測定してウエハのｘ方向及びｙ方向の伸縮率を求めるようにしたが、図９に示すように４つのチップ１〜４の位置決めを行ったときの各チップ間の移動距離を測定してウエハのｘ方向及びｙ方向の伸縮率を求めるようにしてもよい。
【００６３】
即ち、図９に示すように、ウエハ４４上でそれぞれｘ方向に離間したチップ１、チップ２の位置決めを行ったときの各チップ１、２間の移動距離Ｌｘを測定してウエハのｘ方向の伸縮率を求め、同様にして、ウエハ４４上でそれぞれｙ方向に離間したチップ３、チップ４の位置決めを行ったときの各チップ３、４間の移動距離Ｌｙを測定してウエハのｙ方向の伸縮率を求める。
【００６４】
尚、チップ１、３の位置決めは、各顕微鏡撮像装置ＡＸ１、ＡＹ１、ＡＸ２によって検出される位置ずれ量が、同時にゼロになるようにθＸＹステージ７０をｘ方向、ｙ方向に移動させるとともに、ｘｙ平面内でθＸＹステージ７０を回転させることによって行い、チップ２、４の位置決めは、顕微鏡撮像装置ＡＸ１、ＡＹ１によって検出される位置ずれ量に基づいて行い、回転方向の調整は行わない。
【００６５】
また、チップ１、３での位置決め時にはθＸＹステージ７０を回転させてθの調整を行うが、θの調整はマスク側を回転させてもよい。この場合、チップ２やチップ４の位置決め時には、マスクを回転させないで（即ち、θの調整をしたマスクの回転位置を維持した状態で）、ｘ方向及びｙ方向のアライメントを行う。
【００６６】
図１０は本発明に係る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。
【００６７】
同図において、中央処理装置（ＣＰＵ）１００は、装置全体を統括制御するもので、前述したようなウエハのｘ方向及びｙ方向の伸縮率を求めるための処理、ウエハの位置決め制御、露光時の電子ビームの偏向制御等を行う。３つの顕微鏡撮像装置ＡＸ１、ＡＹ１、ＡＸ２での撮像によって得られた各画像信号は、信号処理回路１０２に加えられる。信号処理回路１０２は、入力した各画像信号に基づいてマスクマークとウエハマークとの３つの位置ずれ量を算出する。
【００６８】
ＣＰＵ１００は、信号処理回路１０２から入力する３つの位置ずれ量がゼロになるようにステージ駆動回路１０４を介してθＸＹステージ７０をｘ方向、ｙ方向に移動させるとともに、ｘｙ平面内でθＸＹステージ７０を回転させ、これによりウエハの高精度の位置決め（ファインアライメント）を行う。
【００６９】
ＣＰＵ１００は、ウエハのｘ方向及びｙ方向の伸縮率を求める際には、図３で説明したようにウエハの第１のチップ、第２のチップ及び第３のチップのファインアライメントを行い、第２のチップ及び第３のチップのファインアライメント後のレーザ干渉計ＬX 、ＬY の読み値（ｘ2 ，ｙ2 ）、（ｘ3 ，ｙ3 ）から各チップ間の距離を算出し、この測定した距離と基準の距離とに基づいてウエハのｘ方向及びｙ方向の伸縮率を求める。
【００７０】
また、ＣＰＵ１００は、マスクを走査する際の偏向量データとともにウエハの伸縮率に応じた補正データをデジタル演算回路１０６に供給し、デジタル演算回路１０６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／ＡＭＰ１０８に出力し、補正データに基づいてウエハのｘ方向及びｙ方向の伸縮率に比例してｘ方向及びｙ方向の転写倍率を変更するとともに、後述するようにマスクの歪みを補正するためのデジタル信号を副ＤＡＣ／ＡＭＰ１１０に出力する。
【００７１】
主ＤＡＣ／ＡＭＰ１０８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に示すようにマスク３０の全面を走査するように偏向される。
【００７２】
また、副ＤＡＣ／ＡＭＰ１１０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は、図１１に示すようにマスク３２への入射角度が制御される。
【００７３】
いま、図１１に示すように電子ビーム１５のマスク３２への入射角度をα、マスク３２とウエハ４４との間隔をＧとすると、入射角度αによるマスクパターンの転写位置のずれ量δは、次式、
【００７４】
【数５】
δ＝Ｇ・tan α
で表される。図１１上ではマスクパターンは、ずれ量δだけ正規の位置からずれた位置に転写される。
【００７５】
従って、電子ビームの走査位置に応じて入射角度αを変化させることにより、転写倍率を変化させることができる。尚、入射角度αは、マスク中心では入射角度αを０とし、マスク中心から遠ざかるにしたがって入射角度αを大きくする。
【００７６】
図１２は本発明に係る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。
【００７７】
同図に示すように、まず電子ビーム近接露光装置にマスクをロードし（ステップＳ１０）、続いてウエハをθＸＹステージ７０上の静電チャック６０に位置決めしたのち、該静電チャック６０で吸着固定することによりウエハをロードする（ステップＳＳ１２）。続いて、ウエハに電子が帯電しないように導通ピン等によってウエハの導通をとる（ステップＳ１４）。
【００７８】
次に、ウエハの高さを検出するためのｚセンサによって高さ検出を行い、ウエハの高さ調整を行ったのち（ステップＳ１６）、ウエハの粗い位置合わせ（コースアライメント）を行う（ステップＳ１８）。
【００７９】
続いて、図３や図９で説明したようにウエハのｘ方向及びｙ方向の伸縮率εx 、εY の測定（ＭＡＧ測定（グローバル））を行い（ステップＳ３０）、その測定した伸縮率εx 、εY を示す信号を補正演算回路１０６Ａに出力する。その後、ウエハを転写位置に移動させる（ステップＳ２０））。
【００８０】
次に、マスクとウエハとの間隔（ＧＡＰ）を調整する（ステップＳ２２）。マスクとウエハとの間隔Ｇは、図７（Ａ）に示すように顕微鏡撮像装置の結像面とマスクマークＭMXとの交点Ｑと、ウエハマークＭwxとの交点Ｒとの線分ＱＲを撮影画像に基づいて求め、この線分ＱＲと撮影光軸の入射角αとから、次式、
【００８１】
【数６】
Ｇ＝ＱＲ・sin α
によって求めることができる。詳しくは、特開２０００−３５６５１１号公報に開示されている。尚、間隔Ｇの測定方法はこの実施の形態に限定されない。
【００８２】
上記のようにして測定した間隔Ｇが所定値（例えば、５０μｍ）となるように間隔Ｇを調整する。この間隔Ｇの値（間隔値）は、補正演算回路１０６Ａに加えられる。尚、補正演算回路１０６Ａは、図１０に示したデジタル演算回路１０６中の副偏向器２６、２８の偏向制御を行う回路に相当する。
【００８３】
その後、３つの顕微鏡撮像装置ＡＸ１、ＡＹ１、ＡＸ２を使用してマスクとウエハ上のチップとを精度よく位置決め（ファインアライメント）したのち（ステップＳ２４）、電子ビームによってマスクパターンをウエハに転写する（ステップＳ２６）。
【００８４】
この転写時に補正演算回路１０６Ａは、ウエハの伸縮率εx 、εY に基づいて転写倍率を変更するとともに、マスク歪みを補正するように電子ビームのマスクパターンへの入射角度を制御（傾き補正）する。尚、補正演算回路１０６Ａには、ステップＳ３２で予め測定されたマスク歪みを示すデータが入力されており、補正演算回路１０６Ａは、例えば図１３（Ａ）に示すようなマスク歪みを入力した場合に、図１３（Ｂ）に示すようなマスク歪みのない状態でのマスクパターンが転写されるように電子ビームの傾き補正を行う。
【００８５】
ウエハへのマスクパターンの転写が終了すると、ウエハをアンロードする（ステップＳ２８）。
〔第２の実施の形態〕
図１４は本発明に係る電子ビーム近接露光装置の第２の実施の形態の転写部を拡大した上面図である。尚、図３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。
【００８６】
図１４に示すように、この電子ビーム近接露光装置には、４つの顕微鏡撮像装置ＡＸ１、ＡＹ１、ＡＸ２、ＡＹ２が設けられている。また、ウエハ４４’には、ウエハ４４’の各チップの位置決めや、各チップの伸縮率を測定するための４組のウエハマークＭWX1,ＭWX2,ＭWY1,ＭWY2 （図１５参照）がチップが形成される領域外に設けられている。
【００８７】
一方、マスク３２’には、破線で示す領域内にマスクパターンが形成されており、破線で示す領域外に前記ウエハマークＭWX1,ＭWX2,ＭWY1,ＭWY2 との関係でマスク３２’とウエハ４４’とのｘ方向、ｙ方向のずれ、及びｘｙ平面の回転方向のずれ、及びチップのｘ方向及びｙ方向の伸縮率を検出するための４つのマスクマークＭMX1,ＭMX2,ＭMY1,ＭMY2 が設けられている。
【００８８】
次に、ウエハの各チップのｘ方向及びｙ方向の伸縮率の測定方法について説明する。
【００８９】
チップの伸縮率を測定する場合には、測定しようとするチップとマスク３２’とを位置決めするが、チップのｙ方向の伸縮率の測定する場合には、３つの顕微鏡撮像装置ＡＸ１、ＡＹ１、ＡＸ２によって検出される位置ずれ量が、同時にゼロになるようにθＸＹステージ７０をｘ方向、ｙ方向に移動させるとともに、ｘｙ平面内でθＸＹステージ７０を回転させる。尚、この実施の形態では、チップの中心とマスクの中心とを一致させる位置決め用のマークが形成されている。
【００９０】
そして、残りの顕微鏡撮像装置ＡＹ２によって検出される位置ずれ量Δｙを求める。この位置ずれ量Δｙは、２つのウエハマークＭWY2 とマスクマークＭMY2 との各距離を、図１５に示すようにｙ1 ，ｙ2 とすると、次式、
【００９１】
【数７】
Δｙ＝（ｙ1 −ｙ2 ）／２
で表すことができる。このようにして求めた位置ずれ量Δｙを、チップの中心から２つのウエハマークＭWY2 の中心とのｙ方向の基準の長さで除算することにより、チップのｙ方向の伸縮率を求めることができる。
【００９２】
同様にして、チップのｘ方向の伸縮率を測定する場合には、３つの顕微鏡撮像装置ＡＸ１、ＡＹ１、ＡＹ２によって検出される位置ずれ量が、同時にゼロになるようにθＸＹステージ７０をｘ方向、ｙ方向に移動させるとともに、ｘｙ平面内でθＸＹステージ７０を回転させ、残りの顕微鏡撮像装置ＡＸ２によって検出される位置ずれ量Δｘを求める。この位置ずれ量Δｘは、２つのウエハマークＭWX2 とマスクマークＭMX2 との各距離を、図１５に示すようにｘ1 ，ｘ2 とすると、次式、
【００９３】
【数８】
Δｘ＝（ｘ1 −ｘ2 ）／２
で表すことができる。このようにして求めた位置ずれ量Δｘを、チップの中心から２つのウエハマークＭWX2 の中心とのｘ方向の基準の長さで除算することにより、チップのｘ方向の伸縮率を求めることができる。
【００９４】
図１６は本発明に係る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。尚、図１２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。
【００９５】
図１６に示すフローチャートとからも明らかなように、第２の実施の形態では、図１２に示したウエハ全体（グローバル）の伸縮率を測定するステップ３０の代わりに、図１４で説明したようにチップごとに伸縮率を測定（ＭＡＧ測定（チップ））するステップ４０を有する点で相違する。尚、ウエハやマスクに形成する位置決め用のマークは、この実施の形態には限定されない。
【００９６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ウエハの伸縮等によりマスクとウエハの倍率が変化してもウエハに露光される各マスクパターン同士がずれないように露光することができ、特に電子ビームのマスクへの入射角度を制御することによって転写倍率を補正するようにしたため、簡単にかつ精度よく転写倍率を補正することができる。また、マスクに歪みがある場合には、転写倍率の補正と同時にマスク歪みの補正も行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電子ビーム近接露光装置の転写部の上面図
【図２】本発明に係る電子ビーム近接露光装置の転写部の側面図
【図３】図１に示した電子ビーム近接露光装置の転写部を拡大した上面図
【図４】図３の要部拡大図
【図５】図４の５−５線に沿う断面図
【図６】本発明に適用される顕微鏡撮像装置の概略構成図
【図７】顕微鏡撮像装置によってマスクマークとウエハマークとの位置ずれ量を検出する方法を説明するために用いた図
【図８】顕微鏡撮像装置によってマスクマークとウエハ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】ウエハの伸縮率の測定方法の他の実施の形態を説明するために用いた図
【図１０】本発明に係る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１１】副偏向器によって電子ビームの転写位置がずれる様子を示す図
【図１２】本発明に係る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１３】マスク歪みの補正を説明するために用いた図
【図１４】本発明に係る電子ビーム近接露光装置の第２の実施の形態の転写部を拡大した上面図
【図１５】チップごとの伸縮率の求め方を説明するために用いた図
【図１６】電子ビーム近接露光方法の第２の実施の形態の動作手順を示すフローチャート
【図１７】本発明が適用される電子ビーム近接露光装置の基本構成図
【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】本発明が適用される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、３２’…マスク、４４、４４’…ウエハ、６０…静電チャック、７０…θＸＹステージ、９０…顕微鏡対物レンズ、９１…カバーガラス、９１Ａ…導電性の薄膜、９２…導電性の保持部材、９３…白色光源、９７…撮像部、１００…中央処理装置（ＣＰＵ）、１０２…信号処理回路、１０４…ステージ駆動回路、１０６…デジタル演算回路、１０６Ａ…補正演算回路、ＡＸ１、ＡＹ１、ＡＸ２、ＡＹ２…顕微鏡撮像装置、ＭWX，ＭWY，ＭWX1,ＭWX2,ＭWY1,ＭWY2 …ウエハマーク、ＭMX，ＭMY，ＭMX1,ＭMX2,ＭMY1,ＭMY2 …マスクマーク、ＬX,ＬY …レーザ干渉計
Claims (9)
- ウエハにマスクを近接配置し、電子ビームによって前記マスクを走査することにより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電子ビーム近接露光方法において、
所定の工程時のウエハを基準にした現在のウエハのｘ方向及びｙ方向の伸縮率を測定するステップと、
前記電子ビームによる前記ウエハへの露光時に、前記ウエハのｘ方向及びｙ方向の伸縮率に比例してｘ方向及びｙ方向の転写倍率を変更すべく、前記ウエハのｘ方向及びｙ方向の伸縮率と前記ウエハとマスクとの間隔値と前記電子ビームのマスク上の走査位置とに基づいて前記マスクパターンへの前記電子ビームの入射角度を制御するステップと、
を含むことを特徴とする電子ビーム近接露光方法。 - 前記マスクのマスク歪みを測定し、
前記電子ビームの入射角度を制御するステップは、前記転写倍率を変更するとともに前記測定したマスク歪みを補正すべく、前記ウエハのｘ方向及びｙ方向の伸縮率と前記マスク歪みと前記ウエハとマスクとの間隔値と前記電子ビームのマスク上の走査位置とに基づいて前記マスクパターンへの前記電子ビームの入射角度を制御することを特徴とする請求項１の電子ビーム近接露光方法。 - 前記マスクに位置合わせ用のマスクマークを設けるとともに、前記ウエハに形成される第１のチップと、該第１のチップに対してｘ方向に離間した第２のチップと、ｙ方向に離間した第３のチップとにそれぞれ前記マスクマークに対応する位置合わせ用のウエハマークを設け、
前記伸縮率を測定するステップは、
前記マスクのマスクマークと前記ウエハ上の第１のチップのウエハマークとが所定の位置関係になるように前記ウエハとマスクとを相対的にｘ方向及びｙ方向に移動させるとともにｘｙ平面内で相対的に回転させる第１の位置合わせステップと、
前記マスクのマスクマークと前記ウエハ上の第２のチップのウエハマークとが所定の位置関係になるように前記ウエハとマスクとを相対的にｘ方向及びｙ方向に移動させる第２の位置合わせステップと、
前記第１の位置合わせステップでの位置合わせが終了した後、前記第２の位置合わせステップでの位置合わせが終了するまでの前記ウエハとマスクとの相対的な第１の移動距離を測定するステップと、
前記測定した第１の移動距離と前記第１のチップと第２のチップとの前記所定の工程時の距離とに基づいて前記ウエハのｘ方向の伸縮率を求めるステップと、
前記マスクのマスクマークと前記ウエハ上の第３のチップのウエハマークとが所定の位置関係になるように前記ウエハとマスクとを相対的にｘ方向及びｙ方向に移動させる第３の位置合わせステップと、
前記第１の位置合わせステップでの位置合わせが終了した後、前記第３の位置合わせステップでの位置合わせが終了するまでの前記ウエハとマスクとの相対的な第２の移動距離を測定するステップと、
前記測定した第２の移動距離と前記第１のチップと第３のチップとの前記所定の工程時の距離とに基づいて前記ウエハのｙ方向の伸縮率を求めるステップと、
からなることを特徴とする請求項１又は２の電子ビーム近接露光方法。 - 前記マスクマークは、前記ウエハとマスクとのｘ方向の位置ずれ及びｙ方向の位置ずれを検出するための第１、第２のマスクマークと、前記第１又は第２のマスクマークと異なる位置に設けられ、前記ウエハとマスクとのｘ方向の位置ずれ又はｙ方向の位置ずれを検出するための第３のマスクマークとを有し、
前記ウエハマークは、前記第１、第２及び第３のマスクマークとの位置関係に基づいて前記ウエハとマスクとのｘ方向の位置ずれ及びｙ方向の位置ずれを検出するための第１、第２のウエハマークと、前記第１又は第２のウエハマークと異なる位置に設けられ、前記ウエハとマスクとのｘ方向の位置ずれ又はｙ方向の位置ずれを検出するための第３のウエハマークとを有し、
前記第１のマスクマークと第１のウエハマークとを同時に撮像する第１の撮像手段と、前記第２のマスクマークと第２のウエハマークとを同時に撮像する第２の撮像手段と、前記第３のマスクマークと第３のウエハマークとを同時に撮像する第３の撮像手段とを設け、
前記第１の位置合わせステップは、前記第１、第２及び第３の撮像手段から得られる各画像信号に基づいて検出される前記第１、第２及び第３のマスクマークと第１、第２及び第３のウエハマークとの位置ずれがそれぞれゼロになるように前記ウエハとマスクとを相対的にｘ方向及びｙ方向に移動させるとともにｘｙ平面内で相対的に回転させ、
前記第２及び第３の位置合わせステップは、前記第１及び第２の撮像手段から得られる各画像信号に基づいて検出される前記第１及び第２のマスクマークと第１及び第２のウエハマークとの位置ずれがそれぞれゼロになるように前記ウエハとマスクとを相対的に移動させることを特徴とする請求項３の電子ビーム近接露光方法。 - 前記マスクに位置合わせ用のマスクマークを設けるとともに、前記ウエハに形成される第１のチップと、該第１のチップに対してｘ方向に離間した第２のチップと、前記ウエハに形成される第３のチップと、該第３のチップに対してｙ方向に離間した第４のチップとにそれぞれ前記マスクマークに対応する位置合わせ用のウエハマークを設け、
前記伸縮率を測定するステップは、
前記マスクのマスクマークと前記ウエハ上の第１のチップのウエハマークとが所定の位置関係になるように前記ウエハとマスクとを相対的にｘ方向及びｙ方向に移動させるとともにｘｙ平面内で相対的に回転させる第１の位置合わせステップと、
前記マスクのマスクマークと前記ウエハ上の第２のチップのウエハマークとが所定の位置関係になるように前記ウエハとマスクとを相対的にｘ方向及びｙ方向に移動させる第２の位置合わせステップと、
前記第１の位置合わせステップでの位置合わせが終了した後、前記第２の位置合わせステップでの位置合わせが終了するまでの前記ウエハとマスクとの相対的な第１の移動距離を測定するステップと、
前記測定した第１の移動距離と前記第１のチップと第２のチップとの前記所定の工程時の距離とに基づいて前記ウエハのｘ方向の伸縮率を求めるステップと、
前記マスクのマスクマークと前記ウエハ上の第３のチップのウエハマークとが所定の位置関係になるように前記ウエハとマスクとを相対的にｘ方向及びｙ方向に移動させるとともにｘｙ平面内で相対的に回転させる第３の位置合わせステップと、
前記マスクのマスクマークと前記ウエハ上の第４のチップのウエハマークとが所定の位置関係になるように前記ウエハとマスクとを相対的にｘ方向及びｙ方向に移動させる第４の位置合わせステップと、
前記第３の位置合わせステップでの位置合わせが終了した後、前記第４の位置合わせステップでの位置合わせが終了するまでの前記ウエハとマスクとの相対的な第２の移動距離を測定するステップと、
前記測定した第２の移動距離と前記第３のチップと第４のチップとの前記所定の工程時の距離とに基づいて前記ウエハのｙ方向の伸縮率を求めるステップと、
からなることを特徴とする請求項１又は２の電子ビーム近接露光方法。 - 前記マスクマークは、前記ウエハとマスクとのｘ方向の位置ずれ及びｙ方向の位置ずれを検出するための第１、第２のマスクマークと、前記第１又は第２のマスクマークと異なる位置に設けられ、前記ウエハとマスクとのｘ方向の位置ずれ又はｙ方向の位置ずれを検出するための第３のマスクマークとを有し、
前記ウエハマークは、前記第１、第２及び第３のマスクマークとの位置関係に基づいて前記ウエハとマスクとのｘ方向の位置ずれ及びｙ方向の位置ずれを検出するための第１、第２のウエハマークと、前記第１又は第２のウエハマークと異なる位置に設けられ、前記ウエハとマスクとのｘ方向の位置ずれ又はｙ方向の位置ずれを検出するための第３のウエハマークとを有し、
前記第１のマスクマークと第１のウエハマークとを同時に撮像する第１の撮像手段と、前記第２のマスクマークと第２のウエハマークとを同時に撮像する第２の撮像手段と、前記第３のマスクマークと第３のウエハマークとを同時に撮像する第３の撮像手段とを設け、
前記第１及び第３の位置合わせステップは、前記第１、第２及び第３の撮像手段から得られる各画像信号に基づいて検出される前記第１、第２及び第３のマスクマークと第１、第２及び第３のウエハマークとの位置ずれがそれぞれゼロになるように前記ウエハとマスクとを相対的にｘ方向及びｙ方向に移動させるとともにｘｙ平面内で相対的に回転させ、
前記第２及び第４の位置合わせステップは、前記第１及び第２の撮像手段から得られる各画像信号に基づいて検出される前記第１及び第２のマスクマークと第１及び第２のウエハマークとの位置ずれがそれぞれゼロになるように前記ウエハとマスクとを相対的にｘ方向及びｙ方向に移動させることを特徴とする請求項５の電子ビーム近接露光方法。 - 前記マスクと前記ウエハに形成されるチップとのｘ方向の２つの位置ずれをそれぞれ検出するための第１、第２のマスクマークと、ｙ方向の２つの位置ずれをそれぞれ検出するための第３、第４のマスクマークとを前記マスクに設け、
前記第１、第２、第３及び第４のマスクマークとの位置関係に基づいて前記ウエハと前記チップとのｘ方向の２つの位置ずれ及びｙ方向の２つの位置ずれを検出するための第１、第２、第３及び第４のウエハマークを前記ウエハに設け、
前記第１のマスクマークと第１のウエハマークとを同時に撮像する第１の撮像手段と、前記第２のマスクマークと第２のウエハマークとを同時に撮像する第２の撮像手段と、前記第３のマスクマークと第３のウエハマークとを同時に撮像する第３の撮像手段と、前記第４のマスクマークと第４のウエハマークとを同時に撮像する第４の撮像手段とを設け、
前記伸縮率を測定するステップは、
前記第１、第２及び第３の撮像手段から得られる各画像信号に基づいて検出される前記第１、第２及び第３のマスクマークと第１、第２及び第３のウエハマークとの位置ずれがそれぞれゼロになるように前記ウエハとマスクとを相対的にｘ方向及びｙ方向に移動させるとともにｘｙ平面内で相対的に回転させる第１の位置合わせステップと、
前記第１の位置合わせステップでの位置合わせが終了した後、前記第４の撮像手段から得られる画像信号に基づいて検出される前記第４のマスクマークと第４のウエハマークとの位置ずれから該チップのｙ方向の伸縮率を求めるステップと、
前記第１、第３及び第４の撮像手段から得られる各画像信号に基づいて検出される前記第１、第３及び第４のマスクマークと第１、第３及び第４のウエハマークとの位置ずれがそれぞれゼロになるように前記ウエハとマスクとを相対的にｘ方向及びｙ方向に移動させるとともにｘｙ平面内で相対的に回転させる第２の位置合わせステップと、
前記第２の位置合わせステップでの位置合わせが終了した後、前記第２の撮像手段から得られる画像信号に基づいて検出される前記第２のマスクマークと第２のウエハマークとの位置ずれから該チップのｘ方向の伸縮率を求めるステップと、
を有することを特徴とする請求項１又は２の電子ビーム近接露光方法。 - 請求項４、６又は７の電子ビーム近接露光方法において、
前記撮像手段の前記マスクに対向する光学部材は、その表面に導電性の薄膜が蒸着され、当該導電性の薄膜が接地されていることを特徴とする電子ビーム近接露光方法。 - 請求項４、６又は７の電子ビーム近接露光方法において、
前記撮像手段の光学部材の前面にシャッタ機構を設け、
前記位置合わせ時に前記シャッタ機構を開き、前記電子ビームによる転写時に散乱する電子又は２次電子が前記撮像手段の光学部材に帯電しないように前記シャッタ機構を閉じることを特徴とする電子ビーム近接露光方法。
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