JP2000223397A - 電子線露光方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アライメント時間と露光時間との合計である
露光処理時間を削減する。 【解決手段】 露光前室４と、露光室３とを有してい
る。露光前室４は、露光室３へのウエハのロード、アン
ロードを行う室であり、室内にウエハのアライメント動
作を行うアライメント手段が設置されている。露光室３
は、前記アライメント結果を用いてウエハのパターン描
画を行う室である。露出前室４のアライメント手段は、
本アライメントに必要な高精度のアライメント光学系２
とアライメントステージ６であり、露光室３での露光処
理と平行して露光前室４では、露光前処理として待機中
のウエハに対して本アライメントを実施し、処理時間の
短縮を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被描画基板として
のウエハにパターンを描画する電子線露光方法及びその
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ウエハーにパターンを描画する従来の電
子線露光方法の例を図５、図６に示す。 図５におい
て、前のウェハの露光処理が終了したら、露光室３の露
光ステージ５上に未露光のウェハ８を設置し、図６のフ
ローチャートに示される以下の一連のアライメント動作
を行う。

【０００３】すなわち、図６において、まず光学式プリ
アライナー１６にてプリ（粗）アライメントを行い、ウ
ェハのおおよその位置検出を行う。次いで、電子ビーム
ＥＢにてウェハアライメントを行い、ウェハのシフト、
回転、チップ配列誤差等を高精度に補正する。

【０００４】更に同様にチップアライメントを行い、チ
ップの歪形状の補正を行う。最後に、それら一連のアラ
イメント動作の結果より、重ね補正式の補正係数の算出
を行い、その補正式に基づいて位置補正を行いながら露
光処理としてチップにパターンの描画を行う。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】 ところが、このよう
な従来の電子線露光方法によるときには、露光室３にて
一連のアライメント動作と露光動作を順次実行している
ため、一連のアライメント動作中は、当然、露光を行う
ことができず、アライメント時間と露光時間との合計で
ある露光処理時間に長時間を要し、スループットが低下
するという問題点がある。

【０００６】なお、実開平５−７６０４０号公報には、
プリアライメント機能を備えた電子線描画装置が記載さ
れているが、この装置は、露光前室内にてプリアライメ
ントを行い、ウエハを露光室に搬送した後の搬送誤差に
より、露光室内でのアライメント時間が増加するのを防
止することを意図したものである。

【０００７】したがって、露光前室でのアライメント動
作は、精度が要求されないプリアライメントのみであ
り、あくまで露光に必要な本アライメント動作は、露光
室内で行われるため、アライメント時間と露光時間との
合計である露光処理時間が短縮されるわけではない。

【０００８】本発明の目的は、アライメント時間と露光
時間との合計である露光処理時間を削減する電子線露光
方法及びその装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による電子線露光方法においては、露光前処
理と、露光処理とを有する電子線露光方法であって、露
光前処理は、露光室内で行う先行のウエハに対する描画
と平行して露光前室内で待機中の次のウェハに対するア
ライメント動作の全てを行う処理であり、露光処理は、
ウエハを露光室内に搬送後、搬入時に生じるウェハのず
れを補正し、露光前処理の前記アライメント結果を用い
てウエハのパターン描画を行う処理である。

【００１０】また、露光前処理は、ウェハアライメント
にて得られたチップ配列誤差補正式と、チップアライメ
ントにて得られたチップ歪補正式とから、重ね補正式の
補正係数を算出する処理を含み、露光処理は、ウェハを
露光処理時の露光ステージ上に設置した際に生じたウェ
ハのシフト、回転量を、露光前処理にて求めた重ね補正
式の補正係数に加算し、その重ね補正式に基づいてチッ
プ位置、形状を補正しながら電子ビームによる露光を行
う処理を含むものである。

【００１１】また、露光前処理は、アライメント手段と
して電子ビームを用い、アライメントマークを横切るよ
うに電子ビームを走査し、発生する反射電子を反射電子
検出器にて検出し、検出された反射電子信号の信号強度
の変化よりアライメントマーク位置を特定する処理を含
むものである。

【００１２】また、本発明による電子ビーム露光装置に
おいては、露光前室と、露光室とを有する電子線露光装
置であって、露光前室は、露光室へのウエハのロード、
アンロードを行う室であり、室内にウエハのアライメン
ト動作を行うアライメント手段が設置され、露光室は、
前記アライメント結果を用いてウエハのパターン描画を
行う室である。

【００１３】また、露光室は、パターン描画を行うため
の電子ビーム光学系と、露光処理されるウエハを搭載す
る露光ステージとを有し、露光前室は、露光室内に設置
されている露光ステージと同一或いは、同程度の精度を
持つアライメントステージを有し、アライメント手段
は、制御手段を有し、制御手段は、ステージ位置情報か
らアライメントマーク座標を特定し、マーク認識情報
と、特定されたアライメントマーク座標とからウェハの
シフト、回転、チップの配列誤差、更にはチップの歪等
の補正演算を行うものである。

【００１４】また、制御手段は、パターン認識回路と、
マーク位置検出回路と、位置補正演算回路とを有し、パ
ターン認識回路は、パターンマッチングにより、アライ
メントステージに搭載されたウェハ上のアライメントマ
ークを認識してマーク認識情報をマーク位置検出回路に
出力するものであり、アライメントステージのステージ
位置情報は、マーク位置検出回路に出力され、マーク位
置検出回路は、ステージ位置情報からアライメントマー
ク座標を特定するものであり、その出力は、位置補正演
算回路に入力され、位置補正演算回路は、マーク認識情
報と、特定されたアライメントマーク座標とからウェハ
のシフト、回転、チップの配列誤差、チップの歪等の補
正演算を行うものである。

【００１５】また、露光前室にアライメント手段として
電子ビーム光学系を有し、制御手段は、反射電子検出器
と、パターン認識回路と、マーク位置検出回路と、位置
補正演算回路とを有し、反射電子検出器は、電子ビーム
にてアライメントマーク上を走査したときに発生する反
射電子を検出するものであり、反射電子信号は、増幅し
てマーク位置検出回路に出力され、マーク位置検出回路
は、ステージ位置情報からアライメントマーク座標を特
定するものであり、その出力は、位置補正演算回路に入
力され、位置補正演算回路は、マーク認識情報と、特定
されたアライメントマーク座標と、試料台のマークの位
置とからウェハのシフト、回転、チップの配列誤差、チ
ップの歪等の補正演算を行うものである。

【００１６】また、アライメントステージのウエハを搭
載する試料台は、マークを有し、マークの位置は、ウェ
ハのアライメントと同様に電子ビームにて検出され、マ
ークとウェハとの相対位置が求められ、位置補正演算回
路は、マーク認識情報と、特定されたアライメントマー
ク座標と、試料台のマークの位置とからウェハのシフ
ト、回転、チップの配列誤差、チップの歪等の補正演算
を行うものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図に
よって説明する。 （実施形態１）図１において、本発明による電子ビーム
露光装置においては、露光室３と、露光前室４とを有し
ている。露光室３には、パターン描画を行うための電子
ビーム光学系１と、露光ステージ５とが設置されてい
る。

【００１８】露光前室４は、露光室３へのウェハ８のロ
ード、アンロードを行うための室であり、露光室３と、
露光前室４とは、真空度を保持するゲートバルブ（図示
せず）を介して接続されている。

【００１９】この露光前室４内には、露光室３内に設置
されている露光ステージ５と同一或いは、同程度の精度
を持つアライメントステージ６が設置されている。ま
た、露光前室４には、ＣＣＤセンサー、光学系、照明装
置から構成されるアライメント光学系２が設置されてい
る。

【００２０】このアライメント光学系２には、制御手段
としてパターン認識回路１０、マーク位置検出回路１
１、位置補正演算回路１２を有している。パターン認識
回路９は、パターンマッチングにより、アライメントス
テージ６に搭載されたウェハ８上のアライメントマーク
を認識してマーク認識情報をマーク位置検出回路１１に
出力するものである。

【００２１】アライメントステージ６は、ステージ駆動
を行うＤＣサーボモーター及び、ステージ位置検出を行
うレーザー干渉計とから構成されたものである。このア
ライメントステージ６は、ステージ制御回路１０により
高精度に制御され、アライメントステージ６のステージ
位置情報は、マーク位置検出回路１１に出力される。

【００２２】マーク位置検出回路１１は、ステージ位置
情報からアライメントマーク座標を特定するものであ
り、その出力は、位置補正演算回路１２に入力される。
位置補正演算回路１２は、マーク認識情報と、特定され
たアライメントマーク座標とからウェハのシフト、回
転、チップの配列誤差、更にはチップの歪等の補正演算
を行うものである。

【００２３】本実施形態においては、アライメント光学
系として白色光とＣＣＤセンサー、パターンマッチング
を行うパターン認識回路の組み合わせを用いた例を示し
ているが、本発明はこれに限定されるものではなく、他
のアライメント手段、例えばＨｅ−Ｎｅレーザーと位相
差検出回路を用いたアライメント手段、或いは電子ビー
ムと反射電子検出器、反射電子信号処理回路の組み合わ
せを用いたアライメント手段等を用いることも可能であ
る。

【００２４】本発明において、先のウェハが露光室３に
て露光中に、次のウェハ８を外部装置から露光前室４の
アライメントステージ６上に搬送する。次いで露光前室
４の真空引きと平行して、図２のフローチャートに従っ
たアライメント動作を実施する。

【００２５】即ち、まず、プリ（粗）アライメントとし
て、ウェハ上の最低２点のアライメントマークを検出
し、ウェハをアライメントステージ６上に設置した際の
シフト、回転を補正する。具体的には、まずステージ制
御回路１０にて、検出しようとするアライメントマーク
を、アライメントマークの設計位置情報に基づき、アラ
イメント光学系２の検出視野の範囲内で、おおよその位
置に移動する。

【００２６】アライメント光学系２では、ハロゲンラン
プから得られた広帯域白色光をウェハ８上に照射し、光
学系を通して得られたウェハ８上の画像情報をＣＣＤセ
ンサーにて検出する。パターン認識回路９では、予め記
憶されたアライメントマーク画像情報と、ＣＣＤセンサ
ーからの画像情報の２次元パターンマッチングを行い、
画像情報上のアライメントマークの位置を特定する。

【００２７】次いで、マーク位置検出回路１１にて、画
像情報上のアライメントマーク位置情報とステージ座標
情報より、アライメントマークの座標位置を特定する。
この動作を２ヶ所以上のアライメントマークにて行い、
それらの検出座標情報と設計座標情報とから、位置補正
演算回路１２にてウェハ７のシフト、回転を一次式にて
近似する。

【００２８】次に、ウェハアライメントとして、ウェハ
７上のＸ軸方向５チップ×Ｙ軸方向５チップの計２５チ
ップについて、チップ上１ヶ所のアライメントマークの
位置を検出し、ウェハ上のチップの配列誤差を２次式に
て近似する。

【００２９】アライメントマーク位置の具体的な検出方
法は、前述のプリ（粗）アライメントの場合と同様であ
るが、各アライメントマーク位置へのステージ移動は、
前述のプリ（粗）アライメントにて得られた１次補正式
に基づいて、位置補正をして行う。

【００３０】更にチップアライメントとして、前述のウ
ェハアライメントと同一の、ウェハ８上のＸ軸方向５チ
ップ×Ｙ軸方向５チップの計２５チップについて、チッ
プ上４隅の４ヶ所のアライメントマーク位置を検出す
る。ここでの具体的な検出方法も、前述のプリ（粗）ア
ライメントの場合と同様である。

【００３１】この検出結果より、チップの台形歪及びそ
のウェハ上での位置に依存した変動を、それぞれ２次式
にて近似する。そして最終的にウェハアライメントにて
得られたチップ配列誤差補正式と、チップアライメント
にて得られたチップ歪補正式とから、重ね補正式の補正
係数を算出し、一連のアライメント動作を終了する。

【００３２】その後は、前のウェハの露光終了まで、露
光前室にて待機する。先行のウエハの露光が終了した
ら、露光室３内の露光済みのウェハと露光前室４内のウ
ェハ８を入れ替え、露光ステージ５上にアライメント済
みのウェハ８を設置する。

【００３３】そして、図３のフローチャートに示すよう
に、ウェハ８上の少なくとも２ヶ所のアライメントマー
クを、電子ビームＥＢにて検出する。電子ビームＥＢに
よるアライメントマークの検出は、通常の電子ビーム露
光にて行われているアライメントマーク検出方法と同様
に、電子ビームＥＢにてアライメントマーク上を横切る
よう走査し、得られた反射電子信号からアライメントマ
ーク位置を求める。

【００３４】最後に、前記ウェハアライメントにて得ら
れた、ウェハ８を露光室３内の露光ステージ５上に設置
した際に生じたウェハのシフト、回転量を、露光前室４
にて求めた重ね補正式の補正係数に加算し、その重ね補
正式に基づいてチップ位置、形状を補正しながら電子ビ
ームＥＢによる露光を行う。

【００３５】以上、アライメント方法としてプリ（粗）
アライメント、ウェハアライメント、チップアライメン
トを順に行う方法について述べたが、本発明は、この順
序に限定されるものではなく、他の一般的に用いられて
いるアライメントアルゴリズム、例えばチップの配列誤
差のみを補正して露光を行うグローバルアライメント、
全てのチップについてアライメントマーク検出を行うＤ
／Ｄ（ダイ・バイ・ダイ）アライメント等を用いること
も可能である。

【００３６】またアライメントマーク検出を行ったチッ
プ数も、必要な重ね合わせ精度が得られる範囲内で適宜
変更することが可能である。

【００３７】 （実施形態２）本発明の他の実施形態
を、図４を用いて説明する。図４に示す実施形態では、
露光前室４にアライメント光学系として電子ビーム光学
系を有し、制御手段として、電子ビームＥＢにてアライ
メントマーク上を走査したときに発生する反射電子を検
出するための反射電子検出器１４と、反射電子信号を増
幅するための増幅回路１５を有し、この増幅回路１５の
出力がマーク位置検出回路１１に接続されているもので
ある。

【００３８】この実施形態においては、試料台７にウェ
ハを吸着固定するための静電チャック（図示せず）と、
２ヶ所のマーク１３とが設置されている。マーク１３
は、Ｓｉ基板上に厚さ０．５μｍのＡｕパターンで形成
されており、Ｓｉ基板ごと試料台７上に接着固定されて
いる。また、露光前室４には、ゲートバルブ（図示せ
ず）を介して試料交換室（図示せず）が設置されてお
り、露光前室４は、露光室３同様に常時高真空に保たれ
ている。

【００３９】装置外部より試料交換室に搬送されたウェ
ハは、試料交換室の真空排気終了後に露光前室４に搬送
される。次いで、前記第１の実施形態と同様にウェハ８
上のアライメントマーク検出が行われる。この時、アラ
イメント手段として電子ビームを用いているため、アラ
イメントマークを横切るように電子ビームを走査し、発
生する反射電子を反射電子検出器１４にて検出する。検
出された反射電子信号を増幅回路１５にて増幅し、信号
強度の変化よりマーク位置検出回路１１にてアライメン
トマーク位置を特定する。

【００４０】なお、この実施形態においては、ウェハの
アライメントの前、或いは後に、試料台７上に設置され
ている２ヶ所のマーク１３の位置を、ウェハのアライメ
ントと同様に電子ビームにて検出し、マーク１３とウェ
ハ８との相対位置を求めておく。そして前のウェハの露
光終了後はウェハを入れ替え、露光室３内にて露光光で
ある電子ビームＥＢにて、試料台７上に設置されている
２ヶ所のマーク１３の位置を検出する。

【００４１】この時、ウェハ８は、試料台７上に静電チ
ャックにより固定されているため、２ヶ所のマーク１３
の位置を検出することにより、ウェハ８を露光室３に搬
送した際のシフト、回転の補正が行える。その後は第１
の実施形態と同様に重ね補正式の補正係数にシフト、回
転量を加算し、ウェハの露光を行う。

【００４２】本実施形態において、試料台７上に設置さ
れているマーク１３は、２ヶ所に限られるものではな
く、要は、試料台７とウェハ８のシフト、回転を補正で
きればよいのであって、３ヶ所以上設置し、それぞれの
マークを検出するようにしても良い。

【００４３】本実施形態によれば、先の実施形態と同様
に、露光室内でのアライメントが大幅に短縮できる事か
ら、描画時間の大幅な短縮が可能であるが、更に露光室
３内でウェハアライメントを行う際、電子ビームＥＢに
よるウェハへのダメージを回避する事も可能となる。

【００４４】即ち、試料台を露光室３に搬送する場合に
搬送は機械的に行われるため、通常数１０〜数１００μ
ｍ程度の位置誤差が生じるのが普通である。この状態で
ウェハ８上のアライメントマークを電子ビームＥＢにて
検出しようとすると、広範囲な電子ビーム走査を行わな
ければならず、誤ってデバイスパターン上を走査、露光
してしまい、デバイスを破壊してしまうことになる。

【００４５】しかし、試料台７上にマーク１３を設置し
ておけば、デバイスを破壊することなく電子ビームを広
範囲に渡って走査し、マーク位置を検出することが可能
となる。

【００４６】

【発明の効果】以上のように本発明によるときには、露
光前室にて先のウェハが露光中の間の待機時間、或いは
真空排気時間を利用して後続のウエハについて一連のア
ライメント動作を行い、露光室ではウェハ設置時の位置
ズレ（シフト、回転）のみを補正すれば良いため、アラ
イメント時間が殆ど不要となり、露光時間を大幅に短縮
することが可能となる。

【００４７】また、前記露光前室での一連のアライメン
ト動作を露光室内で行った場合、アライメントマーク検
出及び補正計算で３００秒程度を要していたが、本発明
の方法によるときには、露光室内でのアライメント時間
は５秒程度までに短縮が可能である。

【００４８】さらに、露光前室にアライメント光学系を
別途設けることで、露光を行うための電子ビーム光学系
による位置的な干渉を受けることがなく、任意の位置
に、任意の手段のアライメント光学系を設置できるた
め、電子ビーム露光のための専用のアライメントマーク
をチップ毎に配置する必要が無く、ステッパーで用いら
れているアライメントマーク（ＷＧＡ、ＬＳＡ、ＦＩ
Ａ、ＬＩＡ等）を用いたアライメントが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施形態を示す図である。

【図２】露光前処理のフローチャートを示す図である。

【図３】露光処理のフローチャートを示す図である。

【図４】本発明の他の実施形態を示す図である、

【図５】従来の電子露光装置を示す図である。

【図６】従来の電子露光装置における露光処理のフロー
チャートを示す図である。

【符号の説明】

１ 電子ビーム光学系 ２ アライメント光学系 ３ 露光室 ４ 露光前室 ５ 露光ステージ ７ 試料台 ８ ウエハ ９ パターン認識回路 １０ ステージ制御回路 １１ マーク位置検出回路 １２ 位置補正演算回路 １３ マーク １４ 反射電子検出器 １５ 増幅回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｊ 37/04 Ｈ０１Ｊ 37/04 Ｂ 37/305 37/305 Ｂ Ｈ０１Ｌ 21/30 ５４１Ｋ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 露光前処理と、露光処理とを有する電子
   線露光方法であって、 露光前処理は、露光室内で行う先行のウエハに対する描
   画と平行して露光前室内で待機中の次のウェハに対する
   アライメント動作の全てを行う処理であり、 露光処理は、ウエハを露光室内に搬送後、搬入時に生じ
   るウェハのずれを補正し、露光前処理の前記アライメン
   ト結果を用いてウエハのパターン描画を行う処理である
   ことを特徴とする電子線露光方法。
2. 【請求項２】 露光前処理は、ウェハアライメントにて
   得られたチップ配列誤差補正式と、チップアライメント
   にて得られたチップ歪補正式とから、重ね補正式の補正
   係数を算出する処理を含み、 露光処理は、ウェハを露光処理時の露光ステージ上に設
   置した際に生じたウェハのシフト、回転量を、露光前処
   理にて求めた重ね補正式の補正係数に加算し、その重ね
   補正式に基づいてチップ位置、形状を補正しながら電子
   ビームによる露光を行う処理を含むものであることを特
   徴とする請求項１に記載の電子線露方法。
3. 【請求項３】 露光前処理は、アライメント手段として
   電子ビームを用い、アライメントマークを横切るように
   電子ビームを走査し、発生する反射電子を反射電子検出
   器にて検出し、検出された反射電子信号の信号強度の変
   化より アライメントマーク位置を特定する処理を含む
   ものであることを特徴とする請求項１に記載の電子線露
   光方法。
4. 【請求項４】 露光前室と、露光室とを有する電子線露
   光装置であって、 露光前室は、露光室へのウエハのロード、アンロードを
   行う室であり、室内にウエハのアライメント動作を行う
   アライメント手段が設置され、 露光室は、前記アライメント結果を用いてウエハのパタ
   ーン描画を行う室であることを特徴とする電子線露光装
   置。
5. 【請求項５】 露光室に、パターン描画を行うための電
   子ビーム光学系と、露光処理されるウエハを搭載する露
   光ステージとが設置され、 露光前室内に、露光室内に設置されている露光ステージ
   と同一或いは、同程度の精度を持つアライメントステー
   ジを有し、 アライメント手段は、制御手段を有し、 制御手段は、ステージ位置情報からアライメントマーク
   座標を特定し、マーク認識情報と、特定されたアライメ
   ントマーク座標とからウェハのシフト、回転、チップの
   配列誤差、チップの歪等の補正演算を行うものであるこ
   とを特徴とする請求項４に記載の電子線露光装置。
6. 【請求項６】 制御手段は、パターン認識回路と、マー
   ク位置検出回路と、位置補正演算回路とを有し、 パターン認識回路は、パターンマッチングにより、アラ
   イメントステージに搭載されたウェハ上のアライメント
   マークを認識してマーク認識情報をマーク位置検出回路
   に出力するものであり、 アライメントステージのステージ位置情報は、マーク位
   置検出回路に出力され、 マーク位置検出回路は、ステージ位置情報からアライメ
   ントマーク座標を特定するものであり、その出力は、位
   置補正演算回路に入力され、 位置補正演算回路は、マーク認識情報と、特定されたア
   ライメントマーク座標とからウェハのシフト、回転、チ
   ップの配列誤差、チップの歪等の補正演算を行うもので
   あることを特徴とする請求項４に記載の電子線露光装
   置。
7. 【請求項７】 露光前室にアライメント手段として電子
   ビーム光学系を有し、制御手段は、反射電子検出器と、
   パターン認識回路と、マーク位置検出回路と、位置補正
   演算回路とを有し、 反射電子検出器は、電子ビームにてアライメントマーク
   上を走査したときに発生する反射電子を検出するもので
   あり、反射電子信号は、増幅してマーク位置検出回路に
   出力され、 マーク位置検出回路は、ステージ位置情報からアライメ
   ントマーク座標を特定するものであり、その出力は、位
   置補正演算回路に入力され、 位置補正演算回路は、マーク認識情報と、特定されたア
   ライメントマーク座標とからウェハのシフト、回転、チ
   ップの配列誤差、更にはチップの歪等の補正演算を行う
   ものであることを特徴とする請求項４に記載の電子線露
   光装置。
8. 【請求項８】 アライメントステージのウエハを搭載す
   る試料台は、マークを有し、 マークの位置は、ウェハのアライメントと同様に電子ビ
   ームにて検出され、マークとウェハとの相対位置が求め
   られ、 位置補正演算回路は、マーク認識情報と、特定されたア
   ライメントマーク座標と、試料台のマークの位置とから
   ウェハのシフト、回転、チップの配列誤差、チップの歪
   等の補正演算を行うものであることを特徴とする請求項
   ６に記載の電子線露光装置。