JP2001168013A - 電子線露光方法 - Google Patents

電子線露光方法

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JP2001168013A
JP2001168013A JP35108099A JP35108099A JP2001168013A JP 2001168013 A JP2001168013 A JP 2001168013A JP 35108099 A JP35108099 A JP 35108099A JP 35108099 A JP35108099 A JP 35108099A JP 2001168013 A JP2001168013 A JP 2001168013A
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exposure
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wafer
alignment
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Kenichi Tokunaga
賢一 徳永
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    • Y10S430/143—Electron beam

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウェハのチャージアップを反映した電
子線位置ドリフト量による電子線の位置補正を可能に
し、十分な重ね合わせの精度を得ることのできる電子線
露光方法を提供する。 【解決手段】 パターン露光の開始前にウェハ上の複数
のアライメントマークＡ〜Ｄを検出して得た補正係数に
よりアライメントを行い（ステップ４０１，４０２）、
その後、パターン露光を開始し、その過程で所定のタイ
ミングによりアライメントマークＡ’を再度検出し（ス
テップ４０４）、露光前に検出したときとの位置（座
標）の差を求めて電子線位置ドリフト量とし（ステップ
４０５）、この電子線位置ドリフト量を電子線の偏向量
に重畳して電子線の露光位置の補正を行う（ステップ４
０６）。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子線露光方法に
関し、特に、電子線露光装置により半導体ウェハ上にパ
ターンを直接描画する際、露光位置補正を行って電子ビ
ーム露光を行うための電子線露光方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図６は従来の電子線露光方法が適用され
る電子線露光装置を示す。電子線露光装置１００は、電
子線を放出する電子銃１０１、該電子銃１０１からの電
子線を絞る第一アパーチャ１０２、該第一アパーチャ１
０２からの電子線を偏向する成形偏向器１０３、該成形
偏向器１０３からの電子線を更に絞る第二アパーチャ１
０４、第二アパーチャ１０４からの電子線を細小化する
縮小レンズ１０５、縮小レンズ１０５からの電子線を半
導体ウェハ（以下、ウェハという）２００上に結像させ
る対物レンズ１０６、該対物レンズ１０６の内側に配設
されて電子ビームを所定方向へ偏向する位置決め偏向器
（主偏向器）１０７、ウェハ２００の表面から反射した
電子を検出する反射電子検出器１０８、ウェハ２００を
載置してＸ，Ｙ方向に位置決めするＸＹステージ１０
９、上記の各部材を内蔵した筐体１１０、位置決め偏向
器１０７を制御する位置決め偏向器制御部１１１、ＸＹ
ステージ１０９をステージ制御部１１２を備えて構成さ
れる。反射電子検出器１０８は、ウェハ２００上に形成
された凹部により形成されたアライメントマークに電子
線露光が行われた際、ウェハ反射面からの反射電子（ま
たは二次電子）をダイオード検出器で捕捉し、アライメ
ントマーク部分からの反射量とその周辺からの反射量と
の差により、アライメントマークの位置を検出する。
【０００３】電子銃１０１からの電子線の形状が、所定
の形状の開口を有する第一アパーチャ１０２，１０４、
及び電子線の成形偏向器１０３により決定され、縮小レ
ンズ１０５によりパターンを１／ｎ倍に縮小化され、さ
らに対物レンズ１０６によってウェハ２００上への集束
が行われる。さらに、位置決め偏向器１０７によりビー
ムの位置決めが行われ、ＸＹステージ１０９上にセット
されたウェハ２００上に照射される。このウェハ２００
は、ＸＹステージ１０９によって所定の位置に位置決め
される。成形偏向器１０３、対物レンズ１０６、位置決
め偏向器１０７等の調整は、ＸＹステージ１０９上に設
けられた不図示の基準パターンを用いて行われる。描画
用パターンデータ等は記憶装置１１３，１１４、又は不
図示の専用の記憶装置に記憶されている。位置決め偏向
器１０７は、読み出されたパターンデータにより位置決
め偏向器１０７を制御し、走査電子線（パターンデータ
に応じて偏向された電子線を言う）位置決め偏向器１０
７によりを偏向して描画を行う。ウェハ２００には、ア
ライメントマークが形成されており、パターン描画に先
行して走査電子線によるアライメントマークの走査が行
われ、その際の反射電子を検出してアライメントマーク
の位置を特定している。このように、アライメントマー
クを特定し、これを基準にして以後の描画を行うこと
で、常にパターンはウェハ２００上の所望の位置に描画
され、描画用パターンが重ね合わされる場合でも、位置
ずれを生じないようにすることができる。
【０００４】図７は、ウェハ２００上に設けられた複数
のアライメントマークを示す。また、図８は、反射電子
検出器１０８による検出信号波形を示す。アライメント
マーク２０１は十字形を成している。アライメントマー
ク２０１は、走査電子線２０２によって図のＸ方向及び
Ｙ方向に走査されることにより検出が行われる。アライ
メントマーク２０１の検出時には、アライメントマーク
２０１が電子線の偏向中心に位置するようにＸＹステー
ジ１０９によりウェハ２００の移動が行われる。アライ
メントマーク２００の走査は、例えば、第一アパーチャ
１０２，１０４、及び電子線の成形偏向器１０３で一辺
が１μｍ程度の正方形もしくは長方形に成形された電子
線によって行われる。その際、電子線走査による反射電
子が、反射電子検出器１０８により検出される。この
時、アライメントマーク２０１の段差や材料の違いによ
り、図８の様な検出波形２０３（Ｘ方向走査のもの）の
反射電子信号が得られる。この反射電子信号を微分処理
し、エッヂ法や対称性法等を用いて処理すれば、アライ
メントマークの座標位置を決定することができる。
【０００５】図７のようなアライメントマークの複数個
を検出することにより、それぞれの検出結果からチップ
配列のシフト、ゲイン（倍率）、ローテーション（回
転）が計算される。この計算結果に基づいてチップ配列
の誤差が補正される。以上の方法はグローバルアライメ
ント法と呼ばれている。必要に応じて、同時に各チップ
の四隅のマーク検出も行われ、チップ形状の補正が同時
に行われる。このアライメントの後、ウェハ２００への
露光が開始される。
【０００６】しかし、電子線露光においては、カラム
（鏡筒部）のチャージアップ（気化したレジストが内壁
に付着する等により帯電）や、外部磁場の変動、ウェハ
のチャージアップ（電子線の照射により電荷が帯電する
現象）等により、露光中に走査電子線２０２の位置ドリ
フトが発生する。
【０００７】図９は、走査電子線２０２の位置ドリフト
を示す。図９において、点線位置が位置ドリフトが生じ
ていない場合であり、実線位置が位置ドリフトを生じて
いる場合である。アライメントマーク２０１の検出終了
から露光終了までの時間における走査電子線２０２の位
置ドリフト量が無視できない場合、重ね合わせ不良が発
生する。
【０００８】この問題に対する１つの提案が、特開昭６
１−１４２７４０号公報に開示されている。この電子ビ
ーム露光方法では、チップに位置検出用マークを設定
し、この位置検出用マークで１回目の位置検出を行った
後、前記チップに電子ビーム露光を行い、この露光後に
前記位置検出用マークに対して２回目の位置検出を行
い、１回目の位置検出と２回目の位置検出とのドリフト
量を求め、このドリフト量に基づいて露光処理の時間的
関数として露光位置補正量を算出し、次の電子ビーム露
光に反映させている。
【０００９】また、ＸＹステージ上に設けた複数の標準
マークを検出して露光位置補正を行う方法が、特許第２
７８８１３９号（特開平５−８４２４６号公報）に記載
されている。これについて、以下に説明する。図１０
は、その標準マークを使用した電子線露光方法を示す。
まず、電子線描画装置内のＸＹステージ上にウェハをセ
ットする（ステップ３０１）。次に、ＸＹステージ上に
形成されている複数の標準マーク（基準マーク）を電子
線露光を行って検出し、該検出による標準マークの位置
を記憶装置に記憶する（ステップ３０２）。標準マーク
の検出結果（シフト量、倍率、回転量等の状態）に基づ
いて、補正係数が算出され、この補正係数に基づいてア
ライメントが行われる（ステップ３０３）。ついで、露
光が開始され、露光開始後、一定時間後（例えば、２〜
３分後）にＸＹステージ上の標準マークを検出し（ステ
ップ３０４）、この検出結果とステップ３０２における
検出結果との差が求められる（ステップ３０５）。この
検出結果の差が、露光前から標準マークを再度検出した
時までの電子線位置ドリフト量となる。このドリフト量
は走査電子線の偏向量に重畳され、この重畳結果に基づ
いて電子線露光の位置補正が行われる（ステップ３０
６）。この後、一定時間が経過したか否かが判定（ステ
ップ３０７）され、一定時間以下であれば露光を続行す
る。また、一定時間が経過していれば、全露光が完了し
たか否かを判定し（ステップ３０８）、末完了であれば
標準マークを再度検出する（ステップ３０９）。その
後、ステップ３０４に戻って以降の処理を繰り返し実行
し、次の露光を実施する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の電子線
露光方法によると、特開昭６１−１４２７４０号公報の
場合、２回の位置検出に基づいて求めたドラフト量から
時間経過の関数としてその後の位置補正量を決定してい
るため、半導体ウェハ上のチップ数が増えたり、重ね合
わせ回数が増えると、位置ドリフトが大きくなるため、
位置合わせの精度が悪くなる。
【００１１】また、図１０の電子線露光方法の場合、ス
テージ上に設けた標準マークを検出してドリフト量を算
出しているため、このため、ウェハのチャージアップに
起因する電子線位置ドリフトの正確な検出は行われず、
十分な位置合わせの精度が得られない。
【００１２】本発明の目的は、半導体ウェハのチャージ
アップを反映した電子線位置ドリフト量による電子線の
位置補正を可能にし、十分な重ね合わせの精度を得るこ
とのできる電子線露光方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため、複数のアライメントマークが形成された
半導体ウェハを所望の配線パターンに応じて電子線によ
り偏向走査して露光を行う電子線露光方法において、露
光開始の前に前記複数のアライメントマークの位置を検
出してチップ配列の誤差を補正し、前記複数のアライメ
ントマークの中から選択された特定アライメントマーク
の位置を前記露光開始の後の所定のタイミングで検出
し、前記特定アライメントマークの前記所定のタイミン
グの位置と、前記特定アライメントマークの露光開始の
前との差に基づいて電子線位置ドリフト量を算出し、前
記電子線位置ドリフト量を電子線の偏向量に重畳して露
光位置の補正をして前記半導体ウェハの露光を行い、前
記半導体ウェハの露光が終了するまで前記半導体ウェハ
の前記露光位置の補正に基づく露光を所定のタイミング
で複数回繰り返して行うことを特徴とする電子線露光方
法を提供する。
【００１４】この方法によれば、まず、露光開始の前に
ウェハ上の複数のアライメントマークの位置が検出さ
れ、これによりアライメントが行われと共に、検出した
アライメントマークの位置が電子線位置ドリフト量を求
める時の比較データになる。露光の開始後に、前記複数
のアライメントマークの内の特定アライメントマークの
位置が所定のタイミングで検出され、露光前に検出した
際の位置との差を電子線位置ドリフト量とする。この電
子線位置ドリフト量を電子線の偏向量に重畳して露光位
置の補正が行われ、これにより露光が行われる。以後、
前記半導体ウェハの露光が終了するまで、アライメント
マークの検出に基づく電子線の位置補正が所定のタイミ
ングにより繰り返し実施される。したがって、ウェハの
チャージアップを反映した電子線の位置補正が可能にな
り、十分な重ね合わせの精度を得ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】〔第１の実施の形態〕以下、本発
明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発
明の電子線露光方法を示す。また、図２は本発明の電子
線露光方法を実現するための電子線露光装置を示す。図
２においては、図６に用いたと同一であるものには同一
引用数字を用いたので、重複する説明は省略する。本発
明の電子線露光装置１０は、図６の構成に対し、補正係
数を記憶する第一の記憶装置１１３、電子線位置ドリフ
ト量を記憶する第二の記憶装置１１４、及び、位置決め
偏向器制御部１１１とステージ制御部１１２のほか電子
線露光装置１０の全体を制御する主制御部１１５を追加
して構成されている。主制御部１１５は、ＣＰＵを用い
て構成され、図１に示す処理を実行し、算出した補正係
数及び電子線位置ドリフト量を記憶装置１１３，１１４
へ格納する処理を実行する。なお、図２の全体の動作
は、図６で説明した通りであるので、ここでは説明を省
略する。
【００１６】図３はウェハ２００上のアライメントマー
ク２０１の配置例を示し、図４は図３のウェハ２００の
露光順を示す。本発明によるビームドリフトの補正方法
を示す。図３において、四角形のそれぞれがチップを表
している。図１〜図４を参照して本発明の電子線露光方
法を以下に説明する。まず、ウェハを図２に示した電子
線露光装置１０のＸＹステージ１０９上に配置する（ス
テップ４０１）。次に、図３に示す様に、ウェハ２００
上のチップ内に配置されたアライメントマーク２０１ａ
〜２０１ｈ（特に、本実施の形態で用いるものにはＡ〜
Ｄの英字を付している）の内の複数のアライメントマー
ク（ここでは、Ｄ，Ａ，Ｂ，Ｃの４個）を検出する（ス
テップ４０２）。この検出結果を用い、グローバルアラ
イメント法によりウェハ２００内のチップ配列のシフ
ト、ゲイン（倍率）、ローテーション（回転）を計算
し、補正係数を求め（ステップ４０３）、この補正係数
に基づいてアライメントが実施される。ステップ４０３
で求めた補正係数は、主制御部１１５によって記憶装置
１１３に保存される。その後、ウェハ２００への電子線
露光が開始される。図４では、左側の縦１列目から露光
が開始され、左側の２列まで露光が終了したことを示し
ており、図中の斜線部分が露光済みの領域を示してい
る。
【００１７】そして、露光開始から所定時間ｔが経過後
（例えば、数分等の一定時間後、又は露光の区切りのよ
い時間帯）、露光を中止し、ステップ４０２で検出した
内の１つであるアライメントマークＡ（２０１ｅ）を再
度検出し（ステップ４０４）、ステップ４０２において
得られたアライメントマークＡの座標と、今回の検出で
得られたアライメントマークＡ’の座標との差（ΔＸ，
ΔＹ）が求められる（ステップ４０５）。この電子線位
置ドリフト量は、主制御部１１５により記憶装置１１４
に保存される。ステップ４０５で得られた座標差（Δ
Ｘ，ΔＹ）が、電子線位置ドリフト量となる。この電子
線位置ドリフト量は、露光中の電子線位置ドリフト量と
して電子線の偏向量に上乗せして電子線の位置補正が行
われ（ステップ４０６）、露光が行われる（ステップ４
０７）。この露光中に所定時間ｔが経過すると（ステッ
プ４０９）、処理はステップ４０４に戻され、再度、ア
ライメントマークＡ’が検出される。そして、ステップ
４０５により前回ステップ４０４で検出したアライメン
トマークＡ’との座標差（ΔＸ，ΔＹ）が求められ、こ
れにより位置補正が行われ（ステップ４０６）、露光が
行われる（ステップ４０７）。露光に際しては、電子線
露光装置の偏向範囲には制限があるため、露光対象が露
光中心から離れる場合には、必要に応じてＸＹステージ
１０９を移動させる。露光中、所定時間が経過したか否
かが判定され（ステップ４０８）、所定時間に達してい
ない場合にはステップ４０７に戻って露光を継続する。
また、ステップ４０８で所定時間に到達した旨の判定が
あった場合、後に行う露光が有るか否かが判定され（ス
テップ４０９）、有る場合にはアライメントマークＡ’
を再度検出し（ステップ４１０）、処理をステップ４０
５へ戻し、上記した検出処理、補正処理、及び露光を繰
り返し実行する。また、ウェハ２００の全チップに対す
る露光が終了した場合（ステップ４０９）、全ての処理
が終了する。
【００１８】図５は第１の実施の形態におけるビームド
リフト量（電子線位置ドリフト量）の変化を示す。ここ
には、ステップ４０５で算出された電子線位置ドリフト
量ΔＸとΔＹが、露光開始からの時間経過に伴って検出
回毎に変化する様子が示されている。この様に変化する
理由は、ウェハ２００が露光が進につれてチャージアッ
プが大きくなることにある。仮に、このΔＸとΔＹの変
動を無視して露光を行えば、ΔＸとΔＹの変動分だけ走
査電子線の走査位置がずれることになる。しかし、ステ
ップ４０６に示したように、ΔＸ及びΔＹを走査電子線
の偏向量に重畳することで位置補正が行われ、重ね合わ
せ回数が増えても、位置合わせの精度を保持することが
できる。以上説明したように、本発明によれば、ウェハ
のチャージアップに起因する電子線位置ドリフトを補正
することができるので、重ね合わせの精度を向上させる
ことができる。
【００１９】なお、ステップ４０２におけるアライメン
トマークの検出は、必要に応じて同一チップ内の複数個
を検出してもよい。また、アライメントマークＡを最後
まで検出対象にしたが、途中で他のアライメントマーク
に代えてもよい。同様に、途中で検出時間の間隔を変更
してもよい。さらに、図１においては、電子線位置ドリ
フト量の測定タイミングを一定時間毎としたが、これに
限定されるものではなく、チップ単位の露光終了のタイ
ミング、図４に示す列毎の露光終了のタイミング、スト
ライプ（図４に示す電子線の偏向領域でチップを縦に分
割した１列）毎の露光終了のタイミング等にしてもよ
い。
【００２０】〔第２の実施の形態〕次に、本発明の第２
の実施の形態について説明する。第１の実施の形態にお
いては、再度検出するアライメントマークは前回のアラ
イメントマークと同一であるとしたが、第２の実施の形
態では、次に露光するチップに最も近いものを用いる。
図３の場合、ウェハ２００上には、チップが５×５に配
列されており、左側の縦２列が露光済み（露光済み領域
２０２）で、３列目が次に露光するチップを含んでい
る。アライメントマークの再検出は、ウェハ２００の縦
１列分の露光が終了する毎に、アライメントマーク２０
１を再度検出する。図３で説明すると、縦２列目の露光
が矢印に示すように行われて終了した際、次に露光する
３列目の一番下のチップ（右下がりの斜線部分）に最も
近いアライメントマーク（Ａ’）が、電子線位置ドリフ
トの測定用に検出される。さらに、３列目の露光が終了
した時にアライメントマークＢ’を、４列目が終了した
時にアライメントマークＣ’をそれぞれ検出する。本実
施の形態によれば、ウェハ２００内のチャージアップの
状態が、ウェハ面内で不均一であっても、より高精度の
重ね合わせ補正が可能になる。
【００２１】〔第３の実施の形態〕次に、本発明の第３
の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１
の実施の形態の変形例であり、ステップ４０２における
処理が第１の実施の形態と異なっている。第１の実施の
形態においては、ステップ４０２において、複数のアラ
イメントマークの検出が、図４に示すようにアライメン
トマークＤからＣまで順次行われる。このとき、１つの
アライメントマークを検出するのに数秒〜十数秒を要
し、アライメントマークの全部を検出し終るまでにかな
りの時間が経過してしまう。このため、アライメントマ
ークを検出している間にウェハのチャージアップが進
み、先に検出したアライメントマークの検出結果は意味
をなさなくなる。そこで、本実施の形態では、複数のア
ライメントマークの検出を行っている途中で、先に検出
したアライメントマークＤを一定時間間隔に再度検出
し、正しい補正係数が得られるようにしている。このよ
うに、ステップ４０２における複数のアライメントマー
クの検出の際、最初に検出したアライメントマークを再
度検出することにより、アライメントマークＡ，Ｂ，Ｃ
を検出するまでの間のウェハ２００のチャージアップの
変化に対する電子線位置ドリフトを補正することができ
るので、各アライメントマークの検出を精度よく求める
ことができる。この結果、ステップ４０５における比較
基準の基になる値に正しいものが得られ、精度の良い電
子線位置ドリフト量が得られるようになる。なお、図４
では、検出済みのアライメントマークはアライメントマ
ークＤ’のみであったので、これを用いたが、例えば、
アライメントマークＣ’のみが末検出であった場合、例
えば、アライメントマークＡ’を再検出してもよい。
【００２２】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明の電子線露光
方法によれば、ウェハ上の複数のアライメントマークの
位置を露光開始の前に検出し、前記複数のアライメント
マークの内の特定アライメントマークの位置を露光の開
始後に所定のタイミングで検出し、露光前、後の特定ア
ライメントマークの位置ずれ量を電子線位置ドリフト量
とし、この電子線位置ドリフト量を電子線の偏向量に重
畳して露光位置の補正を行って露光を行うと共に、電子
線位置ドリフト量の算出を前記半導体ウェハの露光が終
了するまで所定のタイミングにより繰り返し行うように
したので、半導体ウェハのチャージアップを反映した電
子線の位置補正が可能になり、十分な重ね合わせの精度
を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子線露光方法を示すフローチャート
である。
【図２】本発明の電子線露光方法が適用される電子線露
光装置を示す構成図である。
【図３】ウェハ上のアライメントマークの配置例を示す
平面図である。
【図４】図３のウェハの露光順を示す説明図である。
【図５】ビームドリフト量−露光時間特性図である。
【図６】従来の電子線露光装置を示す構成図である。
【図７】ウェハ上の複数のチップのそれぞれに設けられ
たアライメントマークを示す斜視図である。
【図８】図６の反射電子検出器による検出信号波形図及
びその検出対象のアライメントマークを示す説明図であ
る。
【図９】走査電子線の位置ドリフトを示す説明図であ
る。
【図１０】従来の標準マークを用いた電子線露光方法を
示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 電子線露光装置 １０７ 位置決め偏向器（主偏向器） １０８ 反射電子検出器 １０９ ＸＹステージ １１１ 位置決め偏向器制御部 １１２ ステージ制御部 １１３ 第一の記憶装置 １１４ 第二の記憶装置 １１５ 主制御部 ２００ ウェハ ２０１ａ，２０１ｃ，２０１ｄ，２０１ｆ アライメン
トマーク ２０１ｂ アライメントマーク（Ｄ） ２０１ｅ アライメントマーク（Ａ） ２０１ｇ アライメントマーク（Ｂ） ２０１ｈ アライメントマーク（Ｃ）

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数のアライメントマークが形成された
    半導体ウェハを所望の配線パターンに応じて電子線によ
    り偏向走査して露光を行う電子線露光方法において、露
    光開始の前に前記複数のアライメントマークの位置を検
    出してチップ配列の誤差を補正し、前記複数のアライメ
    ントマークの中から選択された特定アライメントマーク
    の位置を前記露光開始の後の所定のタイミングで検出
    し、前記特定アライメントマークの前記所定のタイミン
    グの位置と、前記特定アライメントマークの露光開始の
    前の位置との差に基づいて電子線位置ドリフト量を算出
    し、前記電子線位置ドリフト量を電子線の偏向量に重畳
    して露光位置の補正をして前記半導体ウェハの露光を行
    い、前記半導体ウェハの露光が終了するまで前記半導体
    ウェハの前記露光位置の補正に基づく露光を所定のタイ
    ミングで複数回繰り返して行うことを特徴とする電子線
    露光方法。
  2. 【請求項２】 前記特定アライメントマークの位置の露
    光開始の後の検出は、前記複数のアライメントマークの
    中から選択された同一のアライメントマークに対して行
    われることを特徴とする請求項１記載の電子線露光方
    法。
  3. 【請求項３】 前記特定アライメントマークの位置の露
    光開始の後の検出は、前記複数のアライメントマークの
    中から選択された進行中の露光位置に最も近いアライメ
    ントマークに対して行われることを特徴とする請求項１
    記載の電子線露光方法。
  4. 【請求項４】 前記所定のタイミングは、一定時間間隔
    であることを特徴とする請求項１記載の電子線露光方
    法。
  5. 【請求項５】 前記所定のタイミングは、前記ウェハ上
    のチップ単位の露光終了のタイミング、または前記ウェ
    ハ上のストライプ毎の露光終了のタイミングであること
    を特徴とする請求項１記載の電子線露光方法。
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