JP2578519C

JP2578519C -

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Publication number: JP2578519C
Authority: JP
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Publication date: 1999-08-30

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は荷電粒子線露光装置に係り、とくに多層配線層を備えたＩＣ，ＬＳＩ
等の半導体ウエハ（以下ウエハと略称する）を誤差少なく位置合わせすることの
できる光線による位置検出機能を備えたか荷電粒子線露光装置に関する。［従来技術］従来の荷電粒子線露光装置における荷電粒子線の位置合わせにおいては、実開
平1-67733号公報および特開平1-184825号公報等に記載のように、半導体ウエハ
上の位置合わせマークが荷電粒子線では検出困難な場合にはこれを光線により検
出するようにしていた。また、上記ウエハの表面反射率のむらや凹凸等により発生する誤差を低減する
ために、米国特許第4,698,513号公報に記載のように、光線を振動させて入射し
、さらに反射光も振動させてその広がり範囲内の光情報を広く検出するようにし
ていた。通常、上記位置合わせマークがウエハ面上に明確に露出している場合には電子
ビーム等の荷電粒子線によりこれを良好に検出することができるのであるが、近
年の複雑化したＩＣ，ＬＳＩ装置では多層配線の層数の増加により配線部の凹凸
が著しくなって断線や不完全な配線が発生しやすくなった結果、第２図に示すよ
うに、半導体ウエハ２上の配線の１層毎に層間絶縁膜Ｔをほぼ平坦に設けてその
上にレジストＲを塗布し、これを電子線により露光して所定の回路パターンを描
画し次の配線層を設けていくようにしている。このように層間絶縁膜の表面が平
坦化されると電子ビームでは内部に埋もれた位置合わせマークＭを明瞭に検出で
きなくなる結果、マークＭを基準位置として電子ビームの位置を制御することが
困難になる。しかし、光線は透明な層間絶縁膜Ｔは透過するので配線Ｗや位置合わせマーク
Ｍ等を明瞭に検出することができる。光線によりウエハ上の位置合わせマークＭを検出して電子線の座標値を正確に
補正して描画を行う点に関しては上記特開平1-184825号公報に開示されてる。す
なわち、光線によりウエハ上の位置合わせマークＭを検出し、さらに、光線と電
子線の双方の位置が検出できる他の基準マーク、例えばウエハを搭載するＸＹテ
ーブル上の基準マークを用いて両者の座標値間のオフセット量を求め、これによ
り電子線の座標値を補正し、ウエハ上の位置合わせマークを基準位置とした電子
ビームの座標値を正確に導くようにしていた。［発明が解決しようとする課題］上記従来技術では、とくに荷電粒子線では検出困難な表面が平坦な位置合わせ
マークを光線により検出できるという特長が得られるものの、実際上、荷電粒子
線露光装置内に上記光線によるマーク検出機構を効果的に設置し難いという問題
があった。第３図は上記従来装置の概要を説明する図である。ＸＹテーブル１上に配置さ
れたウエハ２に、電子線源３が発生する電子線４を整形器５、電子レンズ６およ
び偏向器７により所定のスポット形状に整形し、所定の位置に偏向して照射する
。一方、ウエハ２には光源１９からの光線２８が照射器２７により整形、偏向さ
れて照射され、検出器１７によりその反射光２９が検出され、反射信号がマーク
信号検出器３０に伝えられるようになっていた。上記照射器２７や検出器１７等の光線の光学系を、上記線源、レンズ系や偏向
系等を備えた電子線の真空容器本体内に持ち込むのが困難であるため、第３図に
示すように従来技術ではこれらをＸＹテーブル１と上記本体の照射レンズ部との
間の僅かな間隙部に設置するようにしていた。上記間隙部は通常数mm程度であるため、光線は試料面に対して極端に斜めに入
射され、反射光も同様に試料面に対して斜め方向から検出するようにしていた。
このため、入射光線を試料面上に精度良く結像されることが出来ず、位置合わせ
マークの検出精度を向上し難いという問題を抱えていた。本発明の目的は、真空容器内に電子線源等とウエハとを設置するテーブルと、
電子線が通過するように開口を有するミラーと、当該真空容器の側部に光線の通
過窓を設けることにより、荷電粒子線露光装置内に効果的な光線によるマーク検
出機構を設置した位置検出機能付き荷電粒子線露光装置を提供することにある。［課題を解決するための手段］本発明は上記課題を解決するため、真空容器内に電子線源、電子ビーム整形器
、電子レンズ、偏向器およびウエハを設置するテーブルを収容し、上記電子線源
からの電子線を上記テーブル上のウエハに照射すると共に、光学装置からの光線
で上記電子線の照射方向と同一方向からマークを照射して検出し、当該電子線に
より上記ウエハに描画を行う荷電粒子線露光装置において、上記真空容器内に上
記電子線が通過するように開口を有するミラーを設け、上記真空容器の側部に設
けた通過窓を介して前記光線を当該真空容器内に導入し、上記ミラーに反射せし
めて上記テーブル上のマークと上記ウエハ上のマークを照射し、上記光線の照射
による上記マークからの反射光線を上記ミラーにより反射せしめ上記通過窓より
当該真空容器外に導出するようにしたものである。また、上記反射光を上記真空容器側部の窓より導入しない場合には、上記反射
光の検出器を上記テーブル上に設けるようにする。さらに、上記光線を上記電子線の照射領域内に照射するようにする。［作用］以上のように構成した本発明の光線による位置検出機能付き荷電粒子線露光装
置は、電子線と同様に光線をテーブルおよびウエハの上方より照射するので、反
射光により検出される上記テーブル上とウエハ上のマーク等の凹凸によって発生
する位置信号の誤差成分を低減することが出来る。さらに、上記入射光と同一向きの反射光を上記入射光を検出するようにするの
で、上記位置誤差をさらに低減することが出来る。さらに、上記光線を上記電子線と同一の照射領域内に照射するようにして、少なくともテーブル上の同一マークを上記光線と電子線により検出して両
者による位置信号間のオフセットを検出できるようにする。［実施例］第１図はウエハの位置合わせマークやＸＹテーブルのテーブルマーク等を検出
するための本発明の光線系を含む荷電粒子線露光装置主要部の構成を示す図であ
る。電子線源３は電子銃３ａとコンデンサレンズ３ｂより構成され、整形器５は第
１及び第２アパーチャ５ａおよび５ｄ、整形偏向器５ｂおよび整形レンズ５ｃに
より構成されている。電子銃３ａから放射された電子線４は点線で示す輪郭を形成してミラ−３０内
の開口部を通過し、照射レンズ６ａ、対物レンズ６ｂで構成される電子レンズ６
と主偏向器７ｂ、副偏向器７ａで構成される偏向器７を通過してウエハ２上に照
射される。一方、光源１９が放射する光線２８は集束レンズ２１，走査器２２および走査
方向偏向器２３等を通過してミラー３０により反射されたウエハ２上に照射され
る。ウエハ２からの反射光は検出器１７より検出される。検出器１７は上記反射光
の他に電子線４の照射により発生する反射光も検出する。検出器１７としては通
常の半導体光センサや撮像管等を用いることができ、必要に応じて光線２８によ
る反射光用と電子線４による反射光用の光センサを別個に設けることも出来る。検出器１７はウエハ２を搭載するテーブル１と対物レンズ６ｂの間隙部に反射
光源に近く設置されるので、反射光の横方向成分のみを検出するものの、反射光
現に近いので検出効率が良いという利点が得られる。上記第１図の構成により、光線２８はウエハ２に対して電子線４と同軸にその
照射範囲内に入射されるので、光線２８と電子線４による反射光はマークの形状
、例えばマークの凹凸（高さ）等による誤差の影響を等しく受けることになり、
両者が検出する位置信号間の差異を少なくすることができる。また、光源１９、レンズ２１、集束レンズ２１、走査器２２および走査方向変
換器２３等を、電子線源３、整形器５、電子レンズ６、偏向器７等を収容する真
空容器の外部に設置することが出来るので、光線２８によるマーク検出系を上記
真空容器内部を大幅に改造することなく比較的簡単に取り付けることができる。
上記本体内に新たに設置されるのはミラー３０と光線２８を導入する窓のみであ
る。第１図では上記本体と上記窓は省略されている。ミラー３０は点線で示すように電子線４の焦点位置に設置されるので、電子線
４はミラー中央部の小さな開口部と通過することができ、光線２８は損失少なく
ウエハ２に向かって反射される。また、ミラー３０の取り付け角は電子線４の軸に対してほぼ４５度となるが、
ウエハ２に対する光線２８の照射角は光源１９、レンズ２１、集束レンズ２１、
走査器２２および走査方向変換器２３等の本体外部の光学系の取り付け角度によ
り調査できるのでミラー３０の取り付け角を微細に調整する機構を上記真空容器
内に設ける必要がない。第４図は本発明の光線系を含む荷電粒子線露光装置主要部の他の構成を示す図
である。第４図ではウエハ２からの反射光が偏向器７、電子レンズ６内を入射光と同じ
経路をたどって戻り、ミラー３０で左方向に反射され、さらにハーフミラー３７
により下方に反射され検出器１７に入射されるようになっている。第１図では検出器１７が偏向器７とウエハ２間の狭い隙間に設置されたのに対
して第４図では上記本体側面部の広い空間に設置できるという利点がえられる。
この結果、検出器１７にはとくに小型のものを用いる必要がなくなり、目的に応
じて例えば撮像素子のような比較的大型の検出器を容易に用いることができる。
また、反射光をウエハ２の真上から見ることになるので、人間の通常の表面観察
と同様な検出結果が得られる。第５図は本発明の光ビーム径を含む荷電粒子線露光装置主要部の他の構成を示す図である。第３図に示した従来装置では光線２８がウエハ２の横方向から照射されるので
、反射光がマークの凹凸の影響を受けて変化しその位置情報に誤差が発生する点
を、第５図の本発明装置では二つの光線２８と２８を互いに異なる方向から照射
するようにし、両光線の反射光の差異から上記マークの凹凸による位置情報誤差
を除去するようにする。なお、１９´、２１´、２２´、２３´等はそれぞれ上記新たに設けた光線系
の光源、集束レンズ、走査器、走査方向変換器であり、また、二つの光線２８と
２８´の反射光の検出器は第５図では省略して示している。なお、上記光線は必ずしも二つである必要はなく、さらにその数を増やせばさ
らに上記位置情報誤差を低減することができる。第６図は上記本発明の光ビームによる位置検出機能を備えた荷電粒子線露光装
置の制御装置の構成図である。ウエハ２は移動可能なＸＹテーブル１上に設置され、その上部には一例として
第１図に示した本発明装置が設けられている。この他、上記本発明装置として第
４図、または第５図の装置を用いるようにしてもよい。同図左端の外部記憶部９にはウエハ２に転写する集積回路パターン等の情報が
格納され、この情報は制御計算機８により随時バッファメモリ１０に転送され、
演算部１１により電子線４や光線２８等の照射位置情報とその他の制御情報が算
出される。演算部１１からの信号の一部により整形信号発生部１３は電子線４のスポット
形状を算出し制御部１２を介して整形器５を駆動する。同様に位置信号発生部１
６は電子線４の照射位置を算出し制御部１４および１５を介して電子レンズ６と
偏向器７を駆動する。また、光線２８は光源１９、集束レンズ２１、走査器２２、走査方向変換器２
３及びミラー３０等により構成される光学系によりウエハ２に照射され、これら
の要素に対する各制御信号は制御計算機８からの信号に基づいて光学系制御部２
４により算出される。上記各制御により電子線４及び光線２８はウエハ２上の同一のマークや後述の
ＸＹテーブル１上の同一のテーブルマーク２５等を照射することができる。ＸＹテーブル１は制御計算機８からの信号によりテーブル駆動部１ａを介して
駆動されて移動する。ウエハ２のマークや上記テーブルマーク２５からの反射光や２次電子は検出器
１７により検出されマーク信号検出器１８を介して制御計算機８にフィードバッ
クされ、電子線４や光線２８に対する位置信号と照合され、制御計算機８が発す
る原位置信号を補正する。以下、この位置信号の補正に関し簡単に説明する。まず、電子線４と光線２８の照射一間のオフセットをＸＹテーブル１上に設け
られたテーブルマーク２５を用いて検出する。電子線４ではウエハ２上のマーク
を検出できない場合があるため、上記テーブルマーク２５を用いるのである。こ
のため、制御計算機８からの上記テーブルマーク２５の位置信号によりＸＹテー
ブル１を所定の位置に移動し、電子線４によりテーブルマーク２５をＸとＹの２
方向に走査して散乱電子を検出し、テーブルマーク２５の座標値（Ｘ_T1，Ｙ_T1）
を算出する。同様にして、光線２８によりテーブルマーク２５をＸとＹの２方向
に走査してその反射光を検出し、テーブルマーク２５の座標値（ＸＴ２，ＹＴ２
）を算出する。電子線４と光線２８間のオフセットは上記２種類の座標値により
、Ｘ座標オフセット＝（Ｘ_T1−Ｘ_T2）Ｙ座標オフセット＝（Ｙ_T1−Ｙ_T2）（１）として求まり、これらの値は例えばバッファメモリ１０に記憶される。次に、ＸＹテーブル１上におけるウエハ２の位置関係を測定する。このために
第７図に示すウエハ２のウエハアライメントマークＷ（以下マークＷと略称する
）が光線２８の反射範囲内にはいるようにＸＹテーブル１を移動し、光線２８の
反射光を検出してマークＷの座標値を把握する。電子線４ではこのマークＷを必
ずしも明瞭に検出出来ないので光線２８を用いるのである。さらに上記の測定をウエハ面上の複数のマークＷ毎に行
い、ウエハ２全体の位置決めをする。次いでウエハ２内のブロックの位置合わせを行う。第７図に示すように、ウエハ２の面は独立の回路装置を集積する区画Ｃ₁、Ｃ₂
〜Ｃ_n等に区切られ、これらの区画の複数を含むブロックの境界ごとに位置合わ
せマークＭが設けられている。例えばＣ₁、Ｃ₂を含む４個の区画の４角のそれぞ
れにブロックマークＭ₁〜Ｍ₄が設けれら、これらを用いてこのブロックの位置合
わせを行う。このため、例えばブロックマークＭ１が光線２８の照射範囲内には
いるようにＸＹテーブル１を移動し、光線２８の反射光を検出してその座標値（
Ｘ_M1，Ｙ_M1）を求め、同様にしてブロックマークＭ₂〜Ｍ₄等の座標値（Ｘ_M2，Ｙ
_M2）〜（Ｘ_M4，Ｙ_M4）を求める。電子線４ではこれらのブロックマークＭ₁〜Ｍ₄
等を必ずしも明瞭に検出できなので光線２８を用いるのである。以上のようにしてブロックの位置が特定されるのであるが、周知のようにウエ
ハ２には伸縮や捻じれ等による変形が伴うので、上記４つのブロックマーク座標
値を用いてこれらによる位置歪を補正する。第８図（ａ）〜（ｃ）は上記ウエハ２の変形を分類して示すもので、実線を上
記ブロックの正しい形状、点線を変形した形状とすると、同図（ａ）は縦横が同
じ割合で伸縮した場合、同図（ｂ）は傾いた場合、同図（ｃ）は台形状に変形し
た場合であり、実際にはこれらが重なり合って変形する。制御計算機８は上記４つのマークの反射光から求めた出力座標値(第８図の点
線の座標値)を入射光線２８の位置を指令する入力座標値（第８図の実線の座標
値）と比較してブロック内のパターン位置の伸縮に対する補正係数Ａ_X，Ａ_Yと、
傾きに対する補正係数Ｂ_X，Ｂ_Yおよび台形化に対する補正係数Ｃ_X，Ｃ_Y等を算出
する。そして、これらの補正係数と式（１）に示したオフセットとを用いて第６
図の外部記憶部９に格納されパターンの座標値（Ｘ_P，Ｙ_P）を式（２）のように
補正し、得られた補正座標値（Ｘ_i，Ｙ_i）を用いて電子線４の位置決めを行うようにする。Ｘｉ＝（１＋Ａ_X）Ｘ_P＋Ｂ_XＹ_P＋Ｃ_XＸ_PＹ_P＋（Ｘ_T1−Ｘ_T2）Ｙｉ＝（１＋Ａ_Y）Ｙ_P＋Ｂ_YＸ_P＋Ｃ_YＸ_PＹ_P＋（Ｙ_T1−Ｙ_T2）（２）上記の座標値補正演算によりウエハ２にはオフセットや歪のない正しいパター
ンが描かれる。［発明の効果］本発明によれば、電子線では検出困難なウエハ上のマークを光線により高感度
に検出できるので、ウエハの変形による位置信号誤差を精度良く補正し、同時に
電子線に対する基準位置信号を与えることができ、さらに、電子線と光線の双方
によりテーブル上のマークを検出するので両者間の位置信号オフセットを補正す
ることができる。さらに、上記光線を電子線と同一方向から照射するので上記マークの凹凸によ
って発生する位置信号を誤差少なく検出することが出来る。さらに、上記マークからの反射光を上記電子線と同一方向より検出するので、
上記位置誤差をさらに低減することが出来る。また、本発明の構成によれば、電子線では検出が困難な薄膜構造のマークやマ
ーク上に多層膜が存在した場合に有効であり、電子線と検出光の光軸の一致が可
能であり、ウエハ変形の影響がない。穴付き入射ミラーにより電子線軸と光軸の
一致をさせたので、損失少なく電子線と検出光をウエハ上に入射させることがで
き。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a charged particle beam exposure apparatus, and particularly to an IC or LSI having a multilayer wiring layer.
The present invention relates to a charged particle beam exposure apparatus having a position detection function using a light beam capable of aligning a semiconductor wafer (hereinafter, abbreviated as a wafer) such as a wafer with a small error. [Prior Art] Positioning of a charged particle beam in a conventional charged particle beam exposure apparatus is performed by using a positioning mark on a semiconductor wafer as described in Japanese Utility Model Laid-Open No. 1-67733 and Japanese Patent Laid-Open No. 1-184825. However, when it is difficult to detect with a charged particle beam, this is detected by a light beam. Further, as described in U.S. Pat.No.4,698,513, in order to reduce errors generated due to unevenness or unevenness of the surface reflectance of the wafer, the light beam is oscillated and incident, and further, the reflected light is also oscillated. Optical information within the spread range is detected widely. Usually, when the alignment mark is clearly exposed on the wafer surface, the alignment mark can be detected well by a charged particle beam such as an electron beam. As a result, as the number of layers of the multilayer wiring increases, the unevenness of the wiring portion becomes remarkable and disconnection or incomplete wiring is likely to occur. As shown in FIG. An interlayer insulating film T is provided substantially flat, a resist R is applied thereon, and the resist R is exposed to an electron beam to draw a predetermined circuit pattern to provide a next wiring layer. When the surface of the interlayer insulating film is flattened in this way, the alignment mark M buried therein cannot be clearly detected by the electron beam. As a result, it is difficult to control the position of the electron beam using the mark M as a reference position. Become. However, since the light passes through the transparent interlayer insulating film T, the wiring W, the alignment mark M, and the like can be clearly detected. Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-184825 discloses a method of detecting an alignment mark M on a wafer by a light beam and accurately correcting the coordinate value of an electron beam to perform drawing. That is, the position of the alignment mark M on the wafer is detected by the light beam, and the coordinates of the reference mark on the XY table on which the wafer is mounted are further determined by using another reference mark capable of detecting the positions of both the light beam and the electron beam. The offset amount between the values is obtained, and the coordinate value of the electron beam is corrected thereby to accurately derive the coordinate value of the electron beam with the alignment mark on the wafer as a reference position. [Problems to be Solved by the Invention] The above-described conventional technique has a feature that a positioning mark having a flat surface, which is difficult to detect with a charged particle beam, can be detected by a light beam. However, there is a problem that it is difficult to effectively install the mark detection mechanism using the light beam. FIG. 3 is a diagram for explaining the outline of the conventional device. An electron beam 4 generated by an electron beam source 3 is shaped into a predetermined spot shape by a shaper 5, an electron lens 6 and a deflector 7 on a wafer 2 placed on an XY table 1, and deflected to a predetermined position. Irradiate. On the other hand, the light beam 28 from the light source 19 is shaped, deflected and irradiated on the wafer 2 by the irradiator 27, the reflected light 29 is detected by the detector 17, and the reflected signal is transmitted to the mark signal detector 30. Had become. Since it is difficult to bring the optical system of the light beam such as the irradiator 27 and the detector 17 into the vacuum vessel main body of the electron beam provided with the above-mentioned source, lens system, deflection system and the like, it is shown in FIG. As described above, in the prior art, these are arranged in a slight gap between the XY table 1 and the irradiation lens section of the main body. Since the gap is usually about several millimeters, the light beam is incident extremely obliquely on the sample surface, and the reflected light is similarly detected obliquely from the sample surface.
For this reason, the incident light beam cannot be accurately imaged on the sample surface, and there is a problem that it is difficult to improve the detection accuracy of the alignment mark. An object of the present invention is to provide a table for installing an electron beam source and the like and a wafer in a vacuum vessel,
Position detection function with an effective light beam mark detection mechanism installed in the charged particle beam exposure device by providing a mirror with an opening through which the electron beam passes and a light passage window on the side of the vacuum vessel And a charged particle beam exposure apparatus. [Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems, the present invention accommodates a table in which an electron beam source, an electron beam shaper, an electron lens, a deflector, and a wafer are installed in a vacuum vessel. While irradiating the wafer on the table with an electron beam from a source, a mark from the same direction as the irradiation direction of the electron beam with the light beam from the optical device is detected, and the wafer is drawn with the electron beam. In the charged particle beam exposure apparatus, a mirror having an opening is provided in the vacuum container so that the electron beam passes therethrough, and the light beam is introduced into the vacuum container through a passage window provided on a side portion of the vacuum container. Then, the mark on the table and the mark on the wafer are reflected by the mirror, and the light reflected from the mark due to the irradiation of the light is reflected by the mirror, and the light is reflected by the mirror. It is designed to be led out of the vacuum vessel through the window. When the reflected light is not introduced through the window on the side of the vacuum vessel, a detector for the reflected light is provided on the table. Further, the light beam is applied to an irradiation area of the electron beam. [Operation] The charged particle beam exposure apparatus with the position detection function using light beams according to the present invention configured as described above irradiates light beams from above the table and the wafer similarly to the electron beam. It is possible to reduce an error component of a position signal generated by unevenness of a mark or the like on the top and the wafer. Furthermore, since the reflected light having the same direction as the incident light is detected as the incident light, the position error can be further reduced. Further, the light beam is applied to the same irradiation area as the electron beam so that at least the same mark on the table can be detected by the light beam and the electron beam so that the offset between the position signals by the two can be detected. . Embodiment FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a main part of a charged particle beam exposure apparatus including a light beam system according to the present invention for detecting alignment marks on a wafer, table marks on an XY table, and the like. The electron beam source 3 includes an electron gun 3a and a condenser lens 3b, and the shaper 5 includes first and second apertures 5a and 5d, a shaping deflector 5b, and a shaping lens 5c. The electron beam 4 emitted from the electron gun 3a forms an outline shown by a dotted line, passes through an opening in the mirror 30, and is formed by an irradiation lens 6a and an objective lens 6b.
Then, the light passes through the deflector 7 composed of the main deflector 7b and the sub deflector 7a, and is irradiated onto the wafer 2. On the other hand, the light beam 28 emitted from the light source 19 passes through the focusing lens 21, the scanner 22, the scanning direction deflector 23, etc., and is irradiated on the wafer 2 reflected by the mirror 30. Light reflected from the wafer 2 is detected by the detector 17. The detector 17 detects reflected light generated by the irradiation of the electron beam 4 in addition to the reflected light. As the detector 17, an ordinary semiconductor optical sensor, an image pickup tube, or the like can be used. If necessary, an optical sensor for reflected light by the light beam 28 and an optical sensor for reflected light by the electron beam 4 can be separately provided. The detector 17 is installed near the reflection light source in the gap between the table 1 on which the wafer 2 is mounted and the objective lens 6b, and detects only the horizontal component of the reflected light. Benefits are obtained. According to the configuration shown in FIG. 1, the light beam 28 is incident on the wafer 2 coaxially with the electron beam 4 within its irradiation range. (Height) etc. will be equally affected by the error,
The difference between the position signals detected by the two can be reduced. In addition, the light source 19, the lens 21, the focusing lens 21, the scanner 22, the scanning direction converter 23, and the like are installed outside the vacuum vessel that houses the electron beam source 3, the shaper 5, the electronic lens 6, the deflector 7, and the like. Therefore, the mark detection system using the light beam 28 can be attached relatively easily without significantly modifying the inside of the vacuum vessel.
Only the mirror 30 and the window for introducing the light beam 28 are newly installed in the main body. In FIG. 1, the main body and the window are omitted. Since the mirror 30 is set at the focal position of the electron beam 4 as shown by a dotted line, the electron beam 4 can pass through a small opening in the center of the mirror, and the light beam 28 is reflected toward the wafer 2 with little loss. You. The mounting angle of the mirror 30 is approximately 45 degrees with respect to the axis of the electron beam 4,
The irradiation angle of the light beam 28 on the wafer 2 is determined by the light source 19, the lens 21, the focusing lens 21,
Since the inspection can be performed by the mounting angle of the optical system outside the main body such as the scanner 22 and the scanning direction converter 23, it is not necessary to provide a mechanism for finely adjusting the mounting angle of the mirror 30 in the vacuum vessel. FIG. 4 is a diagram showing another configuration of the main part of the charged particle beam exposure apparatus including the light beam system of the present invention. In FIG. 4, the reflected light from the wafer 2 returns in the deflector 7 and the electron lens 6 along the same path as the incident light, is reflected by the mirror 30 to the left, and is further reflected by the half mirror 37.
Is reflected downward and is incident on the detector 17. In FIG. 1, the detector 17 is installed in a narrow gap between the deflector 7 and the wafer 2, whereas in FIG. 4, there is an advantage that the detector 17 can be installed in a wide space on the side surface of the main body.
As a result, it is not necessary to use a particularly small detector 17, and a relatively large detector such as an image sensor can be easily used according to the purpose.
Further, since the reflected light is viewed from directly above the wafer 2, a detection result similar to that of a normal human surface observation can be obtained. FIG. 5 is a diagram showing another configuration of a main part of a charged particle beam exposure apparatus including a light beam diameter according to the present invention. In the conventional apparatus shown in FIG. 3, since the light beam 28 is irradiated from the lateral direction of the wafer 2, the point where the reflected light changes under the influence of the unevenness of the mark and an error occurs in the position information is shown in FIG. In the apparatus of the present invention, the two light beams 28 and 28 are irradiated from different directions, and the positional information error due to the unevenness of the mark is removed from the difference between the reflected light of the two light beams. Reference numerals 19 ', 21', 22 ', 23', etc. denote the newly provided light source, focusing lens, scanner, and scanning direction converter of the light system, respectively. The light detector is omitted from FIG. The number of the light beams does not necessarily have to be two, and if the number is further increased, the position information error can be further reduced. FIG. 6 is a block diagram of a control device of a charged particle beam exposure apparatus having a position detecting function using a light beam according to the present invention. The wafer 2 is set on a movable XY table 1, on which an apparatus of the present invention shown in FIG. 1 is provided as an example. In addition, the apparatus of FIG. 4 or FIG. 5 may be used as the apparatus of the present invention. In the external storage unit 9 at the left end of the figure, information such as an integrated circuit pattern to be transferred to the wafer 2 is stored, and this information is transferred to the buffer memory 10 by the control computer 8 as needed.
The calculation unit 11 calculates irradiation position information of the electron beam 4 and the light beam 28 and other control information. The shaping signal generator 13 calculates the spot shape of the electron beam 4 based on a part of the signal from the calculator 11 and drives the shaper 5 via the controller 12. Similarly, position signal generator 1
Numeral 6 calculates the irradiation position of the electron beam 4 and drives the electron lens 6 and the deflector 7 via the control units 14 and 15. The light beam 28 is emitted from the light source 19, the focusing lens 21, the scanner 22, and the scanning direction converter 2.
The wafer 2 is illuminated by an optical system composed of a mirror 3 and a mirror 30, and each control signal for these elements is based on a signal from the control computer 8.
4 is calculated. By the above-described respective controls, the electron beam 4 and the light beam 28 can irradiate the same mark on the wafer 2 or the same table mark 25 on the XY table 1 described later. The XY table 1 is driven and moved by a signal from the control computer 8 via a table driving unit 1a. The light reflected from the mark on the wafer 2 and the table mark 25 and the secondary electrons are detected by the detector 17 and fed back to the control computer 8 via the mark signal detector 18 to collate with the position signal for the electron beam 4 or the light beam 28. Then, the home position signal generated by the control computer 8 is corrected. Hereinafter, the correction of the position signal will be briefly described. First, an offset between one irradiation of the electron beam 4 and the light beam 28 is detected using a table mark 25 provided on the XY table 1. Since the mark on the wafer 2 cannot be detected by the electron beam 4 in some cases, the table mark 25 is used. Therefore, the XY table 1 is moved to a predetermined position by the position signal of the table mark 25 from the control computer 8, and the electron beam 4 is used to move the table mark 25 between X and Y.
The scattered electrons are detected by scanning in the direction, and the coordinate values (X _T1 , Y _T1 ) of the table mark 25 are detected.
Is calculated. Similarly, the table mark 25 is scanned in two directions of X and Y by the light ray 28 to detect the reflected light, and the coordinate values (XT2, YT2) of the table mark 25 are detected.
) Is calculated. The offset between the electron beam 4 and the light beam 28 is obtained from the above two types of coordinate values as X coordinate offset = (X _T1 −X _T2 ) Y coordinate offset = (Y _T1 −Y _T2 ) (1) For example, it is stored in the buffer memory 10. Next, the positional relationship of the wafer 2 on the XY table 1 is measured. For this purpose, the XY table 1 is moved so that the wafer alignment mark W (hereinafter abbreviated as mark W) of the wafer 2 shown in FIG. To determine the coordinate value of the mark W. Since the mark W cannot always be clearly detected by the electron beam 4, the light beam 28 is used. Further, the above measurement is performed for each of the plurality of marks W on the wafer surface, and the entire wafer 2 is positioned. Next, the blocks in the wafer 2 are aligned. As shown in FIG. 7, the surface of the wafer 2 is divided into sections C ₁ and C _{2 where} independent circuit devices are integrated.
ＣC _n, etc., and an alignment mark M is provided at each boundary of a block including a plurality of these sections. For example C _1, respectively these block mark M ₁ ~M ₄ is provided in the four corners of the four compartments containing C _2, to align the block with these. For this reason, the XY table 1 is moved so that, for example, the block mark M1 is within the irradiation range of the light ray 28, the reflected light of the light ray 28 is detected, and its coordinate value (
X _M1 , Y _M1 ) are obtained, and the coordinate values (X _M2 , Y _M ) of the block marks M _{2 to} M ₄ are similarly calculated.
_M2 ) to ( _XM4 , _YM4 ). In the electron beam 4 of block mark M ₁ ~M ₄
And the like can always be detected clearly, so the light beam 28 is used. The position of the block is specified as described above. However, as is well known, the wafer 2 is deformed due to expansion and contraction, twisting, and the like. to correct. FIGS. 8 (a) to 8 (c) show the deformation of the wafer 2 by classifying them. When the solid line is the correct shape of the block and the dotted line is the deformed shape, FIG. (B) in FIG. 3B shows a case where it is inclined, and FIG. 4 (c) shows a case where it is deformed in a trapezoidal shape. The control computer 8 converts the output coordinate values (dotted coordinate values in FIG. 8) obtained from the reflected lights of the four marks into input coordinate values (solid solid coordinate values in FIG. 8) for instructing the position of the incident light beam 28. In comparison, correction coefficients A _X and A _Y for the expansion and contraction of the pattern position in the block,
The correction coefficients B _X and _BY for the inclination and the correction coefficients C _X and C _Y for the trapezoid are calculated. Then, by using these correction coefficients and the offset shown in equation (1), the sixth
The coordinate values (X _P , Y _P ) of the pattern stored in the external storage unit 9 shown in the figure are corrected as shown in Expression (2), and the electron beam 4 is corrected by using the obtained corrected coordinate values (X _i , Y _i ). To perform positioning. _{Xi = (1 + A X)} X P + B X Y P + C X X P Y P + (X T1 -X T2) Yi = (1 + A Y) Y P + B Y X P + C Y X P Y P + (Y T1 -Y _T2 ) (2) A correct pattern without offset or distortion is drawn on the wafer 2 by the above coordinate value correction calculation. [Effects of the Invention] According to the present invention, a mark on a wafer that is difficult to detect with an electron beam can be detected with high sensitivity using a light beam, so that a position signal error due to deformation of the wafer is accurately corrected, and at the same time, a reference position with respect to the electron beam. A signal can be given, and furthermore, since a mark on the table is detected by both the electron beam and the light beam, the position signal offset between the two can be corrected. Further, since the light beam is irradiated from the same direction as the electron beam, a position signal generated by the unevenness of the mark can be detected with a small error. Furthermore, since the reflected light from the mark is detected from the same direction as the electron beam,
The position error can be further reduced. Further, according to the configuration of the present invention, it is effective when a mark having a thin film structure that is difficult to detect with an electron beam or when a multilayer film exists on the mark, and the optical axis of the electron beam and the optical axis of the detection light can be matched. There is no influence of wafer deformation. Since the electron beam axis and the optical axis are aligned by the incident mirror with holes, the electron beam and the detection light can be incident on the wafer with little loss.

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の１実施例の構成を示す図、第２図は半導体ウエハの部分断面図
、第３図は従来装置の構成を示す図、第４図、第５図はそれぞれ本発明の他の実
施例の構成を示す図、第６図は本発明による荷電粒子線露光装置の本体部と制御
装置部の構成を示す図、第７図は半導体ウエハ上の各種マークの配列の一例を示す図、第８図（ａ）〜（ｃ）は矩形パターン
の変形を分類して示す図である。１……ＸＹテーブル、１ａ……テーブル駆動部、２……ウエハ、３……電子線源
、４……電子線、５……整形器、６……電子レンズ、７……偏向器、８……制御
計算機、９…外部記憶部、１０……バッファメモリ、１１……演算部、１２、１
４、１５……各制御部、１３…整形信号発生部、１６……位置信号発生部、１７
……検出器、１８……マーク信号発生器、１９……光源、２１……集束レンズ、
２２……走査器、２３……走査方向変換器、２４……光学系制御部、２５……テ
ーブルマーク、２７……照射器、２８……光線、３０……ミラー、３７……ハー
フミラー、Ｒ……レジスト、Ｔ……層間絶縁膜、Ｍ……マーク、Ｍ１……ブロッ
クマーク、Ｗ……ウエハアライメントマーク、Ｗ……配線。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view showing the structure of one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a partial sectional view of a semiconductor wafer, FIG. 3 is a view showing the structure of a conventional apparatus, FIG. FIG. 5 is a view showing the configuration of another embodiment of the present invention, FIG. 6 is a view showing the configuration of a main unit and a control unit of the charged particle beam exposure apparatus according to the present invention, and FIG. FIGS. 8 (a) to 8 (c) are diagrams showing an example of the arrangement of various marks of FIG. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... XY table, 1a ... Table drive part, 2 ... Wafer, 3 ... Electron beam source, 4 ... Electron beam, 5 ... Shaper, 6 ... Electronic lens, 7 ... Deflector, 8 ... Control computer, 9 external storage unit, 10 buffer memory, 11 arithmetic unit, 12, 1
4, 15: each control unit, 13: shaped signal generation unit, 16: position signal generation unit, 17
Detector, 18 Mark signal generator, 19 Light source, 21 Focusing lens,
Reference numeral 22: Scanner, 23: Scanning direction converter, 24: Optical system control unit, 25: Table mark, 27: Irradiator, 28: Light beam, 30: Mirror, 37: Half mirror, R: resist, T: interlayer insulating film, M: mark, M1: block mark, W: wafer alignment mark, W: wiring.

Claims

Claims: 1. An electron beam source, an electron beam shaper, an electron lens, a deflector, and a table on which a wafer is installed are housed in a vacuum vessel, and an electron beam from the electron beam source is sent to the table. A charged particle beam exposure apparatus that irradiates an upper wafer and irradiates and detects a mark with a light beam from an optical device from the same direction as the irradiation direction of the electron beam, and performs drawing on the wafer with the electron beam. Providing a mirror having an opening so that the electron beam passes in the vacuum vessel, introducing the light beam into the vacuum vessel through a passage window provided on the side of the vacuum vessel,
The mark on the table and the mark on the wafer are reflected by the mirror to irradiate the mark on the wafer, and the reflected light from the mark due to the irradiation of the light is inverted by the mirror and led out of the vacuum vessel through the passing window. And shape it on the table above
The electron beam based on the irradiation of the electron beam and the light beam on the formed mark;
The coordinate offset of the light ray is calculated, and the calculated coordinate offset and the weight
Irradiation position information obtained by irradiating the mark formed on C with the light beam
A charged particle beam exposure apparatus with a position detection function using light beams, comprising: a control computer for performing the irradiation positioning of the electron beam based on the control computer . 2. The charged particle beam exposure apparatus with a function of detecting a position by a light beam according to claim 1, wherein the light beam reflected from the mark on the table and the mark on the wafer is reflected by the mirror. A charged particle beam exposure apparatus having a function of detecting a position by a light beam, wherein light is led out of the vacuum vessel through the passing window.