JP3194986B2 - マーク検出方法および装置並びにそれを用いた電子線描画方法およびその装置 - Google Patents

マーク検出方法および装置並びにそれを用いた電子線描画方法およびその装置

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JP3194986B2
JP3194986B2 JP12719191A JP12719191A JP3194986B2 JP 3194986 B2 JP3194986 B2 JP 3194986B2 JP 12719191 A JP12719191 A JP 12719191A JP 12719191 A JP12719191 A JP 12719191A JP 3194986 B2 JP3194986 B2 JP 3194986B2
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玄也 松岡
宜徳 南出
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  • Length-Measuring Devices Using Wave Or Particle Radiation (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、特に、電子ビームを偏
向照射してマーク位置を求めるマーク検出方法およびそ
の装置並びにそれを用いた電子線描画方法およびその装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】電子線描画装置において、高精度描画を
実現するには、電子線位置と、試料、又は、試料上の所
定のパターンとの、位置関係を正確に決定することが重
要である。それを実現するために、試料上に形成された
マークを求めるマーク検出という処理が行なわれる。マ
ーク検出では、所定のマーク上を電子線で走査し、その
際に、マークから発生する反射電子線、あるいは、二次
電子線を検出し、該検出信号を信号処理して、マーク位
置を求める方法が、従来より用いられてきている。この
際用いられる信号処理方法には、いろいろな方法が考案
されている。しかし、高精度な検出を行なうには、マー
ク信号に適した信号処理方法を用いることが重要であ
る。このなかで、従来から用いられてきた高精度な検出
を実現する方法に、対称性算出法がある。該方法を図1
を用いて説明する。
【0003】これまで、広く用いられてきているマーク
の構造は、エッチングにより基板上に溝を形成し、これ
をマークとしたものである。かかるマーク上を、電子線
を走査することによって得られる信号波形の一例を図1
(a)に示す。対称性算出法は、該波形の対称性を調
べ、最も対称性の良い個所を、マーク中心とする方法で
ある。対称性を求める方法としては以下の演算が、用い
られてきている。
【0004】
【数1】
【0005】ここで、iは、処理する信号のデータアド
レスを意味し、jは、対称性を演算する範囲である。図
1(b)は、対称性演算を行なった結果を示したもの
で、その最小値をとる点Pが、マーク中心である。係る
対称性を用いた位置検出方法の例としては、既に公告さ
れている特許、特公昭56−2284号がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前述した如き電子線描
画装置におけるマーク検出方法は、これまでは、十分な
精度を有していた。しかし、半導体素子の構造の微細化
に伴い、従来とは、以下の点で異なってきた。即ち、試
料上に塗布されるレジストの厚さが、数μmと厚くなっ
てきたこと、及び、要求される描画精度が、0.05μ
m レベルの高精度になってきた点である。この様な厚
いレジスト層におおわれたマークにおいては、マークか
らの信号は、十分な対称性を有する波形とは限らない。
その原因の一つは、レジストの塗布ムラである。シリコ
ンウェハ上に、レジストは、スピンコートと称される方
法で塗布される。この方法は、適度の粘度を有するレジ
ストを、ウェハ中心に適量置き、その後、ウェハを高速
回転させることによって、遠心力によってレジストを、
ウェハ全面に塗布する方法である。かかる方法では、例
えば、マーク溝に於いては、レジストは一様に塗布され
ず、半径方向に厚さが変化することになる。このレジス
ト厚さの不均一が、マーク信号が、非対称になる一因で
ある。
【0007】この様な非対称的なマーク信号にたいし
て、その対称性からマーク中心を求めると、当然のこと
ながら、誤ったマーク位置を得ることになる。図2は、
擬似的に生成した非対称なマーク信号に対して、対称性
演算法により、マーク中心を求めた結果である。同図
(a)は、非対称マークからの信号波形である。この波
形に対して、従来の対称性演算を行うと、同図(b)の
ように、点線で示したマーク中心からのずれたところが
極小値となる。従って、マーク信号が非対称性になるに
つれて、検出されるマーク中心が正しい位置からずれて
いくことを示している。
【0008】本発明の目的は、係る問題点に注目し、
射電子若しくは2次電子を検出することによって得られ
非対称な信号波形においても正しいマーク位置を求め
ることが出来、その結果、高精度な描画が実現できる
子線描画方法およびその装置を提供することにある。
た、本発明の他の目的は、反射電子若しくは2次電子を
検出することによって得られる非対称な信号波形におい
ても正しいマーク位置を求めることが出来るようにした
マーク検出方法およ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】上記に記載した問題を解
決するために、信号波形を処理する際に、マーク構造を
考慮した処理方法を採用する。即ち、本発明は、試料ま
たは試料ステージ上に形成された対称性を有する溝から
なるマークに対して電子ビームを偏向照射し、前記マー
クから生じる反射電子若しくは2次電子を検出器により
検出して信号に変換し、該変換された信号に対して所定
の点を対称中心にして前記マークの溝幅よりやや小さい
範囲をスキップさせて対称性演算を施し、この施された
対称性演算において最も対称性が得られる点を前記マー
クの中心位置として求めることを特徴とするマーク検出
方法である。 また、本発明は、試料または試料ステージ
上に形成された対称性を有する溝からなるマークに対し
て電子ビームを偏向照射し、前記マークから生じる反射
電子若しくは2次電子を検出器により検出して信号に変
換し、該変換された信号に対して所定の点を対称中心に
して前記マークの溝幅よりやや小さい範囲をスキップさ
せて対称性演算を施し、この施された対称性演算におい
て最も対称性が得られる点を前記マークの中心位置とし
て算出するマーク位置算出工程と、該マーク位置算出工
程で算出されたマークの中心位置に基いて電子ビームを
偏向照射して所定のパターンを描く描画工程とを有する
ことを特徴とする電子線描画方法である。 また、本発明
は、電子ビームを発生する電子源と、該電子源からの電
子ビームを偏向する偏向手段と、試料または試料ステー
ジ上に形成された対称性を有する溝からなるマークに対
して前記電子ビームを偏向照射した際生じる反射電子若
しくは2次電子を検出して信号に変換する検出器と、該
検出器で変換された信号に対して所定の点を対称中心に
して前記マークの溝幅よりやや小さい範囲をスキップさ
せて対称性演算を施し、この施された対称性演算におい
て最も対称性が得られる点を前記マークの中心位置とし
て算出する信号処理手段と、該信号処理手段で算出され
るマークの中心位置に基いて前記電子ビームを前記偏向
手段で制御する制御手段とを具備することを特徴とする
電子線描画装置である。 また、本発明は、電子ビームを
発生する電子源と、該電子源からの電子ビームを偏向す
る偏向手段と、試料または試料ステージ上に形成された
対称性を有する溝からなるマークに対して前記電子ビー
ムを偏向照射した際生じる反射電子若しくは2次電子を
検出して信号に変換する検出器と、該検出器で変換され
た信号に対して所定の点を対称中心にして前記マークの
溝幅よりやや小さい範囲をスキップさせて対称性演算を
施し、この施された対称性演算において最も対称性が得
られる点を前記マークの中心位置として算出する信号処
理手段とを具備することを特徴とするマーク検出装置で
ある。
【0010】
【作用】マーク信号を非対称とする原因は種々あるが、
マーク上部のエッジ付近では、対称性は、保存されるこ
とが多い。例えば、前記したレジストの例においても、
溝の内部では、塗布ムラが生じるが、エッジの位置で
は、保存されている。更に、電子線は、数μmの深さま
でレジスト内に侵入するので、マーク上部のエッジ付近
の信号は、基板エッジからの反射電子による信号とな
り、マーク上に塗布された材質の影響は少ない。従っ
て、マーク上部のエッジ付近に、注目した対称性演算を
行なうことによって、レジストなどのマークを被った層
の非対称性に左右されることなく、正しくマークの位置
を求めることができる。
【0011】検出信号として、反射電子ではなく、二次
電子信号を用いた場合も、同様の効果を得ることができ
る。二次電子信号における信号形状は、反射電子信号と
は異なる。しかし、エッジ付近でのマーク構造の対称性
が、保存されている限り、反射電子の場合と同様に、エ
ッジ付近の信号データを選択して用いることは有効であ
る。
【0012】本発明においては、例えば、以下に示した
式を用いて対称性演算を行う。
【0013】
【数2】
【0014】ここで、iは、数式1と同じく処理を行う
データアドレス、jは対称性演算を行う範囲である。α
は、対称性演算をスキップさせる範囲を示している。例
えば、iが、マーク溝の中心のアドレスの時に、αを溝
幅よりやや小さい値にしておくと、対称性演算はマーク
のエッジ付近にのみ着目して行われることになる。
【0015】図3は、図2と同じ構造の非対称なマーク
について、スキップエリアαの大きさと、検出精度との
関係を示したものである。横軸は、対称性演算を行うデ
ータの範囲に対するスキップするデータ範囲の割合を示
し、縦軸は、マーク中心に対する検出誤差を示してい
る。縦軸の単位は、電子線の偏向させる出力の最小単
位、即ち、LSBである。スキップする割合を多くして
いくと、検出誤差は小さくなり、マーク幅の約90%に
わたって演算を行わず、残りの10%で対称性演算を行
うと、1LSB以下の高精度でマーク中心を求めること
が可能である。
【0016】以上説明してきたように、対称性演算にお
いて、マーク幅を考慮することによって、非対称なマー
クについても、正しいマーク中心を求めることが出来
る。
【0017】
【実施例】以下に、本発明の一実施例を、図4を用いて
説明する。同図は、本発明に基づくマーク検出回路を備
えた電子線描画装置の構成を示したものである。電子銃
200から引き出された電子線201は、試料台202
上にある試料203に、照射される。該試料は、Siウ
ェハ上に、電子線用レジストを厚さ4μmで塗布したも
のである。電子線201の偏向は、制御計算機204か
らの描画データを、偏向制御回路205を経由して、偏
向器206によって、所定のパターンが描けるように偏
向される。マーク検出の際には、電子線201は、Si
ウェハに形成されたマーク(図示せず)上を、制御計算
機204の指示に従って走査する。マークからの反射電
子信号は、検出器207によって検出され、信号処理回
路208で対称性演算法に従って処理され、マーク中心
が求められる。
【0018】制御用計算機204には、マーク構造に関
する情報を格納するメモリ209がある。マーク検出に
おいては、制御用計算機204は、メモリ209に格納
してあるマーク溝幅と、スキップ幅αを、信号処理回路
208に転送する。信号処理回路208では、検出され
たマーク信号を数式2に従って処理し、マーク中心を求
める。また、マーク溝幅は、少なくとも一種類の製品を
生産するプロセスでは一定である。従って、複数種類の
製品と、それに対応した溝幅を事前にメモリ209に入
力しておくことによって、描画する製品名を入力するだ
けで、自動的に最適なマーク幅が、処理回路に設定され
ることになる。
【0019】以上説明したように、本発明に従えば、装
置オペレータが、意識することなく、最適なマーク検出
条件が制御回路に設定されるため、常に、高精度な描画
を行うことが可能である。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、反射電子若しくは2次
電子を検出することによって得られる非対称な信号波形
でも、高精度なマーク検出を行うことが出来る。また、
本発明によれば、反射電子若しくは2次電子を検出する
ことによって得られる非対称な信号波形でも、高精度な
マーク検出を行うことが出来、その結果、高精度な描画
を実現することができる。また、従来、装置オペレータ
には、マーク検出に対する高度な知識が要求されていた
が、本発明によれば、マーク検出条件が自動的に最適化
されるため、装置操作性も、大いに向上させることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】対処性演算を用いたマーク検出を説明する図。
【図2】従来の対処性演算を用いたマーク検出での問題
点を説明する図。
【図3】本発明の効果を説明する図。
【図4】本発明に基づく電子線描画装置の構成を示す
図。
【符号の説明】
200…電子銃、201…電子線、202…試料台、2
03…ウェハ、204…制御用計算機、205…制御回
路、206…電子線偏向器、207…反射電子検出器、
208…信号処理回路、209…記憶回路、210…反
射電子。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−147280(JP,A) 特開 昭63−103902(JP,A) 特開 平1−239925(JP,A) 特開 平4−127416(JP,A) 特開 昭53−69063(JP,A) 特開 昭59−27527(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G01B 15/00 G01B 21/04

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】試料または試料ステージ上に形成された対
    称性を有する溝からなるマークに対して電子ビームを偏
    向照射し、前記マークから生じる反射電子若しくは2次
    電子を検出器により検出して信号に変換し、該変換され
    た信号に対して所定の点を対称中心にして前記マークの
    溝幅よりやや小さい範囲をスキップさせて対称性演算を
    施し、この施された対称性演算において最も対称性が得
    られる点を前記マークの中心位置として求めることを特
    徴とするマーク検出方法。
  2. 【請求項2】試料または試料ステージ上に形成された対
    称性を有する溝からなるマークに対して電子ビームを偏
    向照射し、前記マークから生じる反射電子若しくは2次
    電子を検出器により検出して信号に変換し、該変換され
    た信号に対して所定の点を対称中心にして前記マークの
    溝幅よりやや小さい範囲をスキップさせて対称性演算を
    施し、この施された対称性演算において最も対称性が得
    られる点を前記マークの中心位置として算出するマーク
    位置算出工程と、 該マーク位置算出工程で算出されたマークの中心位置に
    基いて電子ビームを偏向照射して所定のパターンを描く
    描画工程とを有することを特徴とする電子線描画方法。
  3. 【請求項3】電子ビームを発生する電子源と、 該電子源からの電子ビームを偏向する偏向手段と、 試料または試料ステージ上に形成された対称性を有する
    溝からなるマークに対して前記電子ビームを偏向照射し
    た際生じる反射電子若しくは2次電子を検出して信号に
    変換する検出器と、 該検出器で変換された信号に対して所定の点を対称中心
    にして前記マークの溝幅よりやや小さい範囲をスキップ
    させて対称性演算を施し、この施された対称性演算にお
    いて最も対称性が得られる点を前記マークの中心位置と
    して算出する信号処理手段と、 該信号処理手段で算出されるマークの中心位置に基いて
    前記電子ビームを前記 偏向手段で制御する制御手段とを
    具備することを特徴とする電子線描画装置。
  4. 【請求項4】電子ビームを発生する電子源と、 該電子源からの電子ビームを偏向する偏向手段と、 試料または試料ステージ上に形成された対称性を有する
    溝からなるマークに対して前記電子ビームを偏向照射し
    た際生じる反射電子若しくは2次電子を検出して信号に
    変換する検出器と、 該検出器で変換された信号に対して所定の点を対称中心
    にして前記マークの溝幅よりやや小さい範囲をスキップ
    させて対称性演算を施し、この施された対称性演算にお
    いて最も対称性が得られる点を前記マークの中心位置と
    して算出する信号処理手段とを具備することを特徴とす
    るマーク検出装置。
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