JP3377855B2

JP3377855B2 - 荷電粒子ビーム露光方法

Info

Publication number: JP3377855B2
Application number: JP07228694A
Authority: JP
Inventors: 章夫山田; 隆木内
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1994-04-11
Filing date: 1994-04-11
Publication date: 2003-02-17
Anticipated expiration: 2018-02-17
Also published as: JPH07283101A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、荷電粒子ビーム露光方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路のパターン微細化に伴
い、光露光よりも解像度の高い電子ビーム露光が行われ
ている。半導体集積回路の製造工程では、数十層の回路
パターンを半導体ウェーハ上に位置合わせしながら形成
する必要がある。例えば、２５６ＭビットのＤＲＡＭの
最小パターンサイズは０．２５μｍであり、層間の位置
合わせ余裕度はその１／８以下、すなわち０．０３１μ
ｍ以下であり、高い位置合わせ精度が要求される。

【０００３】電子ビーム露光工程においては、図８に示
すように、半導体ウェーハ１０上にチップ領域１ｉ、ｉ
＝１〜ｎが形成され、各チップ領域１ｉに対し、その回
りに層間位置合わせ用の位置合わせマークＡｉ、Ｂｉ、
Ｃｉ及びＤｉが形成される。ステップ式投影露光装置で
露光する場合には、ｎ個のチップ領域１ｉのうち、例え
ば３個のチップ領域１ｉの各位置合わせマークＡｉの位
置を検出し、対応する設計上の位置との関係から、半導
体ウェーハ１０上の任意の位置合わせマークＡｉの設計
上の位置と実際の位置との間の関係式を求め、この関係
式を用いて位置合わせを行うというグローバル・アライ
メント方式が用いられている。しかし、電子ビーム露光
では、上記のように高い位置合わせ精度が要求されるた
め、各チップ領域１ｉの位置合わせマークＡｉ、Ｂｉ、
Ｃｉ及びＤｉを検出して位置合わせを行うというダイ・
バイ・ダイ・アライメント方式が採用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】例えば、直径が６イン
チの半導体ウェーハ１０上にチップ領域を５０個形成す
る場合、一層分露光するのに、電子ビーム露光時間が２
分であるのに対し全位置合わせマーク検出時間が７分も
かかり、電子ビーム露光のスループットが低い原因とな
っている。

【０００５】本発明の目的は、このような問題点に鑑
み、層間の位置合わせ処理に要する時間を短縮すること
ができる荷電粒子ビーム露光方法を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段及びその作用】図１は、本
発明に係る荷電粒子ビーム露光方法の原理構成を示すフ
ローチャートである。この構成を、実施例図中の対応す
る要素の符号を引用して説明する。本発明では、例えば
図８に示す如く、チップ領域が複数形成され各チップ領
域１ｉに対応して複数の位置合わせマークＡｉ、Ｂｉ、
Ｃｉ、Ｄｉが形成された露光対象物、例えば半導体ウェ
ーハ１０が、例えば図４に示す如く、移動ステージ２０
１上に搭載され、露光対象物１０に対し荷電粒子ビーム
ＥＢを照射して露光する荷電粒子ビーム露光方法におい
て、（１）図２において、第１選択された複数の該チップ領
域、例えばチップ領域１１〜１５の各チップ領域につい
て１つ且つ互いに対応した位置に形成されたマークＡ１
〜Ａ５の位置である第１位置と、第２選択された複数の
チップ領域、例えばチップ領域１１〜１５の各々に対す
る該複数の位置合わせマークＡ１〜Ａ５、Ｂ１〜Ｂ５、
Ｃ１〜Ｃ５、Ｄ１〜Ｄ５の位置である第２位置とを検出
する工程と、（２）第１位置の検出位置とこれに対応する設計上の位
置との関係から、露光対象物１０上の任意のチップ領域
１ｉに対する位置合わせマーク、例えばマークＡｉの実
際の位置と設計上の対応する位置との間の近似的な第１
関係式を求める工程と、（３）該第２選択された複数のチップ領域１ｊ、ｊ＝１
〜５の各々について、マークＡｊ、Ｂｊ、Ｃｊ、Ｄｊの
検出位置とこれに対応する設計上の位置との関係から、
チップ領域内の実際の位置と設計上の対応する位置との
間の近似的な個別第２関係式を求める工程と、（４）該第２選択された複数のチップ領域１１〜１５の
各々に対する個別第２関係式に基づいて、露光対象物１
０上の任意のチップ領域１ｉ内の実際の位置と設計上の
対応する位置との間の近似的な一般化第２関係式を求め
る工程と、（５）該第１関係式と該一般化第２関係式とに基づい
て、露光対象物１０上の任意のチップ領域１ｉ内設計位
置に対する実際の位置を近似的に算出する工程と、（６）該算出位置に基づいて露光する工程と、を有す
る。

【０００７】本発明では、露光対象物上の代表的な位置
合わせマークのみについて位置合わせマークを検出すれ
ばよいので、層間位置合わせ処理に要する時間が従来よ
りも短縮されて、電子ビーム露光のスループットが向上
し、また、上記のような第１関係式と一般化された第２
関係式とに基づいて任意のチップ領域１ｉ内の設計上の
位置に対する実際の位置を算出しているので、精度よく
層間の位置合わせを行うことができる。

【０００８】本発明の第１態様では、上記第２選択され
た複数のチップ領域１１〜１５は、上記第１選択された
複数の上記チップ領域と同一である。

【０００９】この第１態様では、第２検出位置が第１検
出位置に含まれるので、位置合わせマーク検出時間をさ
らに短縮することが可能となる。本発明の第２態様で
は、上記第１関係式を求める工程（２）は、図２におい
て例えば、第１位置Ａ１〜Ａ５の検出位置の座標（ＸＡ
ｊ，ＹＡｊ）、ｊ＝１〜５とこれに対応する設計上の位
置ａｊの座標（ｘａｊ，ｙａｊ）、ｊ＝１〜５との関係
から、露光対象物１０上の任意のチップ領域１ｉに対す
る位置合わせマークＡｉの実際の位置の座標（Ｘ，Ｙ）
と設計上の対応する位置の座標（ｘ，ｙ）との間の近似
的な第１関係式を、Ｘをｘ及びｙの多項式で表しＹをｘ
及びｙの多項式で表すことにより求める。

【００１０】この第２態様では、近似的な第１関係式を
多項式で求めるので、第１関係式が簡単となる。本発明
の第３態様では、上記第１関係式である多項式は、Ｘ＝ｇ１１ｘ＋ｒ１１ｙ＋ｈ１１ｘｙ＋ｏ１・・・（１）Ｙ＝ｇ１２ｘ＋ｒ１２ｙ＋ｈ１２ｘｙ＋ｏ２・・・（２）であり、ここにｇ１１、ｒ１１、ｈ１１、ｏ１、ｇ１
２、ｒ１２、ｈ１２及びｏ２は定数である。

【００１１】この第３態様では、第１関係式に非線形項
が含まれ、非線形項が１項のみであるので、露光対象物
のプロセスにおけるゆがみを考慮することができ、か
つ、第１関係式が簡単となる。本発明の第４態様では、
上記個別第２関係式を求める工程（３）は、図２におい
て例えば、上記第２選択された複数のチップ領域１１〜
１５の各々について、マークＡ１〜Ａ５、Ｂ１〜Ｂ５、
Ｃ１〜Ｃ５、Ｄ１〜Ｄ５の検出位置とこれに対応する設
計上の位置とに基づき、マークの検出位置の１つＡｊを
原点とするチップ領域１ｊ内の実際の相対位置座標
（Ｕ，Ｖ）と、該原点に対応した設計上の第２位置ａｊ
を原点とする、位置座標（Ｕ，Ｖ）に対応する設計上の
相対位置座標（ｕ，ｖ）との間の関係式である上記個別
第２関係式を、Ｕをｕ及びｖの多項式で表しＶをｕ及び
ｖの多項式で表すことにより求める。

【００１２】この第４態様では、近似的な個別第２関係
式を多項式で求めるので、個別第２関係式が簡単とな
る。本発明の第５態様では、上記個別第２関係式である
多項式は、Ｕ＝ｇ２１ｕ＋ｒ２１ｖ＋ｈ２１ｕｖ・・・（３）Ｖ＝ｇ２２ｕ＋ｒ２２ｖ＋ｈ２２ｕｖ・・・（４）であり、ここにｇ２１、ｒ２１、ｈ２１、ｇ２２、ｒ２
２及びｈ２２は定数である。

【００１３】この第５態様では、個別第２関係式に非線
形項が含まれ、非線形項が１項のみであるので、露光対
象物のプロセスにおける局所的なゆがみを考慮すること
ができ、かつ、個別第２関係式が簡単となる。本発明の
第６態様では、上記一般化第２関係式を求める工程
（４）は、上記個別第２関係式である多項式の係数を、
ｘ及びｙの多項式、又はｕ及びｖの多項式で表すことに
より、一般化第２関係式を求める。

【００１４】この第６態様では、個別第２関係式である
多項式の係数を多項式で表すことにより一般化第２関係
式を得るので、一般化第２関係式が簡単となる。本発明
の第７態様では、上記一般化第２関係式を求める工程
（４）は、上記ｇ２１、ｒ２１、ｈ２１、ｇ２２、ｒ２
２及びｈ２２を、ｇ２１＝ｇ２１０＋ｇ２１１ｘ＋ｇ２１２ｙ＋ｇ２１３ｘｙ・・・（５）ｒ２１＝ｒ２１０＋ｒ２１１ｘ＋ｒ２１２ｙ＋ｒ２１３ｘｙ・・・（６）ｈ２１＝ｈ２１０＋ｈ２１１ｘ＋ｈ２１２ｙ＋ｈ２１３ｘｙ・・・（７）ｇ２２＝ｇ２２０＋ｇ２２１ｘ＋ｇ２２２ｙ＋ｇ２２３ｘｙ・・・（８）ｒ２２＝ｒ２２０＋ｒ２２１ｘ＋ｒ２２２ｙ＋ｒ２２３ｘｙ・・・（９）ｈ２２＝ｈ２２０＋ｈ２２１ｘ＋ｈ２２２ｙ＋ｈ２２３ｘｙ・・・（１０）として求め、ここに、ｇ２１０、ｇ２１１、ｇ２１２、
ｇ２１３、ｒ２１０、ｒ２１１、ｒ２１２、ｒ２１３、
ｈ２１０、ｈ２１１、ｈ２１２、ｈ２１３、ｇ２２０、
ｇ２２１、ｇ２２２、ｇ２２３、ｒ２２０、ｒ２２１、
ｒ２２２、ｒ２２３、ｈ２２０、ｈ２２１、ｈ２２２及
びｈ２２３は定数である。

【００１５】この第７態様では、一般化第２関係式の各
係数について、非線形項が含まれ、非線形項が１項のみ
であるので、露光対象物のプロセスにおける局所的なゆ
がみの、露光対象物上での非線形的な変化を考慮するこ
とができ、かつ、一般化第２関係式が簡単となる。本発
明の第８態様では、上記算出工程（５）は、実質的に、
図２において例えば、露光対象物１０上の任意のチップ
領域１ｉ内設計位置の座標（ｘ，ｙ）が含まれるチップ
領域１ｉに対応した位置合わせマークＡｉの設計上の位
置座標（ｘ０，ｙ０）及びチップ領域１ｉ内の設計上の
相対位置座標（ｘ−ｘ０，ｙ−ｙ０）を求め、上記第１
関係式のｘ及びｙにそれぞれｘ０及びｙ０を代入してＸ
＝Ｘ０及びＹ＝Ｙ０を求め、該ｘ及びｙに基づいて上記
一般化第２関係式中の係数を求め、該一般化第２関係式
のｕ及びｖにそれぞれｘ−ｘ０及びｙ−ｙ０を代入して
Ｕ＝Ｕ０及びＶ＝Ｖ０を求め、Ｘ＝Ｘ０＋Ｕ０及びＹ＝
Ｙ０＋Ｖ０を、設計上の該ｘ及びｙに対する実際の近似
的な位置座標として算出する。

【００１６】ここに、「実質的に」とは、形式的には異
なるが結果として上記関係式を用いたのと実質的に同一
であることを含む意味である。この第８態様では、第１
関係式と一般化第２関係式とに基づいて、露光対象物上
の任意のチップ領域内設計位置に対する実際の位置を近
似的に容易に算出することができる。

【００１７】本発明の第９態様では、例えば図４に示す
如く、荷電粒子ビームＥＢは、開口パターンが複数形成
されたマスク２４２上の選択された該開口パターンを通
って断面形状が成形される。

【００１８】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説
明する。図４は、本方法発明が適用される荷電粒子ビー
ム露光装置の構成例を示す。露光対象物としての半導体
ウェーハ１０は、移動ステージ２０１上に搭載されてい
る。電子銃２２から射出された電子ビームＥＢは、その
断面形状がアパーチャ２４１で矩形に成形され、ブロッ
クマスク２４２で半導体ウェーハ１０上の露光パターン
に対応したパターンに成形され、アパーチャ２４３で発
散角が制限される。また、電磁レンズ２６１〜２６７に
より、電子銃２２から射出された電子ビームＥＢが２点
鎖線で示すように屈折され、アパーチャ２４１から発散
する電子ビームＥＢが点線で示すように屈折されて、半
導体ウェーハ１０上のレジスト膜に収束照射される。

【００１９】図４において、Ｃは光軸であり、２８１〜
２８７は静電偏向板で構成され、３０１〜３０３は電磁
コイルで構成されている。ブロックマスク２４２には、
ワンショットでブロック露光するための複数、例えば５
０個のブロックパターンの開口が形成されており、マス
ク偏向器２８２〜２８４により電子ビームＥＢが図５の
点線で示すように偏向されて、ブロックマスク２４２上
のブロックパターンが選択される。マスク偏向器２８２
〜２８５により偏向可能なブロックマスク２４２上の範
囲は限られており、この範囲を越えるブロックパターン
を選択するときには、ブロックマスク２４２が移動ステ
ージ２０２で移動される。

【００２０】シェイピング偏向器２８１は、ブロックマ
スク２４２上の矩形パターンに対し断面が矩形の電子ビ
ームＥＢの一部を通過させて、偏向量に応じた任意の矩
形パターンを形成するためのものである。ブランキング
偏向器２８６は、アパーチャ２４３上の円形孔を横切っ
て電子ビームＥＢを走査させるブランキング用である。
副偏向器２８７は、半導体ウェーハ１０上の電子ビーム
照射位置を、サブフィールド内で走査させるためのもの
であり、これに対し、主偏向器３０３は、フィールド内
のサブフィールド間を走査させるためのものである。ダ
イナミックマスクスティグメータ３０１は、電子ビーム
ＥＢの像面湾曲を補正するためのものであり、ダイナミ
ックマスクフォーカスコイル３０２は、電子ビームＥＢ
の非点収差を補正するためのものである。

【００２１】２次電子検出器３２１及び３２２は、半導
体ウェーハ１０上に電子ビームＥＢを照射したときに照
射点から放出される２次電子を検出するためのものであ
り、半導体ウェーハ１０上の位置合わせマークの位置検
出用である。半導体ウェーハ１０上の設計上の位置合わ
せマークの交差点（中心）位置ｐが光軸Ｃ上に位置する
ように移動ステージ２０１を駆動したとき、この位置ｐ
は、図７に示す如く、半導体ウェーハ１０上の実際の位
置合わせマークＡの交差点位置Ｐからずれる。このずれ
は、移動ステージ２０１に対する半導体ウェーハ１０の
位置ずれと、半導体ウェーハ１０の橇などの変形とによ
るものである。位置合わせマークＡは、例えば周囲に対
し凸部又は凹部とになったパターンである。副偏向器２
８７により電子ビームＥＢをＸ方向、例えば図４の左右
方向に走査させると、２次電子検出器３２１と３２２の
出力の和は電子ビーム走査線ＸＬに沿って図７に示す如
く変化する。この出力の極小値の平均位置が位置合わせ
マークＡの位置Ｐに対応している。これにより、位置ｐ
ら位置ＰまでのずれベクトルのＸ成分ΔＸを求めること
ができる。同様にして、ずれベクトルのＹ成分ΔＹを電
子ビーム走査線ＹＬに沿って求める。なお、このずれベ
クトルを求めるためには、位置ｐは位置Ｐに対応した設
計上の位置である必要はなく、その付近の位置であって
もよい。

【００２２】図２は、図８に示す半導体ウェーハ１０上
のｎ個のチップ領域１ｉ及びその回りの位置合わせマー
クＡｉ、Ｂｉ、Ｃｉ及びＤｉの一部を、位置ずれを誇張
して示している。ａ１〜ａ５はそれぞれ、実際の位置合
わせマークＡ１〜Ａ５に対する設計上の位置合わせマー
クの位置である。Ｘ軸は、位置ａ１を原点とし位置ａ２
及びａ３を通る直線であり、Ｙ軸は、ａ１を原点とし位
置ａ４及び位置ａ５を通る、Ｘ軸に直角な直線である。
位置ａ１〜ａ５は、図示のようなｘ軸及びｙ軸で表され
る座標系上の実際の位置合わせマークＡ１〜Ａ５の位置
（交点位置、以下同様）と考えることもできる。

【００２３】図６は、荷電粒子ビーム露光装置に対する
露光制御装置の位置ずれ補正部を示す。２次電子検出器
３２１及び３２２の出力は、加算回路４０に供給されて
加算され、増幅回路４２で増幅され、Ａ／Ｄ変換器４４
でデジタル化されて、位置ずれ補正回路４６に供給され
る。位置ずれ補正回路４６は、例えばコンピュータで構
成されている。位置ずれ補正回路４６には、移動ステー
ジ２０１の座標系と荷電粒子ビーム露光装置の座標系と
の間の位置ずれ並びに主偏向器３０３及び副偏向器２８
７の偏向特性に基づくずれに対する補正量が供給され、
この補正量を、本案の補正量と区別するために、他の補
正量と称す。

【００２４】次に、図１に示すフローチャートに基づい
て、位置ずれ補正回路４６の動作の詳細を説明する。（１）以下の第１及び第２の関係式を精度良く求めるた
めに好ましくは、半導体ウェーハ１０上の互いに離れた
４〜６個のチップ領域と、半導体ウェーハ１０の中心付
近の１〜２個のチップ領域とについて、例えば図２に示
すチップ領域１１〜１５について、各チップ領域の回り
の位置合わせマークＡｊ、Ｂｊ、Ｃｊ及びＤｊ（ｊ＝１
〜５、以下同様）の位置を、図７に示す上記方法で検出
する。この際、図６において、他の補正量が移動ステー
ジ制御回路４８及び偏向量補正回路５０に分配され、他
の補正量が考慮されて電子ビームＥＢが走査される。

【００２５】（２）互いに異なるチップ領域１１〜１５
の対応した位置合わせマークＡ１〜Ａ５の検出位置の座
標（ＸＡｊ，ＹＡｊ）とこれに対応する設計上の位置
（ｘａｊ，ｙａｊ）との関係から、半導体ウェーハ１０
上の任意のチップ領域１ｉ、（ｉ＝１〜ｎ、以下同様）
に対応する位置合わせマークＡｉの実際の位置と設計上
の対応する位置との間の上記第１関係式（１）及び
（２）を求める。式中の定数は、例えば最小二乗法によ
り決定する。すなわち、Ｉ０＝Σ｛ＸＡｊ−（ｇ１１ｘａｊ＋ｒ１１ｙａｊ＋ｈ１１ｘａｊｙａｊ＋ｏ１）｝²＋Σ｛ＹＡｊ−（ｇ１２ｘａｊ＋ｒ１２ｙａｊ＋ｈ１２ｘａｊ・ｙａｊ＋ｏ２）｝² が最小値になるように定数ｇ１１、ｒ１１、ｈ１１、ｏ
１、ｇ１２、ｒ１２、ｈ１２及びｏ２を決定する。ここ
にΣは、ｊ＝１〜５の総和を意味する。

【００２６】（３）設計上の位置合わせマークａｉ、ｂ
ｉ、ｃｉ及びｄｉと、対応する実際の位置合わせマーク
Ａｊ、Ｂｊ、Ｃｊ及びＤｊとが、図３に示すような関係
になっているとする。位置合わせマークａｉの位置を原
点とする相対的なｕ−ｖ直交座標系と、位置合わせマー
クＡｊの検出位置を原点とする相対的なＵ−Ｖ直交座標
系とを考える。ｕ、ｖ、Ｕ及びＶは、半導体ウェーハ１
０上での設計上の位置座標（ｘ，ｙ）及び半導体ウェー
ハ１０上での実際の位置座標（Ｘ，Ｙ）と次の関係にあ
る。

【００２７】ｕ＝ｘ−ｘａｉ・・・（１１）ｖ＝ｙ−ｙａｉ・・・（１２）Ｕ＝Ｘ−ＸＡｉ・・・（１３）Ｖ＝Ｙ−ＹＡｉ・・・（１４）位置合わせマークｂｉ、ｃｉ及びｄｉのｕ−ｖ直交座標
系上での位置座標（ｘｂｉ−ｘａｉ，ｙｂｉ−ｙａ
ｉ）、（ｘｃｉ−ｘａｉ，ｙｃｉ−ｙａｉ）及び（ｘｄ
ｉ−ｘａｉ，ｙｄｉ−ｙａｉ）と、位置合わせマークＢ
ｊ、Ｃｊ及びＤｊのＵ−Ｖ直交座標系上での位置座標
（ＸＢｉ−ＸＡｉ，ＹＢｉ−ＹＡｉ）、（ＸＣｉ−ＸＡ
ｉ，ＹＣｉ−ＹＡｉ）及び（ＸＤｉ−ＸＡｉ，ＹＤｉ−
ＹＡｉ）との関係から、例えば最小二乗法により、設計
上のチップ領域１ｊ０内の位置座標（ｕ，ｖ）と実際の
チップ領域１ｊ内の相対位置座標（Ｕ，Ｖ）との間の上
記個別第２関係式（３）及び（４）を求める。

【００２８】すなわち、各ｊについて、Ｉｊ＝｛ＵＡｊ−（ｇ２１ｕａｊ＋ｒ２１ｖａｊ＋ｈ２１ｕａｊｖａｊ）｝² ＋｛ＶＡｊ−（ｇ２２ｕａｊ＋ｒ２２ｖａｊ＋ｈ２２ｕａｊｖａｊ）｝² ＋｛ＵＢｊ−（ｇ２１ｕｂｊ＋ｒ２１ｖｂｊ＋ｈ２１ｕｂｊｖｂｊ）｝² ＋｛ＶＢｊ−（ｇ２２ｕｂｊ＋ｒ２２ｖｂｊ＋ｈ２２ｕｂｊｖｂｊ）｝² ＋｛ＵＣｊ−（ｇ２１ｕｃｊ＋ｒ２１ｖｃｊ＋ｈ２１ｕｃｊｖｃｊ）｝² ＋｛ＶＣｊ−（ｇ２２ｕｃｊ＋ｒ２２ｖｃｊ＋ｈ２２ｕｃｊｖｃｊ）｝² ＋｛ＵＤｊ−（ｇ２１ｕｄｊ＋ｒ２１ｖｄｊ＋ｈ２１ｕｄｊｖｄｊ）｝² ＋｛ＶＤｊ−（ｇ２２ｕｄｊ＋ｒ２２ｖｄｊ＋ｈ２２ｕｄｊｖｄｊ）｝² が最小値になるように定数ｇ２１（ｊ）、ｒ２１
（ｊ）、ｈ２１（ｊ）、ｇ２２（ｊ）、ｒ２２（ｊ）及
びｈ２２（ｊ）を決定する。

【００２９】（４）チップ領域１ｊ、ｊ＝１〜５の各々
についての上記個別第２関係式（３）及び（４）に基づ
いて、半導体ウェーハ１０上の任意のチップ領域１ｉ
（ｉ＝１〜ｎ）内の実際の位置と設計上の対応する位置
との間の一般化第２関係式を求める。この式は、上記個
別第２関係式において、定数をｘ及びｙの多項式で置き
換えたものであり、この多項式は、例えば上式（５）〜
（１０）で表される。これらの式中の定数は、例えば最
小二乗法により定められる。すなわち、Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ
３＋Ｉ４＋Ｉ５が最小値になるようにこの定数を決定す
る。

【００３０】（５）第１関係式と、一般化第２関係式と
に基づいて、任意のチップ領域１ｉ内の設計上の位置座
標（ｘ，ｙ）に対する実際の位置座標（Ｘ，Ｙ）を次の
ようにして算出する。すなわち、設計上の位置合わせマ
ークａｉの位置座標（ｘ０，ｙ０）、及び、位置合わせ
マークａｉを原点とするチップ領域１ｉ内の設計上の相
対位置座標（ｕ，ｖ）＝（ｘ−ｘ０，ｙ−ｙ０）を求め
る。

【００３１】次に、上式（１）及び（２）中のｘ及びｙ
にそれぞれｘ０及びｙ０を代入して、実際の位置合わせ
マークＡｉの位置Ｘ＝Ｘ０及びＹ＝Ｙ０を求める。次
に、ｘ及びｙを上式（５）〜（１０）に代入して、一般
化第２関係式中の係数を算出し、この一般化第２関係式
のｕ及びｖにそれぞれｘ−ｘ０及びｙ−ｙ０を代入し
て、Ｕ＝Ｕ０及びＶ＝Ｖ０を求める。

【００３２】次に、Ｘ＝Ｘ０＋Ｕ０及びＹ＝Ｙ０＋Ｖ０
を、設計上のｘ及びｙに対する実際の位置座標として求
める。（６）位置ずれ補正回路４６は、位置ずれ（ΔＸ，Δ
Ｙ）＝（Ｘ−ｘ，Ｙ−ｙ）の補正量を、他の補正量に加
え、全補正量を移動ステージ制御回路４８及び偏向量補
正回路５０に分配する。これにより、位置ずれ（ΔＸ，
ΔＹ）が、結果として他の補正と同様に、移動ステージ
２０１の移動量と副偏向器２８７及び主偏向器３０３に
よる偏向量とで補正される。なお、移動ステージ２０１
の位置決め誤差は、移動ステージ制御回路（移動ステー
ジ２０１の位置検出器を含む）４８を介して位置ずれ補
正回路４６にフィードバックされ、主偏向器３０３に対
する補正に加えられる。

【００３３】以上の処理が、半導体ウェーハ１０上の各
層の露光に対して行われる。本実施例では、上記のよう
に第１関係式と一般化第２関係式とに基づいて任意のチ
ップ領域１ｉ内の設計上の位置に対する実際の位置を算
出しているので、精度よく層間の位置合わせを行うこと
ができる。また、例えばウェーハ１０上のチップ領域数
ｎが５０の場合、位置合わせマーク検出時間が、従来の
例えば７分に対し４２０×６／５０＝５０秒となり、電
子ビーム露光のスループットを大幅に向上させることが
できる。

【００３４】なお、本発明には他にも種々の変形例が含
まれる。例えば、本発明は各種荷電粒子ビーム露光装置
に対して適用可能であり、例えば図４に示すブロックマ
スク２４２及びマスク偏向器２８２〜２８５を用いない
電子ビーム露光に対し適用しても本発明の効果が得られ
る。また、第１位置としての位置合わせマークＡ１〜Ａ
５の位置は、チップ領域１１〜１５以外のチップ領域に
対するものであってもよく、その個数も５個に限定され
ない。

【００３５】また、上記第１関係式中の６個の定数は、
３つの位置合わせマークＡｊの検出位置と設計位置とに
基づいて連立方程式を解き、最小二乗法を用いずに求め
てもよい。この点は、上記個別第２関係式及びその一般
化第２関係式についても同様である。また、上記各関係
式の多項式は、より項数が多くて近似精度がより高いも
のであってもよい。

【００３６】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明に係る荷電粒
子ビーム露光方法では、露光対象物上の代表的な位置合
わせマークのみについて位置合わせマークを検出すれば
よいので、層間位置合わせ処理に要する時間が従来より
も短縮され、また、上記のような第１関係式と一般化第
２関係式とに基づいて任意のチップ領域１ｉ内の設計上
の位置に対する実際の位置を算出しているので、精度よ
く層間の位置合わせを行うことができるという優れた効
果を奏し、電子ビーム露光のスループット向上及び半導
体集積回路製造のコストダウンに寄与するところが大き
い。

【００３７】本発明の第１態様では、第２検出位置が第
１検出位置に含まれるので、層間位置合わせ処理に要す
る時間をさらに短縮することが可能となるという効果を
奏する。本発明の第２態様では、近似的な第１関係式を
多項式で求めるので、第１関係式が簡単となるという効
果を奏する。

【００３８】本発明の第３態様では、第１関係式に非線
形項が含まれ、非線形項が１項のみであるので、露光対
象物のプロセスにおけるゆがみを考慮することができ、
かつ、第１関係式が簡単となるという効果を奏する。本
発明の第４態様では、近似的な個別第２関係式を多項式
で求めるので、個別第２関係式が簡単となるという効果
を奏する。

【００３９】本発明の第５態様では、個別第２関係式に
非線形項が含まれ、非線形項が１項のみであるので、露
光対象物のプロセスにおける局所的なゆがみを考慮する
ことができ、かつ、個別第２関係式が簡単となるという
効果を奏する。本発明の第６態様では、個別第２関係式
である多項式の係数を多項式で表すので、一般化第２関
係式が簡単となるという効果を奏する。

【００４０】本発明の第７態様では、一般化第２関係式
の各係数について、非線形項が含まれ、非線形項が１項
のみであるので、露光対象物のプロセスにおける局所的
なゆがみの、露光対象物上での非線形的な変化を考慮す
ることができ、かつ、一般化第２関係式が簡単となると
いう効果を奏する。本発明の第８態様によれば、第１関
係式と一般化第２関係式とに基づいて、露光対象物上の
任意のチップ領域内設計位置に対する実際の位置を近似
的に容易に算出することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本方法発明の原理構成を示すフローチャートで
ある。

【図２】図１のステップ２の処理説明図である。

【図３】図１のステップ３の処理説明図である。

【図４】本方法発明が適用される荷電粒子ビーム露光装
置の一例を示す構成図である。

【図５】ブロックパターン選択と電子ビーム軌跡との関
係を示す図である。

【図６】露光制御装置の位置ずれ補正部を示すブロック
図である。

【図７】位置合わせマークの位置検出説明図である。

【図８】半導体ウェーハ上のチップ領域とその回りの位
置合わせマークとを示す図である。

【符号の説明】

１０半導体ウェーハ１１〜１５、１ｉ、１ｊチップ領域Ａ、Ａ１〜Ａ５、Ｂ１〜Ｂ５、Ｃ１〜Ｃ５、Ｄ１〜Ｄ
５、Ａｉ、Ａｊ、Ｂｉ、Ｂｊ、Ｃｉ、Ｃｊ、Ｄｉ、Ｄｊ
位置合わせマーク２０１、２０２移動ステージ２２電子銃２４２ブロックマスク２８２〜２８５マスク偏向器２８７副偏向器３０３主偏向器３２１、３２２２次電子検出器４６位置ずれ補正回路４８移動ステージ制御回路５０偏向量補正回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平６−275496（ＪＰ，Ａ) 特開平３−153015（ＪＰ，Ａ) 特開平５−114545（ＪＰ，Ａ) 特開平３−96219（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−135727（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−77937（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】チップ領域が複数形成され各チップ領域
（１ｉ）に対応して複数の位置合わせマーク（Ａｉ、Ｂ
ｉ、Ｃｉ、Ｄｉ）が形成された露光対象物（１０）が、
移動ステージ（２０１）上に搭載され、該露光対象物に
対し荷電粒子ビーム（ＥＢ）を照射して露光する荷電粒
子ビーム露光方法において、第１選択された複数の該チップ領域の各チップ領域につ
いて１つ且つ互いに対応した位置に形成された該位置合
わせマーク（Ａ１〜Ａ５）の位置である第１位置と、第
２選択された複数の該チップ領域（１１〜１５）の各々
に対する該複数の位置合わせマーク（Ａ１〜Ａ５、Ｂ１
〜Ｂ５、Ｃ１〜Ｃ５、Ｄ１〜Ｄ５）の位置である第２位
置とを検出する工程（１）と、該第１位置の検出位置とこれに対応する設計上の位置と
の関係から、該露光対象物上の任意のチップ領域（１
ｉ）の該対応した位置に形成された該位置合わせマーク
（Ａｉ）の実際の位置と設計上の対応する位置との間の
近似的な第１関係式を求める工程（２）と、該第２選択された複数の該チップ領域（１ｊ、ｊ＝１〜
５）の各々について、該複数の位置合わせマークの検出
位置とこれに対応する設計上の位置との関係から、該チ
ップ領域内の実際の位置と設計上の対応する位置との間
の近似的な個別第２関係式を求める工程（３）と、該第２選択された複数の該チップ領域の各々に対する該
個別第２関係式に基づいて、該露光対象物上の任意の該
チップ領域内の実際の位置と設計上の対応する位置との
間の近似的な一般化第２関係式を求める工程（４）と、該第１関係式と該一般化第２関係式とに基づいて、該露
光対象物上の任意のチップ領域内設計位置に対する実際
の位置を近似的に算出する工程（５）と、該算出位置に基づいて露光する工程（６）と、を有することを特徴とする荷電粒子ビーム露光方法。
【請求項２】前記第２選択された複数の前記チップ領
域は、前記第１選択された複数の前記チップ領域と同一
であることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム
露光方法。
【請求項３】前記第１関係式を求める工程は、前記第
１位置の検出位置（Ａ１〜Ａ５）の座標（ＸＡｊ，ＹＡ
ｊ、ｊ＝１〜５）とこれに対応する設計上の位置の座標
（ｘａｊ，ｙａｊ、ｊ＝１〜５）との関係から、該露光
対象物（１０）上の任意のチップ領域に対する該位置合
わせマーク（Ａｉ）の実際の位置の座標（Ｘ，Ｙ）と設
計上の対応する位置の座標（ｘ，ｙ）との間の近似的な
第１関係式を、Ｘをｘ及びｙの多項式で表しＹをｘ及び
ｙの多項式で表すことにより求めることを特徴とする請
求項１又は２記載の荷電粒子ビーム露光方法。
【請求項４】前記第１関係式である多項式は、Ｘ＝ｇ１１ｘ＋ｒ１１ｙ＋ｈ１１ｘｙ＋ｏ１Ｙ＝ｇ１２ｘ＋ｒ１２ｙ＋ｈ１２ｘｙ＋ｏ２であり、ここにｇ１１、ｒ１１、ｈ１１、ｏ１、ｇ１
２、ｒ１２、ｈ１２及びｏ２は定数であることを特徴と
する請求項３記載の荷電粒子ビーム露光方法。
【請求項５】前記個別第２関係式を求める工程は、前
記第２選択された複数の前記チップ領域（１１〜１５）
の各々について、前記複数の位置合わせマークの検出位
置とこれに対応する設計上の位置とに基づき、該複数の
位置合わせマークの検出位置の１つ（Ａｊ）を原点とす
る該チップ領域内の実際の相対位置座標（Ｕ，Ｖ）と、
該原点に対応した設計上の第２位置（ａｊ）を原点とす
る、位置座標（Ｕ，Ｖ）に対応する設計上の相対位置座
標（ｕ，ｖ）との間の関係式である前記個別第２関係式
を、Ｕをｕ及びｖの多項式で表しＶをｕ及びｖの多項式
で表すことにより求めることを特徴とする請求項４記載
の荷電粒子ビーム露光方法。
【請求項６】前記個別第２関係式である多項式は、Ｕ＝ｇ２１ｕ＋ｒ２１ｖ＋ｈ２１ｕｖＶ＝ｇ２２ｕ＋ｒ２２ｖ＋ｈ２２ｕｖであり、ここにｇ２１、ｒ２１、ｈ２１、ｇ２２、ｒ２
２及びｈ２２は定数であることを特徴とする請求項５記
載の荷電粒子ビーム露光方法。
【請求項７】前記一般化第２関係式を求める工程は、
前記個別第２関係式である多項式の係数を、前記ｘ及び
ｙの多項式、又は前記ｕ及びｖの多項式で表すことによ
り、該一般化第２関係式を求めることを特徴とする請求
項５又は６記載の荷電粒子ビーム露光方法。
【請求項８】前記一般化第２関係式を求める工程は、
前記ｇ２１、ｒ２１、ｈ２１、ｇ２２、ｒ２２及びｈ２
２を、ｇ２１＝ｇ２１０＋ｇ２１１ｘ＋ｇ２１２ｙ＋ｇ２１３ｘｙｒ２１＝ｒ２１０＋ｒ２１１ｘ＋ｒ２１２ｙ＋ｒ２１３ｘｙｈ２１＝ｈ２１０＋ｈ２１１ｘ＋ｈ２１２ｙ＋ｈ２１３ｘｙｇ２２＝ｇ２２０＋ｇ２２１ｘ＋ｇ２２２ｙ＋ｇ２２３ｘｙｒ２２＝ｒ２２０＋ｒ２２１ｘ＋ｒ２２２ｙ＋ｒ２２３ｘｙｈ２２＝ｈ２２０＋ｈ２２１ｘ＋ｈ２２２ｙ＋ｈ２２３ｘｙとして求め、ここに、ｇ２１０、ｇ２１１、ｇ２１２、
ｇ２１３、ｒ２１０、ｒ２１１、ｒ２１２、ｒ２１３、
ｈ２１０、ｈ２１１、ｈ２１２、ｈ２１３、ｇ２２０、
ｇ２２１、ｇ２２２、ｇ２２３、ｒ２２０、ｒ２２１、
ｒ２２２、ｒ２２３、ｈ２２０、ｈ２２１、ｈ２２２及
びｈ２２３は定数であることを特徴とする請求項６記載
の荷電粒子ビーム露光方法。
【請求項９】前記算出工程は、実質的に、前記露光対象物（１０）上の任意のチップ領域（１ｉ）
内設計位置の座標（ｘ，ｙ）が含まれるチップ領域に対
応した前記位置合わせマーク（Ａｉ）の設計上の位置座
標（ｘ０，ｙ０）及び該チップ領域内の設計上の相対位
置座標（ｘ−ｘ０，ｙ−ｙ０）を求め、請求項３の第１関係式のｘ及びｙにそれぞれｘ０及びｙ
０を代入してＸ＝Ｘ０及びＹ＝Ｙ０を求め、該ｘ及びｙに基づいて請求項７の一般化された第２関係
式中の係数を求め、該一般化第２関係式のｕ及びｖにそ
れぞれｘ−ｘ０及びｙ−ｙ０を代入してＵ＝Ｕ０及びＶ
＝Ｖ０を求め、Ｘ＝Ｘ０＋Ｕ０及びＹ＝Ｙ０＋Ｖ０を、設計上の該ｘ及
びｙに対する実際の近似的な位置座標として算出するこ
とを特徴とする請求項７記載の荷電粒子ビーム露光方
法。
【請求項１０】前記荷電粒子ビーム（ＥＢ）は、開口
パターンが複数形成されたマスク（２４２）上の選択さ
れた該開口パターンを通って断面形状が成形されること
を特徴とする請求項１乃至９のいずれか１つに記載の荷
電粒子ビーム露光方法。