JP3502197B2 - 電子線描画装置とマーク位置検出描画方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，ウエハ基板等へ直接所
定のパターンを描画する電子線描画装置に関し、特に、
ウエハ基板等の基板上に設けられたマークの位置検出方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電子銃から発生した電子線を
制御して、ウエハ基板上のレジストへ、直接所定のパタ
ーンを描画する電子線描画装置においては、描画する所
定のパターンとウエハ基板との位置合わせが必要であ
り、この位置合わせを、ウエハ基板上に形成された複数
個のマークの位置を検出し、このマークの位置を基準と
することにより行っていた。ウエハ基板上に形成された
マーク位置の検出には、レーザ干渉計系等により位置管
理されているＸＹテーブル上に置かれたウエハ基板上に
設けられた、基板金属とは異種の金属マークを電子線
（ビーム）で照射できる所定の位置へ移動して、制御さ
れた電子線（ビーム）を走査、照射した際に得られる反
射電子の信号を検出し、この反射電子の信号の微分信号
のピーク位置から、マークのエッジの位置を検出する方
法が採られていた。上記マークのエッジの検出において
は、金属マークの断面は図４（ａ）に示すような形状を
しており、反射電子信号にノイズが含まれていないとし
て、基板上のマークが所定の幅Ｌを持っている場合、反
射電子信号のセンサー部における、幅Ｌ方向の反射電子
の信号（検出信号）は、図４（ｂ）のようになる。図４
（ｂ）に示す検出信号を幅Ｌ方向で微分すると図４
（ｃ）のようになり、絶対値で出力すると図４（ｄ）の
ようになる。そして、この図４（ｃ）や、図４（ｄ）の
信号のピークの位置がマークのエッジ位置に対応するこ
とより、この信号のピークの位置をマークのエッジ位置
として検出していた。尚、図４（ｃ）や、図４（ｄ）の
信号のピークの位置を求めるには、図４（ｃ）の信号を
更に微分して、又は図４（ｄ）の信号を所定の信号レベ
ルでスライス処理して２値化して求める。

【０００３】しかしながら、一般には基板上の金属マー
クは、幾つかのプロセス処理を経て所定の形状に作製さ
れたもので、一般には、図４（ａ）に示すような、断面
形状をしていなく、検出される反射電子の信号も図４
（ｂ）のようにはならない為、その微分信号も図４
（ｃ）のようにはならない。例えば、図５（ａ）や図５
（ｂ）のようなマークのエッジ近傍に本当のエッジに対
応する位置以外の位置に信号のピークを持つ場合も見ら
れる。この場合には、マークのエッジ位置Ｍａ、Ｍｂ
は、図５（ｃ）のように、装置（ソフト）により判断さ
れてしまい、真のマークエッジを得られない為、このよ
うな判断により得られたマークエッジの位置座標にもと
づいて位置座標が管理されて、所定のパターン描画が行
われると、パターンの位置ズレを起こしてしまう。この
ように、基板上の金属マークのエッジ検出が正確に行わ
れないことに基づく、描画パターンの位置ズレが、ウエ
ハ基板等への電子線描画装置による直描においては大き
な問題となっていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような状況のも
と、ウエハ基板等へ直接所定のパターンを描画する電子
線描画装置においては、基板上の金属マークのエッジの
位置検出が正確に行われる方法が求められていた。本発
明は、ウエハ基板等へ直接所定のパターンを描画する電
子線描画装置であって、基板上の金属マークの位置検出
を行う際に、正確にマークエッジの位置検出ができる電
子線描画装置を提供しようとするものであり、同時に、
そのマーク位置の検出方法を提供しようとするものであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の電子線描画装置
は、電子銃から発生した電子線を制御して、ウエハ基板
等へ、直接所定のパターンを描画する電子線描画装置で
あって、基板上のマークに対して電子線を走査、照射し
た際に発生する反射電子の信号を得る手段と、該反射電
子の信号を用いて、マークのエッジを検出するために、
マークエッジを含む部分の反射電子信号の微分信号を得
る手段と、得られた微分信号を表示するディスプレイと
を有しており、該ディスプレイは、該ディスプレイの上
に表示されたマークエッジ部の微分信号にカーソル線を
重ねて表示できるカーソル線表示機能を備えており、カ
ーソル線は移動可能で、所望の２位置間の移動した距離
を表示できるもので、且つ、カーソル線の位置を描画装
置の描画系の位置座標で指定できる、エッジ位置入力手
段を有しており、該エッジ位置入力手段は、カーソルの
位置を入力することにより、このカーソル位置に対応す
る電子線を走査（スキヤン）する走査電位のステップ
（何番目）を知り、走査電位のステップ位置から描画座
標系の位置を干渉計の座標と合わせて、描画装置の描画
系の位置座標を得るものであることを特徴とするもので
ある。また、本発明のマーク位置検出描画方法は、電子
銃から発生した電子線を制御して、ウエハ基板等へ、直
接所定のパターンを描画する電子線描画装置における、
基板上のマークに対して電子線を走査、照射した際に得
られる反射電子の信号を用いて、該マークの位置を検出
する方法であって、順次、（Ａ）基板上のマークに対し
て電子線を走査、照射し、マークエッジを含む部分の反
射電子の信号を得る工程と、（Ｂ）得られたマークエッ
ジを含む部分の反射電子の信号の微分信号をディスプレ
イ上に表示する工程、（Ｃ）該ディスプレイの上に表示
されたマークエッジを含む部分の反射電子信号の微分信
号カーソル線を重ねて表示するとともに、微分信号のピ
ークの位置がマークエッジ間隔に相当する所定の値であ
る２個１組の微分信号のピークの組みで、且つ、所定の
幅と高さをもち、最も内側の１組をマークエッジ部に対
応するピークの１組と判断する工程と、（Ｄ）該マーク
エッジ部に対応する１組と判断された２個の微分信号の
ピーク位置に対応する電子線走査電位のステップ数をそ
れぞれ指定してマークの位置を描画系の位置座標で得る
工程、（Ｅ）得られたマークの位置の描画系の位置座標
を基に所定のパターン描画を行う工程とを有することを
特徴とするものである。

【０００６】

【作用】本発明の電子線描画装置は、このような構成に
することにより、ウエハ基板等へ直接所定のパターンを
描画する際、基板上の金属マークのエッジの位置検出を
正確にできるものとしている。詳しくは、基板上のマー
クに対して電子線を走査、照射した際に発生する反射電
子の信号を得る手段と、該反射電子の信号を用いて、マ
ークのエッジを検出するために、マークエッジを含む部
分の反射電子信号の微分信号を得る手段と、得られた微
分信号を表示するディスプレイとを有しており、該ディ
スプレイは、該ディスプレイの上に表示されたマークエ
ッジ部の微分信号にカーソル線を重ねて表示できるカー
ソル線表示機能を備えており、カーソル線は移動可能
で、所望の２位置間の移動した距離を表示できるもの
で、且つ、カーソル線の位置を描画装置の描画系の位置
座標で指定できる、エッジ位置入力手段を有しているこ
とにより、基板上のマークが図４（ａ）のような断面形
状をもっていない為、微分信号のピークがマークエッジ
近傍に複数個得られた場合においても、カーソル線を移
動させて、微分信号のピーク間の距離を測定することが
できマークの幅が予め所定の幅Ｌを持っていることよ
り、マークエッジに対応する微分信号の位置をディスプ
レイ上で知ることができるものとしている。そして、得
られたマークエッジに対応する、図２に示す電子線走査
電位のステップの位置を入力することにより、得られた
マークエッジに対応する位置を描画系の座標位置でフィ
ードバックすることを可能としている。また、本発明の
マーク位置検出描画方法は、ディスプレイの上に表示さ
れたマークエッジを含む部分の反射電子の信号の微分信
号に対し、カーソル線を重ねて表示するとともに、微分
信号のピークの位置がマークエッジ間隔に相当する所定
の値である２個１組の微分信号のピークの組みで、且
つ、所定の幅と高さをもち、最も内側の１組をマークエ
ッジ部に対応するピークの１組と判断することにより、
正確にマークのエッジ位置を検出することを可能として
いる。そして、マークエッジ部に対応する１組と判断さ
れた２個の微分信号のピーク位置に対応する電子線走査
電位のステップ数をそれぞれ指定してマークの位置を描
画系の位置座標で得ることにより、これに基づいてパタ
ーン描画を行う為、パターンズレのない電子線描画を可
能としている。

【０００７】

【実施例】本発明の電子線描画装置を実施例に基づいて
説明する。図１は実施例の電子線描画装置の特徴的な機
能構成を示した概略図である。図１中、１００は制御
部、１１０は電子線描画部、１２０は信号処理部、１３
０はデイスプレイ、１４０はエッジ位置入力手段、１５
０はレーザ干渉系、１３１は微分信号、１３１Ａ、１３
１Ｂはピーク部、１３２はカーソルである。本実施例の
電子線描画装置は、図１に示すように、電子線描画部１
１０において、電子銃１１１からの電子線を制御し、走
査（スキヤン）してマーク１１５上に電子線１１２を照
射し、その反射電子を反射電子検出器（ＰＮジャンクシ
ョン）により検出するもので、得られた反射電子の信号
を、微分処理したり、増幅したり、波形メモリに蓄積し
たりする信号処理部１２０を持つ。そして、信号処理に
て得られた（増幅された）微分信号１３１はディスプレ
イ１３０上に表示し、、マークのエッジ位置に対応する
ピーク１３１Ａの位置、およびピーク１３１Ｂの位置を
入力するエッジ入力手段１４０を持つものである。エッ
ジ入力手段１４０により、カーソル１３２の位置を入力
することにより、このカーソル位置に対応する図２に示
す電子線を走査（スキヤン）する走査電位のステップ
（何番目）を知ることができる。これにより、走査電位
のステップ位置から描画座標系の位置を干渉計１５０の
座標と合わせて得ることができる。尚、図２（イ）は電
子線を走査した際の、各電子線照射位置で、図２（ロ）
はこれに対応する走査電位の各ステップを表している。
隣合う各ステップの電位差は通常は同じである。図２
（ハ）はマーク１１５と走査電位のマークエッジに相当
するステップ数を示したもので、通常はマーク１１５の
長さＬ方向の位置はステップ数が両エッジに相当するス
テップ数の和の半分として認識され、所定のパターンを
描画する場合の基板上のマークの位置を描画系のマーク
位置座標で得ることができる。制御部１００は、このよ
うにして得られた描画系のマーク位置座標に基づいて描
画するパターン位置を決める。エッジ位置入力手段１４
０はカーソル位置の移動距離も任意に測定でき、その距
離表示をディスプレイないし別の表示部へ表示できるも
のである。尚、カーソルの位置もデイスプレイにおける
走査のどの位置であるかで知ることができ、電子線（ビ
ーム）の走査とデイスプレイにおける走査とを関連つけ
て管理しておくことにより、カーソル位置より電子線
（ビーム）の走査の位置を指定できるのである。

【０００８】本発明のマーク位置検出描画方法を図１、
図３に基づいて説明する。図３は、図１に示すようにし
て、マークを含む近傍から得られた反射電子の信号を微
分処理したものをディスプレイ１３０へ表示した図で、
（増幅された）微分信号のピークが１１Ａ、１１Ｂ、１
２Ａ、１２Ｂの４個ある場合の図である。１１Ａ、１２
Ａとの間隔および１１Ｂ、１２Ｂとの間隔が、所定の値
σより大で、１２Ａと１１Ｂないし１２Ｂとの距離およ
び１１Ａと１１Ｂないし１２Ｂとの距離について、マー
クの所定幅Ｌに略等しい１組のピークを採ることができ
る場合は、例えば以下のようにしてマークエッジを検出
する。先ず、カーソル１３２を微分信号のピーク１２Ａ
の位置に合わせ、その位置からの各ピーク１１Ａ、１１
Ｂ、１２Ｂとの距離をカーソルを移動することにより、
目視にて確認する。この場合、マークの所定幅Ｌに相当
する間隔をもつ１組のピークがえられないため、ピーク
１２Ａはマークのエッジに相当するものでないと判断す
る。次いで、カーソル１３２をピーク１１Ａの位置に合
わせ、その位置からの各ピーク１２Ａ、１１Ｂ、１２Ｂ
との距離をカーソルを移動することにより、目視にて確
認する。この場合は、ピーク１１Ａとピーク１１Ｂの間
がマークの所定の幅Ｌに等しく、それ以外はマークの所
定の幅Ｌに等しくないので、ピーク１１Ａ、ピーク１１
Ｂとをマークのエッジと判断する。

【０００９】次に、１１Ａ、１２Ａとの間隔および１１
Ｂ、１２Ｂとの間隔が、所定の値σより小で、１２Ａと
１１Ｂないし１２Ｂとの距離および１１Ａと１１Ｂない
し１２Ｂとの距離について、マークの所定幅Ｌに略等し
い１組のピークを採ることができずマークの所定幅Ｌに
略等しい組のピークが複数組得られる場合は、例えば以
下のようにしてマークエッジを検出する。先ず、カーソ
ル１３２をピーク１２Ａの位置に合わせ、その位置から
の各ピーク１１Ａ、１１Ｂ、１２Ｂとの距離をカーソル
を移動することにより、目視にて確認する。この場合、
マークの所定幅Ｌに略等しい間隔をもつ組みのピークと
しては、１２Ａと１１Ｂ、１２Ａと１２Ｂの組みが挙げ
られる。次いで、カーソル１３２をピーク１１Ａの位置
に合わせ、その位置からの各ピーク１２Ａ、１１Ｂ、１
２Ｂとの距離をカーソルを移動することにより、目視に
て確認する。この場合、マークの所定幅Ｌに略等しい間
隔をもつ組みのピークとしては、１１Ａと１１Ｂ、１１
Ａと１２Ｂの組みが挙げられる。しかし、金属マークは
ウエハ基板（Ｓｉ）上にリフトオフ法等により金等の材
質にて作製されており、図４（ａ）に示すようにマーク
の上面１１５Ｓはプロセス処理等を経ても略平らな面を
保て、マークの上面１１５Ｓの破損や汚れ状態による反
射電子の信号の微分信号における（エッジ検出において
はノイズとして扱われる）ピーク（ノイズ）は、マーク
のエッジ部によるピークよりも格段に小さくなることが
知られており、且つ、エッジ部分ないし両エッジ部分の
外側に反射電子の信号を得る際のノイズとなる異物
（金）の付着やマークや基板の損傷部が発生するのが一
般的で、基板側を含め両エッジ部分からマークの外側に
は、マークのエッジ部に対応した位置以外にノイズによ
るピークが、マーク上面１１５Ｓに相当する位置に表れ
るノイズよりも大きく表れ、場合によっては、マークの
エッジ部のピークに相当する大きさで表れることが知ら
れている。また、エッジ部に相当するピークもノイズに
よるピークに比べ大きいのが一般的でその大きさ（幅、
高さ）もほぼ所定内にはいることが分かっている。上記
のようなことより、目視にて、図３のピーク１２Ａ、１
１Ａ、１１Ｂ、１２Ｂの内、エッジ部に相当する１組の
ピークは１１Ａと１１Ｂの組みであると判断される。

【００１０】同様に、ピーク１１Ｂ、１２Ｂについて行
っても、マークの所定の幅Ｌに相当するピークの組みは
ピーク１１Ａ、ピーク１１Ｂの１組と判断できる。本実
施例の場合は、微分信号のピークが４個と比較的少ない
場合であるが、５個以上の場合についても同様にして、
マークの所定の幅Ｌに等しい１組みのピークを検出する
ことにより、マークエッジを検出できる。したがって、
本実施例のように微分信号のピークが４個でなく、ピー
クが多数ある場合においても、予めマークのエッジ部に
対応する微分信号のピークを目視により選ぶことができ
る。

【００１１】次いで、ピーク１１Ａ、ピーク１１Ｂの位
置をエッジ位置入力手段にて、それぞれのピーク位置に
対応する電子線走査電位のステップ数を指定してマーク
の位置を描画系の位置座標で得る。そして、この得られ
たマークの位置の描画系の位置座標を基に所定のパター
ン描画を行う。上記のように、ピーク１１Ａ、ピーク１
１Ｂの位置が指定されると、マークの描画系の位置座標
を得ることができ、結果的に複数のマークの位置を検出
することにより描画される基板と描画する所定パターン
の位置管理ができることとなる。

【００１２】

【発明の効果】本発明の電子線描画装置は、上記のよう
な構成にすることにより、ウエハ基板等へ直接所定のパ
ターンを描画する電子線描画装置において、基板上の金
属マーク位置の検出を行う際に、正確にマークのエッジ
の位置検出ができ、マークの位置を正確に描画系の座標
位置として得ることを可能としている。本発明のマーク
位置検出描画方法は、上記のような構成にすることによ
り、基板上の金属マーク位置を描画系の座標で正確に得
ることができ、得られたマーク位置の描画系の座標位置
に基づいて所定パターンを描画することにより、結果的
に基板と描画する所定パターンとの相対位置を正確にで
きるものとしている。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の電子線描画装置の特徴的な機能構成を
示した図

【図２】電子線走査における位置関係を説明するための
図

【図３】本発明のマーク位置検出描画方法を説明するた
めの図

【図４】従来のマークエッジ検出方法を説明するための
図

【図５】従来のマークエッジ検出方法における問題点を
説明するための図

【符号の説明】

１００ 制御部 １１０ 電子線描画部 １１１ 電子銃 １１２ 電子線 １１３ 電子線走査電極 １１４ 反射電子検出器 １１５ マーク １１５Ｓ 上面 １１６ 基板 １２０ 信号処理部 １３０ ディスプレイ １３１ 微分信号 １３１Ａ、１３１Ｂ （信号の）ピーク １３２ カーソル １４０ エッジ位置入力手段 １５０ レーザ干渉計 １１Ａ、１１Ｂ （信号の）ピーク １２Ａ、１２Ｂ （信号の）ピーク

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−236912（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−149943（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−92670（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−15040（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−46533（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−142381（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−91502（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−151274（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−50709（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20 504 G03F 7/20 521 G03F 9/00 H01J 37/305

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子銃から発生した電子線を制御して、
   ウエハ基板等へ、直接所定のパターンを描画する電子線
   描画装置であって、基板上のマークに対して電子線を走
   査、照射した際に発生する反射電子の信号を得る手段
   と、該反射電子の信号を用いて、マークのエッジを検出
   するために、マークエッジを含む部分の反射電子信号の
   微分信号を得る手段と、得られた微分信号を表示するデ
   ィスプレイとを有しており、該ディスプレイは、該ディ
   スプレイの上に表示されたマークエッジ部の微分信号に
   カーソル線を重ねて表示できるカーソル線表示機能を備
   えており、カーソル線は移動可能で、所望の２位置間の
   移動した距離を表示できるもので、且つ、カーソル線の
   位置を描画装置の描画系の位置座標で指定できる、エッ
   ジ位置入力手段を有しており、該エッジ位置入力手段
   は、カーソルの位置を入力することにより、このカーソ
   ル位置に対応する電子線を走査（スキヤン）する走査電
   位のステップ（何番目）を知り、走査電位のステップ位
   置から描画座標系の位置を干渉計の座標と合わせて、描
   画装置の描画系の位置座標を得るものであることを特徴
   とする電子線描画装置。
2. 【請求項２】 電子銃から発生した電子線を制御して、
   ウエハ基板等へ、直接所定のパターンを描画する電子線
   描画装置における、基板上のマークに対して電子線を走
   査、照射した際に得られる反射電子の信号を用いて、該
   マークの位置を検出して描画する方法であって、順次、
   （Ａ）基板上のマークに対して電子線を走査、照射し、
   マークエッジを含む部分の反射電子の信号を得る工程
   と、（Ｂ）得られたマークエッジを含む部分の反射電子
   の信号の微分信号をディスプレイ上に表示する工程、
   （Ｃ）該ディスプレイの上に表示されたマークエッジを
   含む部分の反射電子信号の微分信号カーソル線を重ねて
   表示するとともに、微分信号のピークの位置がマークエ
   ッジ間隔に相当する所定の値である２個１組の微分信号
   のピークの組みで、且つ、所定の幅と高さをもち、最も
   内側の１組をマークエッジ部に対応するピークの１組と
   判断する工程と、（Ｄ）該マークエッジ部に対応する１
   組と判断された２個の微分信号のピーク位置に対応する
   電子線走査電位のステップ数をそれぞれ指定してマーク
   の位置を描画系の位置座標で得る工程、（Ｅ）得られた
   マークの位置の描画系の位置座標を基に所定のパターン
   描画を行う工程とを有することを特徴とするマーク位置
   検出描画方法。