JP3617223B2 - アライメント方法 - Google Patents

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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造工程においてビーム露光を行う際にビームの照射位置合わせを行うために被露光基体の表面側に設けるアライメントパターンと、このアライメントパターンを用いたアライメント方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程においてウエハ上のレジスト膜に対して電子ビーム露光を行う際には、既にウエハ上に形成されているパターンと露光パターンとの整合性を保つために、ウエハの配置位置に対して電子ビームの照射位置を整合させる必要がある。
【0003】
そこで、図5に示すように、以下のようにしてアライメントを行っている。先ず、ウエハ81表面の所定位置に、例えばトレンチ形状のパターンを1〜2個(図においては1個)配置してなるアライメントパターン81aを形成する。次いで、露光装置内にウエハ81を配置した後、形成されたアライメントパターン81a上で、所定の径に絞った電子ビームbを走査させる。そして、電子ビームbの照射によって得られる反射電子の信号強度からアライメントパターン81aのエッジ部eを検出し、アライメントパターン81aと電子ビームbの照射位置との相対的な位置関係を検出する。その後、ウエハ81表面(すなわち露光面A)の所定位置に電子ビームbが照射されるように、上記位置関係に基づいて電子ビームbの照射位置情報を補正する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図6に示すように、上記アライメント方法で用いるアライメントパターン81a上は、例えば加工対象になるポリシリコン膜82やその上面のレジスト膜83で覆われている。このため、照射した電子ビームbをアライメントパターン81aのエッジ部eで反射させて得られる反射電子は、ポリシリコン膜82及びレジスト膜83を透過する際に減衰し、この反射電子量を示す信号強度が弱まってしまう。したがって、アライメントパターン81aのエッジ部eが検出され難くなり、アライメントパターン81aと電子ビームbの照射位置との相対的な位置関係を検出することが困難になる。これは、アライメント精度を低下させる要因になる。
【0005】
そこで、アライメントパターン81aのエッジ部eを検出できる程度の反射電子の信号強度を得るために、アライメントパターン81a上での電子ビームbの走査回数を増加させている。しかし、この方法では、アライメントに時間がかかり露光工程のスループットが低下してしまう。しかも、電子ビームbの走査部において電子ビームbの照射ドーズ量が過多になり、この部分のレジスト膜83が炭化してしまう。このため、露光後に現像処理を行っても、所望の実パターンとは別に、上記炭化した部分のレジスト膜83が除去されずにウエハ81上に残り、レジスト膜83からなるレジストパターン(図示省略)を用いたポリシリコン膜82の加工において、アライメントパターン81a近傍に所望のパターンとは別にポリシリコン膜82が残ってしまう。また、このレジストパターンをアッシング処理によって除去しようとしても、上記炭化した部分のレジスト膜83は除去されずに残ってしまう。
【0006】
【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になされた。すなわち、本発明のアライメントパターンは、ビーム露光の際に、被露光基体の表面に対してビームの照射位置合わせを行うために当該被露光基体の表面側に設けられるものであり、複数のパターンで構成されている。これらのパターンは、一方向に配列されており、配列方向中心部に向かって徐々に配置密度が高くなる状態で配置されていることを特徴としている。
【0007】
上記アライメントパターンでは、配列方向中心部に向かって徐々に配置密度が高くなる状態で一方向にパターンが配列されている。このことから、当該配列方向中心部におけるパターンの配置間隔よりも十分に大きな径を有するビームを、このアライメントパターン上において上記パターンの配列方向に走査させると、上記配列方向中心部に近い位置程多くのパターンにビームが照射されることになる。このため、パターンの配列方向中心部に、上記ビームの照射によって得られる信号強度のピークが形成される。
【0008】
また、本発明のアライメント方法は、上記構成のアライメントパターンを用いて以下のように行う。すなわち、上記パターンの配列方向中心部付近におけるパターンの配置間隔よりも大きい径を有するビームを、上記アライメントパターン上においてパターンの配列方向に走査させる。そして、ビームの照射によって得られる信号強度のピーク位置から上記アライメントパターンと上記ビームの照射位置との相対的な位置関係を検出し、この位置関係に基づいてビームの照射位置情報を補正することを特徴としている。
【0009】
上記アライメント方法では、アライメントパターンを構成するパターンの配列方向中心部におけるパターンの配置間隔よりも大きい径を有するビームを、アライメントパターン上で走査させる。このことから、上記配列方向中心部に近くなる程、一度に多くのパターンにビームが照射されるようになる。このため、上記配列方向中心部に近くなる程、ビームの照射によって得られる信号強度が強くなり、この配列方向中心部に対応する位置にピークが形成される。例えば、電子ビームを用いた場合には、パターンのエッジ部で反射して得られる反射電子が上記配列方向中心部で最も多くなり、この反射電子の信号強度がピークに達する。このピークは、複数のパターンにビームが照射されることによって形成されたものであり、孤立パターンからなるアライメントパターンを用いた場合よりも上記ピークを構成する信号強度が強いものになる。
【0010】
さらに、上記のようにしてビームを走査させた後、この1回目の走査でのビームの照射によって得られる信号強度のピーク位置を特定し、このピーク位置付近でビームを走査させる2回目の走査を行っても良い。この2回目の走査では、上記1回目の走査よりも径が小さく絞られ、かつ上記パターンの配列方向中心部付近における当該パターンの配置間隔よりも大きい径を有するビームを用いる。そして、2回目の走査でのビームの照射によって得られる信号強度のピーク位置から上記アライメントパターンと上記ビームの照射位置との相対的な位置関係を検出し、この位置関係に基づいてビームの照射位置情報を補正する。
【0011】
上記アライメント方法では、1回目のビーム走査でピーク位置を特定することで、2回目のビーム走査ではパターンの配列方向中心部に一致する上記ピーク位置付近にビームの走査範囲が絞られる。しかも、2回目のビーム走査では、より小さく径を絞ったビームを用いることで、信号強度のピークの半値幅が狭くなり、ピーク位置、すなわちパターンの配列中心部が特定し易くなる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用したアライメントパターン及びアライメント方法の実施の形態を説明する。
【0013】
(第1実施形態)
図1(1)は本発明を適用したアライメントパターンの一実施形態を説明するための断面図であり、図1(2)は上記アライメントパターンを構成する各パターンの断面図である。ここで説明するアライメントパターンは、被露光基体となるウエハ11の表面側に形成されるものである。
【0014】
以下、アライメントパターン1の構成を説明する。
すなわち、アライメントパターン1は、ウエハ11の表面に複数のトレンチ形状のパターン11a,11a…を配列形成してなるものである。これらの各パターン11a,11a…は、アライメント方向(例えば図中矢印で示すx軸方向)に沿って一列に配列形成されている。そして、配列方向(すなわちx軸方向)の中心部(以下、配列方向中心部と記す)Oに向かって徐々に配置密度が高くなる状態で、すなわち隣接するパターン11a間の間隔Lが徐々に狭くなる状態で配置されている。
【0015】
上記アライメントパターン1の具体的な一例としては、深さがH=0.5μmで幅がW=0.2μmのライン型のトレンチ形状のパターン11aを、その幅W方向をx軸方向にして配列してなる。ラインの長さ(すなわち、幅W方向に対して垂直をなす方向の長さ)は、アライメントに用いるビームのy軸方向のずれを十分に吸収できる程度に設定する。そして、配列方向中心部Oに配置されるパターン11aの両脇に位置するパターン11a間の間隔をL1 =0.2μmとし、、配列方向中心部Oから両側に向かって配置される各パターン11a間の間隔Ln+1 (nは1以上の整数)を間隔Ln+1=1.5×Lnに設定する。
【0016】
上記アライメントパターン1では、配列方向中心部Oに向かって徐々に配置密度が高くなる状態でx軸方向にパターン11aが配列されている。このことから、配列方向中心部O付近におけるパターン11aの配置間隔よりも十分に大きな径を有するビームを、このアライメントパターン1上においてx軸方向に走査させると、配列方向中心部Oに近い位置程多くのパターン11aにビームが照射されることになる。このため、パターン11aの配列方向中心部Oに対応するビームの照射位置に、パターン11aへのビームの照射によって得られる信号強度のピークが形成され、このピークから配列方向中心部O(すなわちアライメントパターン1の形成位置)とビームの照射位置との相対的な位置関係が検出される。
【0017】
例えば、上記ビームとして電子ビームを用いた場合には、電子ビームの反射電子量が信号強度として受信される。この反射電子は、パターン11aのエッジ部eで特に多く発生し、上述のように配列方向中心部Oで信号強度のピークが形成される。
【0018】
また、アライメントパターンは、複数のパターンが上述のように配置されていれば、以下のような構成でも良い。
すなわち、アライメントパターンは、配列方向中心部に位置するトレンチ形状のパターンの幅をW0 =0.2μmとし、このパターンの両側に配列されるトレンチ形状のパターンの幅WnをWn=1.5×Wn−1 とし、各パターン間の間隔Lを一定に設定した構成でも良い。このような構成のアライメントパターンにおいては、トレンチ形状のパターン間に形成される凸パターンが、配列方向中心部に向かって徐々に配置密度が高くなる状態で配置されたものになる。
【0019】
さらに、アライメントパターンは、配列方向中心部に位置するトレンチ形状のパターン11aの幅をW0 =0.2μmとし、このパターンの両側に位置するパターン間の間隔をL1 とした場合、配列方向中心部から両側に向かって配置されるパターン間の間隔LnをLn=1.5×Wn−1 とし、パターン幅WnをWn=1.5×Lnとした構成でも良い。このような構成のアライメントパターンにおいては、トレンチ形状のパターンのエッジで構成されるエッジパターンが、配列方向中心部に向かって徐々に配置密度が高くなる状態で配列されたものになる。
【0020】
(第2実施形態)
図2は、上記図1で示した構成のアライメントパターン1を用いたアライメント方法を説明するための図である。ここでのアライメント方法は、電子ビーム露光を行う際に、ウエハ11の表面側の露光面Aに対して電子ビームの照射位置合わせを行う方法である。図中のグラフは、電子ビームB1 の照射位置と反射電子の信号強度を示している。そして、上記電子ビーム露光は、例えばウエハ11上にレジストパターンを形成するために行われる。また、上記アライメントは、ウエハ11の表面に形成されたパターン(図示せず)と、上記レジストパターンとの整合性を保つために行われることとする。以下、上記図2を用いてアライメント方法の一実施形態を説明する。
【0021】
すなわち、上記ウエハ11のアライメントを行う場合には、アライメントパターン1上において、アライメントパターン1を構成する全パターン11aを横切る状態でパターン11aの配列方向(すなわちx軸方向)に電子ビームB1 を走査させる。この際、電子ビームB1 の径rは、配列方向中心部O付近におけるパターン11aの配置間隔よりも十分に大きく設定されることとし、ここでは5μm程度に設定されることとする。
【0022】
次に、電子ビームB1 の照射によって得られる信号強度のピーク位置から、アライメントパターン1におけるパターン11aの配列方向中心部O(すなわちアライメントパターン1の配置位置)と電子ビームB1 の照射位置との走査方向(すなわちx軸方向)における相対的な位置関係を検出する。上記信号強度としては、例えば電子ビームB1 の反射電子量がある。この反射電子は、パターン11aのエッジ部で特に多く発生する。
【0023】
また、ここでは図示を省略するが、上記で説明したと同様にしてウエハ11の表面のy軸方向に配列形成されたアライメントパターンと電子ビームB1 の照射位置情報とのy軸方向の相対的な位置関係を検出する。この際、上述のアライメントパターン及びこれを用いたアライメント方法においてx軸方向をy軸方向に読み変えることとする。
【0024】
以上のようにして、x軸方向及びy軸方向におけるアライメントパターン1と電子ビームB1 の照射位置との相対的な位置関係を検出した後、これらの位置関係に基づいてウエハ11の表面(ウエハ11上の露光面A)の所定位置に電子ビームが照射されるように、電子ビームB1 の照射位置情報を補正する。
【0025】
上記アライメント方法では、配列方向中心部O付近におけるパターン11aの配置間隔よりも十分に大きい径を有する電子ビームB1 を、アライメントパターン1上で走査させる。このことから、電子ビームB1 の走査位置が配列方向中心部Oに近くなる程、一度に多くのパターン11a(パターン11aのエッジ部)に電子ビームB1 が照射される。このため、配列方向中心部Oに近くなる程、電子ビームB1 の照射によって得られる信号強度が強くなり、配列方向中心部Oに対応する位置に上記信号強度のピークが形成される。このピークは、複数のパターン11aにビームが照射されることによって形成されたものであり、孤立パターンからなるアライメントパターンを用いた場合よりも信号強度が強いものになる。
【0026】
したがって、電子ビームB1 の1回の走査で、アライメントパターン1に対する電子ビームB1 の照射位置を特定し易くなり、アライメントパターンの位置検出の精度が向上し、アライメントの精度を確保することができる。また、アライメントのための電子ビームB1 の走査回数を減らして電子ビーム露光のスループットを向上させることができる。これと共に、同一箇所での電子ビームB1 の走査回数を減らし、ウエハ11の表面を覆うレジストの炭化を防止しレジスト残りを防止することがでる。
【0027】
(第3実施形態)
図3は、アライメント方法の他の例を説明するための図であり、以下の第3実施形態でこの方法を説明する。
すなわち、第3実施形態のアライメント方法は、上記第2実施形態で説明したアライメント方法において行った電子ビーム(B1 )の走査を1回目の走査とし、さらに電子ビームの2回目の走査を行う方法である。
【0028】
すなわち、先ず、上記1回目の電子ビーム(B1 )の走査を行った後、この第1回目の走査によって得られた信号強度のピーク位置を特定する。
【0029】
次に、上記で特定したピーク位置を含む範囲に走査範囲を絞って、アライメントパターン1に対して電子ビームB2 の第2回目の走査を行う。この際、電子ビームB2 は、1回目の走査よりも径rが小さく絞られる。ただし、この径rは、配列方向中心部O付近におけるパターン11aの配置間隔よりも大きいこととする。
【0030】
その後、2回目の走査での電子ビームB2 の照射によって得られる信号強度のピーク位置から、配列方向中心部O(すなわち、アライメントパターン1の形成位置)と電子ビームB2 の照射位置との走査方向(すなわちx軸方向)における相対的な位置関係を検出する。
【0031】
また、ここでは図示を省略するが、上記で説明したと同様にしてウエハ表面のアライメントパターンと電子ビームB2 の照射位置とのy軸方向の相対的な位置関係を検出する。この際、上述のアライメントマーク及びこれを用いたアライメント方法においてx軸方向をy軸方向に読み変えることとする。
【0032】
以上のようにして、x軸方向及びy軸方向におけるアライメントパターンと電子ビームB2 の照射位置との相対的な位置関係を検出した後、これらの位置関係に基づいてウエハ11の表面(ウエハ11上の露光面A)の所定位置に電子ビームが照射されるように、電子ビームの照射位置情報を補正する。
【0033】
上記第3実施形態のアライメント方法では、1回目のビーム走査でピーク位置を特定することで、2回目のビーム走査ではパターンの配列方向中心部Oに一致する上記ピーク位置付近に電子ビームBの走査範囲が絞られる。しかも、2回目の走査では、より小さく径を絞った電子ビームBを用いることで、信号強度のピークの半値幅が狭くなり、ピーク位置、すなわちアライメントパターン1の形成位置を代表する配列方向中心部Oが特定し易くなる。
【0034】
また、図4に示すように、上記2回目の走査の後に、さらにこの2回目の走査時よりも径を絞った電子ビームB3 を用いて3回目の走査を行っても良い。この際、電子ビームB3 の径rは、前回(2回目)の走査よりも小さくかつパターン11aの配列方向中心部Oにおけるパターン11aの配置間隔よりも大きいく設定されることとする。また、電子ビームB3 の走査範囲は、前回の走査によって得られたピーク位置を含むさらに狭い範囲に設定する。
【0035】
以上のように、3回及び3回以上の走査を行った場合には、最終的な電子ビームの走査によって得られたピーク位置から、アライメントパターン1におけるパターン11aの配列方向中心部Oと電子ビームの照射位置との走査方向(すなわちx軸方向またはy軸方向)における相対的な位置関係を検出し、この位置関係に基づいて電子ビームの照射位置情報の補正を行うこととする。
【0036】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のアライメントパターンによれば、配列方向中心部に向かって徐々にパターンの配列密度が高くなる構成にしたことで、この配列方向中心部に近い位置程一度に多くのパターンにビームが照射され、配列方向中心部に上記ビームの照射によって得られる信号強度のピークを形成することが可能になる。したがって、アライメントパターンとビームの照射位置との相対的な位置関係を示す上記ピークの信号強度を高めることが可能になる。
【0037】
また、本発明のアライメント方法によれば、上記構成のアライメントパターン上において、配列方向中心部におけるパターンの配置間隔よりも大きい径を有するビームを走査させて上記配列方向中心部に近くなる程一度に多くのパターンにビームを照射することで、アライメントパターンとビームの照射位置との相対的な位置関係を示す信号強度のピークをより高めることが可能になる。したがって、アライメントパターンの位置検出の精度が向上し、アライメントの精度を確保することができる。また、アライメントのためのビームの走査回数を減らすことが可能になり、ビーム露光のスループットを向上させることができる。これと共に、同一箇所でのビームの走査回数を減らすことが可能になり、レジストの炭化を防止しレジスト残りを防止することがでる。したがって、リソグラフィーの精度を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用したアライメントパターンを示す断面図である。
【図2】本発明を適用したアライメント方法の一例を説明する図である。
【図3】本発明を適用したアライメント方法の他の例を説明する図である。
【図4】本発明を適用したアライメント方法のさらに他の例を説明する図である。
【図5】従来のアライメント方法を説明する図である。
【図6】従来のアライメント方法の課題を説明する図である。
【符号の説明】
1 アライメントパターン 11 ウエハ(被露光基体)
11a パターン B1 ,B2 ,B3 電子ビーム(ビーム)
O 配列方向中心部

Claims (2)

  1. ビーム露光の際に、被露光基体の表面に対してビームの照射位置合わせを行うためのアライメント方法であって、
    配列方向中心部に向かって徐々に配置密度が高くなる状態で一方向に配列された複数のパターンからなるアライメントパターンを被露光基体の表面側に形成し、
    前記パターンの配列方向中心部付近における当該パターンの配置間隔よりも大きい径を有するビームを、前記アライメントパターン上において当該パターンの配列方向に走査させ、
    前記ビームの照射によって得られた信号強度のピーク位置から、前記アライメントパターンと当該ビームの照射位置との相対的な位置関係を検出し、
    前記位置関係に基づいて前記ビームの照射位置情報を補正する
    ことを特徴とするアライメント方法。
  2. ビーム露光の際に、被露光基体の表面に対してビームの照射位置合わせを行うためのアライメント方法であって、
    配列方向中心部に向かって徐々に配置密度が高くなる状態で一方向に配列された複数のパターンからなるアライメントパターンを被露光基体の表面側に形成し、
    前記アライメントパターン上において前記パターンの配列方向にビームを走査させる1回目の走査を行い、
    前記1回目の走査での前記ビームの照射によって得られた信号強度のピーク位置を特定し、
    前記1回目の走査よりも径が小さく絞られ、かつ前記パターンの配列方向中心部付近における当該パターンの配置間隔よりも大きい径を有するビームを、前記アライメントパターン上における前記ピーク位置を含む範囲で走査させる2回目の走査を行い、
    前記2回目の走査での前記ビームの照射によって得られた信号強度のピーク位置から、前記アライメントパターンと当該ビームの照射位置との相対的な位置関係を検出し、
    前記位置関係に基づいて前記ビームの照射位置情報を補正する
    ことを特徴とするアライメント方法。
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