JP3617223B2

JP3617223B2 - アライメント方法

Info

Publication number: JP3617223B2
Application number: JP33186196A
Authority: JP
Inventors: 守一小西
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-12-12
Filing date: 1996-12-12
Publication date: 2005-02-02
Anticipated expiration: 2016-12-12
Also published as: JPH10172891A

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

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。
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。