JPH0222809A - 電子ビームを用いて位置合わせマークの位置を検出する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、電子線リソグラフィで位置合せを行なう方法
に関し、具体的には、ウェハ内の特殊形状によって生じ
るレジスト内の電界の局部的変化を利用して位置合せを
実現する方法に関する。この電界の変化を利用して位置
決めを行なうには、ウェハ全体を電子線で走査し、特殊
形状の位置による誘導電流の変化を検出する。

Ｂ、従来技術 様々な杖況のもとて回路のパターン付けに電子線リソグ
ラフィを使用することが提唱されている。

ＶＬＳ　Ｉ技術を使用する場合、寸法が非常に小さいた
め、電子線リソグラフィは製造手段として有力な候補と
なる。実験及び実現可能性の判定のために電子線を利用
することが文献で報告されている。

１）Ｔ、Ｈ，Ｐ、チャン（Ｃｈａｎｇ）、Ｍ、ハツアキ
ス（Ｈａｔｚａｋｉｓ）　、Ａ、　Ｄ、ウィルソン（Ｗ
ｉｌｓｏｎ）、Ａ、Ｊ、スペス（Ｓｐｅｔｈ）　、Ａ、
カーノ（にｅｒｎ）、Ｈ，ルー７（Ｌｕｈｎ）　、ｒ磁
気バブル回路製造のための走査電子線リソグラフィ（Ｓ
ｃａｎｎｉｎｇ　ＥｌｅｃｔｒｏｎＢｅａｍ　Ｌｉｔｈ
ｏｇｒａｐｈｙ　ｆｏｒ　Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　ｏ
ｆ　ＭａｇｎｅｔｉｃＢｕｂｂｌｅ　Ｃ１ｒｃｕｉｔｓ
）　Ｊ　、Ｉ　ＢＭ　　ジャーナル・オブ・リサーチ・
アンド・デベロップメント（ＩＢＭＪｏｕｒｎａｌ　　
ｏｆ　　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　　ａｎｄ　　Ｄｅｖｅｌｏ
ｐｍｅｎｔ））　Ｖ　　ｏ　　１　　。

２０、Ｎｏ、４．１９７６年７月、ｐ、３７Ｂ。

２）Ｐ、Ｊ、　コーン（Ｃｏａｎｅ）　、Ｐ、　　ラブ
ツク（Ｒｕｄｅｃｋ）　、Ｌ、　Ｋ、ワン（Ｖａｎｇ）
　、Ｅ、　　Ｊ、ホーン（Ｈｏｈｎ）　、ｒ半ミクロン
基本規則による電子線／光線混用リソグラフィ（Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎ　Ｂｅａｍ１０ｐｔｉｃａｌ旧ｘｅｄ　Ｌｉ
ｔｈｏｇｒａｐｈｙ　ａｔ　Ｈａｌｆ−旧ｃｒｏｎ　Ｇ
ｒｏｕｎｄＲｕｌｅ）　Ｊ　１９８８年超小型回路技術
紀要（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆＭｉｃｒｏｃｉｒ
ｃｕｉｔ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ’８６）、インター
ラーケン、ｐ、１３３、Ｈ，Ｗ。

レーマン（ＬｅｌＩＩＩｌａｎｎ）、Ｃｈ、プレイカー
（Ｂｌｅｉｋｅｒ）　、ノース・ホランド。

しかし、現在まで、いくつかの操作上の問題のために、
このツールの広範な工業用の実用化が妨げられてきた。

このツールは、通常、多重パターン付は工程で少数のパ
ターン付はステップを実施するのに使用されてきた。実
験室では、電子線ツールがデバイス全体のパターン付け
に使用されてきた。

一般的な回路を形成する際、デバイス製造の様々な時点
で使われるパターンを画定するために、通常、多数のマ
スクが使用される。したがって、各マスク・レベルは特
定のパターンを画定するが、各パターンを以前に作成し
たパターンの上に精確に配置しなければならない。様々
なレベルを精確に位置決めする技術は、位置合せと呼ば
れる。特定のチッ“プ製造工程でどの技術を使用するか
に応じて、すべてのマスク・レベルをいずれかの技術で
行なう。すなわち、採用される候補となる技術は、電子
線処理またはフォトリングラフィ用光線処理である。一
般には、光線リングラフィ・ステップと電子線リソグラ
フィ・ステップが混用される。

電子線リングラフィを使用する場合、パターン付けを電
子線だけで行なおうと他の技術と併用しようと、位置合
せの問題が困難かつ重要になる。通常、電子線位置合せ
では、特定のマーク、すなわちウェハ内の位置合せマー
クの位置を決定しなければならない。製造が進行し、層
が形成されていくにつれて、こうした位置合せマークの
位置決めが難しくなっていく場合が多い。すなわち、層
を次々に付着させていくとき、位置合せマークが埋まっ
てしまって読み取れなくなることがある。たとえば、厚
いプレーナ化という１つのステップの間に、多層レジス
ト構造の下層が必要となることがあり、またイオン注入
用の薄いブロック層で位置合せマークが埋められてしま
うことがある。

埋まった位置合せマークを見つけ出すための通常の方法
は、後方散乱電子の検出によるものである。原理的には
、後方散乱が十分に異なる位置合せマークが背景からも
たらされ、したがって検出し観測することができる。し
かし、他の考慮事項のために位置合せマークの選択範囲
が限定され、その結果、望ましいほどの後方散乱コント
ラストが得られなくなることが多い。通常、位置合せマ
ークはシリコン・ウェハ内のトレンチであり、それ自体
が後方散乱信号を出す。

この困難に対して、従来技術では、位置合せマークの検
出を強化するための他のいくつかの技術が提唱されてい
る。米国特許第３７１０１０１号では、絶縁酸化物層中
にウェルを作成する。このウェルは特定の形状と厚さの
もので、ウェル底面の酸化物の厚さが比較的薄い。この
方法を使用すると、酸化物の上の金属コーティングと下
にあるシリコン・ウェハとの間に直流電位をかけたとき
、位置合せ用の電子線がウェルに衝突し、電子線が衝突
したウェルの面積に比例する電流が流れる。

米国特許第３８３２５６０号では、陰極ルミネッセンス
法を利用した異なるタイプのインジケータを使用し、米
国特許第３８３２５６１号ではショットキー・バリアを
利用している。最後に、米国特許第３８４９８５９号で
は、後方散乱電子を利用した別の方法が提供される。

上記の方法はすべて、基板の特殊な加工を必要とする。

第３７１０１０１号特許の場合、酸化物中にウェルをエ
ツチングすることが必要である。

Ｃ０発明が解決しようとする問題点 したがって、当技術分野では、現在の生産技術に適合し
た電子線リソグラフィと一緒に使用でき、かつ位置合せ
パターン画定のために広いチップ面積を必要としない、
位置合せ方式を画定する方法が求められている。

従来技術の上記の欠点に鑑みて、本発明の一目的は、位
置合せのために電子線によって供給される位置決め用電
流を利用して、基板内の特殊形状を検出する方法を提供
することにある。

すなわち、本発明の目的は、使用するビームの形状や光
力ソード装置の種類などには無関係な位置合せ技術を提
供することにある。

本発明の第２の目的は、混合リソグラフィ工程で使用で
きる電子線位置決め方式を提供することにある。

本発明の第３の目的は、デバイス中の誘導電流の変化を
検出して位置決めを行なう電子線位置合せ方式を提供す
ることにある。

本発明の重要な一目的は、位置決めの実施に限らず、製
造中のデバイス構造体の位置合せを行なうことにある。

Ｄ６問題点を解決するための手段 本発明によれば、電子線によってウェハを覆う絶縁層中
に誘導される電流を監視する。すなわち、ウェハ全体を
電子線で走査したときに生じる電流の変化が、デバイス
構造や接合や位置合せマークなどの特殊形状を含む下層
構造を指示する。電子線走査はコンピュータ制御され、
かつ製造の進行につれて特殊形状の位置も知られるので
、電子線の位置を特殊形状と相関させることができる。

電子線の衝突がない場合、抵抗を流れる電流はほぼゼロ
である。ウェハ自体が導体として働き、上層のレジスト
が絶縁体として働く。高エネルギーのて検出できる。こ
の電流を本明細書では電子線誘導電流と呼ぶ。この電流
は、どれだけの担体が絶縁体を離れて再結合または捕捉
されるかの関数である。これは、絶縁体中の電界によっ
て決まる。

したがって、この誘導電流は、絶縁体内の電界が強く依
有する。本発明によれば、電子線誘導電流の電界に対す
る依存関係を用いて、位置合せ用の特殊形状を見つける
。

具体的に言うと、本発明によれば、ウニ／Ｘを覆う絶縁
層の上面に薄い導電性の膜を付着させて、電流検出のた
めに電界を生成させる。ウェハ自体が対向電極として働
く。すなわち、膜とウェハの間に電圧をかけると、ルー
プ内に電流計が導入される。電子線で表面を走査すると
き、電子線はウェハ内の特殊形状にぶつかる。この特殊
形状は、必然的に、絶縁体中の電界の強さをある程度変
化させ、電流の変化として表わされる。この電界の強さ
の変化は、絶縁体から幾何的特殊形状までの距離、ある
いはデバイスの材料接合部を形成する領域の育無に依有
する。したがって、こうした特殊形状を表わす信号が、
はっきり検出される。位置合せマークが深い所に埋まっ
ているときは、より高い電圧をかけさえすればよいので
、このような検出技術は、位置合せマークの上面に付着
された層の厚さでスケ−りングされる。マークの上の層
で２次電子が消失してもさしつかえはない。

本発明によれば、特殊形状の位置が決まり、システムが
適切に位置合せされると、薄い金属膜を通したパターン
の書込みが直ちに始まる。レジストを現像する前に、化
学的手段によって金属膜を除去しさえすればよく、その
後の処理はそれ自体通常のルーチンを続行する。また、
現在までに知られている現像工程では、現像剤をその場
で使用して、導体層、たとえばアルミニウムが除去でき
る。したがって、本発明を実施するのに、追加のステッ
プは不要である。

Ｅ、実施例 第１図は、本発明の原理を示す概略図である。

第１図には、一般にシリコン基板１２からなり、その中
に特殊形状が加工°されている、半導体ウェハ１０の一
部分を示す。この特殊形状は、たとえば位置合せ用トレ
ンチである。また、デバイスまたは接合の幾何的特徴、
たとえば加工中のデバイスの電気的特徴でもよい。好ま
しい実施例の説明では、特殊形状１４が、位置合せ用ト
レンチであると仮定する。ただし、当然のことながら他
の特徴も使用できる。図では位置合せ用トレンチ１４は
シリコン基板１２内の単一トレンチとして示しであるが
、実際にはウェハ上の様々な位置に一連の位置合せマー
クが配置されている。通常、こうした位置合せマークは
ウェハの隅部に配置される。

位置合せ用トレンチ自体が、通常は一般に互いに垂直な
対として配置された、細長く一般に平行な一連のトレン
チとしてネストされている。第１図は、デバイス加工の
準備段階にあるウェハを示している。シリコン基板１２
の上面に、絶縁体１６、通常は電子線フォトレジストな
どが付着されている。本発明の一態様によれば、絶縁層
１６上に薄い導体層１８、通常は金属膜を付着する。次
に、ウェハ１２及び金属層１８を電圧源２０に接続する
。この回路内に電流計２２を配置する。

第１図に示すように、加工中に電子線でウェハの上面全
体を走査すると、位置合せマーク１４を含む下層構造が
指示される。電子線走査・制御技術は周知であり、ここ
で論じる必要はない。電子線が衝突しない場合、第１図
に示した回路中の電流は、ウェハ１２を含む絶縁体の全
体でほぼゼロである。印加電圧を適切に設定すると、電
子線からの高エネルギー電子によって生成した電子−正
孔対が増幅され、絶縁体１６中を漂遊する。絶縁体内で
のこれらの担体の漂遊／拡散によって電流が生じ、それ
を電流計２２で検出できる。この電流は電子線走査で誘
導されたものである。この電子線誘導電流は、絶縁体１
６を離れて再結合または捕捉される担体の数の関数であ
る。これは絶縁体内の電界に依存し、したがって電流は
絶縁体内の電界に依有する。

第１図に示すように、絶縁体１６上に薄い導電体１８、
一般に導電性金属を付着させる。ウェハ基板１２が、対
向電極として働き、導体１８が１次電極として働く。膜
１８とウェハ１２の間に電圧源２０からの電圧をかける
ことにより、電流計２２または他の電流検出装置、プロ
ッタあるいはコンピュータ・インターフェースを使って
、絶縁体１６内での電界の強さの変化を電流の変化とし
てプロットすることができる。既知の電子線の位置と相
関させることにより、位置決めが実現できる。

第２図は、電子線で位置合せマークの上を走査したとき
の、電流計２２からの電流をプロットしたものである。

図のように、位置合せマーク１４の近傍で電流の変化が
起こる。電子線の方向制御は非常に精確なので、電流の
変化をウェハ上の電子線の位置の関数としてプロットす
ることができる。こうすることにより、−度位置合せマ
ークが検出されると、同じ位置合せ点から電子線が書込
みを始めることが可能になる。

位置合せマークをエツチングしたシリコン・ウェハの上
面に、５μｍのポリイミドを被覆した。その上に厚さ１
５０人のアルミニウムを付着させた。

ポリイミドの両端間に３５０Ｖの電圧をかけた。

電子線で金属層の表面を走査し、電子線が位置合せ用ト
レンチを走査したときの電子線誘導電流を観測した。

自明のことながら、この技術を用いる場合、検出は位置
合せマークの上面に付着された層の厚さ、すなわち絶縁
体１６の厚さの関数となるので、スケーリングが必要で
ある。位置合せマークが深い所に埋めこまれている場合
は、電圧源２０からより高い電圧が必要となる。しかし
、この技術を用いると、マークの上の層中での後方散乱
電子の喪失に関する従来技術の問題点は重要でなくなる
。

この技術は、第１図に示した所まで加工した半導体デバ
イスの製造に特に適している。この製造段階、すなわち
絶縁層の電界がかかる部分であるフォトレジスト層に直
接電子線が衝突する段階は、よく出会うものである。こ
の状況で、位置合せマークを見つけた後、ユーザは直ち
に検出した位置合せマークを基準点として使って、薄い
金属膜を通してパターンの書込みを開始することができ
る。

レジスト層１６の現像前に、エツチングその他周知の技
術などの化学的技術によって金属膜を簡単に除去する。

続いて、通常通り次のフォトレジストの処理に進み、上
記の工程を繰り返す。

位置合せ専用の金属膜を付着する必要をなくして、この
技術をさらに簡単にすることができる。

すなわち、製造技術によっては、上面の導体層を使用し
て、電子線露出中にレジストの帯電を防止するものがあ
る。したがって、この上層の導体を本方法にもとづ（導
体層として直接使用することができる。放電導体材料の
代表例は、１５０人のＡＱである。

製造工程によっては、電子線誘導電流の検出に不適な、
すなわち検出に必要な感度をもたらさないフォトレジス
トを使用するものがある。レジストによって生成される
担体の移動度が低すぎる場合や、過剰の電荷が捕捉され
る場合にそうしたことが起こる。こうした場合、電子線
位置合せマークの領域だけに電子線誘導電流特性が最適
の絶縁体を使用し、ウェハの残りの部分は単にフォトレ
ジストで覆う。そうするには、余分の位置合せが重要で
はない光マスキング・ステップを採用する。

このステップでは、位置合せマークの上の領域は、単に
一般的な方法で覆う。

光学手段を利用する際、位置合せマークが肉眼で見え、
したがって、ユーザは、相互接続線を備えた電子線マー
キング・パターンを含むマスクを大雑把に揃えるだけで
よい。相互接続線により、多数の点で電圧バイアスをか
ける必要がなくなるので、本発明の実施が簡単になる。

良好な電子線誘導電流特性をもつ絶縁体と、その上面の
導体膜は、画定された領域でポジデイプである。ウェハ
の残りの部分はＰＭＭＡなど標準の電子線レジストで覆
う。露出後に電子線フォトレジストを現像し、金属その
他の絶縁体を化学的技術で除去する。

絶縁体、光レジスト、及び電子線レジストの特性に応じ
て、この状況で、電子線位置合せに適切な状況に達する
前に２つの光マスキング・ステップを適用する必要のあ
る場合もある。

この技術は、後方散乱電子の存在を幾何形状の関数とし
て検出するだけで、先行技術で実現される解像度よりも
大きな解像度をもたらす。

自明のことながら、本発明の基本的範囲から逸脱せずに
、本発明に変更を加えることができる。

Ｆ０発明の効果 上述のように本発明によれば、位置合せパターン画定の
ために広い面積を必要としない方法及び装置を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の態様を示す、ウェノ＼の一部分の概
略側面図である。 第２図は、電子線で位置合せマークなどの特殊形状を走
査するときの電流と走査距離との関係を示すグラフであ
る。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁体で被覆された表面を有する半導体ウェハ中
   に埋められている特殊形状の位置を決定する方法であっ
   て、 電子ビームを前記絶縁体の上を移動させるステップと、 前記絶縁体を横切る電圧を印加するステップと、電子ビ
   ームが前記特殊形状を通過するときの前記絶縁体を流れ
   る電流変化を検出するステップと、を有する電子ビーム
   を用いた特殊形状位置決定方法。
2. （２）絶縁体で被覆された表面を有する半導体ウェハ中
   に埋められている特殊形状の位置を決定する装置であっ
   て、 前記絶縁体及び半導体ウェハを横切る電圧を印加して前
   記絶縁体中に電子−ホール対を発生させる回路と、 前記回路中の電流を検知する電流検知手段と、前記表面
   上に電子ビームを走査する電子ビーム走査装置と、 を備える電子ビームを用いた特殊形状位置決定装置。