JPH0336297B2

JPH0336297B2 -

Info

Publication number: JPH0336297B2
Application number: JP57093879A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Myazaki
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1982-06-01
Filing date: 1982-06-01
Publication date: 1991-05-31
Also published as: JPS58210622A

Description

【発明の詳細な説明】 (1) 発明の技術分野本発明は電子ビーム露光方法に係り、特に、電
子ビーム露光装置に配設された試料台（ステー
ジ）と該ステージに載置されたウエハーとの回転
量のズレの検出方法に関する。

(2) 技術の背景 LSI（大規模集積回路）の高密度化による、高
速低電力化、高信頼化、経済化をねらいとした設
計、製作、評価と一貫した研究開発が進められて
いるが、その中でも１〔μm〕程度の微細パターン
加工技術では、電子ビーム露光技術が不可欠なも
のと考えられている。

第１図は高精度電子ビーム露光装置のブロツク
構成図である。電子線減１から発生する電子ビー
ム２は、ビームを細く絞るための集束コイル３、
電子ビーム照射位置を制御するビーム偏向器４、
電子ビームのオン（ON）、オフ（OFF）を行う
ビームブランキング電極５により制御され、Ｘ，
Ｙ軸方向へ移動するステージ６に載置されたウエ
ハー７に照射される。そしてこの集束コイル３、
偏向器４及びビームブランキング電極５は、焦点
制御回路８、露光パタン発生回路９、偏向信号発
生回路１０、自動補正回路１１、偏向増幅回路１
２及びビームブランキング回路１３によつてそれ
ぞれ制御されている。

また、ウエハー７を載置するステージ６の位置
は、レーザ光を用いたＸ，Ｙ座標測定装置によつ
て高精度な分解能で測定され、常にその位置はス
テージ台制御回路１４、レーザ測長器１５及びパ
ルスモータ１６により制御される。

一方、電子ビームは制御が容易な反面、電子光
学系内の汚染物質の帯電により発生する電界によ
り、照射位置がわずかに変化する。この問題を解
決する為に、基準マークを一定の時間間隔で走査
（スキヤン）し（これをマーク検出という）、マー
ク座標の経時変化から逆に電子ビームの照射位置
の経時変化を測定し、偏向系にフイードバツクす
る方法がとられており、これがマーク検出回路１
７で行なわれている。

更に、電子ビーム露光装置では、ウエハーに直
接パタンを形成しながらLSIを製造する所謂直接
露光の技術もあり、この場合問題となるのは、各
段階ごとに加熱処理等の工程が入る為、ウエハー
が変形する場合があることである。この為、この
装置では、チツプの周囲り合わせマークをあらか
じめ付加しておき、このマークを検出することに
より変形量を測定し、電子ビーム偏向系にフイー
ドバツクして、パタンの露光装置を修正し正確な
重ね合せ露光を行つている。そしてこの変形量を
試料変形測定器１８で測定している。

尚、制御用回路、測定器等８〜１８はインター
フエイス１９を介してコンピユータ２０により制
御される。

(3) 従来技術と問題点被処理ウエハーを上記電子ビーム露光装置を用
いて露光を行なう際、第１図に示したステージ６
上にウエハー７が配置されるが、このときウエハ
ー７はステージ６の所定の位置に載置されず、ス
テージ６のＸ，Ｙ軸方向に対してある回転量のズ
レを持つて配置される。

この回転量のズレを検出する為に、従来は、ウ
エハーの両端に２つのマークを１対とする回転量
のズレを検出する為のマークを１枚のウエハーに
少なくとも１対以上形成していた。第２図は従来
のステージとウエハーとの回転量のズレを検出す
る方法を説明する為の模式図である。同図に於い
て、７はウエハー、Ａ及びＢは検出用のマークを
示す。マークＡ，Ｂはウエハー７の中心を通り、
ウエハー７に対称に設けてあり、今マークＡ，Ｂ
間の距離をａとする。尚、ウエハー７にはマーク
を１対だけ設けているが、これは説明を簡単化す
るためである。また、第１図で説明した部分と同
部分は同記号で指示する。更に、ウエハー７が配
置されるステージ６は互いに直交するＸ，Ｙ軸方
向のみに移動でき、その方向が第２図の矢印によ
つて示される。

従来の検出方法は、一般に、ステージ６に対し
てある回転量のズレを持つて配置されざる得ない
ウエハー７に電子ビーム２を照射し、マークＡを
検出した後、ステージ６をＸ軸方向へａだけ移動
し、電子ビーム２をスキヤンさせてマークＢを検
出して回転量のズレθを求めていた。

しかしながら、電子ビーム２のスキヤンフイー
ド寸法は約〔２mm〕×２〔mm〕と狭く、回転量のズ
レが１／100〜２／100〔rad〕を超えるとマーク
Ｂを検出することができないという問題があり、
また検出用マークを１枚のウエハーに２つ以上形
成しなければならない為、チツプの収量が悪くな
るという欠点があつた。

(4) 発明の目的本発明はかかる問題点を解決し、ステージと該
ステージに載置されたウエハーとの回転量のズレ
を容易に検出でき、且つ１枚のウエハーでのチツ
プの収量を向上させる電子ビーム露光方法を提供
するものである。

(5) 発明の構成本発明の目的は、回転量のズレを検出するマー
クが形成されたウエハー電子ビーム露光装置のス
テージに載置し、前記マーク上に電子ビームを走
査して電子ビーム座標系とウエハー座標系との関
係を求め、前記ステージを移動し、前記電子ビー
ムで走査した前記マーク上に電子ビームを走査し
て該電子ビーム座標系とステージ座標系との関係
を求め、該電子ビーム座標系とウエハー座標系と
の関係と、電子ビーム座標系とステージ座標系と
の関係とから、ウエハー座標系とステージ座標系
との関係を導く工程を有することにより達成され
る。

(6) 発明の実施例以下、本発明の一実施例を説明する。第３図乃
至第５図は本実施例に使用されるウエハー及びウ
エハーに形成された検出用マークを示している。
第１図及び第２図で説明した部分と同部分は同記
号で指示する。

(a) 例えばウエハーのほぼ中心に１つの検出用の
マークA′が設けられたウエハー７をステージ
６に載置する。検出用マークA′は第４図に示
す如く、ウエハーのほぼ中心に位置する一辺の
長さが10〔μm〕の矩形状凹部Ｃ、該凹部Ｃを中
心として一辺の長さ1.1〔mm〕の正方形を形作る
ように各頂点に配置された一辺の長さが60
〔μm〕の矩形状凹部D₁，D₂，D₃，D₄，及び各
頂点を対角線に結ぶ幅10〔μm〕の溝E₁，E₂か
ら構成される。尚、このときウエハ７はプリ・
アライメント系によつて、機械的に位置合わせ
がなされるが、このときウエハ７はステージ６
のＸ，Ｙ軸方向に対して０〜３／100程度の傾
き（回転量のズレ）を以て配置されてしまうの
が一般である。

(b) ウエハー７が配置されているステージ６をＸ
或いはＹ軸方向に移動してウエハー７に形成さ
れた検出用のマークA′が電子ビームのスキヤ
ンフイードのほぼ中心に来るようにする。

(c) 第５図に示す如くビーーム偏向器４によつて
制御される電子ビーム２を電子ビーム座標系の
X′軸方向へスキヤンし、溝E₁及びE₂を検出し
この位置座標をM₁（m₁，０）、及びM₂（m₂，
０）とする。尚、このとき電子ビームのスキヤ
ンフイードの位置０を（０，０）とする。これ
より、位置座標M₁，M₂間の距離ｌはｌ＝｜
m₂−m₁｜，M₁，M₂間の中心位置座標Ｎは
（（m₁＋m₂）／２，０）で示すことができる。

次に、電子ビーム２を電子ビーム座標系に於
けるY′＝ｌ及びY′＝−ｌに沿つてスキヤンす
ることにより、溝E₁及びE₂を検出する。今、
Y′＝ｌに沿つてスキヤンしたときに溝E₁及び
E₂を検出できたとし、この位置座標を
M₁′（m₁′，ｌ）及びM₂′（m₂′，ｌ）とする。

今、位置座標M₁′，M₂′間の距離l′＝｜m₁′−
m₂′｜がｌにほぼ一致するならば、ステージ６
をＸ軸方向に−（m₁＋m₂）／２、Ｙ軸方向に
−ｌ／２移動すると、また、Y′＝−ｌに沿つ
てスキヤンしたときに溝E₁及びE₂を検出でき
た場合には、ステージ６をＸ軸方向に−（m₁＋
m₂）／２、Ｙ軸方向にｌ／２移動すると、前
述した様に、プリ・アライメント系によつて０
〜３／100程度の傾き（精度）．で位置合わせさ
れているため、電子ビームのスキヤンフイール
ドの中心直下に検出用マークA′の中心、即ち
ウエハー６の中心を持つて来ることができる。

(d) 今、電子ビーム座標系の中心をスキヤンフイ
ールドの中心とし、ウエハー座標系の中心をウ
エハーの中心とし、またウエハー座標系からみ
た凹部D₁，D₂，D₃及びD₄の位置座標をそれぞ
れ（W₁x，W₁y），（W₂x，W₂y），（W₃x，
W₃y）及び（W₄x，W₄y）と仮定し、更に電子
ビーム座標系からみた該D₁，D₂，D₃及びD₄の
位置座標をそれぞれ（B₁x，B₁Y），（B₂x，
B₂Y），（B₃x，B₃Y），（B₄x，B₄y）と仮定す
る。

次いで、凹部D₁，D₂，D₃，D₄をステージを
移動せずに、電子ビーム２のみを偏向して順次
スキヤンし、実際に電子ビーム座標系からみた
位置座標を測定することにより以下に示す関係
が見い出される。

△W₁x＝△Ox＋B₁x△gx＋B₁y△rx＋B₁xB₁y△h
x △W₂x＝△Ox＋B₂x△gx＋B₂y△rx＋B₂xB₂y△hx △W₃x＝△Ox＋B₃x△gx＋B₃y△rx＋B₃xB₃y△hx △W₄x＝△Ox＋B₄x△gx＋B₄y△rx＋B₄xB₄y△hx …(1) △W₁y＝△Ox＋B₁y△gy＋B₁x△ry＋B₁xB₁y△h
y △W₂x＝△Oy＋B₂y△gx＋B²x△ry＋B₂xB₂y△hy △W₃y＝△Oy＋B₃y△gy＋B₃x△ry＋B₃xB₃y△hy △W₄y＝△Oy＋B₄y△gy＋B₄x△ry＋B₄xB₄y△hy …(2) (1)及び(2)式に於いて、△W₁x〜△W₄x及び△
W₁y〜△W₄yは前記B_1X，B_1Y〜B_4X，B_4Yと、前
記実際に測定したD₁，D₂，D₃，及びD₄の位置と
のズレの量、Ox及びOyはシフト変化量、△gx及
び△gyは偏向利得変化量、△rx及び△ryは回転
変化量、△hx及び△hyは台形歪変化量をそれぞ
れ示す。

スキヤンフイールドは２〔mm〕×２〔mm〕と大変
小さい為△hx≒０、△hy≒０となり、(1)及び(2)
式の連立方程式を解くと、(3)式の如く△gx，△
gy，△rx，△ryが求まる。

△gx＝（−△W₁x−△W₂x＋△W₃x＋△W₄x）／
2L △gy＝（△W₁y−△W₂y−△W₃y＋△W₄y）／2L △rx＝（△W₁x−△W₂x＋△W₃x＋△W₄x）／2L △ry＝（−△W₁y−△W₂y＋△W₃y＋△W₄y）／2L …(3) (3)式に於いて、Ｌは凹部D₁，D₂，D₃，D₄を頂
点とする正方形の一辺の長さ、本実施例ではＬ＝
1.1〔mm〕である。

従つて、ウエハー固有の座標系（Wx，Wy）
と電子ビーム有の座標系（Bx，By）との関係は
次の式で示すことができる。

Wx＝（１＋Δgx）Bx＋ΔrxBy Wy＝ΔryBx＋（１＋Δgy）By …(4) １＋△gx≡Gx，１＋△gy≡Gy，Δgx≡RxΔry
≡Ryとして(4)式を行列で示すと Wx Wy＝Gx Rx Ry GyBx By …(5) となる。

(e) 次いで、前記(c)にてスキヤンフイールド中心
直下のステージの位置座標がステージ座標系の
中心に設定されたとし、ステージ座標系からみ
た凹部D₁，D₂，D₃及びD₄の位置座標をそれぞ
れ（S₁x，S₁y）、（S₂x，S₂y）、（S₃x，S₃y）、
及び（S₄x，S₄y）と仮定する。

次に、凹部Ｃをステージ６を移動して前記設
定された（S₁x，S₁y）、（S₂x，S₂y）、（S₃x，
S₃y）及び（S₄x，S₄y）の位置に順次固定し、
各位置毎に電子ビーム２を偏向して凹部Ｃを検
出することにより以下に示される関係が見い出
される。

△S₁x＝△Ox´＋B₁x△gx´＋B₁y△rx´＋B₁x
B₁y△hx´ △S₂x＝△Ox´＋B₂x△gx´＋B₂y△rx´＋B₂xB₂y△hx´ △S₃x＝△Ox´＋B₃x△gx´＋B₃y△rx´＋B₃xB₃y△hx´ △S₃x＝△Ox´＋B₃x△gx´＋B₃y△rx´＋B₃xB₃y△hx´ △S₄x＝△Ox´＋B₄x△gx´＋B₄y△rx´＋B₄xB₄y△hx´
…(6) △S₁y＝△Oy´＋B₁y△gy´＋B₁x△ry´＋B₁x
B₁y△hy´ △S₂y＝△Oy´＋B₂y△gy´＋B₂x△ry´＋B₂xB₂y△hy´ △S₃y＝△Oy´＋B₃y△gy´＋B₃x△ry´＋B₃xB₃y△hy´ △S₃y＝△Oy´＋B₃y△gy´＋B₃x△ry´＋B₃xB₃y△hy´ △S₄y＝△Oy´＋B₄y△gy´＋B₄x△ry´＋B₄xB₄y△hy´
…(7) (6)及び(7)式に於いて、△S₁x〜△S₄x及び△S₁y
〜△S₄yは前記S_1X〜，S_1Y〜S_4X，S_4Yと、前記実際
に測定したD₁，D₂，D₃、及びD₄の位置とのズレ
の量、Ox´及びOy´はシフト変化量、△gx´及び△gy´
は偏向利得変化量、△rx´及び△ry´は回転変化量、
△hx´及び△hy´は台形歪変化量を示す。

スキヤンフイールドは２〔mm〕×２〔mm〕と大変
小さい為、△hx´≒０、△hy´≒０となり、(6)及び
(7)式の連立方程式を解くと、(8)式の如く△gx´，
△gy´、△rx´、△ry´が求まる。

△gx´＝（−△S₁x−△S₂x＋△S₃x＋△S₄x）
／2L´ △gy´＝（△S₁y−△S₂y−△S₃y＋△S₄y）／2L´ △rx´＝（△S₁x−△S₂x−△S₃x＋△S₄x）／2L´ △rx´＝（△S₁x−△S₂x−△S₃x＋△S₄x）／2L´ △ry´＝（−△S₁y−△S₂y＋△S₃y＋△S₄y）／2L´…(8
) (8)式に於いて、L´は凹部Ｃが描いた正方形の一
辺の長さ、本実施例ではL´＝1.1〔mm〕である。

従つて、ステージ固有の座標系（Sx，Sy）と
電子ビーム固有の座標系（Bx，By）との関係は
次の式で示すことができる。

Sx＝（１＋Δgx´）Bx＋Δr´xBy Sy＝Δry´Bx＋（１＋Δgy´）By …(9) １＋△gx´≡Gx´，１＋△gy´≡Gy´，Δrx´≡Rx´、
Δry´
≡Ry´として(9)式を行列で示すと Sx Sy＝Gx´ Rx´ Ry´ Gy´Bx By …(10) となる。

尚、本実施例では、ステージ系とビーム系との
関係を導出したが、電子ビーム露光装置によつて
は、Gx´，Gy´，Rx´，Ry´の値が決つており、導き
出す必要がない場合もある。

(f) 前記(5)及び(10)式からウエハー座標系（Wx，
Wy）とステージ座標系（Sx，Sy）との関係を
導き出すことができる。

Wx Wy＝Gx Rx Ry´ GyBx By＝Gx Rx Ry GyGx´ Rx´ Ry´ Gy´〓^-1 ｜〓Sx Sy ＝１／Gx´Gy´−Rx´Ry´GxGy´−RxRy´−
GxRx´＋RxGx´ RyGy´−GyRy´−GyRx´＋GyGx´Sx Sy …(11) (11)式の関係からステージと該ステージに載置さ
れたウエハーとの回転量のズレの量を検出でき、
高精度なつなぎ合わせ及び重ね合わせ露光を行な
うことができる。

(7) 発明の効果本発明によれば、検出用マークを１つウエハー
に形成すればよい為、ステージと該ステージに載
置されたウエハーとの回転量のズレを容易に検出
でき、且つ１枚のウエハーでのチツプの収量を向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は高精度電子ビーム露光装置のブロツク
構成図、第２図は従来の方法を説明する模式図、
第３図乃至第５図は本発明の一実施例を説明する
為のウエハー及び検出用マークを示した図であ
る。２……電子ビーム、４……偏向器、６……ステ
ージ、７……ウエハー、Ａ，A´，Ｂ……検出用マ
ーク。

Claims

【特許請求の範囲】１ウエハ内の略中心に位置する１矩形領域の四
隅および、該四隅の対角線の交点とにマークを形
成し、電子ビームのスキヤンフイールドの中心と該対
角線の交点に位置するマークとを位置合わせした
後、ステージを移動させることなく該四隅のマー
クを各々電子ビームで走査することにより電子ビ
ーム座標系とウエハ座標系との関係を求め、次いで、該対角線の交点に位置するマークを、
該ステージからみて該四隅に形成されたマークが
存在する位置に順次移動し、各位置毎に該対角線
の交点に位置するマークを電子ビームで走査する
ことにより電子ビーム座標系とステージ座標系と
の関係を求め、該電子ビーム座標系とステージ座標系との関係
と、該電子ビーム座標系とステージ座標系との関
係から、ウエハ座標系とステージ座標系との関係
を導く工程を有することを特徴とする電子ビーム
露光方法。