JPH0437023A

JPH0437023A - 光線による位置検出機能付き荷電粒子線露光装置

Info

Publication number: JPH0437023A
Application number: JP2141349A
Authority: JP
Inventors: Hajime Hayakawa; 早川　肇; Kazumitsu Nakamura; 一光中村; Hiroyuki Ito; 博之伊藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-06-01
Filing date: 1990-06-01
Publication date: 1992-02-07
Anticipated expiration: 2012-02-05
Also published as: US5168166A; JP2578519B2

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】［産業上の利用分野］本発明は荷電粒子線露光装置に係り、とくに多層配線層
を備えたＩＣ，ＬＳＩ等の半導体ウェハ（以下ウェハと
鵬称する）を誤差少なく位置合わせすることのできる光
線による位置検出機能を備えた荷電粒子線露光装置に関
する。

［従来技術］従来の荷電粒子線露光装置における荷電粒子線の位置合
わせにおいては、実開平１−６７７３３号公報および特
開平１−１８４８２５号公報等に記載のように、半導体
ウェハ上の位置合わせマークが荷電粒子線では検出困難
な場合にはこれを光線により検出するようにしていた。

また、上記ウェハの表面反射率のむらや凹凸等により発
生する誤差を低減するために、米国特許第４，６９８．
５１３号公報に記載のように、光線を振動さてせ入射し
、さらに反射光も振動させてその広がり範囲内の光情報
を広く検出するようにしていた。

通常、上記位置合わせマークがウェハ面上に明確に露出
している場合には電子ビーム等の荷電粒子線によりこれ
を良好に検出することができるのであるが、近年の複雑
化したＩＣ，ＬＳＩ装置では多層配線の暦数の増加によ
り配線部の凹凸が著しくなって断線や不完全な配線が発
生しやすくなった結果、第２図に示すように、半導体ウ
ェハ２上の配線の１層毎に眉間絶縁膜Ｔをほぼ平坦に設
けてその上にレジストＲを塗布し、これを電子線により
露光して所定の回路パターンを描画し次の配線層を設け
ていくようにしている。このように眉間＃＠絶縁膜表面
が平坦化されると電子ビームでは内部に埋もれた位置合
わせマークＭを明瞭に検出できなくなる結果、マークＭ
を基準位置として電子ビームの位置を制御することが困
難になる。

しかし、光線は透明な眉間絶縁膜Ｔは透過するので配ｍ
ｗや位置合わせマークＭ等を明瞭に検出することができ
る。

光線によりウェハ上の位置合わせマークＭを検出して電
子線の座標値を正確に補正して描画を行う点に関しては
上記特開平１−１８４８２５号公報に開示されている。

すなわち、光線によりウェハ上の位置合わせマークＭを
検出し。

さらに、光線と電子線の双方の位置が検出できる他の基
準マーク、例えばウェハを搭載するＸＹ子テーブル上基
準マークを用いて両者の座標値間のオフセット量を求め
、これにより電子線の座標値を補正し、ウェハ上の位置
合わせマークを基準位置とした電子ビームの座標値を正
確に導くようにしていた。

［発明が解決しようとする課題］上記従来技術では、とくに荷電粒子線では検出困難な表
面が平坦な位置合わせマークを光線により検出できると
いう特長が得られるものの。

実際上、荷電粒子線霧光装置内に上記光線によるマーク
検出機構を効果的に設置し離いという問題があった。

第３図は上記従来装置の概要を説明する図である。ＸＹ
子テーブル上に設置されたウェハ２゜に、電子線源３が
発生する電子線４を整形器５、電子レンズ６および偏向
器７により所定のスポット形状に整形し、所定の位置に
偏向して照射する。

一方、ウェハ２には光源１９からの光線２８が照射器２
７により整形、偏向されて照射され、検出器１７により
その反射光２９が検出され、反射信号がマーク信号検出
器３０に伝えられるようになっていた。

上記照射器２７や検出器１７等の光線の光学系を、上記
線源、レンズ系や偏向系等を備えた電子線の真空容器本
体内に持ち込むのが困難であるため、第３図に示すよう
に従来技術ではこれらをＸＹ子テーブルと上記本体の照
射レンズ部との間の僅かな間隙部に設置するようにして
いた。

上記間隙部は通常数ｍｍ程度であるため、光線は試料面
に対して極端に斜めに入射され、反射光も同様に試料面
に対して斜め方向から検出するようにしていた。このた
め、入射光線を試料面上に精度良く結像させることが出
来ず、位置合わせマークの検出精度を向上し難いという
問題を抱えていた。

本発明の目的は、上記光線を試料面上に垂直に照射して
精度良く結像し位置合わせマークの検出精度を向上する
ことのできる光線による位置検出機能付き荷電粒子線露
光装置を提供することにある。

さらに本発明の他の目的は、上記光線を試料面上に斜め
に照射した場合において、試料面の凹凸により発生する
位置合わせマークの上記検出位置誤差を除去することに
ある。

［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、真空容器内の上記
電子線の照射方向と同一の方向から光線を照射して、上
記テーブル上のマークと上記ウェハ上のマーク等を上記
電子線または光線の双方により検出できるようにする。

このため、上記電子線の焦点位置にミラーを設けて、上
記電子線が上記ミラーの開口部を通過するようにし、上
記真空容器の側部に設けた窓より上記光線を真空容器内
に導入して上記ミラーにより反射せしめ、上記テーブル
上のマークとウェハ上のマーク等を照射するようにする
。

さらに、上記光線の照射により上記テーブル上のマーク
とウェハ上のマーク等が反射する反射光線を上記開口を
有するミラーにより反射して上記通過窓より真空容器の
外部に導出するようにする。

また、複数の光線照射装置を設け、複数の光線を上記テ
ーブルおよびウェハに、上記電子レンズの対物レンズと
上記テーブルとの間隙部より異なる方向から照射するよ
うにする。

また、上記反射光を上記真空容器側部の窓より導出しな
い場合には、上記反射光の検出器を上記テーブル上に設
けるようにするさらに、上記光線を上記電子線の照射領域内に照射する
ようにする。

［作用］以上のように構成した本発明の光線による位置検出機能
付き荷電粒子線露光装置は、電子線と同様に光線をテー
ブルおよびウェハの上方より照射するので、反射光によ
り検出される上記テーブル上とウェハ上のマーク等の凹
凸によって発生する位置信号の誤差成分を低減すること
が出来る。

さらに、上記入射光と同−向きの反射光を上記入射光を
検出するようにするので、上記位置誤差をさらに低減す
ることが出来る。

また、上記のように上記光線を電子線と同一方向から照
射しない場合には、複数の光線照射装置により複数の光
線を上記テーブルおよびウェハに互いに異なる斜め方向
から照射して、それぞれの反射光信号を比較し上記位置
誤差を低減するようにする。

さらに、上記光線を上記電子線と同一の照射領域内に照
射するようにして、少なくともテーブル上の同一マーク
を上記光線と電子線により検出して両者による位置信号
間のオフセラ１−を検出できるようにする。

［実施例］第１図はウェハの位置合わせマークやＸＹテ−プルのテ
ーブルマーク等を検出するための本発明の光線系を含む
荷電粒子線露光装置主要部の構成を示す図である。

電子線源３は電子銃３ａとコンデンサレンズ３ｂより構
成され、整形器５は第１及び第２アパーチヤ５ａおよび
５ｄ、整形偏向器５ｂおよび整形レンズ５ｃにより構成
されている。

電子銃３ａから放射された電子線４は点線で示す輪郭を
形成してミラー３０内の開口部を通過し、照射レンズ６
ａ、対物レンズ６ｂで構成される電子レンズ６と主偏向
器７ｂ、副偏向器７ａで構成される偏向器７を通過して
ウェハ２上に照射される。

一方、光源１９が放射する光線２８は集束レンズ２１、
走査器２２および走査方向変換器２３等を通過してミラ
ー３０により反射されウェハ２上に照射される。

ウェハ２からの反射光は検出器１７により検出される。

検出器１７は上記反射光の他に電子線４の照射により発
生する反射光も検出する。

検出器１７としては通常の半導体光センサや撮像管等を
用いることができ、必要に応じて光線２８による反射光
用と電子線４による反射光用の光センサを別個に設ける
ことも出来る６検出器１７はウェハ２を搭載するテーブ
ル１と対物レンズ６ｂの間隙部に反射光源に近く設置さ
れるので、反射光の横方向成分のみを検出するものの、
反射光源に近いので検出効率が良いという利点が得られ
る。

上記第１図の構成により、光線２８はウェハ２に対して
電子線４と同軸にその照射範囲内に入射されるので、光
線２８と電子線４による反射光はマークの形状、例えば
マークの凹凸（高さ）等による誤差の影響を等しく受け
ることになり、両者が検出する位置信号間の差異を少な
くすることができる。

また、光源１９、レンズ２１、集束レンズ２１、走査器
２２および走査方向変換器２３等を、電子線源３、整形
器５、電子レンズ６、偏向器７等を収容する真空容器の
外部にｌｌ！置することができるので、光線２８による
マーク検出系を上記真空容器内部を大幅に改造すること
なく比較的簡単に取付けることができる。上記本体内に
新たに設置されるのはミラー３０と光線２８を導入する
窓のみである。第１図では上記本体と上記窓は省略され
ている。

ミラー３０は点線で示すように電子線４の焦点位置に設
置されるので、電子線４はミラ−３０中央部の小さな開
口部を通過することができ、光線２８は損失少なくウェ
ハ２に向かって反射される。

また、ミラー３０の取り付は角は電子線４の軸に対して
ほぼ４５度となるが、ウェハ２に対する光線２８の照射
角は光源１９、レンズ２１、集束レンズ２１、走査器２
２および走査方向変換器２３等の本体外部の光学系の取
り付は角度により調整出来るのでミラー３０の取り付は
角を微細に調整する機構を上記真空容器内に設ける必要
がない。

第４図は本発明の光線系を含む荷電粒子線露光装置主要
部の他の構成を示す図である。

第４図ではウェハ２からの反射光が偏向器７、電子レン
ズ６内を入射光と同じ経路をたどって戻り、ミラー３０
で左方向に反射され、さらにハーフミラ−３７により下
方に反射され検出器１７に入射されるようになっている
。

第１図では検出器１７が偏向器７とウェハ２間の狭い隙
間に設置されたのに対して第４図では上記本体側面部の
広い空間に設置できるという利点かえられる。この結果
、検出器１７にはとくに小型のものを用いる必要がなく
なり、目的に応じて例えば撮像素子のような比較的大型
の検出器を容易に用いることができる。また、反射光を
ウェハ２の真上から見ることになるので、人間の通常の
表面ｉ察と同様な検出結果が得られる。

第５図は本発明の光ビーム系を含む荷電粒子線露光装置
主要部の他の構成を示す図である。

第３図に示した従来装置では光線２８がウェハ２の横方
向から照射されるので、反射光がマ−りの凹凸の影響を
受けて変化しその位置情報に誤差が発生する点を、第５
図の本発明装置では二つの光線２８と２８′を互いに異
なる方向から照射するようにし、両光線の反射光の差異
から上記マークの凹凸による位置情報誤差を除去するよ
うにする。

なお、１９’　、２１’　、２２’　、２３’等はそれ
ぞれ上記新たに設けた光線系の光源、集束レンズ、走査
器、走査方向変換器であり、また、二つの光線２８と２
８′の反射光の検呂器は第５図では省略して示している
。

なお、上記光線は必ずしも二つである必要はなく、さら
にその数を増やせばさらに上記位置情報誤差を低減する
ことができる。

第６図は上記本発明の光ビームによる位置検出機能を備
えた荷電粒子線露光装置の制御装置の構成図である。

ウェハ２は移動可能なＸＹ子テーブル上に設置され、そ
の上部には一例として第１図に示した本発明装置が設け
られている。この他、上記本発明装置として第４図、ま
たは第５図の装置を用いるようにしてもよい。

同図左端の外部記憶部９にはウェハ２に転写する集積回
路パターン等の情報が格納され、この情報は制御計算機
８により随時バッファメモリ１０に転送され、演算部１
１により電子線４や光線２８等の照射位置情報とその他
の制御情報が算出される。

演算部１１からの信号の一部により整形信号発生部１３
は電子線４のスポット形状を算出し制御部１２を介して
整形器５を駆動する。同様に位置信号発生部１６は電子
線４の照射位置を算出し制御部１４および１５を介して
電子レンズ６と偏向器７を駆動する。

また、光線２８は光源１９．集束レンズ２１、走査器２
２．走査方向変換器２３及びミラー３０等により構成さ
れる光学系によりウェハ２に照射され、これらの要素に
対する各制御信号は制御計算機８からの信号に基づいて
光学系制御部２４により算出される。

上記各制御により電子＃！４および光９２８はウェハ２
上の同一のマークや後述のＸＹ子テーブル上の同一のテ
ーブルマーク２５等を照射することができる。

ＸＹ子テーブルは制御計算機８からの信号によりテーブ
ル暉動部１ａを介して駆動されて移動する。

ウェハ２のマークや上記テーブルマーク２５からの反射
光や２次電子は検出器１７により検出されマーク信号検
出器１８を介して制御計算機８にフィードバックされ、
電子線４や光線２８に対する位置信号と照合され、制御
計算機８が発する原位置信号を補正する。以下、この位
置信号の補正に関し簡単に説明する。

まず、電子線４と光９２８の照射位置間のオフセットを
ＸＹ子テーブル上に設けられたテーブルマーク２５を用
いて検出する。電子４！４ではウェハ２上のマークを検
出できない場合があるため、上記テーブルマーク２５を
用いるのである。このため、制御計算機８からの上記テ
ーブルマーク２５の位置信号によりＸＹ子テーブルを所
定の位置に移動し、電子線４によりテーブルマーク２５
をＸとＹの２方向に走査して散乱電子を検出し、テーブ
ルマーク２５の座標値（Ｘ　Ｔ　Ｌ　、Ｙ　ｔ　Ｌ　）
を算出する。同様にして、光線２８によりテーブルマー
ク２５をＸとＹの２方向に走査してその反射光を検出し
、テーブルマーク２５の座標値（Ｘｒｔ、Ｙｒｔ）を算
出する。

電子線４と光線２８間のオフセットは上記２種類の座標
値より。

Ｘ座標オフセット＝　（ＸＴＩ　　Ｘｒｔ）Ｙ座標オフ
セット＝　（ＹＴ□−ＹＴ□）　　　（１）として求ま
り、これらの値は例えばバッファメモリ１０に記憶され
る。

次に、ＸＹ子テーブル上におけるウェハ２の位置関係を
測定する。このために第７図に示すウェハ２のウェハア
ラインメントマークＷ（以下マークＷと略称する）が光
線２８の照射範囲内にはいるようにＸＹ子テーブルを移
動し、光線２８の反射光を検出してマークＷの座標値を
把握する。電子線４ではこのマークＷを必ずしも明瞭に
検出出来ないので光線２８を用いるのである。さらに上
記の測定をウェハ面上の複数のマークＷ毎に行い、ウェ
ハ２全体の位置決めをする。

次いでウェハ２内のブロックの位置合わせを行う。

第７図に示すように、ウェハ２の面は独立の回路装置を
集積する区画Ｃ工、Ｃ１〜Ｃ３等に区切られ、これらの
区画の複数を含むブロックの境界ごとに位置合わせマー
クＭｆｆｉ設けられている。

例えばＣ１、Ｃ８を含む４個の区画の４角のそれぞれに
ブロックマークＭ１〜Ｍ、が設けられ、これらを用いて
このブロックの位置合わせを行う。

このため１例えばブロックマークＭ１が光線２８の照射
範囲内にはいるようにＸＹ子テーブルを移動し、光線２
８の反射光を検出してその座標値（Ｘ　ｍ　Ｉ、　Ｙ　
ｍ　ｘ　）を求め、同様にしてブロックマークＭｚ〜Ｍ
、等の座標値（ＸＭｚ、ＹＭＩ）〜（ＸＭ４−　ＹＭ４
）を求める。電子線４ではこれらのブロックマークＭ１
〜Ｍ４等を必ずしも明瞭に検出出来ないので光線２８を
用いるのである。

以上のようにしてブロックの位置が特定されるのである
が、周知のようにウェハ２には伸縮や捻じれ等による変
形が伴うので、上記４つのブロックマーク座標値を用い
てこれらによる位置歪を補正する。

第８図（ａ）〜（ｃ）は上記ウェハ２の変形を分類して
示すもので、実線を上記ブロックの正しい形状、点線を
変形した形状とすると、同図（ａ）は縦横が同じ割合で
伸縮した場合、同図（ｂ）は傾いた場合、同図（ｃ）は
台形状に変形した場合であり、実際にはこれらが重なり
あって変形する。

制御計算機８は上記４つのマークの反射光から求めた出
力座標値（第８図の点線の座標値）を入射光＃！２８の
位置を指令する入力座標値（第８図の実線の座標値）と
比較してブロック内のパターン位置の伸縮に対する補正
係数Ａｘ、Ａ、と、傾きに対する補正係数ＢＸ、Ｂ、、
および台形化に対する補正係数ＣＸ＝ＣＹ等を算出する
。

そして、これらの補正係数と式（１）に示したオフセッ
トとを用いて第６図の外部記憶部９に格納されパターン
の座標値（ｘｐ、　ｙｐ）を式（２）のように補正し、
得られた補正座標値（Ｘ、。

ｙ＋）を用いて電子線４の位置決めを行うようにする。

Ｘ、＝　（１＋Ａ工）Ｘｐ十ＢＸＹＰ＋ＣｘＸｐＹｐ＋
　　（ＸＴＩ　　Ｘｔｔ）Ｙｘ＝　（１＋Ａｙ）Ｙｐ＋ＢｖＸｐ＋ＣｖＸｐＹｐ＋
　　（ＹＴＩ　　Ｙｒｔ）上記の座標値補正演算によりウェハ２にはオフセットや
歪のない正しいパターンが描かれる。

［発明の効果］本発明によれば、電子線では検出困難なウェハ上のマー
クを光線により高感度に検出できるので、ウェハの変形
による位置信号誤差を精度良く補正し、同時に電子線に
対する基準位置信号を与えることができ、さらに、電子
線と光線の双方によりテーブル上のマークを検出するの
で両者間の位置信号オフセットを補正することができる
。

さらに、上記光線を電子線と同一方向から照射するので
上記マークの凹凸によって発生する位置信号を誤差少な
く検出することが出来る。

さらに、上記マークからの反射光を上記電子線と同一方
向より検出するので、上記位置誤差をさらに低減するこ
とが出来る。

また、上記光線を電子線と同一方向から照射しない場合
には、複数の光線照射装置により複数の光線を上記テー
ブルおよびウェハに互いに異なる斜め方向から照射して
、それぞれの反射光信号を比較できるようにするので、
上記位置誤差を同様に低減することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の構成を示す図、第２図は半
導体ウェハの部分断面図、第３図は従来装置の構成を示
す図、第４図、第５図はそれぞれ本発明の他の実施例の
構成を示す図、第６図は本発明による荷電粒子線露光装
置の本体部と制御装置部の構成を示す図、第７図は半導
体ウェハ上の各種マークの配列の一例を示す図、第８図
（ａ）〜（ｃ）は矩形パターンの変形を分類して示す図
である。１・・・ＸＹ子テーブル１ａ・・・テーブル駆動部、２
・・・ウェハ、３・・・電子ｍ源、４・・・電子線、５
・・・整形器、６・・・電子レンズ、７・・・偏向器、
８・・・制御計算機、９・・・外部記憶部、１ｏ・・・
バッファメモリ、１１・・・演算部、１２．１４．１５
・・・各制御部、１３・・・整形信号発生部、１６・・
・位置信号発生部、１７・・・検出器、１８・・・マー
ク信号発生器、１９・・・光源、２１・・・集束レンズ
、２２・・・走査器、２３・・・走査方向変換器、２４
・・・光学系制御部、２５・・・テーブルマーク、２７
・・・照射器、２８・・・光線、３０・・・ミラー　３
７・・・ハーフミラ−１Ｒ・・・レジスト、Ｔ・・・層
間絶縁膜、Ｍ・・・マーク、Ｍｌ・・・ブロックマーク
、Ｗ・・・ウェハアラインメントマーク、Ｗ・・・配線
。

Claims

【特許請求の範囲】１、真空容器内に電子線源、電子ビーム整形器、電子レ
ンズ、偏向器およびウェハを設置するテーブル等を収容
し、上記電子線源が発生する電子線を上記テーブル上の
ウェハに照射して上記ウェハの描画を行う荷電粒子線露
光装置において、上記電子線の照射方向と同一の方向から光線を照射する
光学装置を備え、上記テーブル上のマークと上記ウェハ
上のマーク等を上記電子線または上記光線により照射し
てその位置を検出できるようにしたことを特徴とする光
線による位置検出機能付き荷電粒子線露光装置。２、請求項１において、上記真空容器内の上記電子線の焦点位置に開口を有する
ミラーを設けて上記電子線が上記開口を通過するように
し、さらに、上記真空容器の側部に上記光線の通過窓を
設け、上記通過窓を介して上記光線を上記真空容器内に
導入しこれを上記ミラーに反射せしめて上記テーブル上
のマークと上記ウェハ上のマーク等を照射するようにし
たことを特徴とする光線による位置検出機能付き荷電粒
子線露光装置。３、請求項２において、上記光線の照射により上記テーブル上のマークと上記ウ
ェハ上のマーク等が反射する反射光線を上記開口を有す
るミラーにより反射して上記通過窓より上記真空容器の
外部に導出するようにしたことを特徴とする光線による
位置検出機能付き荷電粒子線露光装置。４、真空容器内に電子線源、電子ビーム整形器、電子レ
ンズ、偏向器およびウェハを設置するテーブル等を収容
し、上記電子線源が発生する電子線を上記テーブル上の
ウェハに照射して上記ウェハの描画を行う荷電粒子線露
光装置において、複数の光線照射装置を備え、上記複数の光線照射装置の
それぞれの光線を、互いに異なる方向から上記電子レン
ズの対物レンズと上記テーブルとの間隙部を介して上記
テーブルおよびウェハに照射するようにしたことを特徴
とする光線による位置検出機能付き荷電粒子線露光装置
。５、請求項１および２および４において、上記光線の照射により上記ウェハが反射する反射光線を
検出する検出器を上記テーブル上に設置したことを特徴
とする光線による位置検出機能付き荷電粒子線露光装置
。６、請求項１ないし５において、上記光線を上記電子線の照射領域内に照射するようにし
たことを特徴とする光線による位置検出機能付き荷電粒
子線露光装置。