JPH05259046A - 電子ビーム露光方法及び電子ビーム露光装置 - Google Patents

電子ビーム露光方法及び電子ビーム露光装置

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JPH05259046A
JPH05259046A JP4064085A JP6408592A JPH05259046A JP H05259046 A JPH05259046 A JP H05259046A JP 4064085 A JP4064085 A JP 4064085A JP 6408592 A JP6408592 A JP 6408592A JP H05259046 A JPH05259046 A JP H05259046A
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electron beam
optical
wafer
pattern
alignment
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浩英 姜
Hak Kim
鶴 金
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 電子ビームを使い第１整合パタンを形成する
か、認識する必要がない半導体ウェーハの電子ビーム露
光方法及び装置を提供する。 【構成】 光学的露光時使われた整合パタン２を認識し
半導体ウェーハを第１次に整合した後、半導体ウェーハ
上に形成された電子ビーム露光用整合パタン４を認識し
第２次に半導体ウェーハを整合した後電子ビームレジス
トを露光することを特徴とする方法及び電子ビームを走
査できる電子ビーム光学系１１、半導体ウェーハを搭載
し移動可能な移動ステージ及びウェーハを第１次に広域
的に整合させるための光学パタン認識手段を含む電子露
光装置が提供される。 【効果】 本方法により電子ビーム露光をする場合、電
子ビーム露光工程が単純化されるのでウェーハのスルー
プットが向上し、本装置を使う場合電子ビーム露光方法
と光学露光方法の混用が容易になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電子ビーム露光方法及び
電子ビーム露光装置に関するものである。より具体的に
は、本発明は光学整合マークパタンを利用し広域 (glob
ally) 整合を遂行する電子ビーム露光方法及び光学パタ
ン認識手段を含む電子ビーム露光装置に関するものであ
る。
【０００２】レジストフィルムのパターニングは半導体
素子の製造に必須的である。多くのレジストフィルムが
各種エッチング工程、例えば選択的な拡散地域を限定す
るために使用される半導体基板上の絶縁層にウインドウ
の形成、または半導体素子上の微細な金属配線の形成で
エッチングマスクとして使われている。
【０００３】このようなパタン形成を一般的にフォトマ
スクを通過した紫外線または元紫外線にレジストフィル
ムを露光させた後現像させ遂行する。このような技術を
フォトリソグラフィーという。
【０００４】しかし、このように紫外線か元紫外線を利
用しパタンを形成する場合には、光学リソグラフィーの
解像度は１μｍ以下程度に制限される。最近、半導体の
高集積化によりサブミクロン以下のパタンを形成できる
光学リソグラフィーとは異なるリソグラフィー技術が開
発されてきた。このような方法の例としては電子線リソ
グラフィー、Ｘ−線リソグラフィー及びイオンビームリ
ソグラフィー等がある。
【０００５】電子線リソグラフィー (Electron beam li
thograph：以下“ＥＢＬ”という）は集中された電子ビ
ームを使い回路パタンを形成する方法であり、電子ビー
ムを使えば、半導体ウェーハ上に形成されたレジストフ
ィルムまたは一般的なフォトリソグラフィー工程でフォ
トマスク上に形成されたレジストフィルム上にミクロン
以下の微細なパタンを直接描画できる。
【０００６】レイアウト段階で形成されたパタンをコン
ピュータにイメージパタンで貯蔵し、その信号により電
子偏向板で電子ビームを調節できるので、ＥＢＬにおい
てはマスクを使わずウェーハ上に直接１μｍ以下の形状
を描写できる。この方法によると、非常に正確な像転写
が可能であるので０．１μｍ程度の形状が描写できる。
これは、電子が波長特性を持つとしてもＥＢＬで使われ
るエネルギにおいては、電子の波長は約０．２〜０．５
Å程度であるので可能である。その結果、光学リソグラ
フィーで解像度を制限する解析影響を逃れることができ
る。したがって最近ＥＢＬによるパタン形成方法が注目
されており、これを実用化、商用化するための努力が継
続して行われている。
【０００７】
【従来の技術】一般的な半導体製造工程ではパタンを形
成するリソグラフィー工程は多段階を経て遂行され、こ
れら各段階で形成されるパタンは前段階で形成されたパ
タンと互いに正確に整合され転写されていなければなら
ない。電子線露光方法は通常的な光学露光方法に比べて
速度が遅い。したがって、一般的なパタン形成において
は速度が速い通常的な光学露光方法によりレジストパタ
ンを形成し、特に微細なパタンを形成するには電子線を
利用してレジストを露光させる方法を使い半導体装置製
造時間の短縮を図っている。
【０００８】前記した従来の電子ビームリソグラフィー
工程に使われる電子ビーム露光装置は電子ビーム光学系
と移動ステージ (mechanical stage) で構成されてい
る。
【０００９】前記のように多段階を経てパタンを形成す
るリソグラフィー工程で１層のレジストだけを電子ビー
ム露光方法によりパタンを形成しようとする場合に、光
学露光装置で露光した後に、必要な層を電子ビーム露光
し、その次に再び光学露光装置を使う。
【００１０】通常的な電子ビームリソグラフィー工程で
は、ウェーハ上に整合マーク (alignment mark) を形成
しウェーハに対してビームを正確に登録 (register) す
るのに前記マークを使うことが公知である。この方式で
は、ビーム位置は後続の描画操作(writing operation)
時正確に初期化される。登録段階で、整合マークはＸ方
向及びＹ方向にビームにより走査される。走査されたマ
ークから反射された電子が検出され電気的信号を発生す
るのに利用される。この信号はウェーハに対してビーム
を正確に位置付けるのに基準になる。
【００１１】高速集積回路を製造できる装置にウェーハ
を電子ビームに描画しようとする場合、ウェーハ上には
ウェーハを全体的に整合させる第１整合マークと、電子
ビームが走査できるフィールド、またはダイ(die) 単位
を整合させる第２整合マークが形成される。整合マーク
は高い電子価金属ペデスタル (high atomic number met
al pedestal)かシリコンまたはＳｉＯ2 のエッチング部
位のパタンで構成することができる。整合は前記マーク
から反射される電子を検出し遂行される。
【００１２】このとき、電子ビーム露光時に第１整合マ
ークパタンの面積は１ｍｍ2 程度であり、これは光学露
光装置の整合マークパタンに比べ１００倍以上大きい。
これは電子ビームが整合パタンを感知するためスキャニ
ングされるとき、レジストを露光し実際素子領域が露光
されることを防止しようと大きくしたのである。このた
めチップ分離のための切断線(scribe corridor) 内に電
子ビーム露光用第１整合マークパタンを挿入することが
不可能であり、したがって別の工程に電子ビーム第１整
合マークパタンを形成する。例えばアメリカ合衆国特許
第４，４０７，９３３号にはウェーハの空間部にタンタ
ルディシリサイド整合マークを形成し、電子ビームを使
いレジストを露光する方法が開示されている。
【００１３】前記第２整合マークパタンはウェーハのチ
ップ分離領域に十字形に形成することが一般的である。
図１は電子ビームを使い露光しようとする前記第１整合
マークパタン及び第２整合マークパタンが形成されたウ
ェーハを示す。同図で参照番号１はウェーハ、参照番号
２は第１整合マークパタン、参照番号３はフィールド、
参照番号４は第２整合マークパタンを示す。
【００１４】通常的な光学リソグラフィー工程以後に電
子ビームを利用し前記図１に図示したウェーハ上に塗布
されたレジストを露光させようとする場合には、まず前
記半導体ウェーハ１上に電子ビームを走査し第１整合マ
ークパタン２を感知し、ウェーハ全体の方向及び位置を
整合する。次に、フィールドまたはダイ単位にウェーハ
を電子ビーム露光するため第２整合マークパタン４を感
知しウェーハを再び整合しフィールドまたはダイ単位に
前記レジストを電子ビーム露光する。一つのフィールド
またはダイ単位の露光が終われば、外の第２整合マーク
パタンを感知し移動ステージによりウェーハを再び整合
し外のフィールドまたはダイ単位の電子ビーム露光を継
続する。
【００１５】前記した方法によると、電子ビーム露光を
するため第１整合マークパタンを認識するとき電子ビー
ムを使う。したがって電子ビームスキャニング時にウェ
ーハ上に形成された電子ビームレジストが露光されるこ
とになる。また、ウェーハの位置が正確でないのでウェ
ーハ周辺の約１ｍｍ幅程度の領域には半導体素子がない
空間を残しておく必要がある。
【００１６】また、前述したように別の工程により電子
ビームを使い第１整合マークパタンを形成することにな
るのでウェーハのスループット(through put) が低下す
る。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は前記のような電子ビームを使い第１整合パタンを
形成するか認識する必要がない半導体ウェーハの電子ビ
ーム露光方法を提供するところにある。
【００１８】また、本発明の目的は前述した電子ビーム
露光方法に適用できる電子ビーム露光装置を提供すると
ころにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明によると、光学的
露光方法と電子ビーム露光方法を使い多段階で (atmult
i steps)半導体ウェーハ上にパタンを形成することにお
いて、前記光学的露光時使われた整合パタンを認識し半
導体ウェーハを１次的に整合した後、半導体ウェーハ上
に形成された電子ビーム露光用整合パタンを認識し２次
的に半導体ウェーハを整合した後電子ビームレジストを
露光することを特徴とする方法が提供される。
【００２０】また、本発明によると電子ビームを走査す
ることができる電子ビーム光学系、半導体ウェーハを搭
載し移動可能な移動ステージ及びウェーハを１次的に広
域的に整合させるための光学パタン認識手段を含む電子
ビーム露光装置が提供される。
【００２１】
【作用】本発明により電子ビーム露光をする場合、電子
ビーム露光工程が単純化されるのでウェーハのスループ
ットが向上し、本装置を使う場合電子ビーム露光方法と
光学露光方法の混用が容易になる。
【００２２】
【実施例】以下、添付された図面により本発明の実施例
を詳述する。図２は本発明による電子ビーム露光方法の
一例を示す。同図において各参照番号は図１と同一の意
味で示す。通常的な光学露光方法で、光学露光装置とし
て半導体ウェーハ上に形成されたレジストを露光するウ
ェーハ上にマークを前もって形成し、これを感知し電気
的信号を発生し、この信号によりウェーハに対するマス
クの相対的な位置が決まる（参考文献： S.Wolf and R.
N.Tauber, Silicon Processing for VLSI Era.Vol 1,pp
473〜476, 1987)。
【００２３】ウェーハステッパで整合は広域的及び局部
的に遂行される。広域整合は全体ウェーハの回転及び移
動整合を遂行する。局部整合はすぐ露光される位置にあ
る特定ダイ内のターゲット即ちマークを整合し、これら
ダイ−バイ−ダイ整合 (die-by-die alignment) または
フィールド−バイ−フィールド整合 (field-by-fieldal
ignment) という。広域整合は通常的にウェーハを露出
用投影レンズ下に移送する前にリモート整合ステーショ
ンで遂行する。重畳誤差許容度 (overlay tolerance)が
大きい場合には (例えば０．７μｍ以上の場合）、広域
整合後に局部整合なしに露光を遂行したりするけれど
も、局部整合をする場合には一連の局部整合をする前に
広域整合が先行される。
【００２４】本発明の方法は電子ビーム露光時に前記の
ような光学整合方法を使い１次的にウェーハを整合する
ところに特徴がある。
【００２５】即ち、光学整合パタン認識手段を備えた電
子ビーム露光装置を利用し１次的に光学整合方法により
ウェーハを広域的に整合した後、２次的に電子ビームで
ウェーハを走査し整合マークから反射された電子ビーム
を感知し２次的に局部整合を遂行する。
【００２６】まず、ウェーハ１上に形成された光学整合
マークパタン（マークは図示せず）を認識しウェーハ１
を１次的に広域整合を遂行する。このとき重畳誤差許容
度は５μｍ以下である。このような第１次整合後に電子
ビームを利用し第２整合マークパタン４の位置を感知し
局部整合を遂行する。このような局部整合時重畳誤差許
容度は０．１μｍ以下である。
【００２７】図３は前記した本発明の光学整合パタン認
識手段を備えた電子ビーム露光装置の１例を示す。同図
で参照番号１１は電子ビーム光学系、参照番号１２は電
子ビーム、参照番号１３は光学整合パタンを認識する光
学センサ、参照番号１４は電子ビーム光学系の構成部分
である電子レンズ、参照番号１５は光学レンズ、参照番
号１６はウェーハ、参照番号１７は移動ステージをそれ
ぞれ示す。
【００２８】前記本発明の光学パタン認識手段はセンサ
１３と光学レンズ１５を含む。前記光学パタン認識手段
は電子ビーム光学系１１の側部または内部に装着させら
れる。
【００２９】図２に示したようにウェーハ上に形成され
た電子ビームレジスト層を露光しようとする場合に、ま
ず半導体ウェーハ１上に形成された光学整合マーク（図
示せず）を光学レンズ１５を通じて前記センサ１３に感
知させ前記センサの信号を基準に半導体ウェーハ１を１
次的に広域整合することになる。次に、電子ビーム１２
を走査し電子ビーム整合パタン４から反射される電子ビ
ームを認識しこれを基準に第２次整合（局部整合）をす
ることになる。
【００３０】
【発明の効果】本発明の方法により電子ビーム露光をす
る場合、従来ＥＢＬ方法でのようにウェーハ全体の広域
整合のための電子ビームパタン形成は必要でない。した
がって、必要でない電子ビーム露光を防止でき、これに
より半導体ウェーハのスループットが向上する。
【００３１】また、本発明の光学パタン認識手段を備え
た電子ビーム露光装置を使い電子ビーム露光をする場
合、別の工程（例えば電子ビーム整合用マークパタン形
成工程及び電子ビームを利用した広域整合工程）が必要
なく、光学露光方法を含む多段階パタン形成工程で電子
ビーム露光方式を使える。したがって、リソグラフィー
工程が単純化し、電子ビーム露光方法と光学露光方法の
混用が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の電子ビーム露光のための第１整合パタ
ン及び第２整合パタンが形成されたウェーハを示す説明
図である。
【図２】 本発明による電子ビーム露光方法のためのウ
ェーハを示す説明図である。
【図３】 本発明による光学整合マークパタン認識装置
を備えた電子ビーム露光装置の一例を示す説明図であ
る。
【符号の説明】
１，１６：ウェーハ、２：第１整合マークパタン、３：
フィールド、４：第２整合マークパタン、１１：電子ビ
ーム光学系、１２：電子ビーム、１３：光学センサ、１
４：電子レンズ、１５：光学レンズ、１７：移動ステー
ジ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光学的露光方法と電子ビーム露光方法を
    使用し半導体ウェーハ上にパタンを形成することにおい
    て、 前記光学的露光時使用された整合パタンを認識しウェー
    ハを１次的に整合した後、半導体ウェーハ上に形成され
    た電子ビーム露光用整合パタンを認識し２次的に半導体
    ウェーハを整合した後電子ビームレジストを露光するこ
    とを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 前記１次的に整合時の重畳誤差許容度が
    ５μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の方
    法。
  3. 【請求項３】 前記２次的に整合時の重畳誤差許容度が
    ０．１μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の
    方法。
  4. 【請求項４】 電子ビームを走査することができる電子
    ビーム光学系、電子ビーム下に半導体ウェーハを搭載す
    る移動ステージ及びウェーハを広域的に整合させるため
    の光学パタン認識手段を含む電子ビーム露光装置。
  5. 【請求項５】 前記光学整合手段は光学レンズ及び光学
    センサで構成されていることを特徴とする請求項４記載
    の電子ビーム露光装置。
  6. 【請求項６】 前記光学整合手段が電子ビーム光学系の
    側部または内部に形成されていることを特徴とする請求
    項４記載の電子ビーム露光装置。
JP4064085A 1992-01-09 1992-03-19 電子ビーム露光方法及び電子ビーム露光装置 Pending JPH05259046A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1992-000208 1992-01-09
KR920000208 1992-01-09

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