JPH0580814B2 - - Google Patents

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JPH0580814B2
JPH0580814B2 JP58119351A JP11935183A JPH0580814B2 JP H0580814 B2 JPH0580814 B2 JP H0580814B2 JP 58119351 A JP58119351 A JP 58119351A JP 11935183 A JP11935183 A JP 11935183A JP H0580814 B2 JPH0580814 B2 JP H0580814B2
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JP
Japan
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alignment
mark
mask
amount
wafer
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JP58119351A
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Japanese (ja)
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JPS6010727A (en
Inventor
Mitsuo Tabata
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication of JPS6010727A publication Critical patent/JPS6010727A/en
Publication of JPH0580814B2 publication Critical patent/JPH0580814B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明は2つの部材間の位置合わせ方法に係わ
り、特に光電マスク及びウエハ上に設けられた各
マークを基準として、マスク・ウエハ間の相対位
置を合わせる位置合わせ方法に関する。
Detailed Description of the Invention [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a method for aligning two members, and in particular, the relative position between a mask and a wafer with reference to each mark provided on a photoelectric mask and a wafer. This relates to an alignment method for aligning.

[発明の技術的背景とその問題点] 従来、シリコンウエハ等の試料面上にレジスト
パターンを形成する場合、一般に微細幅の電子ビ
ームをレジスト上で走査しレジストを露光するよ
うにしているが、この種の手法では上記走査に長
時間を要し、生産性が悪いという問題がある。そ
こで最近では、予めパターンを形成したマスクを
用い、そのマスクパターンをX線や電子線等にて
試料上に転写する各種の転写装置が開発されてい
る。そして、これらの転写装置のうちで、紫外光
を受けて光電子を放出する光電マスクを用い、こ
のマスクと試料との間に磁界及び電界を印加し、
上記マスクから放出された光電子を集束せしめて
転写を行なう光電面マスク型電子ビーム転写装置
が微細パターン転写に最も有望と考えられてい
る。
[Technical background of the invention and its problems] Conventionally, when forming a resist pattern on the surface of a sample such as a silicon wafer, generally a fine width electron beam is scanned over the resist to expose the resist. This type of method has the problem that the scanning takes a long time, resulting in poor productivity. Recently, various types of transfer apparatuses have been developed that use a mask with a pattern formed in advance and transfer the mask pattern onto a sample using X-rays, electron beams, or the like. Among these transfer devices, a photoelectric mask that emits photoelectrons upon receiving ultraviolet light is used, and a magnetic field and an electric field are applied between this mask and the sample.
A photocathode mask type electron beam transfer device that performs transfer by focusing photoelectrons emitted from the mask is considered to be the most promising for fine pattern transfer.

第1図は光電面マスク型電子ビーム転写装置を
示す概略構成図である。真空容器(試料室)1は
その内部を真空ポンプ2により例えば1×10-6
[torr]程度に真空排気されている。真空容器1
内の所定の位置には光電マスク3が配置されてい
る。このマスク3は紫外光を通過する石英基板3
a,石英基板3aの下面に紫外光を遮えぎる薄膜
(たとえばクロム)を取着してなるマスクパター
ン3b及びこれらの下面に紫外光を受けて光電子
を放出するCSI等を塗布してなる光電面3cから
形成されている。そして、光電マスク3の下方に
は、レジスト4を塗布した試料5がマスク3と10
[mm]程度離間して対向配置されるものとなつて
いる。また、前記容器1の上壁には光透過窓があ
り、この窓を閉塞して透明板6が取着されてい
る。そして、この透明板6を介して容器1内に光
源7からの紫外光が導入され、前記マスク3の上
面が照射されるものとなつている。一方、前記容
器1の外部には、例えばヘルムホルツ形コイル8
が設けられており、このコイル8により紙面上下
方向、つまりコイル8の光電面3cに直交する方
向に磁界が印加される。さらに、前記マスク3と
試料5との間には直流電源9から高電圧が印加さ
れ、これにより上記磁界方向と同方向に電界が印
加されるものとなつている。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a photocathode mask type electron beam transfer device. The inside of the vacuum container (sample chamber) 1 is heated to 1×10 -6 by a vacuum pump 2.
It is evacuated to about [torr]. Vacuum container 1
A photoelectric mask 3 is placed at a predetermined position inside. This mask 3 is a quartz substrate 3 that transmits ultraviolet light.
a. A mask pattern 3b formed by attaching a thin film (for example, chromium) that blocks ultraviolet light to the lower surface of a quartz substrate 3a, and a C S I or the like that emits photoelectrons upon receiving ultraviolet light is coated on the lower surface of these. It is formed from a photocathode 3c. Then, below the photoelectric mask 3, a sample 5 coated with a resist 4 is placed between the mask 3 and the sample 5.
They are arranged facing each other with a distance of about [mm]. Further, there is a light transmitting window on the upper wall of the container 1, and a transparent plate 6 is attached to close this window. Ultraviolet light from a light source 7 is introduced into the container 1 through the transparent plate 6, and the upper surface of the mask 3 is irradiated. On the other hand, on the outside of the container 1, for example, a Helmholtz coil 8 is provided.
The coil 8 applies a magnetic field in the vertical direction of the paper, that is, in the direction orthogonal to the photocathode 3c of the coil 8. Furthermore, a high voltage is applied between the mask 3 and the sample 5 from a DC power source 9, thereby applying an electric field in the same direction as the magnetic field.

しかして、光源7から発せられた紫外光は透明
板6を介して光電マスク3の上面に照射され、こ
れにより上記マスク3の光電面3cからマスクパ
ターン3bに対応して光電子が放出される。この
光電子は前記磁界及び電界により集束加速されて
下方向に進み、試料5上のレジスト4に入射す
る。これにより、レジスト4がマスクパターン3
bに応じて露光され、パターン転写が行なわれ
る。なお、図中10は光源7からの紫外光をさえ
ぎるシヤツタ、11はシヤツタ10を駆動する駆
動系、12はコイル電源、13は偏向コイル、1
4は試料台、15は駆動機構、16はコイル電
源、17は試料台14を駆動するための駆動電源
を示している。
The ultraviolet light emitted from the light source 7 is irradiated onto the upper surface of the photoelectric mask 3 through the transparent plate 6, whereby photoelectrons are emitted from the photocathode 3c of the mask 3 corresponding to the mask pattern 3b. The photoelectrons are focused and accelerated by the magnetic field and the electric field, travel downward, and enter the resist 4 on the sample 5. As a result, resist 4 becomes mask pattern 3.
The pattern is transferred by exposure according to the pattern b. In the figure, 10 is a shutter that blocks ultraviolet light from the light source 7, 11 is a drive system that drives the shutter 10, 12 is a coil power supply, 13 is a deflection coil, 1
Reference numeral 4 indicates a sample stage, 15 a drive mechanism, 16 a coil power supply, and 17 a drive power supply for driving the sample stage 14.

この種の転写装置における光電マスク3とウエ
ハ5との相対的な位置合わせは、通常第2図に基
本原理を示す次のような方法によつて行われる。
予め、マスク3には光照射により電子ビームを照
射する位置合わせ用マーク21を所定の位置に形
成し、またウエハ5主面の所定位置には上記マー
ク21と同一形状からなる位置合わせ用マーク2
2を形成しておく。このような光電マスク3とウ
エハ5とを対向配置し、光電マスク3に光を照射
すると共に光電マスク3とウエハ5との対向方向
に沿つて磁界及び電界を印加して電子ビームを発
生させ、位置合わせ用マーク21をウエハ5上に
照射する。このとき、マーク21,22の形状と
して第3図に示す如く等しい幅のラインを等間隔
(ピツチ2P)に並べたものを使用すれば(通常、
発生するX線が微弱なため、SN比をかせぐ意味
でこのようなパターン形状が用いられる)マス
ク・ウエハ間の相対位置ずれ量とマーク21,2
2の重なり面積との関係は第4図に示す如くな
る。すなわち、マスク・ウエハ間の相対位置が合
わされたときにマーク21,22の重なり面積は
最大となり、位置ずれ量に比例して重なり面積は
減少する。また、ラインの数が多い場合は位置ず
れ量が±Pを越えても同様の重なり面積変化が繰
り返される。ところで、加速された電子ビームが
金属ターゲツトを衝撃すると、電子はターゲツト
核との衝突によつて減速する際その運動エネルギ
の一部をX線として放出する。このX線の発生量
(強度)は電子エネルギ、ターゲツト金属の原子
番号Z及びその厚さによつて異なるが、一般にZ
が大きいほどX線発生量は多い。したがつて、上
記ウエハ5を例えばSi、マーク22をTa,W.
Mo等の重金属とすると、電子ビームがウエハ5
を照射した時とマーク22を照射した時とでは発
生するX線の量は異なり、マーク22から発生す
るX線量はウエハ5から発生するX線量に比べて
はるかに多い。このため、ウエハ5の下方に設置
したX線検出器23から得られるX線の出力と前
記位置ずれ量との関係は第5図に示す如くなり、
これからX線の信号を検出することにより位置ず
れ量を検出することができる。位置合わせは偏向
コイル13及びコイル用電源16により位置合わ
せ方向に偏向磁界を印加し、電子ビームを上記X
線信号検出により得られる位置ずれ量だけ偏向す
ることによつて達成される。電子ビームを偏向す
る代りに、駆動機構15及び駆動電源17を用い
て試料台14を位置ずれ量だけ移動することによ
つて位置合わせすることも可能である。
The relative positioning of the photoelectric mask 3 and the wafer 5 in this type of transfer apparatus is usually carried out by the following method, the basic principle of which is shown in FIG.
In advance, an alignment mark 21 for irradiating an electron beam by light irradiation is formed at a predetermined position on the mask 3, and an alignment mark 2 having the same shape as the mark 21 is formed at a predetermined position on the main surface of the wafer 5.
Form 2. The photoelectric mask 3 and the wafer 5 are placed facing each other, and the photoelectric mask 3 is irradiated with light and a magnetic field and an electric field are applied along the direction in which the photoelectric mask 3 and the wafer 5 face each other to generate an electron beam. The alignment mark 21 is irradiated onto the wafer 5. At this time, if the shapes of the marks 21 and 22 are lines of equal width arranged at equal intervals (pitch 2P) as shown in FIG.
(Since the generated X-rays are weak, such a pattern shape is used to increase the signal-to-noise ratio.) Relative positional deviation between mask and wafer and marks 21, 2
The relationship between the two and the overlapping area is as shown in FIG. That is, when the relative positions between the mask and the wafer are aligned, the overlapping area of the marks 21 and 22 becomes maximum, and the overlapping area decreases in proportion to the amount of positional deviation. Further, when the number of lines is large, similar changes in the overlapping area are repeated even if the amount of positional deviation exceeds ±P. By the way, when an accelerated electron beam bombards a metal target, the electrons emit part of their kinetic energy as X-rays as they decelerate due to collision with the target nucleus. The amount (intensity) of this X-ray generated varies depending on the electron energy, the atomic number Z of the target metal, and its thickness, but in general, Z
The larger the value, the greater the amount of X-rays generated. Therefore, the wafer 5 is made of Si, and the mark 22 is made of Ta, W.
When using heavy metals such as Mo, the electron beam
The amount of X-rays generated is different when irradiating the mark 22 and when the mark 22 is irradiated, and the amount of X-rays generated from the mark 22 is much larger than the amount of X-rays generated from the wafer 5. Therefore, the relationship between the X-ray output obtained from the X-ray detector 23 installed below the wafer 5 and the positional deviation amount is as shown in FIG.
By detecting the X-ray signal from this, the amount of positional deviation can be detected. For alignment, a deflection magnetic field is applied in the alignment direction by the deflection coil 13 and the coil power source 16, and the electron beam is
This is achieved by deflecting by the amount of positional deviation obtained by line signal detection. Instead of deflecting the electron beam, it is also possible to align the sample stage 14 by using the drive mechanism 15 and drive power source 17 to move the sample stage 14 by the amount of positional deviation.

ところで、このような位置合わせ方法において
は、高い精度を得るのにS/Nの良い検出信号が
必要となるため、次のような方法が採用されてい
る。すなわち、前記偏向コイル13に交流成分を
含む電流を流すことにより、電子ビームを交流的
に偏向する(AC)偏向する。この電子ビームの
変調信号を用いて出力信号の同期検波(Lockin
検波、位相検波PSD)処理を行う。このときの
交流波形としてsin波を選び、かつ振幅(実際に
はビーム走査幅)を前記ラインの半ピツチ長(=
P)にすると、信号処理後の出力は第6図に示す
ような出力特性となる。すなわち、基本波周波数
成分PSD(1)は第6図a、第2高調波成分PSD
(2)は第6図bに示す如くなる。そして、これ
らの2つの信号を用いることにより−Pから+P
までの位置検出が可能となる。例えば、位置ずれ
量がx1(−P<x1<P)であつたとすると、この
ときPSD(1)の出力はy1となり、位置ずれ量は
x1若しくはx2として検出される。一方、PSD
(2)の出力はy2となるので、x1とx2との判別が
可能となる。これは、−Pから+Pまでの位置ず
れに対しても同様に検出が可能であるので、
PSD(1),PSD(2)の両方の出力を調べること
により−Pから+Pまでの位置検出が可能とな
る。そこで、PSD(1)の出力が中央の零を示す
ように位置補正することにより位置合わせが行わ
れる。
By the way, in such a positioning method, since a detection signal with a good S/N ratio is required to obtain high accuracy, the following method is adopted. That is, by passing a current containing an alternating current component through the deflection coil 13, the electron beam is deflected in an alternating current (AC) manner. This electron beam modulation signal is used to perform synchronous detection (Lockin detection) of the output signal.
Performs wave detection, phase detection PSD) processing. At this time, a sine wave is selected as the AC waveform, and the amplitude (actually the beam scanning width) is set to the half pitch length of the line (=
P), the output after signal processing has output characteristics as shown in FIG. In other words, the fundamental frequency component PSD (1) is the second harmonic component PSD (a) in Figure 6a.
(2) is as shown in FIG. 6b. Then, by using these two signals, -P to +P
It is possible to detect the position up to For example, if the amount of positional deviation is x 1 (-P < x 1 < P), then the output of PSD (1) is y 1 , and the amount of positional deviation is
Detected as x 1 or x 2 . On the other hand, PSD
Since the output of (2) is y 2 , it is possible to distinguish between x 1 and x 2 . This can be similarly detected for positional deviations from -P to +P, so
By checking the outputs of both PSD(1) and PSD(2), position detection from -P to +P becomes possible. Therefore, alignment is performed by correcting the position so that the output of PSD (1) indicates zero at the center.

しかしながら、この種の方法にあつては、次の
ような問題があつた。すなわち、前記ラインの数
が多い場合には−Pから+Pまでの検出範囲を越
えた場合にも、±P以内のPSD(1),PSD(2)
の曲線と殆ど同じ曲線が繰り返されるため、例え
ば始めの位置が±Pを越えた位置にあつた場合、
ピツチの整数倍ずれた位置に位置補正されてしま
い、それが正しい位置(中央の零点位置)にある
かどうかの判定ができないという問題である。こ
のため、試料とマスクとのプリアライメントで決
まる位置が±Pを越えていたときには誤つた位置
に位置補正されてしまう。また、最近では超精密
位置合わせを達成するため、粗いマークパターン
を使用するCOARSEアライメントと微細パター
ンを使用するFINEアライメントとの2段階のア
ライメントからなるCOARSE/FINEアライメン
ト等も行われているが、この場合もCOARSEの
アライメントでFINEのパターンのピツチ幅以内
に確実に位置合わせされない場合には同様の問題
が生じる。
However, this type of method has the following problems. In other words, if the number of lines is large, even if the detection range from -P to +P is exceeded, PSD(1), PSD(2) within ±P
Since almost the same curve as the curve is repeated, for example, if the starting position is beyond ±P,
The problem is that the position is corrected to a position that is shifted by an integral multiple of the pitch, and it is impossible to determine whether it is at the correct position (center zero position). Therefore, if the position determined by pre-alignment between the sample and the mask exceeds ±P, the position will be corrected to an incorrect position. Recently, in order to achieve ultra-precise alignment, COARSE/FINE alignment, which consists of two stages of alignment, COARSE alignment using a coarse mark pattern and FINE alignment using a fine pattern, has been performed. A similar problem occurs if COARSE alignment does not ensure alignment within the pitch width of the FINE pattern.

このように1ピツチ以上ずれているかどうかを
転写を行う前に確認する方法はなく、その位置で
転写・現像を行つた後でなくては確認できない。
このため、試料とマスクとのプリアライメント或
いはCOARSEアライメントで確実に±P以内入
らなくては試料に誤つた位置に転写されることが
生じるため、生産性が低下する。しかも、このよ
うな装置における試料の処理数は1時間当り数10
枚と多くプリアライメント或いはCOARSEアラ
イメントで±Pを越えることが突発的に発生する
ことは無視できない。さらに、長時間使用により
プリアライメント機構に何らかのトラブルが生
じ、±P以内の精度が保証できなくなつた場合、
上記理由により不良品の数を大幅に増加させ、生
産性の著しい低下を招くことになる。このような
生産性の低下は量産型半導体製造装置においては
重大な問題である。
There is no way to check whether there is a deviation of one pitch or more before transferring, and it can only be confirmed after transferring and developing at that position.
For this reason, unless the pre-alignment or COARSE alignment between the sample and the mask is performed to ensure that the alignment is within ±P, the image may be transferred to the wrong position on the sample, resulting in a decrease in productivity. Moreover, the number of samples processed in such a device is several tens per hour.
It cannot be ignored that in many cases pre-alignment or COARSE alignment suddenly exceeds ±P. Furthermore, if some trouble occurs in the pre-alignment mechanism due to long-term use and accuracy within ±P cannot be guaranteed,
For the above reasons, the number of defective products increases significantly, leading to a significant decrease in productivity. Such a decrease in productivity is a serious problem in mass-produced semiconductor manufacturing equipment.

[発明の目的] 本発明の目的は、同期検波法を利用した光電マ
スク等の第1の部材とウエハ等の第2の部材との
相対的な位置合わせを高精度に行うことができ、
かつ位置検出範囲を越えて誤つた位置に位置合わ
せされたか否かの判定を行い得、電子ビーム転写
装置の転写スループツト向上等に寄与し得る位置
合わせ方法を提供することにある。
[Object of the Invention] An object of the present invention is to be able to perform relative positioning of a first member such as a photoelectric mask and a second member such as a wafer with high precision using a synchronous detection method;
It is also an object of the present invention to provide a positioning method that can determine whether or not the position has been erroneously aligned beyond the position detection range, and that can contribute to improving the transfer throughput of an electron beam transfer device.

[発明の概要] 本発明の骨子は、光電マスク及びウエハ(又は
試料台)に形成する位置合わせ用マークのパター
ン形状を改良し、検出範囲外での誤つた位置合わ
せか否かの判定を可能とすることにある。
[Summary of the invention] The gist of the present invention is to improve the pattern shape of alignment marks formed on a photoelectric mask and a wafer (or sample stage), and to make it possible to determine whether or not there is incorrect alignment outside the detection range. It is to do so.

前記第6図a,bに示す如く同期検波による
PSD出力が±Pの範囲内とこれを越える範囲と
で同様になるのは、前記マークとしての等しい幅
のラインを等ピツチで配列しているからである。
したがつて、ラインの配列を異なるピツチで行う
ことにより、同一波形の繰り返しが避けられると
考えられる。すなわち、上記ピツチを異ならせる
と、光電マスクと試料との相対位置が、検出範囲
内にあるときと検出範囲外にあるときでは、同期
検波出力特性のピーク地が大きく異なる。このた
め、位置補正されたときの第2高調波成分と予め
設定した基準値との比較により、検出範囲を越え
て誤つた位置に位置合わせされたか否かの判定を
行うことが可能となる。
By synchronous detection as shown in Figure 6a and b above.
The reason why the PSD output is the same in the range of ±P and in the range exceeding this is because the lines of equal width as the marks are arranged at equal pitches.
Therefore, it is thought that repeating the same waveform can be avoided by arranging the lines at different pitches. That is, when the above-mentioned pitch is varied, the peak location of the synchronous detection output characteristic differs greatly between when the relative position of the photoelectric mask and the sample is within the detection range and when it is outside the detection range. Therefore, by comparing the second harmonic component when the position has been corrected with a preset reference value, it is possible to determine whether or not the detection range has been exceeded and alignment has been made to an erroneous position.

本発明はこのような点に着目し、パターン転写
用の光電マスク等からなる第1の部材上に第1の
位置合わせ用マークを設けると共に、電子ビーム
転写に供されるウエハ等からなる第2の部材上に
電子ビーム照射によりX線等のビームを放出する
第2の位置合わせ用マークを設け、第1のマーク
に光を照射し該マークから放出されたビームを第
2の部材上に照射すると共に、該ビームを一定振
幅の交流波によりAC偏向し、このとき第2のマ
ークから放出されるビームを検出してその検出信
号を同期検波しその基本波成分及び第2高調波成
分を求め、これらの各成分から予め定めた関係に
より上記各部材間の相対位置ずれ量を求め、この
ずれ量に応じて上記各部材間の相対位置を補正す
る位置合わせ方法において、上記各マークをそれ
ぞれ複数のラインで形成し、かつこれらのライン
を異なる間隔で配置するようにした方法である。
The present invention focuses on such points, and provides a first alignment mark on a first member such as a photoelectric mask for pattern transfer, and a second member such as a wafer used for electron beam transfer. A second alignment mark is provided on the member to emit a beam such as an X-ray by electron beam irradiation, the first mark is irradiated with light, and the beam emitted from the mark is irradiated onto the second member. At the same time, the beam is AC-deflected by an alternating current wave of constant amplitude, the beam emitted from the second mark is detected at this time, and the detected signal is synchronously detected to obtain its fundamental wave component and second harmonic component. , in an alignment method in which the amount of relative positional deviation between the above-mentioned members is determined based on a predetermined relationship from each of these components, and the relative position between the above-mentioned members is corrected according to this amount of deviation, each of the above-mentioned marks is set in plural numbers. This is a method in which the lines are formed and these lines are arranged at different intervals.

[発明の効果] 本発明によれば、同期検波法を利用した光電マ
スクとウエハとの位置合わせにおいて、プリアラ
イメント等の精密位置合わせ以前の位置合わせ
で、精密位置合わせの検出範囲を越えて誤つた位
置に位置合わせされたとしても、転写を行う前に
それを検知することができる。したがつて、プリ
アライメントで誤つた位置に位置合わせされて転
写されることを未然に防止することが可能とな
り、電子ビーム転写装置のスループツトは大幅に
向上する。また、プリアライメント機構或いは搬
送機構等に異常があつても、速やかにその異常を
検知できるので、ウエハに転写する前に転写装置
の運転を止めることができる。このため、生産性
の急激な低下をまぬがれるだけでなく、装置の立
上げに要する時間を短縮することも可能となり、
さらにメインテナンスの点でも大きな効果を得る
ことができる。
[Effects of the Invention] According to the present invention, when aligning a photoelectric mask and a wafer using a synchronous detection method, errors may occur in alignment prior to precision alignment such as pre-alignment, exceeding the detection range of precision alignment. Even if the image is aligned in the wrong position, it can be detected before the transfer is performed. Therefore, it is possible to prevent the image from being transferred at an incorrect position during pre-alignment, and the throughput of the electron beam transfer apparatus is greatly improved. Further, even if there is an abnormality in the pre-alignment mechanism or the transport mechanism, the abnormality can be quickly detected, so the operation of the transfer apparatus can be stopped before transferring to the wafer. This not only avoids a sudden drop in productivity, but also reduces the time required to start up the equipment.
Furthermore, significant effects can be obtained in terms of maintenance.

[発明の実施例] 以下、本発明の詳細を実施例によつて説明す
る。第7図は上記実施例に用いた位置合わせ用マ
ークのパターン形状を示す平面図である。
[Examples of the Invention] The details of the present invention will be explained below with reference to Examples. FIG. 7 is a plan view showing the pattern shape of the alignment mark used in the above embodiment.

本実施例では、電子ビーム転写装置として前記
第1図に示す如き構成のものを用い、位置合わせ
用マークとして次の如きものを用いた。すなわ
ち、光電マスク(第1の部材)3上に形成する第
1の位置合わせマーク21は第7図に示す如く多
数のラインからなりそのラインの幅は全て10
[μm]と等しくなつている。そして、隣り合うラ
インの間隔は異なり、この例ではその間隔は10
[μm],15[μm],20[μm],10[μm],15[μm
],
20[μm],…としている。また、上記マークに対
応するウエハ(第2の部材)5上の第2の位置合
わせ用マークパターンの形状もこれと同一形状と
する。
In this embodiment, an electron beam transfer device having the configuration shown in FIG. 1 was used, and the following alignment marks were used. That is, the first alignment mark 21 formed on the photoelectric mask (first member) 3 is composed of a large number of lines as shown in FIG. 7, and the width of all the lines is 10.
It is equal to [μm]. And the spacing between adjacent lines is different, in this example the spacing is 10
[μm], 15 [μm], 20 [μm], 10 [μm], 15 [μm]
]、
20 [μm],... Further, the shape of the second alignment mark pattern on the wafer (second member) 5 corresponding to the above mark is also the same shape.

このようなパターン形状をもつマークを用い、
マスク・ウエハを重ね合わせたときに応じる位置
ずれ量と重なる面積との関係を第8図によつて示
す。この図はウエハ状のマーク31及び位置合わ
せ用電子ビーム32の断面を示したものであり、
第8図a,b,c,dは位置ずれ量が0[μm],
10[μm],20[μm],30[μm]の時のものである。
第9図はその重なる面積の特性を示したものであ
り、その時に検出器から得られるX線の出力特性
も第9図と同様な形となる。なお、上記第1のマ
ークのラインはCr等の薄膜で形成され、第2の
マークのラインはTaやW等の重金属で形成され
ている。
Using a mark with such a pattern shape,
FIG. 8 shows the relationship between the amount of positional deviation and the overlapping area when the mask and wafer are overlapped. This figure shows a cross section of the wafer-shaped mark 31 and the alignment electron beam 32.
In Fig. 8 a, b, c, and d, the positional deviation amount is 0 [μm],
These are the values at 10 [μm], 20 [μm], and 30 [μm].
FIG. 9 shows the characteristics of the overlapping area, and the output characteristics of the X-rays obtained from the detector at that time also have a shape similar to that shown in FIG. Note that the first mark line is formed of a thin film such as Cr, and the second mark line is formed of a heavy metal such as Ta or W.

次に、実際の位置合わせの方法について説明す
る。まず、転写の時と同様に光電マスク3で電子
ビームを発生させ、磁界及び電界の印加によりビ
ームをウエハ5上に集束させる。光電マスク3上
の第1のマーク21から発生した位置合わせ用電
子ビームはウエハ5上の第2の位置合わせマーク
22上に集束され、その時にマーク22から発生
するX線の量はマーク21,22の重なりで決ま
るため、上記マーク21,22を用いた時のX線
の出力特性は前記第9図に示す如くなる。そこで
前に述べたように偏向コイル13に交流成分を含
む電流を流すことによりAC偏向磁場を与え電子
ビームを変調する。この電子ビームの変調信号を
用いて出力信号の同期検波処理を行う。すなわ
ち、変調した出力信号から変調周波数成分を抽出
して、その基本波成分及び第2高調波成分を求め
る(これをPSD出力とする)。この際、変調波形
としてsin波を選び、かつ振幅(ビーム偏向幅)
をピツチの1/2、つまり10[μm]としておくと、
同期検波後の出力特性は基本波成分PSD(1)が
第10図a、第2高調波成分が同図bに示す如く
なる。ここで、±10[μm]以内の範囲に着目すれ
ば、従来の位置検出特性と同一形状となり従来の
方法がそのまま適用できる。したがつて、プリア
ライメント或いはCOARSEアライメント後マス
クアライメント位置における位置ずれ量が±10
[μm]以内にある場合には従来通りの位置合わせ
がなされる。本発明ではプリアライメント或いは
COARSEアライメントで±10[μm]を越えた場
合の位置合わせについて問題としており、以下に
その場合の説明をする。
Next, an actual positioning method will be explained. First, as in the case of transfer, an electron beam is generated using the photoelectric mask 3, and the beam is focused onto the wafer 5 by applying a magnetic field and an electric field. The alignment electron beam generated from the first mark 21 on the photoelectric mask 3 is focused onto the second alignment mark 22 on the wafer 5, and the amount of X-rays generated from the mark 22 at that time is 22, the X-ray output characteristics when the marks 21 and 22 are used are as shown in FIG. 9. Therefore, as described above, by passing a current containing an AC component through the deflection coil 13, an AC deflection magnetic field is applied and the electron beam is modulated. Using this electron beam modulation signal, the output signal is subjected to synchronous detection processing. That is, the modulated frequency component is extracted from the modulated output signal, and its fundamental wave component and second harmonic component are determined (this is set as the PSD output). At this time, select a sine wave as the modulation waveform, and set the amplitude (beam deflection width)
If we set 1/2 of the pitch, that is, 10 [μm], then
The output characteristics after synchronous detection are as shown in FIG. 10a for the fundamental wave component PSD(1) and as shown in FIG. 10b for the second harmonic component. Here, if we focus on the range within ±10 [μm], the shape is the same as the conventional position detection characteristic, and the conventional method can be applied as is. Therefore, the amount of positional deviation at the mask alignment position after pre-alignment or COARSE alignment is ±10
If it is within [μm], conventional alignment is performed. In the present invention, pre-alignment or
There is a problem with alignment when COARSE alignment exceeds ±10 [μm], and the following is an explanation of this case.

今、例えば20[μm]程度ずれてプリアライメン
トがされ、試料がマスクアライメント位置に送ら
れたとする。このときに上記同期検波法による出
力特性の基本周波数成分(第10図a)の出力が
零点に近づくように位置補正がされると、正規の
位置(位置ずれ零の位置)から約25[μm]ずれた
位置に位置合わせされる。このときの2倍の周波
数成分である第10図bの出力は正規の位置の場
合の出力αに比べて50[%]程度大きい値βを示
す。そこで、このαとβとの間に判定基準となる
γの値を予め設定しておき、2倍の周波数成分の
出力がγより小さければ位置合わせ完了の信号を
与え、γより大きければプリアライメント不良の
信号を与えるようにする。ここで、プリアライメ
ントにおけるずれ量は今、20[μm]程度とした
が、この量が±10[μm]を越え、65[μm]までず
れてから位置合わせされた場合についても、同様
に2倍の周波数成分はγより小さいβ値を示す。
このため、±65[μm]の範囲でプリアライメント
の良・不良が判定できることになる。
Now, suppose that pre-alignment is performed with a deviation of about 20 μm, for example, and the sample is sent to the mask alignment position. At this time, if the position is corrected so that the output of the fundamental frequency component (Figure 10a) of the output characteristic by the above-mentioned synchronous detection method approaches the zero point, it will be approximately 25 μm from the normal position (position of zero position deviation). ] Aligned to a misaligned position. The output of FIG. 10b, which is twice the frequency component at this time, exhibits a value β that is about 50% larger than the output α in the case of the normal position. Therefore, the value of γ, which serves as a judgment standard, is set in advance between α and β, and if the output of the double frequency component is smaller than γ, a signal indicating completion of alignment is given, and if it is larger than γ, pre-alignment is performed. Make sure to give a bad signal. Here, the amount of deviation in pre-alignment is now about 20 [μm], but if this amount exceeds ±10 [μm] and alignment is performed after the deviation is up to 65 [μm], the same applies to Double frequency components exhibit β values smaller than γ.
Therefore, it is possible to determine whether the prealignment is good or bad within the range of ±65 [μm].

なお、プリアライメント不良の場合のシーケン
スとしては第11図に示すような流れが考えられ
る。つまりプリアライメント不良の信号が与えら
れた時、試料は転写されることなく、プリアライ
メント機構に送られる。そこで、再度プリアライ
メントが行われ、また、マスクアライメント位置
に送られる。そこでまた、同様の位置検出及び位
置合わせを行い、位置合わせが完了の信号が出る
までこの操作を繰り返す。この間、この繰り辺し
の回数をカウントしておき、予め設定しておいた
回数を越えた場合には異常の信号を与え、位置合
わせの操作を途中で終了する。このようにするこ
とにより、例えプリアライメント機構や搬送機構
等に異常が発生しても上記操作が長時間行われる
ことを防ぐことができる。また、COARSEのア
ライメントの場合においても同様であるが、この
場合は前記プリアライメントのところが
COARSEアライメントに代るだけである。
Note that the sequence shown in FIG. 11 can be considered as a sequence in the case of prealignment failure. In other words, when a prealignment failure signal is given, the sample is sent to the prealignment mechanism without being transferred. Therefore, pre-alignment is performed again, and the mask is sent to the mask alignment position again. Then, similar position detection and alignment are performed again, and these operations are repeated until a signal indicating that alignment is complete is output. During this time, the number of times this rotation is performed is counted, and if the number exceeds a preset number, an abnormality signal is given and the positioning operation is terminated midway. By doing so, even if an abnormality occurs in the pre-alignment mechanism, transport mechanism, etc., it is possible to prevent the above-mentioned operation from being performed for a long time. The same applies to COARSE alignment, but in this case the pre-alignment
It only replaces COARSE alignment.

かくして本実施例方法によれば、プリアライメ
ント或いはCOARSEアライメントにおいて最大
±65[μm]までの位置ずれを許容できることにな
り、誤つた位置で位置合わせされる確率は極めて
小さくなる。したがつて、装置のスループツトは
向上し、プリアライメント機構或いは搬送機構に
異常があつても、速やかにその異常を検知するこ
とができ、誤つて転写する試料の個数を最小限に
おさえ、スループツトの急激な低下をまぬがれる
だけでなく、装置の立ち上げに要する時間を短縮
することができ、メンテナンスの上でも大きな効
果を得ることができる。
Thus, according to the method of this embodiment, a positional deviation of up to ±65 [μm] can be tolerated in pre-alignment or COARSE alignment, and the probability of alignment at an incorrect position is extremely small. Therefore, the throughput of the device is improved, and even if there is an abnormality in the pre-alignment mechanism or transport mechanism, the abnormality can be quickly detected, the number of samples transferred by mistake can be minimized, and the throughput can be improved. Not only can rapid deterioration be avoided, but the time required to start up the device can be shortened, and a great effect can be obtained in terms of maintenance.

なお、本発明は上述した実施例に限定されるも
のではない。前記実施例ではラインの間隔を10
[μm],15[μm],20[μm],10[μm],15[μm
],
20[μm]…としたために、プリアライメント或い
はCOARSEアライメント後の許容範囲は±65
[μm]以内となつたが、この間隔を変えることに
より許容範囲をさらに拡げることも可能である。
例えば、間隔が10[μm],12[μm],14[μm],16
[μm],18[μm],20[μm],10[μm],…等でも

く、本発明では上記間隔に限定するものではな
く、その効果が得られるものであればよい。ま
た、ラインの幅等についても同様に偏向可能であ
る。さらに、ビームの偏向振幅も適宜偏向可能で
ある。また、前記第2のマークを形成する部材は
TaやWに限るものではなく、電子ビーム照射に
よりX線を放出するものであればよい。要するに
本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変
形して実施することができる。
Note that the present invention is not limited to the embodiments described above. In the above example, the line spacing is 10
[μm], 15 [μm], 20 [μm], 10 [μm], 15 [μm]
]、
Since it is 20 [μm]..., the tolerance range after pre-alignment or COARSE alignment is ±65
Although it is within [μm], it is possible to further widen the allowable range by changing this interval.
For example, the spacing is 10 [μm], 12 [μm], 14 [μm], 16
The spacing may be [μm], 18 [μm], 20 [μm], 10 [μm], etc., and the present invention is not limited to the above-mentioned spacing, and any spacing that can obtain the effect may be used. Further, the width of the line, etc. can be similarly deflected. Furthermore, the deflection amplitude of the beam can also be deflected as appropriate. Further, the member forming the second mark is
The material is not limited to Ta or W, but any material that emits X-rays by electron beam irradiation may be used. In short, the present invention can be implemented with various modifications without departing from the gist thereof.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図及至第6図は従来の位置合わせ方法を説
明するためのもので第1図は光電面マスク形電子
ビーム転写装置を示す概略構成図、第2図は位置
合わせのための基本原理図、第3図は従来用いら
れていた位置合わせ用マークパターンを示す平面
図、第4図は位置ずれ量に対するマーク重なり面
積の変化を示す特性図、第5図は位置ずれ量に対
するX線出力の変化を示す特性図、第6図は第3
図のマークを用いたときの同期検波後の信号の出
力特性を示す特性図、第7図及至第11図は本発
明の一実施例を説明するためのもので第7図は第
1及び第2のマークのパターン形状を示す平面
図、第8図はマスクとウエハとの重なり状態を示
す模式図、第9図は位置ずれ量に対するX線出力
の変化を示す特性図、第10図は第9図のX線出
力を同期検波したPSD出力特性を示す特性図、
第11図は上記実施例における位置合わせのシー
ケンスを概略を示す流れ作業図である。 1……真空室、2……真空ポンプ、3……光電
マスク、4……レジスト、5……ウエハ、6……
透明板、7……光源、8……集束コイル、9……
直流電源、10……シヤツタ、11……シヤツタ
駆動系、12……集束コイル電源、13……偏向
コイル、14……試料台、15……駆動機構、1
6……偏向コイル電源、17……駆動電源、21
……第1の位置合わせマーク、22……第2の位
置合わせマーク、23……X線検出器。
Figures 1 to 6 are for explaining the conventional alignment method. Figure 1 is a schematic configuration diagram showing a photocathode mask type electron beam transfer device, and Figure 2 is a diagram of the basic principle for alignment. , Fig. 3 is a plan view showing a conventional alignment mark pattern, Fig. 4 is a characteristic diagram showing the change in mark overlap area with respect to the amount of positional deviation, and Fig. 5 is a diagram showing the change in the mark overlap area with respect to the amount of positional deviation. Characteristic diagram showing changes, Figure 6 is the 3rd
Characteristic diagrams showing the output characteristics of the signal after synchronous detection when the marks in the figure are used, FIGS. 7 to 11 are for explaining one embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a schematic diagram showing the overlapping state of the mask and wafer, FIG. 9 is a characteristic diagram showing the change in X-ray output with respect to the amount of positional deviation, and FIG. A characteristic diagram showing the PSD output characteristics obtained by synchronously detecting the X-ray output in Figure 9.
FIG. 11 is a flowchart schematically showing the alignment sequence in the above embodiment. 1... Vacuum chamber, 2... Vacuum pump, 3... Photoelectric mask, 4... Resist, 5... Wafer, 6...
Transparent plate, 7... Light source, 8... Focusing coil, 9...
DC power supply, 10... Shutter, 11... Shutter drive system, 12... Focusing coil power supply, 13... Deflection coil, 14... Sample stage, 15... Drive mechanism, 1
6... Deflection coil power supply, 17... Drive power supply, 21
...first alignment mark, 22...second alignment mark, 23...X-ray detector.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 第1の部材上に第1の位置合わせ用マークを
設けると共に、第1の部材と対向的に配置される
第2の部材上に第2の位置合わせ用マークを設
け、上記第1のマークに光を照射し該マークから
放出されたビームを第2の部材上に照射すると共
に、該ビームを一定振幅の交流波により偏向し、
このとき第2のマークから放出されるビームを検
出してその検出信号を同期検波しその基本波成分
及び第2高調波成分を求め、これらの各成分から
予め定めた関係により上記各部材間の相対位置ず
れ量を求め、このずれ量に応じて上記各部材間の
相対位置を補正する位置合わせ方法において、前
記各マークをそれぞれ複数のラインで形成すると
共に、これらのラインを異なる間隔で配置し、か
つ各マークを同じパターンに形成したことを特徴
とする位置合わせ方法。 2 前記一定振幅の交流波としてsin波を用いた
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の位
置合わせ方法。
[Claims] 1. A first positioning mark is provided on a first member, and a second positioning mark is provided on a second member disposed opposite to the first member. , irradiating the first mark with light and irradiating the beam emitted from the mark onto the second member, and deflecting the beam with an alternating current wave of constant amplitude;
At this time, the beam emitted from the second mark is detected, the detected signal is synchronously detected, its fundamental wave component and second harmonic component are obtained, and the relationship between the above-mentioned members is determined based on a predetermined relationship from each of these components. In the positioning method of determining the amount of relative positional deviation and correcting the relative position between the respective members according to this amount of deviation, each mark is formed by a plurality of lines, and these lines are arranged at different intervals. , and each mark is formed in the same pattern. 2. The alignment method according to claim 1, wherein a sine wave is used as the constant amplitude alternating current wave.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5396676A (en) * 1977-02-03 1978-08-24 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Method and apparatus for positioning by electron beam exposure
JPS5698830A (en) * 1979-12-18 1981-08-08 Philips Nv Method of manufacturing microminiature solidstate device

Patent Citations (2)

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