JPH0613300A - 荷電粒子線露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速且つ高精度にアライメントを行う。 【構成】 スリットパターンが不等間隔に配列されたア
ライメントマーク２５の上を同一形状の計測用パターン
の投影像２１ＰでＹ方向に走査する。投影像２１Ｐとア
ライメントマーク２５とが全部合致したときに検出信号
Ｓ１は最大になり、投影像２１Ｐとアライメントマーク
２５とが一部重なっただけでは検出信号Ｓ１のレベルは
小さいため、高速に且つ高いＳＮ比でアライメントマー
クの検出ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばターゲットのア
ライメント機構を備えた荷電粒子線露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体素子等の微細パターンを高
速にウエハ上に描画するために電子線露光装置が使用さ
れている。斯かる電子線露光装置は、可変成形ビームに
よる描画又は所定の回路パターンの一括露光による描画
等を行いながらウエハ上に所望の回路パターンを露光す
るものである。また、半導体素子は一般に多数層の回路
パターンから構成されるものであるため、ウエハに対し
て回路パターンの露光を行う際にも第１層から何層にも
亘って露光が行われる。

【０００３】例えばウエハ上の第１層の回路パターン上
に第２層の回路パターンを露光する場合には、その第１
層の回路パターンとこれから露光する第２層の回路パタ
ーンとの位置合わせ（アライメント）を正確に行う必要
がある。そのため、従来の電子線露光装置にはウエハの
位置合わせを行うためのアライメント機構が備えられて
いる。

【０００４】従来のアライメント機構を備えた露光装置
では、先ず１層目の露光でウエハ上に所定の間隔で例え
ばスリット状のアライメントマークが描画される。アラ
イメントマークはＸ方向用及びＹ方向用の２種類が描画
される。次にそのウエハに現像等の処理を施すことによ
り、そのアライメントマークがウエハ上に残される。そ
して、ウエハに対する２層目の露光を行う際には、細く
絞った電子ビームでそのアライメントマークを複数回走
査して反射電子を検出することにより、そのアライメン
トマークが検出される。その際に、複数回の走査で得ら
れた信号を加算して平均化処理等を施すことにより、検
出信号のＳＮ比を向上させて、アライメントマークの検
出精度を向上させていた。

【０００５】このようにしてウエハ上の全てのアライメ
ントマークの位置を検出した後に、各アライメントマー
クが決められた座標に来るようにウエハを位置決めしな
がら、そのウエハ上に２層目の露光を行うことにより、
１層目の回路パターンと２層目の回路パターンとの重ね
合わせ精度が高精度に維持される。また、ウエハの位置
決め方式としては、ステップアンドリピート方式又は連
続移動方式の何れの方式も使用される。

【０００６】また、可変成形ビームを用いて描画する機
構を備えた露光装置では、スポット状に絞ったビームの
代わりに、アライメントマークの長手方向に長辺を持つ
断面が長方形のビームを用いることによって、検出信号
のＳＮ比を向上させる試みも行われている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そのような従来のアラ
イメント機構を備えた露光装置においては、ウエハのア
ライメントマーク上を検出用の電子ビームで一回走査し
て得られる検出信号のＳＮ比は小さい。そのため従来
は、ＳＮ比を向上させて高精度にアライメントマークを
検出するために、アライメントマーク上で電子ビームを
１０数回〜数１０回走査した後、各走査で得られた検出
信号を加算して平均化処理等を施していたが、これでは
アライメントに要する時間が長くなる不都合があった。

【０００８】特に、近時は所定のパターンの転写による
描画と可変成形ビームによる描画とを選択して描画する
露光装置又は一括縮小転写を行う露光装置のように描画
時間又は転写時間が短い露光装置が使用されるようにな
っている。このような露光装置では、アライメントマー
クを検出して位置合わせを行うアライメントに要する時
間が相対的に大きくなり、このアライメント時間を短く
することが強く要求されている。本発明は斯かる点に鑑
み、高速且つ高精度にアライメントを行うことができる
荷電粒子線露光装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による荷電粒子線
露光装置は、例えば図１及び図２に示す如く、荷電粒子
線を発生する荷電粒子線源（１）と、ターゲット（１
５）が載置されると共にこのターゲットを位置決めする
試料台（１６）と、複数本のスリット状開口を配設して
なる計測用開口パターン（２１，２２）と転写用の開口
パターン（２３−２，２３−３，‥‥）とが配列された
荷電粒子線透過マスク（９）と、その発生された荷電粒
子線をその計測用開口パターン又はその転写用の開口パ
ターン上に導く第１の手段（５ａ，５ｂ）と、その荷電
粒子線透過マスク（９）を透過した荷電粒子線をターゲ
ット（１５）上で走査又は位置決めする第２の手段（１
２，１３）と、そのターゲット（１５）からの荷電粒子
線を検出する検出手段（１７）とを有し、そのターゲッ
ト（１５）上のアライメントマーク上でその計測用開口
パターン（２１，２２）の像を走査してそのターゲット
（１５）の位置検出を行うようにしたものである。

【００１０】

【作用】斯かる本発明によれば、ターゲット（１５）の
第１層目への露光の際に、その計測用開口パターン（２
１，２２）を転写することによりターゲット（１５）上
にアライメントマークが形成される。そして、ターゲッ
ト（１５）の第２層目への露光の際に、そのアライメン
トマーク上をその計測用開口パターン（２１，２２）の
投影像で１回又は小数回走査すると、そのアライメント
マークとその投影像とが合致したときにその検出手段
（１７）の検出信号が最大になることから、そのアライ
メントマークを高速に検出することができる。この検出
結果よりターゲット（１５）のアライメントを行うこと
ができる。

【００１１】この際に、その計測用開口パターン（２
１，２２）は複数本のスリット状開口を配設したもので
あるため、そのアライメントマークと計測用開口パター
ン（２１，２２）の像とが一部重なったときのその検出
手段（１７）の検出信号のレベルとそれらが完全に重な
ったときのその検出信号のレベルとの差は大きく、それ
らが完全に重なった状態を高いＳＮ比で検出することが
できる。従って、従来よりも少ない走査回数で従来と同
程度のＳＮ比の検出信号を得ることができ、高速且つ高
精度にアライメントを行うことができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明による荷電粒子線露光装置の一
実施例につき図面を参照して説明する。本例は、荷電粒
子線として電子線を使用して、縮小転写による描画と可
変成形ビームによる描画とを切り換えて描画する露光装
置に本発明を適用したものである。

【００１３】図１は本例の電子線露光装置の構成を示
し、この図１において、１は電子銃である。この電子銃
１から順にブランキング用の偏向器２、コンデンサーレ
ンズ３、第１成形開口板４、セル選択用の上段の偏向器
５ａ、第１成形レンズ６、セル選択用の下段の偏向器５
ｂ及び第２成形開口板７を配置する。第１成形開口板４
の光軸ＡＸを含む中央部には正方形の１個の開口パター
ンを形成する。第２成形開口板７の下に、可変成形用の
上段の偏向器１０ａ、第２成形レンズ８、可変成形用の
下段の偏向器１０ｂ及びステンシルマスク９を配置す
る。第２成形レンズ８により第２成形開口板７の開口パ
ターンの像をステンシルマスク９上に結像する。即ち、
第２成形開口板７の配置面とステンシルマスク９の配置
面とは共役である。

【００１４】このステンシルマスク９の下側に順に、縮
小レンズ１１、上段の副偏向器１２ａ及び下段の副偏向
器１２ｂよりなる副偏向器１２、主偏向器１３、対物レ
ンズ１４及びターゲットとしてのウエハ１５を配置す
る。ウエハ１５を試料台１６上に載置し、試料台１６は
光軸ＡＸに垂直な平面内でウエハ１５を位置決めすると
共に、計測センサを用いて常時ウエハ１５の座標を計測
する。また、そのウエハ１５の上方にウエハ１５からの
反射電子を検出する反射電子検出器１７を配置し、反射
電子検出器１７からの検出信号Ｓ１を制御装置１８に供
給する。制御装置１８は装置全体の動作を制御すると共
に、ウエハ１５のアライメント時等には副偏向器１２及
び主偏向器１３を動作させてウエハ１５上で電子線を走
査する。

【００１５】図２（ａ）は第２成形開口板７のパターン
を示し、この図２（ａ）に示すように、第２成形開口板
７のパターン領域を７行×７列の小領域に分割する。そ
して、光軸ＡＸの直下の１個の小領域を除く４８個の小
領域にはそれぞれ比較的大きな矩形又は正方形の開口パ
ターン１９−１，１９−２〜１９−４８を形成する。ま
た、その光軸ＡＸの直下の小領域には、可変成形ビーム
用の正方形の開口パターン２０を形成する。

【００１６】図２（ｂ）はステンシルマスク９のパター
ンを示し、この図２（ｂ）に示すように、ステンシルマ
スク９のパターン領域も７行×７列の小領域に分割す
る。これらステンシルマスク９上の４９個の小領域には
それぞれ図２（ａ）の第２成形開口板７の４９個の小領
域を通過した電子線が１対１で結像される。そして、図
２（ｂ）のステンシルマスク９において、光軸ＡＸの上
の１個の小領域を除く４８個の小領域にはそれぞれ、Ｙ
方向の計測用開口パターン２１、Ｘ方向の計測用開口パ
ターン２２及びメモリセル等の繰り返しの基本となる転
写用パターン２３−２，２３−３〜２３−４８を形成す
る。また、光軸ＡＸ上の１個の小領域上には可変成形ビ
ーム用の正方形の開口パターン２４を形成する。この開
口パターン２４は、第２成形開口板７上の開口パターン
２０に対して共役である。

【００１７】そのＹ方向の計測用開口パターン２１は、
９本のスリット状開口をＹ方向に不等間隔で配列したも
のであり、Ｘ方向の計測用開口パターン２２は、９本の
スリット状開口をＹ方向に垂直なＸ方向に不等間隔で配
列したものである。従って、そのＹ方向の計測用開口パ
ターン２１の電子線による像をウエハ１５上に投影する
と、図３（ａ）に示すように、９本のスリット像２１ａ
Ｐ〜２１ｉＰよりなるＹ方向の計測用パターンの投影像
２１Ｐが投影される。同様に、Ｘ方向の計測用開口パタ
ーン２２の電子線による像をウエハ１５上に投影する
と、図４に示すように、９本のスリット像２２ａＰ〜２
２ｉＰよりなるＸ方向の計測用パターンの投影像２２Ｐ
が投影される。

【００１８】図１の装置の基本的な動作につき説明する
に、電子銃１から放出された電子線は第１成形開口板４
の正方形の開口パターンを一様な強度で照明する。第１
成形開口板４で断面が正方形に整形された電子線は、第
１成形レンズ６を介して第２成形開口板７の一つの開口
パターン上に照射され、この開口パターン上に第１成形
開口板４の開口パターンの像が結像される。この際に、
セル選択用の偏向器５ａ，５ｂに与える電圧を調整する
ことによって第２成形開口板７の開口パターン群の任意
の一つの開口パターンが照明される。

【００１９】その電子線により照明された第２成形開口
板７の開口パターンの像が、第２成形レンズ８によりス
テンシルマスク９の対応する領域上に結像される。ステ
ンシルマスク９を透過した電子線は、縮小レンズ１１及
び対物レンズ１４を介してウエハ１５上に集束され、そ
のステンシルマスク９上の選択されたパターンの縮小像
がウエハ１５上に露光される。この際に、ウエハ１５上
で可変成形ビームによる描画を行うときには、第２成形
開口板７の開口パターン２０及びステンシルマスク９の
開口パターン２４が選択される。更に、偏向器１０ａ及
び１０ｂを動作させてステンシルマスク９上で電子線を
横ずれさせることにより、ウエハ１５上で断面が可変の
矩形の電子ビームによる描画を行うことができる。

【００２０】一方、メモリセル等のパターンを縮小転写
する場合には、ステンシルマスク９上の転写用パターン
２３−２，２３−３〜２３−４８の何れかが選択され、
この選択されたパターンが縮小されてウエハ１５上に露
光される。また、ウエハ１５のアライメントを行う場合
には、ステンシルマスク９上のＹ方向の計測用開口パタ
ーン２１又はＸ方向の計測用開口パターン２２が選択さ
れて、この選択されたパターンの像がウエハ１５上で所
定の方向に走査される。

【００２１】次に、本例でウエハ１５上に例えば２層目
の露光を行う場合のアライメント動作につき説明する。
この場合、図３（ａ）及び図４に示すように、ウエハ１
５上には既に、ステンシルマスク９上のＹ方向の計測用
開口パターン２１の投影像２１Ｐと同一形状のアライメ
ントマーク２５及びＸ方向の計測用開口パターン２２の
投影像２２Ｐと同一形状のアライメントマーク２６が形
成されている。図３（ａ）のアライメントマーク２５は
９本のスリットパターンをＹ方向に不等間隔で配置した
ものであり、図４のアライメントマーク２６は９本のス
リットパターンをＸ方向に不等間隔で配置したものであ
る

【００２２】先ず、図３（ａ）において、ウエハ１５の
Ｙ方向の位置を計測する場合には、Ｙ方向の計測用開口
パターンの投影像２１ＰをＹ方向に走査してそのアライ
メントマーク２５上を横切るようにする。このときに図
１の反射電子検出器１７から得られる検出信号Ｓ１を図
３（ｂ）に示す。この図３（ｂ）に示すように、アライ
メントマーク２５と投影像２１Ｐとが完全に重なったと
きに検出信号Ｓ１は最大になり、アライメントマーク２
５と投影像２１Ｐとが部分的に重なったときには検出信
号Ｐ１のレベルは小さいため、両者は容易に区別でき
る。

【００２３】また、アライメントマークの各スリットパ
ターンの間隔及び投影像２１Ｐの各スリット像の間隔は
それぞれ少しずつ変化させてあるので、２本以上両者が
重なる場合は両者が全部重なる場合のみである。この検
出信号Ｓ１の最大レベルは多くのマークからの信号が加
算されているのでＳＮ比は大きく、投影像２１Ｐを１回
又は小数回だけ走査するだけで十分な精度でアライメン
トマーク２５を検出できる。

【００２４】同様に、ウエハ１５のＸ方向の位置を計測
する場合には、図４に示すように、Ｘ方向の計測用開口
パターンの投影像２２ＰをＸ方向に走査してアライメン
トマーク２６上を横切るようにする。そして、図１の反
射電子検出器１７から得られる検出信号Ｓ１が最大にな
るときが、アライメントマーク２６と投影像２２Ｐとが
完全に重なった場合であり、これによりウエハ１５のＸ
方向の位置を検出することができる。その後に、それら
アライメントマーク２５のＹ座標及びアライメントマー
ク２６のＸ座標を目標座標に設定することによりウエハ
１５の位置決めが行われ、この状態で２層目に対する露
光が行われる。

【００２５】より具体的に、図３（ａ）において、投影
像２１Ｐを構成する９個のスリット像２１ａＰ〜２１ｉ
Ｐの形状をそれぞれ０．２μｍ×５μｍの矩形として、
アライメントマーク２５も投影像２１Ｐと同一形状であ
るとする。この場合、投影像２１Ｐでアライメントマー
ク２５上を走査すると、従来のように０．２μｍ角の電
子ビームでアライメントマーク上を走査した場合と比較
して、ピークの検出信号が２２５（＝９×５／０．２）
倍になり、ＳＮ比が１５倍になる。また、０．２μｍ×
５μｍのビームで走査した場合と比較しても、ピークの
検出信号が９倍になり、ＳＮ比が３倍に向上する。従っ
て従来の方法と比較して１／２２５又は１／９の走査回
数で従来と同じＳＮ比の検出信号を得ることができ、ア
ライメントの時間が大幅に短縮される。

【００２６】次に、ウエハ１５上に多数のアライメント
マークが形成されている場合に、これらアライメントマ
ークを高速に検出する方法について説明する。図５はア
ライメントマークが多数形成されたウエハを示し、この
図５において、アライメントマーク２９−１，２９−
２，‥‥，２９−ｎがウエハ１５上にほぼ等間隔に形成
されている。各アライメントマーク２９−ｉ（ｉ＝１，
‥‥，ｎ）は図３（ａ）のアライメントマーク２５と同
一形状のＹ方向用のマーク２７−ｉ及び図４のアライメ
ントマーク２６と同一形状のＸ方向用のマーク２８−ｉ
より構成されている。これらマーク２７−ｉとマーク２
８−ｉとの間隔は５μｍ程度であり、図１の主偏向器１
３によるウエハ１５上の電子線の主偏向領域は１０００
μｍ角程度である。

【００２７】図１の試料台１６を駆動することにより、
図５に示すように、ウエハ１５を始点３０ａから終点３
０ｂに至る軌跡３０に沿って連続的に移動させる。そし
て、図１の光軸ＡＸ上にウエハ１５の第１のアライメン
トマーク２９−１のマーク２７−１が来たときに、図３
（ａ）の投影像２１ＰをＹ方向に走査し次に図４の投影
像２２ＰをＸ方向に走査して、マーク２７−１及び２８
−１のほぼ大体の位置を測定する。次に、マーク２７−
１のＸ方向の位置と投影像２１ＰのＸ方向の位置とをほ
ぼ一致させて、投影像２１ＰをＹ方向に走査することに
よってマーク２７−１のＹ方向の位置を正確に算出す
る。その後、マーク２８−１のＹ方向の位置と投影像２
２ＰのＹ方向の位置とをほぼ一致させて、投影像２２Ｐ
をＸ方向に走査することによってマーク２８−１のＸ方
向の位置を正確に算出する。以下同様にして、アライメ
ントマーク２９−２〜２９−ｎの位置検出を行う。

【００２８】この場合、マーク２７−１とマーク２８−
１との間隔は５μｍ程度しかなく、主偏向領域である１
０００μｍ角より十分小さい。従って、ウエハ１５上の
視野が１０００μｍ角から次の領域に移る迄にアライメ
ントマーク２９−１に関する走査を完了させればよい。
例えば図１の試料台１６を介してウエハ１５を５０ｍｍ
／ｓｅｃで移動させているとすると、ウエハ１５が１０
００μｍ走るのに、２０ｍｓｅｃの時間があるので、そ
のアライメントマーク２９−１に関する走査はその間に
十分な余裕を持って行うことができる。同様に他のアラ
イメントマークもウエハ１５を連続的に移動している途
中で行うことができる。

【００２９】このように本例では、ウエハ１５を検出対
象のアライメントマークが計測用のビームのほぼ真下に
来るよう連続的に移動させ、丁度アライメントマークと
計測用のビームとが接近している短時間の内に計測用の
ビームの走査を完了させることができる。従って、ウエ
ハ１５を連続移動させた状態でアライメントマークの検
出が行え、より短時間でアライメントができる。

【００３０】なお、本発明は上述実施例に限定されず、
例えば荷電粒子線としてイオンビームを使用するなど、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る
ことは勿論である。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、複数本のスリット状開
口を配設してなる計測用開口パターンの投影像を走査し
てターゲット上のアライメントマークの検出を行うこと
ができるので、アライメントマークを高いＳＮ比で且つ
高速に検出できる。従って、高速且つ高精度にアライメ
ントを行うことができる利点がある。また、短時間でア
ライメントマークの検出が完了するので、長時間荷電粒
子線透過マスクに荷電粒子線ビームを入射させる必要が
なく、そのマスクが必要以上に加熱されることがない。

【００３２】更に、荷電粒子線のビーム電流密度が比較
的小さい一括転写方式の露光装置でも、その計測用開口
パターンの投影像を１回又は小数回走査するだけで高速
にアライメントマークを検出できる。一方、縮小転写と
可変成形ビームとを選択できる露光装置では、従来はア
ライメントマークの検出に必要な時間の割合が大きかっ
たが、本発明によればアライメントマークの検出に必要
な時間を少なくでき、露光作業のスループットを大きく
できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の電子線露光装置を示す縦断
面に沿う端面図である。

【図２】（ａ）は図１の第２成形開口板を示す平面図、
（ｂ）は図１のステンシルマスクを示す平面図である。

【図３】（ａ）はＹ方向のアライメントマークの検出動
作の説明図、（ｂ）はアライメントマークの検出時に得
られる検出信号を示す波形図である。

【図４】Ｘ方向のアライメントマークの検出動作の説明
図である。

【図５】ウエハ上の多数のアライメントマークを検出す
る場合の動作の説明に供するウエハの平面図である。

【符号の説明】

１ 電子銃 ２ ブランキング用の偏向器 ３ コンデンサーレンズ ４ 第１成形開口板 ５ａ，５ｂ セル選択用の偏向器 ６ 第１成形レンズ ７ 第２成形開口板 ８ 第２成形レンズ ９ ステンシルマスク １０ａ，１０ｂ 可変成形ビーム用の偏向器 １１ 縮小レンズ １２ 副偏向器 １３ 主偏向器 １４ 対物レンズ １５ ウエハ １６ 試料台 １７ 反射電子検出器 １８ 制御装置 ２１ Ｙ方向の計測用開口パターン ２２ Ｘ方向の計測用開口パターン ２３−２，２３−３，‥‥ 転写パターン ２５，２７−１，２７−２，‥‥ Ｙ方向用のアライメ
ントマーク ２６，２８−１，２８−２，‥‥ Ｘ方向用のアライメ
ントマーク

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷電粒子線を発生する荷電粒子線源と、 ターゲットが載置されると共に該ターゲットを位置決め
   する試料台と、 複数本のスリット状開口を配設してなる計測用開口パタ
   ーンと転写用の開口パターンとが配列された荷電粒子線
   透過マスクと、 前記発生された荷電粒子線を前記計測用開口パターン又
   は前記転写用の開口パターン上に導く第１の手段と、 前記荷電粒子線透過マスクを透過した荷電粒子線をター
   ゲット上で走査又は位置決めする第２の手段と、 前記ターゲットからの荷電粒子線を検出する検出手段
   と、を有し、 前記ターゲット上のアライメントマーク上で前記計測用
   開口パターンの像を走査して前記ターゲットの位置検出
   を行う事を特徴とする荷電粒子線露光装置。