JPH06349719A - 電子ビーム露光方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 エリアセンサ系２９での座標を用いて、ステ
ージ系３１の座標を決定し、これを電子ビーム描画装置
系２７にフィードバックすることで電子ビームでの描画
を行う。 【効果】 本発明により、位置検出マ−クに悪影響を及
ぼすことはなく、位置合わせ精度が向上し、位置検出マ
−クの段差形状や表面状態などを考慮にいれることがな
く、半導体チップの集積度を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子ビ−ムによる露光
方法及びその装置に関するもので、特に、位置検出マ−
クによる位置検出に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、電子ビームによる直接描画が実用
化されてきている。電子ビームによる直接描画は、光リ
ソグラフィに比べて微細ピッチのマスクパターンを作成
するのに有効な方法である。

【０００３】従来の電子ビ−ム露光装置について図３を
用いて説明する。図３において、１０８は電子ビ−ムに
よる露光装置の本体である電子ビーム鏡筒で、この中で
電子ビ−ム１０１は電子ビ−ム発生源であるカソ−ドか
ら発生し、グリッド、アノ−ド、スリットを通過し、電
子ビ−ム偏向器１１７の電極間を通過する。

【０００４】電子ビーム鏡筒１０８下部にはウェハ載置
用ステージ１０９からの反射電子を検出する検出器１０
４が設置され、検出器１０４は、検出器１０４から送信
される二つの検出信号の差をとる差分器１２０、差をと
った検出信号を増幅、整形する増幅、整形器１０５、論
理積回路１０７の入力に接続され、論理積回路１０７の
他の入力はパルス発振器１０６に接続される。論理積回
路１０７の出力には制御コンピュータ１１４が接続され
る。以上が電子ビ−ム描画装置系である。

【０００５】１０９は半導体ウェハ１１０を載せるウェ
ハ載置用ステージでこれはＸ−Ｙステージと呼ばれてお
り、Ｘ軸方向（左右方向）に動くステージと、Ｙ軸方向
（前後方向）に動くステ−ジとで構成されている。この
２つのステージにはＸ、Ｙ両方向にそれぞれ光波干渉計
が装備されており、各ステ−ジはそれぞれ対応する光波
干渉計によって位置が検出される。

【０００６】次に、従来の電子ビ−ム露光装置による位
置検出方法について図２を用いて説明する。位置検出マ
−ク１０２は電子ビ−ム露光用の位置検出マ−クで、二
種類に別れており、一つは半導体ウェハ１１０面内に、
例えばエンハンスト・グローバル・アライメントにおけ
るＷＧＡに相当する、半導体ウェハの位置決め用の位置
検出マ−クが数点形成され、一つのチップ内に、例えば
エンハンスト・グロ−バル・アライメントにおけるＬＳ
Ａに相当する描画開始位置決め用の位置検出マ−クが形
成され、これらを用いて電子ビ−ムによる重ね合わせ描
画を行う。電子ビ−ム１０１は、これら位置検出マ−ク
１０２を走査して、位置検出マ−ク１０２から生じる、
反射電子による左右二つの端子を具備した検出器１０４
で検出されたそれぞれの検出信号を、まず差分器１２０
で差をとり、増幅、整形器１０５で増幅、整形し、パル
ス発振器１０６から発生させる位置検出パルスとの論理
積をとり、そのデータを制御コンピュータ１１４で処理
することでマ−クの位置検出を行っている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の位置検出方法で
は、半導体ウェハ上の位置検出マ−クを電子ビ−ムで走
査するため、現像後に走査した部分がパタ−ニングされ
てしまい、次工程で金属膜をエッチングしたときに位置
検出マ−クが変形するため、正確な位置合わせができな
い。それを防ぐために複数個の位置検出マ−クを用いね
ばならず、半導体ウェハ上のチップの集積度が低下す
る。または、プロセスを重ねることによってマークがレ
ジストなどで覆われることがあり、位置合わせマークの
位置検出が難しくなり、位置合わせの精度が低下する。
また、位置合わせマ−クの段差が直角になっていないこ
とや位置合わせマ−クの表面に凹凸が存在することなど
が原因となるノイズが重畳してしまうという欠点があっ
た。本発明は、位置検出マ−クに悪影響を及ぼすことな
く、正確な位置合わせができるような電子ビ−ム露光方
法及びその装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の電子ビ−ム露光方法においては、位置検出
のための基準マ−クを具備したウェハ載置用ステ−ジを
電子ビ−ム鏡筒下部に設置し、前記基準マ−クを電子ビ
−ムで走査することで電子ビ−ム描画装置系における半
導体ウェハの位置座標を検出する工程と、前記ウェハ載
置用ステージをＣＣＤセンサ下部に移動し、光源から発
生する光を前記基準マークに照射してＣＣＤセンサ系に
おける基準マ−クの位置座標を検出する工程と、前記電
子ビ−ム描画装置系における半導体ウェハの位置座標と
前記エリアセンサ系における半導体ウェハの位置座標と
を比較し、補正値を算出する工程と、前記半導体ウェハ
上に形成された位置検出マークに前記光源から発生する
光を照射し、ＣＣＤセンサ系における位置検出マ−クの
位置座標を検出する工程と、前記ウェハ載置用ステージ
を前記電子ビーム鏡筒下に移動し、前記ウェハ載置用ス
テージまたは前記電子ビームのいずれか一方を前記補正
値で補正した後、電子ビームによる描画を行う工程とを
具備することを特徴とする。

【０００９】また、本発明の電子ビ−ム露光装置におい
ては、電子ビ−ム鏡筒と、前記電子ビ−ム鏡筒内の一端
に配置された電子ビーム発生源と、前記電子ビ−ム鏡筒
の他端に存在し、かつ上面に位置検出のための基準マー
クが形成されたウェハ載置用ステ−ジと、前記ウェハ載
置用ステ−ジを照射するための光源と、前記ウェハ載置
用ステ−ジからの反射光を検出するＣＣＤセンサと、前
記エリアセンサで検出した光を電気信号に変換する画像
処理系と、検出された反射電子を電気信号に変換する電
子ビーム処理系と、前記画像処理系からの電気信号と前
記電子ビ−ム処理系からの電気信号とを受ける制御コン
ピュ−タとを具備し、前記画像処理系からの電気信号と
前記電子ビ−ム処理系からの電気信号とを比較、補正値
を算出し、ＣＣＤセンサ系における位置検出マ−クの位
置座標で前記ウェハ載置用ステージまたは前記電子ビー
ムのいずれか一方を制御することを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明によれば、電子ビ−ムにより位置検出マ
−クを検出するのではなく、光学装置により位置検出マ
−クを検出するので、位置検出マ−クに悪影響を及ぼす
ことなく正確な位置検出を行うことができる。また、位
置検出マ−クがレジストなどで覆われていたとしても光
はレジストを透過するため、途中で位置検出マ−クを形
成することをしないようにできるため、位置合わせ精度
が向上する。また、位置検出マ−クの段差形状及び表面
状態に影響されることなく位置検出を行うことができ
る。

【００１１】

【実施例】本発明の第一の実施例である電子ビ−ム露光
装置について図１、図２を用いて説明する。図１におい
て、８は電子ビ−ムによる露光装置の本体である電子ビ
ーム鏡筒で、この中で電子ビ−ム１は電子ビ−ム発生源
であるカソ−ドから発生し、電子ビ−ム偏向器１７の電
極間を通過する。電子ビーム鏡筒８下部にはウェハ載置
用ステージ９からの反射電子を検出する検出器１０４が
設置され、検出器１０４は、検出器１０４から送信され
る二つの検出信号の差をとる差分器１２０、差をとった
検出信号を増幅、整形する増幅、整形器１０５、論理積
回路１０７の入力に接続され、論理積回路１０７の他の
入力はパルス発振器１０６に接続される。論理積回路１
０７の出力には制御コンピュータ１１４が接続される。
以上が電子ビ−ム描画装置系２７である。

【００１２】ウェハ載置用ステ−ジ９はＸ−Ｙステ−ジ
で、Ｘ軸方向（左右方向）に動くステ−ジと、Ｙ軸方向
（前後方向）に動くステ−ジとで構成されている。この
２つのステ−ジには、ヘリウム−ネオンレ−ザであるレ
ーザ光源２２と、光波干渉計が装備されており、各ステ
−ジはそれぞれ対応する光波干渉計によって位置が検出
される。また、このステ−ジ上左部には、金でできてお
り、位置検出のためのメッシュ型の基準マ−ク１５が設
けられている。以上が電子ビ−ム描画装置系２７であ
る。

【００１３】図１において、ウェハ載置用ステージ９の
側方には光源１６があり、この光源１６はマスク材、例
えばレジストであるが、マスク材を感光しないような波
長を持った波長帯域幅の広い光を発生する。光源１６か
ら発生した光は半導体ウェハ上を照射するようになって
いる。ウェハ載置用ステージ９の上方には、ＣＣＤセン
サであるＣＣＤエリアセンサ１２があり、半導体ウェハ
からの反射光を光学レンズ１１を通して受光する。

【００１４】ＣＣＤエリアセンサ１２で検出された光は
画像処理部３０にデジタル信号として送られる。画像処
理部３０は画像処理ユニット１３とホストコンピュ−タ
１４とで構成され、ここでエリアセンサ１２で検出され
た光を画像として処理する。以上がエリアセンサ系２９
である。

【００１５】エリアセンサ系２９、電子ビ−ム描画装置
系２７のすべての動作は制御コンピュ−タ１４で一括制
御される。次に、本発明の第一の実施例による電子ビ−
ム露光方法について図１を用いて説明する。

【００１６】まず、ウェハ載置用ステ−ジ９は、最初は
ａの位置に設置される。電子ビ−ム１はウェハ載置用ス
テ−ジ上の位置検出のための基準マ−ク１５を照射す
る。基準マ−ク１５からの反射電子は図に示される左右
二つの端子を具備した検出器４で検出される。検出器４
で検出された検出信号は差をとり、増幅、整形器５を通
して増幅、整形することによりデジタル信号化され、論
理積回路７によりパルス発振器６から送信される位置検
出パルスとの論理積をとり、その結果を制御コンピュ−
タ１４に送信する。送信された結果により、基準マ−ク
１５を座標原点として電子ビ−ム描画装置系２７の座標
を設定する。

【００１７】電子ビーム描画装置系２７における基準マ
ークの位置座標決定と平行して、ウェハ載置用ステージ
９の動作を制御するステージ系３１における基準マーク
の位置座標決定を行う。まず、例えばヘリウム−ネオン
レーザであるレーザ光源２２から発生するレーザ光をウ
ェハ載置用ステージ９上に照射し、反射されたレーザ光
を光波干渉計で検出し、検出した光波を信号処理部（図
示せず）で電気信号として変換して、制御コンピュータ
１４に送信し、ステージ系３１における基準マーク１５
の位置座標が決定される。そして、電子ビーム描画装置
系２７における基準マーク１５の位置座標とステージ系
３１における基準マーク１５の位置座標とが比較され、
ステージ系３１における基準マーク１５の位置座標に対
する電子ビーム描画装置系２７における基準マーク１５
の位置座標の補正値は制御コンピュータ１４により電子
ビーム偏向器１７にフィードバックされる。

【００１８】次に、ウェハ載置用ステ−ジ９をｂの位置
に移動させ、光源１６から発生する光を、ウェハ載置用
ステ−ジ９上の位置検出のための基準マ−ク１５に照射
する。反射光は光学レンズ１１を通してＣＣＤエリアセ
ンサ１２に集光される。ＣＣＤエリアセンサ１２の各画
素から読み出される信号電荷は次段の画像処理ユニット
１３に送られ、各画素の信号電荷は数ビット分に分割さ
れ、その結果が面デ−タとして制御コンピュ−タ１４に
送られる。ホストコンピュ−タ１４では面デ−タから基
準マ−ク１５のエッジを検出して基準マ−ク１５の中心
位置を求め、基準マ−ク１５を座標原点としてエリアセ
ンサ系２９における基準マーク１５の位置座標を決定す
る。

【００１９】そして、ホストコンピュ−タ１４では、こ
のエリアセンサ系２９の基準マーク１５の位置座標とス
テージ系の基準マーク１５の位置座標とを比較して、エ
リアセンサ系２９の基準マーク１５の位置座標に対する
ステージ系の基準マーク１５の位置座標の補正値を計算
する。この補正が行われれば、ステージ系における基準
マーク１５の位置座標に対する電子ビーム描画装置系２
７における基準マーク１５の位置座標の補正値は制御コ
ンピュータ１４により電子ビーム偏向器１７にフィード
バックされるので、エリアセンサ系２９の基準マーク１
５の位置座標で電子ビ−ム描画装置系２７の制御を行う
ことができる。

【００２０】実際の位置検出方法について以下に示す。
電子ビ−ム露光装置で用いる数百μｍ四方の十字マ−ク
の代わりにステッパで用いるような約４μｍ角の矩形状
の位置検出マ−クを半導体ウェハの周囲に数個、一つの
チップ形成領域に数個形成する。この位置検出マークに
は半導体ウェハ周囲に形成される半導体ウェハの位置決
め用の位置検出マーク、一つのチップ形成領域に形成さ
れる描画開始位置決め用の位置検出マークとがある。最
初に半導体ウェハの位置決め用の位置検出マーク２個に
光源１６から発生する光を照射し、その反射光を前述と
同様の方法でＣＣＤエリアセンサ１２で検出し画像処理
を行い、エリアセンサ系２９における半導体ウェハの位
置決め用の位置検出マ−クの位置座標を決定する。これ
とステージ系の半導体ウェハの位置決め用の位置検出マ
ークの位置座標とを比較し、補正することで半導体ウェ
ハ１０の位置及び回転をホストコンピュ−タ１４で求め
た後、ウェハ載置用ステージ、即ちａの地点におけるウ
ェハ１０の位置を確定する。電子ビ−ム描画装置系２
７、特に電子ビ−ム偏向器１７にフィ−ドバックする。

【００２１】次に、描画開始位置決め用の位置検出マ−
クに光源１６から発生する光を照射し、そのマークから
の反射光を前述と同様の方法でＣＣＤエリアセンサ１２
で検出し画像処理を行い、エリアセンサ系２９における
描画開始位置決め用の位置検出マ−クの位置座標を決定
する。これとステージ系の半導体ウェハの位置決め用の
位置検出マークの位置座標とを比較し、補正することで
ウェハ上での露光開始位置の偏向方向と振幅とを決定す
る。この工程を経て後、電子ビ−ムによる描画を行う。

【００２２】以上、本発明の第一の実施例による電子ビ
−ム露光方法について説明したが、電子ビ−ムにより位
置検出マ−クを検出するのではなく、ＣＣＤエリアセン
サにより位置検出マ−クを検出し、前もって求めておい
たエリアセンサ系における位置検出マークの位置座標に
対する電子ビーム描画装置系２７における位置検出マー
クの位置座標の補正値で位置検出マークの位置を確定す
る。これにより、電子ビームによる位置検出マ−クに対
する悪影響を除くことができる。次に、途中で位置検出
マ−クを形成することをしないようにできるため、位置
合わせ精度が向上する。また、位置検出マ−クの段差形
状及び表面状態に影響されることなく位置検出を行うこ
とができる。さらに、電子ビーム用の、占有面積の大き
い位置検出マ−クを用いず、占有面積の小さな位置検出
マ−クを用いることができるため、一つの半導体チップ
における位置検出マークの占有率が小さくなり、半導体
チップの集積度を向上させることができる。

【００２３】

【発明の効果】本発明により、位置検出マ−クは光学的
に検出されるため、次工程の処理の影響を受けず、マ−
ク変形などの悪影響が及ぶことはないので正確な位置検
出ができる。次に、直接合わせとなり、位置合わせ精度
が向上する。また、画像処理であるため、位置合わせマ
−クの段差形状や表面状態などを考慮にいれることをせ
ずに済む。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である電子ビ−ム露光装置の概
念図

【図２】従来の電子ビ−ム露光装置の概念図

【符号の説明】

１、１０１ 電子ビ−ム ２、１０２ 位置合わせマ−ク ４、１０４ 検出器 ５、１０５ 増幅器、整形器 ６、１０６ パルス発振器 ７、１０７ 論理積（ＡＮＤ）回路 ８、１０８ 電子ビ−ム鏡筒 ９、１０９ ステ−ジ １０、１１０ 半導体ウェハ １１ 光学レンズ １２ ＣＣＤセンサ １３ 画像処理ユニット １４、１１４ ホストコンピュ−タ １５ 基準マ−ク １６ 光源 １７、１１７ 電子ビ−ム偏向器 ２２ レーザ光源 ２７ 電子ビーム描画装置系 ２９ エリアセンサ系 ３０ 画像処理部 ３１ ステージ系

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 位置検出のための基準マ−クを具備した
   ウェハ載置用ステ−ジを電子ビ−ム鏡筒下部に設置し、
   前記基準マ−クを電子ビ−ムで走査することで電子ビ−
   ム描画装置系における半導体ウェハの位置座標を検出す
   る工程と、 前記ウェハ載置用ステージをＣＣＤセンサ下部に移動
   し、光源から発生する光を前記基準マークに照射してＣ
   ＣＤセンサ系における基準マ−クの位置座標を検出する
   工程と、 前記電子ビ−ム描画装置系における半導体ウェハの位置
   座標と前記エリアセンサ系における半導体ウェハの位置
   座標とを比較し、補正値を算出する工程と、 前記半導体ウェハ上に形成された位置検出マークに前記
   光源から発生する光を照射し、ＣＣＤセンサ系における
   位置検出マ−クの位置座標を検出する工程と、 前記ウェハ載置用ステージを前記電子ビーム鏡筒下に移
   動し、前記ウェハ載置用ステージまたは前記電子ビーム
   のいずれか一方を前記補正値で補正した後、電子ビーム
   による描画を行う工程とを具備することを特徴とする電
   子ビ−ム露光方法。
2. 【請求項２】 電子ビ−ム鏡筒と、 前記電子ビ−ム鏡筒内の一端に配置された電子ビーム発
   生源と、 前記電子ビ−ム鏡筒の他端に存在し、かつ上面に位置検
   出のための基準マークが形成されたウェハ載置用ステ−
   ジと、 前記ウェハ載置用ステ−ジを照射するための光源と、 前記ウェハ載置用ステ−ジからの反射光を検出するＣＣ
   Ｄセンサと、 前記エリアセンサで検出した光を電気信号に変換する画
   像処理系と、 検出された反射電子を電気信号に変換する電子ビーム処
   理系と、 前記画像処理系からの電気信号と前記電子ビ−ム処理系
   からの電気信号とを受ける制御コンピュ−タとを具備
   し、前記画像処理系からの電気信号と前記電子ビ−ム処
   理系からの電気信号とを比較、補正値を算出し、ＣＣＤ
   センサ系における位置検出マ−クの位置座標で前記ウェ
   ハ載置用ステージまたは前記電子ビームのいずれか一方
   を制御することを特徴とする電子ビ−ム露光装置。