JPH09232204A

JPH09232204A - 信号処理方法及び信号処理装置

Info

Publication number: JPH09232204A
Application number: JP8033322A
Authority: JP
Inventors: Koji Nagata; 浩司永田; Masahide Okumura; 正秀奥村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-02-21
Filing date: 1996-02-21
Publication date: 1997-09-05

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】一つのマークに対して多数回ビームスキャン
し、信号の加算平均処理をおこなった場合に生じる次の
２つの問題点（１）検出信号のS/Nは向上するがマーク検出時間が長
くなる。（２）帯電によりマーク検出精度が劣化する。である。【解決手段】検出した反射電子信号をA/D変換する際に
変換サイクルをビームショットサイクルよりも高速化す
るか又は、複数のA/D変換器を用いることで複数回のA/D
変換を短期間におこなう。このようにして、電子ビーム
スキャンにおける1ショット（ビーム滞在時）毎に高速
に複数（N）回のA/D変換をおこなう。そして、N回分のA
D変換データをハードウエアにより加算平均処理また
は、重心算出処理し、そのビーム位置における反射電子
強度データとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビームを偏向
制御してLSIパターンなど微細なパターンを形成する電
子ビーム描画技術に係わる。特に、マーク位置検出、焦
点・非点測定など電子ビームのスキャン信号を用いる計
測技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子ビーム描画システムでは、マーク位
置検出、焦点・非点測定など各種の計測は、標準マーク
又はウエーハ内のマーク上を電子ビームでスキャンした
ときに得られる反射電子信号波形を分析・処理すること
によりおこなわれる。したがって、反射電子信号の検出
及びその処理方法の精度が各計測の精度を決定する大き
な要因となる。

【０００３】特にマーク検出の精度は、電子ビームの偏
向制御系の絶対校正精度、合せ描画精度など描画精度に
対して大きな影響を及ぼすため非常に高い精度（絶対位
置精度、再現性）が要求される。このマーク検出精度
は、反射電子の検出から検出信号をA/D変換するまでの
信号検出精度とA/D変換後の信号を処理しマーク座標を
求める計算アルゴリズムの精度によって決定されるた
め、マーク検出の高精度化のためには、高精度反射電子
検出系及び信号処理系が必要である。従来、マーク検出
精度を向上するために反射電子検出系と信号処理系のそ
れぞれにおいて、高精度化技術が開発されてきた。先ず
信号処理アルゴリズムの面では、マークエッヂ位置を反
射電子信号強度がある設定値をよぎる２点として定義
し、それらの中間点をマーク座標とするエッヂ法におい
て、マークエッヂ位置を精度良く決定するためのスリー
スライスレベル法（Digest of papers 1988 1st Micro
Process Conference 30(1988)）や、反射電子信号波形
の対称度を計算し、最も対称度のよい点をマーク座標と
する対称性マッチング法（Microelectronic Engineerin
g 21(1993) 165-168）など、そして反射電子検出系では
反射電子検出器の大型化による反射電子の検出効率向上
や検出回路の低ノイズ化などが挙げられる。

【０００４】また、電子ビーム描画システムにおいて
は、単位時間あたりの処理能力（スループット）は描画
精度と並ぶ重要な性能指標である。この点においてもマ
ーク検出の寄与が大きい。描画時には先ず、ウエーハの
微小回転を補正するためにウエーハの両端部に設けられ
た大きさ455μｍ×455μｍのウエーハマークの検出をお
こなう。このときにマーク検出に必要な時間は、約1sec
/マークである。つぎに、各チップ毎四隅に設けられた
大きさ50μｍ×50μｍのチップマーク位置を検出し、チ
ップ配列データを得る。このときにマーク検出に必要な
時間は、約0.3sec/マークである。したがって、ウエー
ハローディング後描画開始までに、チップ数が50個の場
合約60秒必要になる。また、電子ビームの焦点合わせ、
位置ドリフトの補正、偏向器の絶対校正などの電子ビー
ムのチューニングにおいてもマーク検出機能が使用され
ている。これらマーク検出やチューニングに必要とされ
る時間は、描画が不可能なオーバヘッド時間であり描画
システムのスループットを律速する大きな要因の一つに
なっている。したがってマーク検出においては、高精度
化と同時に高速化も要求されている。マーク検出高速化
技術としては、検出・処理回路の高速化、ハードウエア
処理化、マーク形状の小型化などが挙げられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、マーク検出で
は高精度化と高速化は、トレードオフの関係にある。例
えば、高精度化のために反射電子検出信号のS/Nを高め
ようとした場合、電子ビームの走査回数を増やしてそれ
ぞれのビーム走査で得られた反射電子信号を加算平均処
理することが有効である。しかし、ビームの走査回数を
増やすことによりマーク検出時間が長くなり、高速化を
満たすことが出きなくなる。また、この方法は合わせ描
画をおこなう際にレジスト膜下のマークを検出するため
に必要となるが、マーク部分を多数回ビーム走査するこ
とによりレジスト膜が帯電し、その電場により電子ビー
ムが偏向されマーク検出位置にずれを生じ精度を低下さ
せる。

【０００６】本発明の解決しようとする課題は、一つの
マークに対して多数回ビームスキャンし、信号の加算平
均処理をおこなった場合に生じる（１）検出信号のS/Nは向上するがマーク検出時間が長
くなる。

【０００７】（２）帯電によりマーク検出精度が劣化す
る。

【０００８】の２点である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では検出した反射電子信号をA/D変換する際
に変換サイクルをビームショットサイクルよりも高速化
するか又は、複数のA/D変換器を用いることで複数回のA
/D変換を短期間におこなう。このようにして、電子ビー
ムスキャンにおける1ショット（ビーム滞在時）毎に高
速に複数（N）回のA/D変換をおこなう。そして、N回分
のAD変換データをハードウエアにより加算平均処理また
は、重心算出処理し、そのビーム位置における反射電子
強度データとする。この信号処理は、ビームスキャンの
各ショット毎に繰り返しおこなわれる。

【００１０】本発明の信号処理方法によれば、レジスト
膜下のマークのようにS/Nの高い反射電子信号が得られ
ない場合にも、従来N回の電子ビームスキャンをおこな
って得られたのと同じS/Nの信号を1回の電子ビームスキ
ャンで得ることができる。したがって、マーク検出の時
間を短縮できると共に、マーク部分のレジスト膜の帯電
が防止可能となり、電子ビーム描画システムのスループ
ットと描画精度を向上することができる。

【００１１】

【発明の実施形態】図2は、マーク検出における信号処
理方法を説明する模式図である。電子ビーム202はマー
ク201上をピッチΔXで矢印の方向にスキャン（偏向）さ
れる。マーク201は下地となる金属または半導体よりも
反射率が高い物質または、下地の断差形状などにより形
成されている。この実施形態においては下地の材質をSi
マーク201の材質をWとすると、マーク201上で電子ビー
ム202をスキャンすると上に凸の反射電子信号波形203を
得る。電子ビームのスキャンをN回繰り返し、それらを
加算平均処理することにより、ランダムノイズが低減さ
れ高S/Nの信号波形204を得ることができる。マーク中心
座標206は加算平均処理された信号204の強度が設定値20
5を越える点（マークエッヂ）の座標の中点として求め
られる。あるいは、反射電子信号波形204の対称度を演
算によって求め、最も対称度の良い点をマーク座標とす
る。

【００１２】図3は、従来技術における反射電子信号のA
/D変換処理のタイミングを説明する図である。電子ビー
ムのショットサイクル信号301の周期は10μsであり、30
2に示すように偏向と停止をくり返してマーク上をスキ
ャンされる。A/D変換はショットサイクル信号301に同期
してビームの偏向終了後の停止期間中に303に示すタイ
ミングでおこなわれる。そして、A/D変換開始から数μs
後に変換データ304が確定する。確定したデータに対し
て加算処理、メモリへの書き込みなどの処理がおこなわ
れる。この処理に必要な時間は、ショットサイクル10μ
sに比べて十分に短い。したがって、ショットサイクル
を従来同様10μsとして高速なA/D変換器を用い、反射電
子信号のA/D変換をビームの停止期間中に多数回おこな
い加算平均などの信号処理をおこなうことによりマーク
検出精度を高精度化できる。

【００１３】図4は、従来の信号処理系の回路構成を説
明する図である。電子銃401から放出された電子ビーム4
02は、電磁レンズ403によって微細に絞られる。そし
て、偏向制御系412から偏向器404に与えられる制御信号
により電場、または磁場が生じ、電子ビームは試料上の
任意の位置に偏向される。反射電子検出器405（本実施
形態では、SSDとする）により検出された反射電子信号
のオフセット電圧及び振幅は、オフセット設定部406及
びゲイン設定部407において最適な値に設定される。そ
して、A/D変換器408によりA/D変換され、加算器409を介
してメモリ410に書き込まれる。2回目以降のスキャンで
得られるA/D変換データは、加算器409においてメモリ41
0に書き込まれているデータが加算された状態で、メモ
リ410に書き込まれる。N回のスキャンが終了するとメモ
リ410内のデータは、N回のスキャン全ての加算データと
なる。このデータは、計算機411に読み込まれ座標計算
の処理がおこなわれる。

【００１４】図1は、本発明を実施した信号処理系の回
路構成を説明する図である。反射電子検出器405によっ
て検出された反射電子信号のオフセット電圧および振幅
は、オフセット設定部406及びゲイン設定部407において
最適化され、A/D変換器408によりディジタルデータに変
換される。このときのA/D変換のトリガ信号は専用に設
けられた発振器101（例えば、発振周波数10MHz）により
生成される。ビーム停止期間中にA/D変換された全デー
タは加算器409において加算され、メモリ410にショット
番号（ビーム位置）をアドレスとして書き込まれる。ビ
ームスキャン中の全ショットに対してこの処理がおこな
われ、最終的に制御計算機411がメモリ410に書き込まれ
たデータを読み込み、マーク位置計算処理をおこないマ
ーク座標を得る。平均処理は、計算機の読み込みビット
数を上位数ビットのみに制限するハードウエア処理など
によってなされる。

【００１５】図5は、本発明を実施した信号処理回路の
動作タイミング、及び検出信号の状態を説明する図であ
る。電子ビームスキャンのショットサイクル301は従来
と同様に10μsである。A/D変換のサイクル302は、従来
ショットサイクルに同期していたが、本発明では非同期
かつ短周期になっている。A/D変換のサイクル信号302は
偏向開始から数100ns間、ビーム位置が安定するまで待
った後に発振器から生成される。また、所定の回数のA/
D変換をおこなったら発振を停止し、A/D変換を終了す
る。そして次の位置にビームを偏向した後、同様にA/D
変換をおこなう。このように動作させることで、ビーム
スキャンの1ショット毎に複数の反射電子強度データ503
が得られる。各ショット毎の反射電子信号強度は、それ
ぞれのA/D変換データを加算平均処理または、重心算出
処理することで得られる。この処理は、各ショット毎に
A/D変換と同時におこなわれる。したがって、ビームス
キャン終了後には、S/Nのい高い信号波形504が得られ
る。

【００１６】図6は、本発明を複数のA/D変換器を用いて
実施した場合を説明する図である。２つのA/D変換器601
と602は位相が180度ずれたA/D変換のトリガ信号により
交互にA/D変換をおこなう。例えば発振器412の発振周波
数が5MHzであれば、トータルの変換レートは10MHzと高
速になる。２つのA/D変換器601と602の変換データは、
それぞれ加算器603、604において加算される。ビーム停
止期間中のA/D変換が終了すると加算器605において2つ
のデータが加算され、メモリ606に、ショット番号をア
ドレスとして書き込まれる。ビームスキャン中の全ショ
ットに対してこの処理がおこなわれ、最終的に制御計算
機112がメモリ606に書き込まれたデータを読み込み、マ
ーク位置計算処理をおこないマーク座標を得る。

【００１７】図7は、半導体デバイスの製造過程を説明
する図である。Ｎマイナスシリコン基板701に通常の方
法でＰウエル層702、Ｐ層703、フィールド酸化膜704、
多結晶シリコン／シリコン酸化膜ゲート705、Ｐ高濃度
拡散層706、Ｎ高濃度拡散層707、などを形成した（図7
A)。次に通常の方法でリンガラス（ＰＳＧ）の絶縁膜70
8を被着した。その上にフォトレジスト709を塗布し、本
発明の信号処理方法を適用したマーク検出方法によりホ
ールパタン710の位置決めをし、露光をおこなった。そ
の結果、図7Bに示すようにホールパターン710が形成さ
れた。次にフォトレジストをマスクにして絶縁膜711を
ドライエッチングしてコンタクトホール712を形成した
（図7C）。次に、通常の方法でＷ／ＴｉＮ電極配線713
を形成し、次に層間絶縁膜714を形成した。次に、フォ
トレジストを塗布し、本発明の信号処理方法を適用した
マーク検出方法によりホールパタン715の位置決めを
し、露光をおこなった。ホールパターン715の中はＷプ
ラグで埋め込み、Ａｌ第２配線716を連結した（図7
D）。以降のパッシベーション工程は従来法を用いた。
以上に示したように、本発明の信号処理方法を適用した
マーク検出方法により、通常検出しづらいレジスト膜下
のマークを短時間にレジストを帯電させることなく高精
度に検出することができ、高い位置決め精度を得ること
が出来た。したがって、本例に示したCMOSLSIを高歩留
まりで製造することが出来た。

【００１８】

【発明の効果】以上詳述した通り本発明によれば、A/D
変換サイクルをショットサイクルに対して非同期かつ短
周期にして電子ビームの停止期間中に多数回のA/D変換
をおこなうことで、スキャン回数が１回でもS/Nの高い
反射電子信号を得ることができる。これによって、マー
ク検出の高速化とレジスト膜の帯電防止がなされ、電子
ビーム描画システムのスループットと描画精度の向上が
実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を説明する図

【図２】マーク検出方法の概念図

【図３】従来の信号処理回路系の動作を説明する図

【図４】従来の信号処理回路系の構成を説明する図

【図５】本発明を実施した信号処理回路系の動作、及び
検出信号波形を説明する図

【図６】本発明の実施例を説明する図

【図７】半導体デバイスの製造過程を説明する図

【符号の説明】

101・・・発振器、102・・・レジスタ、201・・・Wマー
ク、202・・・ビームスポット、203・・・反射電子検出
波形、204・・・加算平均処理後の波形、205・・・マー
クエッヂ位置、206・・・マーク中心位置、301・・・シ
ョットサイクル信号、302・・・ビーム動作、303・・・
A/D変換トリガ信号、304・・・A/D変換データ、401・・
・電子銃、402・・・電子ビーム、403・・・電磁レン
ズ、404・・・偏向器、405・・・反射電子検出器、406
・・・オフセット設定部、407・・・ゲイン設定部、408
・・・A/D変換器、409・・・加算器、410・・・メモ
リ、411・・・制御計算機、412・・・偏向制御系、501
・・・A/D変換トリガ信号、502・・・A/D変換データ、5
03・・・反射電子強度データ、504・・・信号波形 601・・・A/D変換器、602・・・A/D変換器、701・・・N
マイナスシリコン基板、702・・・Pウエル層、703・・
・P層、704・・・フィールド酸化膜、705・・・多結晶
シリコン/シリコン酸化膜ゲート、706・・・P高濃度拡
散層、708・・・絶縁膜、709・・・フォトレジスト、71
0・・・ホールパターン、711・・・絶縁膜、712・・・
コンタクトホール、713・・・W/TiN電極配線、714・・
・層間絶縁膜、715・・・ホールパターン、716・・・Al
第２配線層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料上のマーク位置を電子ビームを走査し
たときの反射電子または２次電子の強度を測定し、それ
をディジタル信号処理することで求めるマーク位置検出
方法において、信号強度をディジタル化するためのA/D
変換サイクルを電子ビームのショットサイクルと非同期
かつショットサイクルよりも短周期化し、各ショット毎
に多数回のA/D変換をおこなうことを特徴とする信号処
理方法。
【請求項２】試料上のマーク位置を電子ビームを走査し
たときの反射電子または２次電子の強度を測定し、それ
をディジタル信号処理することで求めるマーク位置検出
方法において、信号強度をディジタル化するためのA/D
変換サイクルを電子ビームのショットサイクルと非同期
かつショットサイクルよりも短周期化し、各ショット毎
に多数回のA/D変換をおこなうことを特徴とする信号処
理装置。
【請求項３】請求項１に記載された信号処理方法におい
て、各ショット毎に得られる多数のA/D変換データの平
均値または、重心値をそのビーム位置における信号強度
とすることを特徴とする信号処理方法。
【請求項４】請求項２に記載された信号処理装置におい
て、各ショット毎に得られる多数のA/D変換データの平
均値または、重心値を求める回路を具備することを特徴
とする信号処理装置。
【請求項５】請求項１から４に記載の信号処理方法及び
装置を具備した電子ビーム描画装置によって製造した半
導体デバイス。