JPH09330869A - 位置検出装置及びそれを備えた電子ビーム露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 位置合わせマークの断面構造の断面構造の歪
み、もしくは位置合わせマークを覆うレジストの塗布状
態の影響を低減して、位置合わせマークの位置を検出で
きる電子ビーム露光装置を提供する。 【解決手段】 電子ビームを用いて物体上に形成された
マークの位置を検出する位置検出装置において、前記物
体上の予め決められた間隔で互いに異なる位置に複数の
電子ビームを照射する手段と、前記複数の電子ビーム
を、前記物体に対して計測方向に略同一の変位量だけ変
位させる変位手段と、前記変位手段によって、前記マー
ク上の前記複数の電子ビームを、計測方向に変位させた
際の前記マークからの各電子ビームに対応した反射電子
又は２次電子を合成して検出する電子検出手段と、 前
記変位手段の変位量と前記電子検出手段の検出結果との
関係に基づいて前記マークの位置を決定する決定手段と
を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は位置検出装置及びそ
れを備えた電子ビーム露光装置に関し、特にレジストが
塗布されたウエハ上のマークの位置を高精度に検出する
位置検出装置、およびそれを用いて既にウエハ上に形成
されたパターンの位置に合わせて新たなパターンを高精
度に描画する電子ビーム露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子ビーム露光装置では、既にウエハ上
に形成されたパターンの位置に合わせて、別の新たなパ
ターンを描画する。このような合わせ描画を行う為に
は、事前にウエハ上に形成された位置合わせマークの位
置を検出し、その位置を基準として新たなパターンを描
画することが行われている。

【０００３】図１６に従来のビームをスポット状にして
使用するポイントビーム型の電子ビーム露光装置を示
す。

【０００４】201は電子ビームを放射し、描画されるパ
ターンに応じて電子ビームの放射をon/offする電子銃、
202は、電子銃からの電子ビームをポイント状にしてウ
エハ203上に縮小投影する縮小電子光学系、204はポイン
ト状の電子ビームをウエハ上で走査させる偏向器、205
はウエハを載置して移動するXYステージ、206は、ウエ
ハ上の位置合わせマークを電子ビームで走査した際発生
する反射電子、２次電子を検出する検出器である。

【０００５】上記構成によって従来は、ウエハ上に既に
形成された複数のパターン領域の一つの所定パターン領
域に新たなパターンを描画する時、XYステージ205によ
って、ウエハ上に形成されている所定パターン領域の線
状の位置合わせマークをポイント状の電子ビームの基準
位置近傍に位置させ、次に、電子ビームを偏向器204に
よって位置合わせマーク上を走査させ、その時の線状の
位置合わせマークからの反射電子、２次電子を検出器20
6で検出している。そして走査位置とその位置において
検出された反射電子・２次電子の量に基づいて、電子ビ
ームの基準位置に対する位置合わせマークの位置を決定
する。それから、決定された位置合わせマークの位置を
基準に、電子ビームを走査するとともに、描画されるパ
ターンに応じてon/offすることによりウエハ上に新たな
パターンを描画している。

【０００６】

【発明が解決しようとしている課題】図１７にウエハ上
の異なる位置のパターン領域の位置合わせマークの平面
図及び断面構造（上段）と走査位置とその位置における
検出された反射電子・２次電子の量であるアライメント
信号（下段）を示す。

【０００７】図１７に示すように、位置合わせマークの
断面構造は、位置合わせマークのウエハ上の位置、その
形成方法によって様々に歪み、そのマークを覆うレジス
トの塗布状態もそのマークのウエハ上での位置、そのマ
ーク断面構造、更にはそのマークの周辺のパターン構造
によって異なるため、位置合わせマークからのアライメ
ント信号も歪む。またアライメント信号は外乱及び検出
系自体からランダムノイズが乗る。その為、位置合わせ
マークの位置検出に誤差が生じるという問題があった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は前記した従来の
問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の位置検出
装置のある形態は、電子ビームを用いて物体上に形成さ
れたマークの位置を検出する位置検出装置において、前
記物体上の予め決められた間隔で互いに異なる位置に複
数の電子ビームを照射する手段と、前記複数の電子ビー
ムを、前記物体に対して計測方向に略同一の変位量だけ
変位させる変位手段と、前記変位手段によって、前記マ
ーク上の前記複数の電子ビームを、計測方向に変位させ
た際の前記マークからの各電子ビームに対応した反射電
子又は２次電子を合成して検出する電子検出手段と、前
記変位手段の変位量と前記電子検出手段の検出結果との
関係に基づいて前記マークの位置を決定する決定手段と
を有することを特徴とする。

【０００９】前記複数の電子ビームは、前記物体上で前
記計測方向に関し同じ位置であって前記計測方向と直交
する方向に配列されていることを特徴とする。

【００１０】前記マークは、格子状マークであることを
特徴とする。

【００１１】前記格子状マークのピッチは、計測方向に
関する前記物体上の複数の電子ビームの間隔に基づいて
決定されることを特徴とする。

【００１２】前記格子状マークのピッチをPm、計測方向
に関する前記マーク上の複数の電子ビームの間隔をPbと
すると、 Pb=NxPm (Nは正の整数） を満足することを特徴とする。

【００１３】前記決定手段は、前記変位手段の変位量と
前記電子検出手段の検出結果との関係に関する信号に含
まれる、前記格子状マークのピッチによって決まる周期
信号の位相を検出する手段を有することを特徴とする。

【００１４】本発明の電子ビーム露光装置のある形態
は、物体の被露光面上に複数の電子ビームを予め決めら
れた間隔で配列させて照射する手段と、前記複数の電子
ビームを偏向させて、前記被露光面上を略同一の変位量
だけ前記複数の電子ビームを変位させるビーム偏向手段
とを有し、前記複数の電子ビームによって被露光面を露
光する電子ビーム露光装置において、前記物体を載置
し、前記物体上のマークを前記複数の電子ビームの照射
領域に移動させる移動手段と、前記複数の電子ビーム
を、物体に対して計測方向に略同一の変位量だけ変位さ
せる変位手段と、前記変位手段によって、前記マーク上
の前記複数の電子ビームを、計測方向に変位させた際の
前記マークからの各電子ビームに対応した反射電子又は
２次電子を合成して検出する電子検出手段と、前記変位
手段の変位量と前記電子検出手段との検出結果との関係
に基づいて、前記マークの位置を決定する決定手段とを
有することを特徴とする。

【００１５】前記複数の電子ビームは、前記物体上で前
記計測方向に関し同じ位置であって前記計測方向と直交
する方向に配列されていることを特徴とする。

【００１６】前記マークは、格子状マークであることを
特徴とする。

【００１７】前記格子状マークのピッチは、計測方向に
関する前記マーク上の複数の電子ビームの間隔に基づい
て決定されることを特徴とする請求項７のマルチ電子ビ
ーム露光装置。

【００１８】前記格子状マークのピッチをPm、計測方向
に関する前記マーク上の複数の電子ビームの間隔をPbと
すると、 Pb=NxPm (Nは正の整数） を満足することを特徴とする。

【００１９】前記決定手段は、前記変位手段の変位量と
前記電子検出手段の検出結果との関係に関する信号に含
まれる、前記格子状マークのピッチによって決まる周期
信号の位相を検出する手段を有することを特徴とする。

【００２０】前記ビーム偏向手段は、前記変位手段を兼
ねること特徴とする。

【００２１】前記移動手段は、前記変位手段を兼ねるこ
と特徴とする。

【００２２】本発明の電子ビーム露光方法のある形態
は、物体の被露光面上に複数の電子ビームを予め決めら
れた間隔で配列させて照射し、前記複数の電子ビームを
偏向することにより、被露光面上を略同一の変位量だけ
前記複数の電子ビームを変位させて被露光面を露光する
電子ビーム露光方法において、記複数の電子ビームを、
物体に対して計測方向に略同一の変位量だけ変位させる
段階と、前記マーク上の前記複数の電子ビームを計測方
向に変位させた際の前記マークからの各電子ビームに対
応した反射電子又は２次電子を合成して検出する段階
と、記変位量と前記電子検出段階の検出結果との関係に
基づいて、前記マークの位置を決定する段階とを有する
ことを特徴とする。

【００２３】前記複数の電子ビームは、前記物体上で前
記計測方向に関し同じ位置であって前記計測方向と直交
する方向に配列されていることを特徴とする。

【００２４】前記マークは、格子状マークであることを
特徴とする。

【００２５】前記格子状マークのピッチは、計測方向に
関する前記マーク上の複数の電子ビームの間隔に基づい
て決定されることを特徴とする。

【００２６】前記格子状マークのピッチをPm、計測方向
に関する前記マーク上の複数の電子ビームの間隔をPbと
すると、 Pb=NxPm (Nは正の整数） を満足することを特徴とする。

【００２７】前記決定手段は、前記前記変位手段の変位
量と前記電子検出手段との検出結果との関係に関する信
号に含まれる、前記格子状マークのピッチによって決ま
る周期信号の位相を検出する段階を有することを特徴と
する。

【００２８】

【発明の実施の形態】

(実施例１） 〔電子ビーム露光装置の構成要素説明〕図１は本発明に
係る電子ビーム露光装置の要部概略図である。

【００２９】図１において、１は、カソード1ａ、グリ
ッド1b、アノード1cよりなる電子銃であって、カソード
1aから放射された電子はグリッド1b、アノード1cの間で
クロスオーバ像を形成する。（以下、これらのクロスオ
ーバ像を光源と記す）

【００３０】この光源から放射される電子は、その前側
焦点位置が前記光源位置にあるコンデンサーレンズ２に
よって略平行の電子ビームとなる。略平行な電子ビーム
は、要素電子光学系アレイ3に入射する。要素電子光学
系アレイ3は、ブランキング電極と開口と電子レンズで
構成される要素電子光学系が光軸AXに直交する方向に複
数配列されて形成されたものである。要素電子光学系ア
レイ3の詳細については後述する。

【００３１】要素電子光学系アレイ3は、光源の中間像
を複数形成し、各中間像は後述する縮小電子光学系4に
よって縮小投影され、ウエハ5上に光源像を形成する。

【００３２】その際、ウエハ5上の光源像の間隔が光源
像の大きさの整数倍になるように、要素電子光学系アレ
イ3の各要素は設定されている。更に、要素電子光学系
アレイ3は、各中間像の光軸方向の位置を縮小電子光学
系4の像面湾曲に応じて異ならせるとともに、各中間像
が縮小電子光学系4よってウエハ5に縮小投影される際に
発生する収差を予め補正している。

【００３３】縮小電子光学系4は、第１投影レンズ41(4
3)と第２投影レンズ42(44)とからなる対称磁気タブレッ
トで構成される。第１投影レンズ41(43)の焦点距離をf
1、第２投影レンズ42(44)の焦点距離をf2とすると、こ
の２つのレンズ間距離はf1+f2になっている。光軸上AX
の物点は第１投影レンズ41(43)の焦点位置にあり、その
像点は第２投影レンズ42(44)の焦点に結ぶ。この像は-f
2/f1に縮小される。また、２つのレンズ磁界が互いに逆
方向に作用する様に決定されているので、理論上は、球
面収差、等方性非点収差、等方性コマ収差、像面湾曲収
差、軸上色収差の５つの収差を除いて他のザイデル収差
および回転と倍率に関する色収差が打ち消される。

【００３４】6は、要素電子光学系アレイ3からの複数の
電子ビームを偏向させて、複数の光源像をウエハ5上で
X,Y方向に略同一の変位量だけ変位させる偏向器であ
る。偏向器6は、図示はされていないが、偏向幅が広い
場合に用いられる主偏向器と偏向幅が狭い場合に用いら
れる副偏向器で構成されていて、主偏向器は電磁型偏向
器で、副偏向器は静電型偏向器である。

【００３５】7は偏向器6を作動させた際に発生する偏向
収差により光源像のフォーカス位置のずれを補正するダ
イナミックフォーカスコイルであり、8は、ダイナミッ
クフォーカスコイル7と同様に、偏向により発生する偏
向収差の非点収差を補正するダイナミックスティグコイ
ルである。

【００３６】9は、要素電子光学系アレイ3からの電子ビ
ームが、ウエハ5上に形成された位置合わせマークもし
くはステージ基準板13上のマークを照射した際に生じる
反射電子又は２次電子を検出する反射電子検出器であ
る。

【００３７】10は、Ｘ及びＹ方向にのびる２つのシング
ルナイフエッジを有するファラデーカップで要素電子光
学系からの電子ビームが形成する光源像の電荷量を検出
する。

【００３８】11は、ウエハを載置し、光軸AX(Ｚ軸）方
向とＺ軸回りの回転方向に移動可能なθ-Ｚステージで
あって、前述したステージ基準板13とファラデーカップ
10が固設されている。

【００３９】12は、θ-Ｚステージを載置し、光軸AX(Ｚ
軸）と直交するＸＹ方向に移動可能なＸＹステージであ
る。

【００４０】次に、図２を用いて要素電子光学系アレイ
3について説明する。

【００４１】要素電子光学系アレイ3は、複数の要素電
子光学系をグループ（サブアレイ）とし、そのサブアレ
イが複数形成されている。そして、本実施例では７つの
サブアレイA〜Gが形成されている。各サブアレイは、複
数の要素電子光学系が２次元的に配列されている。そし
て、本実施例の各サブアレイではD(1,1)〜D(5,5)のよう
に２５個の要素電子光学系が形成されていて、各要素電
子光学系は縮小電子光学系4を介してウエハ上にはX方向
もY方向もピッチPb（μm)の間隔で配列する光源像を形
成する。

【００４２】各要素電子光学系の断面図を図３に示す。

【００４３】図３において、301は一対の電極で構成さ
れ、偏向機能を有するブランキング電極であり、302
は、透過する電子ビームの形状を規定する開口(AP)を有
する基板で他の要素電子光学系と共通である。その上に
ブランキング電極301と電極をon/offするための配線(W)
が形成されている。303は、３つの開口電極で構成さ
れ、上下の電極を加速電位V0と同じにし、中間の電極を
別の電位V1またはV2に保った収斂機能を有するユニポテ
ンシャルレンズ303a、303bの２つを用いた電子レンズで
ある。

【００４４】ユニポテンシャルレンズ303aの上、中、下
の電極及びユニポテンシャルレンズ303bの上、下の電極
の形状は図４(A)に示すような形状であり、ユニポテン
シャルレンズ303a、303bの上下電極は、後述する焦点・
非点制御回路１によって全ての要素電子光学系において
共通の電位に設定している。

【００４５】ユニポテンシャルレンズ303aの中間電極
は、焦点・非点制御回路１によって要素電子光学系毎に
電位が設定出来る為、ユニポテンシャルレンズ303aの焦
点距離が要素電子光学系毎に設定できる。

【００４６】また、ユニポテンシャルレンズ303bの中間
電極は、図４(B)に示すような４つの電極で構成され、
焦点・非点制御回路によって各電極の電位が個別に設定
でき、要素電子光学系毎にも個別設定出来るため、ユニ
ポテンシャルレンズ303bは直交する断面において焦点距
離が異なるようにでき、かつ要素電子光学系毎にも個別
に設定出来る。

【００４７】その結果、要素電子光学系の中間電極をそ
れぞれ制御することによって、要素電子光学系の電子光
学特性（中間像形成位置、非点収差）を制御することが
できる。

【００４８】コンデンサーレンズ2で略平行にされた電
子ビームは、ブランキング電極301と開口(AP)を介し、
電子レンズ303によって、光源の中間像を形成する。こ
の時、ブランキング電極301の電極間に電界をかけてい
ないと電子ビーム束305の様に偏向されない。一方、ブ
ランキング電極301の電極間に電界をかけると電子ビー
ム束306の様にに偏向される。すると、電子光束305と電
子ビーム束306は、縮小電子光学系4の物体面で互いに異
なる角度分布を有するので、縮小電子光学系4の瞳位置
（図１のP面上)では電子ビーム束305と電子ビーム束306
は互いに異なる領域に入射される。したがって、電子ビ
ーム束305だけを透過させるブランキング開口BAを縮小
電子光学系の瞳位置（図１のP面上)に設けてある。

【００４９】また、各要素電子光学系は、それぞれが形
成する中間像が縮小電子光学系4によって被露光面に縮
小投影される際に発生する像面湾曲・非点収差を補正す
るために、各要素電子光学系の２つの中間電極の電位を
個別に設定して、各要素電子光学系の電子光学特性（中
間像形成位置、非点収差）を異ならしめている。ただ
し、本実施例では、中間電極と焦点・非点制御回路１と
の配線を減らす為に同一サブアレイ内の要素電子光学系
は同一の電子光学特性にしてあり、要素電子光学系の電
子光学特性（中間像形成位置、非点収差）をサブアレイ
毎に制御している。

【００５０】さらに、複数の中間像が縮小電子光学系4
によって被露光面に縮小投影される際に発生する歪曲収
差を補正するために、縮小電子光学系4の歪曲特性を予
め知り、それに基づいて、縮小電子光学系4の光軸と直
交する方向の各要素電子光学系の位置を設定している。

【００５１】次に本実施例のシステム構成図を図５に示
す。

【００５２】ブランキング制御回路14は、要素電子光学
アレイ3の各要素電子光学系のブランキング電極のon/of
fを個別に制御する制御回路、焦点・非点制御回路１（1
5）は、要素電子光学アレイ3の各要素電子光学系の電子
光学特性（中間像形成位置、非点収差）を個別に制御す
る制御回路である。

【００５３】焦点・非点制御回路２（16）は、ダイナミ
ックスティグコイル8及びダイナミックフォーカスコイ
ル7を制御して縮小電子光学系4の焦点位置、非点収差を
制御する制御回路で、偏向制御回路17は偏向器6を制御
する制御回路、倍率調整回路18は、縮小電子光学系4の
倍率を調整する制御回路、光学特性回路19は、縮小電子
光学系4を構成する電磁レンズの励磁電流を変化させ回
転収差や光軸を調整する制御回路である。

【００５４】ステージ駆動制御回路20は、θ-Zステージ
を駆動制御し、かつＸＹステージ12の位置を検出するレ
ーザ干渉計21と共同してＸＹステージ12を駆動制御する
制御回路である。

【００５５】制御系22は、描画パターンに関する情報が
記憶されたメモリ23からのデータに基づく露光及び位置
合わせの為に上記複数の制御回路および反射電子検出器
9・ファラデーカップ10を同期して制御する。制御系22
は、インターフェース24を介して電子ビーム露光装置全
体をコントロールするCPU25によって制御されている。

【００５６】〔動作の説明〕ウエハ５上には、図６に示
すように複数の矩形のパターン領域CPがマトリックス上
に配列されている。各パターン領域CP(1-9)のそれぞれ
は、描画しようとするパターンと重なり合うように定め
られたパターンが事前に形成されている。各パターン領
域CPには、X方向のアライメント用のマークSX、Y方向の
アライメント用のマークSY1、XY面内の回転方向のアラ
イメント用のマークSY2が付随して形成されている。各
マークは、計測方向にピッチPm（μm)で線状マークが配
列された格子状マークである。前述したようにウエハ上
の複数の電子ビームの間隔をPbとすると、Pb=N×Pm (N
は正の整数）となるように格子状マークのピッチは設定
されている。

【００５７】図５を用いて本実施例の電子ビーム露光装
置の動作について説明する。

【００５８】重ね合わせ露光の際、CPU25は、インター
フェース24を介して制御系22に「アライメントの実行」
を命令する、図２に示した要素電子光学系アレイ3の中
心にある要素電子光学系D(3,3)からの電子ビームが偏向
を受けないでウエハに照射する位置をビーム基準位置と
すると、制御系22はステージ駆動制御回路20に命令し
て、ＸＹステージ12を移動させ、パターン領域CP(1)の
マークSXの中心位置が、ビーム基準位置に略一致するよ
うにウエハ5を位置づけさせる。

【００５９】そして、制御系22はブランキング制御回路
14に命令して、要素電子光学系D(2,2)、D(2,3)、D(2,
4)、D(3,2)、D(3,3)、D(3,4)、D(4,2)、D(4,3)、D(4,4)
からの９本の電子ビームだけがウエハ上に入射するよう
に、対応する要素電子光学系のブランキング電極だけを
offにし、その他をonに維持する。本実施例では９本の
電子ビームを用いているが、計測方向の位置が同じで計
測方向と直交する方向に配列された要素電子光学系D(2,
3)、D(3,3)、D(4,3)からの３本のビームだけを用いても
構わない。

【００６０】そして、９本の電子ビームをウエハに入射
させると同時に、制御系22は偏向制御回路17に命令し、
図７の上段に示すように各電子ビームを各電子ビームの
ビーム基準位置を中心に±Ld（μm）の領域において格
子状パターン（SX)上を変位(走査）させると共に、各電
子ビームに対応した格子状マークからの反射電子又は２
次電子を合成して同時に反射電子検出器9によって検出
させる。そして制御系22は、変位量に対応した検出電子
量の信号である離散的信号列（アライメント信号）を記
憶する。（この離散的電気信号のサンプリング間隔Ls
(μm）は偏向器6の分解能で定められる）

【００６１】この時、各電子ビームの起点位置（図中黒
丸）は、前述したように互いに計測方向（Ｘ方向）に関
し同じ位置もしくはその間隔PbがPb=K×Pm (Kは正の整
数、Pmは、格子状マークのピッチ）を満足している。そ
の結果、各電子ビームの起点位置とそれに対応する走査
する線状マークとの位置関係は、全ての電子ビームにお
いて同じであるため、変位量と検出される電子量との関
係の信号（アライメント信号）が略同一となる。更に、
この離散的信号は、後述するようにフーリエ変換され、
格子上マークのピッチで決まる周期信号の位相を検知す
る。その処理を容易にする為に、走査領域は、2Ld=M×P
m(Mは正の整数)と2Ld=N×Ls(Nは正の整数,M<N)を満足す
るように設定されている。

【００６２】また、図７の下段に示すように格子状マー
クの両端の線状マークは、他の線状マークに比べその断
面構造が歪みやすく、それを覆うレジストの形状も歪み
やすいので、本実施例では電子ビームが走査する領域を
格子状マークの両端を除いた領域に設定している。

【００６３】各電子ビームを個別に走査して得られた時
の各離散的信号列（アライメント信号）を図８(A)に示
す。各アライメント信号は、略同一形状はしているが、
走査した線状マークの断面構造およびそれを覆うレジス
ト形状の違いによりそれぞれ異なる歪みを受けるととも
に、互いに異なるランダムノイズが乗っている。

【００６４】本実施例では、各電子ビームに対応した格
子状マークからの反射電子又は２次電子を合成して同時
に反射電子検出器8によって検出しているので、図８(B)
のように歪みが少なくランダムノイズが低減された離散
的電気信号列S(x)（アライメント信号）を得ている。

【００６５】制御系22は、得られた離散的電気信号列S
(x)を離散的フーリエ変換によって空間周波数領域の信
号に変換し、格子状マークのピッチで決まる周波数（1/
Pm)のフーリエ係数を演算する。

【００６６】その手法は公知のもであり、サンプリング
周波数1/2Ldを１に正規化したとき、前述より1/Pm=M/2L
dを満足するので格子状マークのピッチで決まる周期的
信号の空間周波数はMとなり、その空間周波数Mの複素フ
ーリエ係数X(M)は、 X(M)=ΣS(n×Ls)e^{-j2π(M/N)(n×Ls)} （ただし、jは虚数単位）となる。またこの時の周期的
信号の強度E(M)、位相Θ(M)はそれぞれ E(M)=( (Re(X(M))² + (Im(X(M))² ) Θ(M)=tan -1 (Im(X(M))/(Re(X(M))) （ただし、Re(X(M))、Im(X(M))は各々、複素数X(k)の実
部、虚部を表す）と表すことができる。

【００６７】上記の手法で得られた周波数1/Pmの周期信
号の位相Θ(M)より、格子状マークSXの中心位置と要素
電子光学系D(3,3)からの電子ビームの基準位置とのＸ方
向のずれDXを下記の式を用いて算出する。

【００６８】DX=Pm × (Θ(M)/2π）

【００６９】制御系22は、格子状マークSXに対する格子
状マークSY1,SY2の設計上の相対位置に基づいて、順次
要素電子光学系D(3,3)からの電子ビームのビーム基準位
置にそれぞれのマークをステージ制御回路によって移動
させ、ビーム基準位置に対する格子状マークSY1,SY2の
ずれを検出して、ビーム基準位置に対する格子状マーク
SY1,SY2の位置関係を検出する。

【００７０】そして、ビーム基準位置に対する格子状マ
ークSX,SY1,SY2の位置関係に基づいて、要素電子光学系
アレイ3から複数の電子ビームのビーム基準位置がパタ
ーン領域CP(1)の所望の位置に位置するようにウエハ5を
ステージ制御回路によって移動させる。

【００７１】次に、CPU25は、インターフェース24を介
して制御系22に「露光の実行」を命令すると、制御系22
は下記のステップを実行する。

【００７２】（ステップ１）制御系22は、偏向制御回路
17に命じ、偏向器6の副偏向器によって、要素電子光学
系アレイからの複数の電子ビーム偏向させるとともに、
ブランキング制御回路14に命じ各要素電子光学系のブラ
ンキング電極をウエハ5に露光すべきパターンに応じてo
n/offさせる。この時ＸＹステージ12はＸ方向に連続移
動しており、偏向制御回路17は、ＸＹステージ12の移動
量も含めて電子ビームの偏向位置を制御している。

【００７３】その結果、一つの要素電子光学系からの電
子ビームは、図９に示すようにウエハ5上の露光フィー
ルド（EF)を黒四角を起点として走査し露光する。ま
た、一つのサブアレイの複数の電子ビームは、図１０に
示すようにサブアレイ内の各要素電子光学系の露光フィ
ールドを隣接させたサブアレイ露光フィールド(SEF)を
露光する。よって、ウエハ5は、図１１に示すような複
数のサブアレイ露光フィールド(SEF)を有するサブフィ
ールドが露光される。

【００７４】（ステップ２）制御系22は、図１２に示す
サブフィールドを露光後、サブフィールドを露光す
る為に、偏向制御回路17に命じ、偏向器6の主偏向器に
よって、要素電子光学系アレイからの複数の電子ビーム
偏向させる。この時、制御系22は、焦点・非点制御回路
2に命じ、予め求められた動的焦点補正データに基づい
てダイナミックフォーカスコイル7を制御して縮小電子
光学系4の焦点位置を補正するとともに、予め求められ
動的非点補正データに基づいてダイナミックスティグコ
イル8を制御して、縮小電子光学系の非点収差を補正す
る。そして、ステップ１の動作を行い、サブフィールド
を露光する。

【００７５】以上のステップ１、２を繰り返して、図１
２示すようにサブフィールドというようにサブフィ
ールドを順次露光してウエハ全面を露光する。

【００７６】（実施例２）実施例１では、９本の電子ビ
ームを偏向して格子状パターン（SX)上を走査させると
共に、各電子ビームに対応した格子状マークからの反射
電子又は２次電子を合成して同時に反射電子検出器9に
よって検出させていたが、本実施例ではＸＹステージ12
をステージ駆動制御回路20により移動させて９本の電子
ビームを格子状パターン（SX)上を走査させると共に、
各電子ビームに対応した格子状マークからの反射電子又
は２次電子を合成して同時に反射電子検出器9によって
検出させている。そしてＸＹステージ12の位置に対応し
た検出電子量の信号であるアライメント信号を記憶す
る。その他は実施例１と同じである。

【００７７】（実施例３）実施例１では、９本の電子ビ
ームを偏向して格子状パターン（SX)上を走査させてい
たが、図１３に示すように、本実施例では、起点位置が
計測方向に関して同一の位置にある３本の電子ビームを
線状パターン上を走査させると共に、各電子ビームに対
応した線状マークからの反射電子又は２次電子を合成し
て同時に反射電子検出器9によって検出させている。更
に本実施例では、線状マークの中心位置と要素電子光学
系D(3,3)からの電子ビームの基準位置とのＸ方向のずれ
は、得られた離散的信号（アライメント信号）を従来よ
り用いられているスライスレベル法もしくは相関法によ
って処理して検出している。

【００７８】次に上記説明した電子ビーム露光装置及び
露光方法を利用したデバイスの生産方法の実施例を説明
する。

【００７９】図１４は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の
半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、
マイクロマシン等）の製造のフローを示す。ステップ１
（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行なう。
ステップ２（露光制御データ作成）では設計した回路パ
ターンに基づいて露光装置の露光制御データを作成す
る。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の
材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプ
ロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意した露光制御デー
タが入力された露光装置とウエハを用いて、リソグラフ
ィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次の
ステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４
によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する
工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディ
ング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を
含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された
半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検
査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成
し、これが出荷（ステップ７）される。

【００８０】図１５は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸
化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶
縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ
上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオ
ン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１
５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ス
テップ１６（露光）では上記説明した露光装置によって
回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ１７
（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ１８
（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削
り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチング
が済んで不要となったレジストを取り除く。これらのス
テップを繰り返し行なうことによって、ウエハ上に多重
に回路パターンが形成される。

【００８１】本実施例の製造方法を用いれば、従来は製
造が難しかった高集積度の半導体デバイスを低コストに
製造することができる。

【００８２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、位
置合わせマークの断面構造の断面構造の歪み、もしくは
位置合わせマークを覆うレジストの塗布状態の影響を低
減して、位置合わせマークの位置を検出できる電子ビー
ム露光装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電子ビーム露光装置の要部概略を
示す図。

【図２】要素電子光学系アレイ3について説明する図。

【図３】要素電子光学系を説明する図。

【図４】要素電子光学系の電極を説明する図。

【図５】本発明に係るシステム構成を説明する図。

【図６】ウエハ上のアライメント用マークを説明する
図。

【図７】アライメント用マークと電子ビームとの位置関
係を説明する図。

【図８】アライメント信号を説明する図。

【図９】露光フィールド（EF)を説明する図。

【図１０】サブアレイ露光フィールド（SEF)を説明する
図。

【図１１】サブフィールドを説明する図。

【図１２】ウエハ全面露光を説明する図。

【図１３】実施例３におけるアライメント用マークと電
子ビームとの位置関係を説明する図。

【図１４】微小デバイスの製造フローを説明する図。

【図１５】ウエハプロセスを説明する図。

【図１６】従来のマルチビーム型電子ビーム露光装置を
説明する図。

【図１７】従来のアライメント信号を説明する図。

【符号の説明】

１ 電子銃 ２ コンデンサーレンズ ３ 要素電子光学系アレイ ４ 縮小電子光学系 ５ ウエハ ６ 偏向器 ７ ダイナミックフォーカスコイル ８ ダイナミックスティグコイル ９ 反射電子検出器 １０ ファラデーカップ １１ θ−Ｚステージ １２ ＸＹステージ １３ ステージ基準板 １４ ブランキング制御回路 １５ 焦点・非点制御回路１ １６ 焦点・非点制御回路２ １７ 偏向制御回路 １８ 倍率調整回路 １９ 光学特性回路 ２０ ステージ駆動制御回路 ２１ レーザ干渉計 ２２ 制御系 ２３ メモリ ２４ インターフェース ２５ ＣＰＵ

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子ビームを用いて物体上に形成された
   マークの位置を検出する位置検出装置において、 前記物体上の互いに異なる位置に複数の電子ビームを照
   射する手段と、 前記複数の電子ビームを、前記物体に対して計測方向に
   略同一の変位量だけ変位させる変位手段と、 前記変位手段によって、前記マーク上の前記複数の電子
   ビームを、計測方向に変位させた際の前記マークからの
   各電子ビームに対応した反射電子又は２次電子を合成し
   て検出する電子検出手段と、 前記変位手段の変位量と前記電子検出手段の検出結果と
   の関係に基づいて前記マークの位置を決定する決定手段
   とを有することを特徴とする位置検出装置。
2. 【請求項２】 前記複数の電子ビームは、前記物体上で
   前記計測方向に関し同じ位置であって前記計測方向と直
   交する方向に配列されていることを特徴とする請求項１
   の位置検出装置。
3. 【請求項３】 前記マークは、格子状マークであること
   を特徴とする請求項１、２の位置検出装置。
4. 【請求項４】 前記格子状マークのピッチは、計測方向
   に関する前記物体上の複数の電子ビームの間隔に基づい
   て決定されることを特徴とする請求項３の位置検出装
   置。
5. 【請求項５】 前記格子状マークのピッチをPm、計測方
   向に関する前記マーク上の複数の電子ビームの間隔をPb
   とすると、 Pb=NxPm (Nは正の整数） を満足することを特徴とする請求項４の位置検出装置。
6. 【請求項６】 前記決定手段は、前記変位手段の変位量
   と前記電子検出手段の検出結果との関係に関する信号に
   含まれる、前記格子状マークのピッチによって決まる周
   期信号の位相を検出する手段を有することを特徴とする
   請求項３乃至５の位置検出装置。
7. 【請求項７】 物体の被露光面上に複数の電子ビームを
   予め決められた間隔で配列させて照射する手段と、前記
   複数の電子ビームを偏向させて、前記被露光面上を略同
   一の変位量だけ前記複数の電子ビームを変位させるビー
   ム偏向手段とを有し、前記複数の電子ビームによって被
   露光面を露光する電子ビーム露光装置において、 前記物体を載置し、前記物体上のマークを前記複数の電
   子ビームの照射領域に移動させる移動手段と、 前記複数の電子ビームを、物体に対して計測方向に略同
   一の変位量だけ変位させる変位手段と、 前記変位手段によって、前記マーク上の前記複数の電子
   ビームを、計測方向に変位させた際の前記マークからの
   各電子ビームに対応した反射電子又は２次電子を合成し
   て検出する電子検出手段と、 前記変位手段の変位量と前記電子検出手段との検出結果
   との関係に基づいて、前記マークの位置を決定する決定
   手段とを有することを特徴とする電子ビーム露光装置。
8. 【請求項８】 前記複数の電子ビームは、前記物体上で
   前記計測方向に関し同じ位置であって前記計測方向と直
   交する方向に配列されていることを特徴とする請求項７
   の位置検出装置。
9. 【請求項９】 前記マークは、格子状マークであること
   を特徴とする請求項７、８の電子ビーム露光装置。
10. 【請求項１０】 前記格子状マークのピッチは、計測方
    向に関する前記マーク上の複数の電子ビームの間隔に基
    づいて決定されることを特徴とする請求項９の電子ビー
    ム露光装置。
11. 【請求項１１】 前記格子状マークのピッチをPm、計測
    方向に関する前記マーク上の複数の電子ビームの間隔を
    Pbとすると、 Pb=NxPm (Nは正の整数） を満足することを特徴とする請求項１０の電子ビーム露
    光装置。
12. 【請求項１２】 前記決定手段は、前記変位手段の変位
    量と前記電子検出手段の検出結果との関係に関する信号
    に含まれる、前記格子状マークのピッチによって決まる
    周期信号の位相を検出する手段を有することを特徴とす
    る請求項９乃至１１の電子ビーム露光装置。
13. 【請求項１３】 前記ビーム偏向手段は、前記変位手段
    を兼ねること特徴とする請求項７の電子ビーム露光装
    置。
14. 【請求項１４】 前記移動手段は、前記変位手段を兼ね
    ること特徴とする請求項７の電子ビーム露光装置。
15. 【請求項１５】 請求項７乃至１４の電子ビーム露光装
    置を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイ
    ス製造方法。
16. 【請求項１６】 物体の被露光面上に複数の電子ビーム
    を予め決められた間隔で配列させて照射し、前記複数の
    電子ビームを偏向することにより、被露光面上を略同一
    の変位量だけ前記複数の電子ビームを変位させて被露光
    面を露光する電子ビーム露光方法において、 前記複数の電子ビームを、物体に対して計測方向に略同
    一の変位量だけ変位させる段階と、 前記マーク上の前記複数の電子ビームを計測方向に変位
    させた際の前記マークからの各電子ビームに対応した反
    射電子又は２次電子を合成して検出する段階と、 前記変位量と前記電子検出段階の検出結果との関係に基
    づいて、前記マークの位置を決定する段階とを有するこ
    とを特徴とする電子ビーム露光方法。
17. 【請求項１７】 前記複数の電子ビームは、前記物体上
    で前記計測方向に関し同じ位置であって前記計測方向と
    直交する方向に配列されていることを特徴とする請求項
    １６の位置検出方法。
18. 【請求項１８】 前記マークは、格子状マークであるこ
    とを特徴とする請求項１６、１７の電子ビーム露光方
    法。
19. 【請求項１９】 前記格子状マークのピッチは、計測方
    向に関する前記マーク上の複数の電子ビームの間隔に基
    づいて決定されることを特徴とする請求項１８の電子ビ
    ーム露光方法。
20. 【請求項２０】 前記格子状マークのピッチをPm、計測
    方向に関する前記マーク上の複数の電子ビームの間隔を
    Pbとすると、 Pb=NxPm (Nは正の整数） を満足することを特徴とする請求項１９の電子ビーム露
    光方法。
21. 【請求項２１】 前記決定手段は、前記前記変位手段の
    変位量と前記電子検出手段との検出結果との関係に関す
    る信号に含まれる、前記格子状マークのピッチによって
    決まる周期信号の位相を検出する段階を有することを特
    徴とする請求項１８乃至２０の電子ビーム露光方法。
22. 【請求項２２】 請求項１６乃至２１の電子ビーム露光
    方法を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバ
    イス製造方法。