JPH10172891A - アライメントパターン及びアライメント方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子ビーム露光の際のアライメント精度及び
スループットを向上させると共に、レジスト膜残りを防
止する。 【解決手段】 電子ビーム露光を行うウエハ１１の表面
側に設けられるアライメントパターン１であり、配列方
向中心部Ｏに向かって徐々に配置密度が高くなる状態で
一方向に配列された複数のパターン１１ａからなる。こ
のアライメントパターン１を用いてアライメントを行う
場合には、パターン１１ａの配列方向中心部Ｏ付近にお
けるパターン１１ａの配置間隔Ｌ1 よりも十分に大きい
径を有する電子ビームを、アライメントパターン１上に
おいてパターン１１ａの配列方向に走査させる。電子ビ
ームの照射によって得られる信号強度のピーク位置から
アライメントパターン１と電子ビームＢとの走査方向に
おける相対的な位置関係を検出し、この位置関係に基づ
いて電子ビームの照射位置情報を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
工程においてビーム露光を行う際にビームの照射位置合
わせを行うために被露光基体の表面側に設けるアライメ
ントパターンと、このアライメントパターンを用いたア
ライメント方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程においてウエハ上
のレジスト膜に対して電子ビーム露光を行う際には、既
にウエハ上に形成されているパターンと露光パターンと
の整合性を保つために、ウエハの配置位置に対して電子
ビームの照射位置を整合させる必要がある。

【０００３】そこで、図５に示すように、以下のように
してアライメントを行っている。先ず、ウエハ８１表面
の所定位置に、例えばトレンチ形状のパターンを１〜２
個（図においては１個）配置してなるアライメントパタ
ーン８１ａを形成する。次いで、露光装置内にウエハ８
１を配置した後、形成されたアライメントパターン８１
ａ上で、所定の径に絞った電子ビームｂを走査させる。
そして、電子ビームｂの照射によって得られる反射電子
の信号強度からアライメントパターン８１ａのエッジ部
ｅを検出し、アライメントパターン８１ａと電子ビーム
ｂの照射位置との相対的な位置関係を検出する。その
後、ウエハ８１表面（すなわち露光面Ａ）の所定位置に
電子ビームｂが照射されるように、上記位置関係に基づ
いて電子ビームｂの照射位置情報を補正する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図６に示す
ように、上記アライメント方法で用いるアライメントパ
ターン８１ａ上は、例えば加工対象になるポリシリコン
膜８２やその上面のレジスト膜８３で覆われている。こ
のため、照射した電子ビームｂをアライメントパターン
８１ａのエッジ部ｅで反射させて得られる反射電子は、
ポリシリコン膜８２及びレジスト膜８３を透過する際に
減衰し、この反射電子量を示す信号強度が弱まってしま
う。したがって、アライメントパターン８１ａのエッジ
部ｅが検出され難くなり、アライメントパターン８１ａ
と電子ビームｂの照射位置との相対的な位置関係を検出
することが困難になる。これは、アライメント精度を低
下させる要因になる。

【０００５】そこで、アライメントパターン８１ａのエ
ッジ部ｅを検出できる程度の反射電子の信号強度を得る
ために、アライメントパターン８１ａ上での電子ビーム
ｂの走査回数を増加させている。しかし、この方法で
は、アライメントに時間がかかり露光工程のスループッ
トが低下してしまう。しかも、電子ビームｂの走査部に
おいて電子ビームｂの照射ドーズ量が過多になり、この
部分のレジスト膜８３が炭化してしまう。このため、露
光後に現像処理を行っても、所望の実パターンとは別
に、上記炭化した部分のレジスト膜８３が除去されずに
ウエハ８１上に残り、レジスト膜８３からなるレジスト
パターン（図示省略）を用いたポリシリコン膜８２の加
工において、アライメントパターン８１ａ近傍に所望の
パターンとは別にポリシリコン膜８２が残ってしまう。
また、このレジストパターンをアッシング処理によって
除去しようとしても、上記炭化した部分のレジスト膜８
３は除去されずに残ってしまう。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされた。すなわち、本発明のアライメント
パターンは、ビーム露光の際に、被露光基体の表面に対
してビームの照射位置合わせを行うために当該被露光基
体の表面側に設けられるものであり、複数のパターンで
構成されている。これらのパターンは、一方向に配列さ
れており、配列方向中心部に向かって徐々に配置密度が
高くなる状態で配置されていることを特徴としている。

【０００７】上記アライメントパターンでは、配列方向
中心部に向かって徐々に配置密度が高くなる状態で一方
向にパターンが配列されている。このことから、当該配
列方向中心部におけるパターンの配置間隔よりも十分に
大きな径を有するビームを、このアライメントパターン
上において上記パターンの配列方向に走査させると、上
記配列方向中心部に近い位置程多くのパターンにビーム
が照射されることになる。このため、パターンの配列方
向中心部に、上記ビームの照射によって得られる信号強
度のピークが形成される。

【０００８】また、本発明のアライメント方法は、上記
構成のアライメントパターンを用いて以下のように行
う。すなわち、上記パターンの配列方向中心部付近にお
けるパターンの配置間隔よりも大きい径を有するビーム
を、上記アライメントパターン上においてパターンの配
列方向に走査させる。そして、ビームの照射によって得
られる信号強度のピーク位置から上記アライメントパタ
ーンと上記ビームの照射位置との相対的な位置関係を検
出し、この位置関係に基づいてビームの照射位置情報を
補正することを特徴としている。

【０００９】上記アライメント方法では、アライメント
パターンを構成するパターンの配列方向中心部における
パターンの配置間隔よりも大きい径を有するビームを、
アライメントパターン上で走査させる。このことから、
上記配列方向中心部に近くなる程、一度に多くのパター
ンにビームが照射されるようになる。このため、上記配
列方向中心部に近くなる程、ビームの照射によって得ら
れる信号強度が強くなり、この配列方向中心部に対応す
る位置にピークが形成される。例えば、電子ビームを用
いた場合には、パターンのエッジ部で反射して得られる
反射電子が上記配列方向中心部で最も多くなり、この反
射電子の信号強度がピークに達する。このピークは、複
数のパターンにビームが照射されることによって形成さ
れたものであり、孤立パターンからなるアライメントパ
ターンを用いた場合よりも上記ピークを構成する信号強
度が強いものになる。

【００１０】さらに、上記のようにしてビームを走査さ
せた後、この１回目の走査でのビームの照射によって得
られる信号強度のピーク位置を特定し、このピーク位置
付近でビームを走査させる２回目の走査を行っても良
い。この２回目の走査では、上記１回目の走査よりも径
が小さく絞られ、かつ上記パターンの配列方向中心部付
近における当該パターンの配置間隔よりも大きい径を有
するビームを用いる。そして、２回目の走査でのビーム
の照射によって得られる信号強度のピーク位置から上記
アライメントパターンと上記ビームの照射位置との相対
的な位置関係を検出し、この位置関係に基づいてビーム
の照射位置情報を補正する。

【００１１】上記アライメント方法では、１回目のビー
ム走査でピーク位置を特定することで、２回目のビーム
走査ではパターンの配列方向中心部に一致する上記ピー
ク位置付近にビームの走査範囲が絞られる。しかも、２
回目のビーム走査では、より小さく径を絞ったビームを
用いることで、信号強度のピークの半値幅が狭くなり、
ピーク位置、すなわちパターンの配列中心部が特定し易
くなる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用したアライメ
ントパターン及びアライメント方法の実施の形態を説明
する。

【００１３】（第１実施形態）図１（１）は本発明を適
用したアライメントパターンの一実施形態を説明するた
めの断面図であり、図１（２）は上記アライメントパタ
ーンを構成する各パターンの断面図である。ここで説明
するアライメントパターンは、被露光基体となるウエハ
１１の表面側に形成されるものである。

【００１４】以下、アライメントパターン１の構成を説
明する。すなわち、アライメントパターン１は、ウエハ
１１の表面に複数のトレンチ形状のパターン１１ａ，１
１ａ…を配列形成してなるものである。これらの各パタ
ーン１１ａ，１１ａ…は、アライメント方向（例えば図
中矢印で示すｘ軸方向）に沿って一列に配列形成されて
いる。そして、配列方向（すなわちｘ軸方向）の中心部
（以下、配列方向中心部と記す）Ｏに向かって徐々に配
置密度が高くなる状態で、すなわち隣接するパターン１
１ａ間の間隔Ｌが徐々に狭くなる状態で配置されてい
る。

【００１５】上記アライメントパターン１の具体的な一
例としては、深さがＨ＝０．５μｍで幅がＷ＝０．２μ
ｍのライン型のトレンチ形状のパターン１１ａを、その
幅Ｗ方向をｘ軸方向にして配列してなる。ラインの長さ
（すなわち、幅Ｗ方向に対して垂直をなす方向の長さ）
は、アライメントに用いるビームのｙ軸方向のずれを十
分に吸収できる程度に設定する。そして、配列方向中心
部Ｏに配置されるパターン１１ａの両脇に位置するパタ
ーン１１ａ間の間隔をＬ1 ＝０．２μｍとし、、配列方
向中心部Ｏから両側に向かって配置される各パターン１
１ａ間の間隔Ｌｎ＋1 （ｎは１以上の整数）を間隔Ｌｎ
＋１＝１．５×Ｌｎに設定する。

【００１６】上記アライメントパターン１では、配列方
向中心部Ｏに向かって徐々に配置密度が高くなる状態で
ｘ軸方向にパターン１１ａが配列されている。このこと
から、配列方向中心部Ｏ付近におけるパターン１１ａの
配置間隔よりも十分に大きな径を有するビームを、この
アライメントパターン１上においてｘ軸方向に走査させ
ると、配列方向中心部Ｏに近い位置程多くのパターン１
１ａにビームが照射されることになる。このため、パタ
ーン１１ａの配列方向中心部Ｏに対応するビームの照射
位置に、パターン１１ａへのビームの照射によって得ら
れる信号強度のピークが形成され、このピークから配列
方向中心部Ｏ（すなわちアライメントパターン１の形成
位置）とビームの照射位置との相対的な位置関係が検出
される。

【００１７】例えば、上記ビームとして電子ビームを用
いた場合には、電子ビームの反射電子量が信号強度とし
て受信される。この反射電子は、パターン１１ａのエッ
ジ部ｅで特に多く発生し、上述のように配列方向中心部
Ｏで信号強度のピークが形成される。

【００１８】また、アライメントパターンは、複数のパ
ターンが上述のように配置されていれば、以下のような
構成でも良い。すなわち、アライメントパターンは、配
列方向中心部に位置するトレンチ形状のパターンの幅を
Ｗ0 ＝０．２μｍとし、このパターンの両側に配列され
るトレンチ形状のパターンの幅ＷｎをＷｎ＝１．５×Ｗ
ｎ−1 とし、各パターン間の間隔Ｌを一定に設定した構
成でも良い。このような構成のアライメントパターンに
おいては、トレンチ形状のパターン間に形成される凸パ
ターンが、配列方向中心部に向かって徐々に配置密度が
高くなる状態で配置されたものになる。

【００１９】さらに、アライメントパターンは、配列方
向中心部に位置するトレンチ形状のパターン１１ａの幅
をＷ0 ＝０．２μｍとし、このパターンの両側に位置す
るパターン間の間隔をＬ1 とした場合、配列方向中心部
から両側に向かって配置されるパターン間の間隔Ｌｎを
Ｌｎ＝１．５×Ｗｎ−1 とし、パターン幅ＷｎをＷｎ＝
１．５×Ｌｎとした構成でも良い。このような構成のア
ライメントパターンにおいては、トレンチ形状のパター
ンのエッジで構成されるエッジパターンが、配列方向中
心部に向かって徐々に配置密度が高くなる状態で配列さ
れたものになる。

【００２０】（第２実施形態）図２は、上記図１で示し
た構成のアライメントパターン１を用いたアライメント
方法を説明するための図である。ここでのアライメント
方法は、電子ビーム露光を行う際に、ウエハ１１の表面
側の露光面Ａに対して電子ビームの照射位置合わせを行
う方法である。図中のグラフは、電子ビームＢ1 の照射
位置と反射電子の信号強度を示している。そして、上記
電子ビーム露光は、例えばウエハ１１上にレジストパタ
ーンを形成するために行われる。また、上記アライメン
トは、ウエハ１１の表面に形成されたパターン（図示せ
ず）と、上記レジストパターンとの整合性を保つために
行われることとする。以下、上記図２を用いてアライメ
ント方法の一実施形態を説明する。

【００２１】すなわち、上記ウエハ１１のアライメント
を行う場合には、アライメントパターン１上において、
アライメントパターン１を構成する全パターン１１ａを
横切る状態でパターン１１ａの配列方向（すなわちｘ軸
方向）に電子ビームＢ1 を走査させる。この際、電子ビ
ームＢ1 の径ｒは、配列方向中心部Ｏ付近におけるパタ
ーン１１ａの配置間隔よりも十分に大きく設定されるこ
ととし、ここでは５μｍ程度に設定されることとする。

【００２２】次に、電子ビームＢ1 の照射によって得ら
れる信号強度のピーク位置から、アライメントパターン
１におけるパターン１１ａの配列方向中心部Ｏ（すなわ
ちアライメントパターン１の配置位置）と電子ビームＢ
1 の照射位置との走査方向（すなわちｘ軸方向）におけ
る相対的な位置関係を検出する。上記信号強度として
は、例えば電子ビームＢ1 の反射電子量がある。この反
射電子は、パターン１１ａのエッジ部で特に多く発生す
る。

【００２３】また、ここでは図示を省略するが、上記で
説明したと同様にしてウエハ１１の表面のｙ軸方向に配
列形成されたアライメントパターンと電子ビームＢ1 の
照射位置情報とのｙ軸方向の相対的な位置関係を検出す
る。この際、上述のアライメントパターン及びこれを用
いたアライメント方法においてｘ軸方向をｙ軸方向に読
み変えることとする。

【００２４】以上のようにして、ｘ軸方向及びｙ軸方向
におけるアライメントパターン１と電子ビームＢ1 の照
射位置との相対的な位置関係を検出した後、これらの位
置関係に基づいてウエハ１１の表面（ウエハ１１上の露
光面Ａ）の所定位置に電子ビームが照射されるように、
電子ビームＢ1 の照射位置情報を補正する。

【００２５】上記アライメント方法では、配列方向中心
部Ｏ付近におけるパターン１１ａの配置間隔よりも十分
に大きい径を有する電子ビームＢ1 を、アライメントパ
ターン１上で走査させる。このことから、電子ビームＢ
1 の走査位置が配列方向中心部Ｏに近くなる程、一度に
多くのパターン１１ａ（パターン１１ａのエッジ部）に
電子ビームＢ1 が照射される。このため、配列方向中心
部Ｏに近くなる程、電子ビームＢ1 の照射によって得ら
れる信号強度が強くなり、配列方向中心部Ｏに対応する
位置に上記信号強度のピークが形成される。このピーク
は、複数のパターン１１ａにビームが照射されることに
よって形成されたものであり、孤立パターンからなるア
ライメントパターンを用いた場合よりも信号強度が強い
ものになる。

【００２６】したがって、電子ビームＢ1 の１回の走査
で、アライメントパターン１に対する電子ビームＢ1 の
照射位置を特定し易くなり、アライメントパターンの位
置検出の精度が向上し、アライメントの精度を確保する
ことができる。また、アライメントのための電子ビーム
Ｂ1 の走査回数を減らして電子ビーム露光のスループッ
トを向上させることができる。これと共に、同一箇所で
の電子ビームＢ1 の走査回数を減らし、ウエハ１１の表
面を覆うレジストの炭化を防止しレジスト残りを防止す
ることがでる。

【００２７】（第３実施形態）図３は、アライメント方
法の他の例を説明するための図であり、以下の第３実施
形態でこの方法を説明する。すなわち、第３実施形態の
アライメント方法は、上記第２実施形態で説明したアラ
イメント方法において行った電子ビーム（Ｂ1 ）の走査
を１回目の走査とし、さらに電子ビームの２回目の走査
を行う方法である。

【００２８】すなわち、先ず、上記１回目の電子ビーム
（Ｂ1 ）の走査を行った後、この第１回目の走査によっ
て得られた信号強度のピーク位置を特定する。

【００２９】次に、上記で特定したピーク位置を含む範
囲に走査範囲を絞って、アライメントパターン１に対し
て電子ビームＢ2 の第２回目の走査を行う。この際、電
子ビームＢ2 は、１回目の走査よりも径ｒが小さく絞ら
れる。ただし、この径ｒは、配列方向中心部Ｏ付近にお
けるパターン１１ａの配置間隔よりも大きいこととす
る。

【００３０】その後、２回目の走査での電子ビームＢ2
の照射によって得られる信号強度のピーク位置から、配
列方向中心部Ｏ（すなわち、アライメントパターン１の
形成位置）と電子ビームＢ2 の照射位置との走査方向
（すなわちｘ軸方向）における相対的な位置関係を検出
する。

【００３１】また、ここでは図示を省略するが、上記で
説明したと同様にしてウエハ表面のアライメントパター
ンと電子ビームＢ2 の照射位置とのｙ軸方向の相対的な
位置関係を検出する。この際、上述のアライメントマー
ク及びこれを用いたアライメント方法においてｘ軸方向
をｙ軸方向に読み変えることとする。

【００３２】以上のようにして、ｘ軸方向及びｙ軸方向
におけるアライメントパターンと電子ビームＢ2 の照射
位置との相対的な位置関係を検出した後、これらの位置
関係に基づいてウエハ１１の表面（ウエハ１１上の露光
面Ａ）の所定位置に電子ビームが照射されるように、電
子ビームの照射位置情報を補正する。

【００３３】上記第３実施形態のアライメント方法で
は、１回目のビーム走査でピーク位置を特定すること
で、２回目のビーム走査ではパターンの配列方向中心部
Ｏに一致する上記ピーク位置付近に電子ビームＢの走査
範囲が絞られる。しかも、２回目の走査では、より小さ
く径を絞った電子ビームＢを用いることで、信号強度の
ピークの半値幅が狭くなり、ピーク位置、すなわちアラ
イメントパターン１の形成位置を代表する配列方向中心
部Ｏが特定し易くなる。

【００３４】また、図４に示すように、上記２回目の走
査の後に、さらにこの２回目の走査時よりも径を絞った
電子ビームＢ3 を用いて３回目の走査を行っても良い。
この際、電子ビームＢ3 の径ｒは、前回（２回目）の走
査よりも小さくかつパターン１１ａの配列方向中心部Ｏ
におけるパターン１１ａの配置間隔よりも大きいく設定
されることとする。また、電子ビームＢ3 の走査範囲
は、前回の走査によって得られたピーク位置を含むさら
に狭い範囲に設定する。

【００３５】以上のように、３回及び３回以上の走査を
行った場合には、最終的な電子ビームの走査によって得
られたピーク位置から、アライメントパターン１におけ
るパターン１１ａの配列方向中心部Ｏと電子ビームの照
射位置との走査方向（すなわちｘ軸方向またはｙ軸方
向）における相対的な位置関係を検出し、この位置関係
に基づいて電子ビームの照射位置情報の補正を行うこと
とする。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明のアライメン
トパターンによれば、配列方向中心部に向かって徐々に
パターンの配列密度が高くなる構成にしたことで、この
配列方向中心部に近い位置程一度に多くのパターンにビ
ームが照射され、配列方向中心部に上記ビームの照射に
よって得られる信号強度のピークを形成することが可能
になる。したがって、アライメントパターンとビームの
照射位置との相対的な位置関係を示す上記ピークの信号
強度を高めることが可能になる。

【００３７】また、本発明のアライメント方法によれ
ば、上記構成のアライメントパターン上において、配列
方向中心部におけるパターンの配置間隔よりも大きい径
を有するビームを走査させて上記配列方向中心部に近く
なる程一度に多くのパターンにビームを照射すること
で、アライメントパターンとビームの照射位置との相対
的な位置関係を示す信号強度のピークをより高めること
が可能になる。したがって、アライメントパターンの位
置検出の精度が向上し、アライメントの精度を確保する
ことができる。また、アライメントのためのビームの走
査回数を減らすことが可能になり、ビーム露光のスルー
プットを向上させることができる。これと共に、同一箇
所でのビームの走査回数を減らすことが可能になり、レ
ジストの炭化を防止しレジスト残りを防止することがで
る。したがって、リソグラフィーの精度を向上させるこ
とが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したアライメントパターンを示す
断面図である。

【図２】本発明を適用したアライメント方法の一例を説
明する図である。

【図３】本発明を適用したアライメント方法の他の例を
説明する図である。

【図４】本発明を適用したアライメント方法のさらに他
の例を説明する図である。

【図５】従来のアライメント方法を説明する図である。

【図６】従来のアライメント方法の課題を説明する図で
ある。

【符号の説明】

１ アライメントパターン １１ ウエハ（被露光基
体） １１ａ パターン Ｂ1 ，Ｂ2 ，Ｂ3 電子ビーム
（ビーム） Ｏ 配列方向中心部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ビーム露光の際に、被露光基体の表面に
   対してビームの照射位置合わせを行うために当該被露光
   基体の表面側に設けられるアライメントパターンであっ
   て、 配列方向中心部に向かって徐々に配置密度が高くなる状
   態で一方向に配列された複数のパターンからなることを
   特徴とするアライメントパターン。
2. 【請求項２】 ビーム露光の際に、被露光基体の表面に
   対してビームの照射位置合わせを行うためのアライメン
   ト方法であって、 配列方向中心部に向かって徐々に配置密度が高くなる状
   態で一方向に配列された複数のパターンからなるアライ
   メントパターンを被露光基体の表面側に形成し、 前記パターンの配列方向中心部付近における当該パター
   ンの配置間隔よりも大きい径を有するビームを、前記ア
   ライメントパターン上において当該パターンの配列方向
   に走査させ、 前記ビームの照射によって得られた信号強度のピーク位
   置から、前記アライメントパターンと当該ビームの照射
   位置との相対的な位置関係を検出し、 前記位置関係に基づいて前記ビームの照射位置情報を補
   正することを特徴とするアライメント方法。
3. 【請求項３】 ビーム露光の際に、被露光基体の表面に
   対してビームの照射位置合わせを行うためのアライメン
   ト方法であって、 配列方向中心部に向かって徐々に配置密度が高くなる状
   態で一方向に配列された複数のパターンからなるアライ
   メントパターンを被露光基体の表面側に形成し、 前記アライメントパターン上において前記パターンの配
   列方向にビームを走査させる１回目の走査を行い、 前記１回目の走査での前記ビームの照射によって得られ
   た信号強度のピーク位置を特定し、 前記１回目の走査よりも径が小さく絞られ、かつ前記パ
   ターンの配列方向中心部付近における当該パターンの配
   置間隔よりも大きい径を有するビームを、前記アライメ
   ントパターン上における前記ピーク位置を含む範囲で走
   査させる２回目の走査を行い、 前記２回目の走査での前記ビームの照射によって得られ
   た信号強度のピーク位置から、前記アライメントパター
   ンと当該ビームの照射位置との相対的な位置関係を検出
   し、 前記位置関係に基づいて前記ビームの照射位置情報を補
   正することを特徴とするアライメント方法。