JPH10214765A - Alignment method and apparatus - Google Patents
Alignment method and apparatusInfo
- Publication number
- JPH10214765A JPH10214765A JP9015254A JP1525497A JPH10214765A JP H10214765 A JPH10214765 A JP H10214765A JP 9015254 A JP9015254 A JP 9015254A JP 1525497 A JP1525497 A JP 1525497A JP H10214765 A JPH10214765 A JP H10214765A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- alignment mark
- mask
- mark
- alignment
- charged particle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Landscapes
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Electron Beam Exposure (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 感光基板上の位置合わせ用マークのエッジ部
での荷電粒子線の検出信号の乱れの影響を軽減して、高
精度に位置合わせを行う。
【解決手段】 マスク上のアライメントマーク34Xの
ウエハ上への投影像のピッチP1と、ウエハマーク39
XのピッチPとを僅かに異ならしめておき、電子線を照
射してウエハマーク39X上にアライメントマーク34
Xの像を投影してモアレ縞を形成し、このモアレ縞から
の反射電子を検出する。この状態で両マークを相対走査
したときに得られる反射電子信号より両マークの位置ず
れ量を検出する。
(57) [Problem] To perform high-accuracy alignment by reducing the influence of disturbance of a charged particle beam detection signal at an edge of an alignment mark on a photosensitive substrate. A pitch P1 of a projected image of an alignment mark 34X on a mask onto a wafer and a wafer mark 39 are provided.
The pitch P of X is slightly different from the pitch P of the alignment mark 34 on the wafer mark 39X by irradiating an electron beam.
An X image is projected to form moire fringes, and reflected electrons from the moire fringes are detected. In this state, the amount of displacement between the two marks is detected from the reflected electron signal obtained when the two marks are relatively scanned.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体集積
回路等を製造するためのリソグラフィ工程等で使用され
る荷電粒子線転写装置において、マスクと感光基板との
位置合わせを行うためのアライメント方法及び装置に関
し、特に複数個のパターンを計測方向に配列してなる位
置合わせ用マークを使用して位置ずれ量を検出する場合
に適用して卓効あるものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an alignment method for aligning a mask with a photosensitive substrate in a charged particle beam transfer apparatus used in a lithography process for manufacturing, for example, a semiconductor integrated circuit. The present invention is particularly effective when applied to a case where the amount of displacement is detected using a positioning mark in which a plurality of patterns are arranged in the measurement direction.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、転写パターンの解像度の向上とス
ループット(生産性)の向上との両立を可能とした荷電
粒子線転写装置の検討が進められている。このような転
写装置として、転写すべきパターンが所定の複数個の基
本パターンを繰り返して得られるパターンであるような
場合に、アパーチャープレートにそれらの基本パターン
を形成しておき、感光基板上にそれらの基本パターンの
像を順次所定の配置で転写することによって所望のパタ
ーンを転写するセルプロジェクション方式等の転写装置
が開発されている。最近では感光基板に転写すべきパタ
ーンをマスク上で1ダイ分に相当する大きさよりも小さ
い複数の小領域に分割し、各小領域毎に分割されたパタ
ーンをそれぞれ感光基板上に転写する分割転写方式の転
写装置も提案されている。2. Description of the Related Art In recent years, studies have been made on a charged particle beam transfer apparatus capable of improving both the resolution of a transfer pattern and the throughput (productivity). In such a transfer device, when a pattern to be transferred is a pattern obtained by repeating a predetermined plurality of basic patterns, those basic patterns are formed on an aperture plate, and the transferred patterns are formed on a photosensitive substrate. A transfer device such as a cell projection system for transferring a desired pattern by sequentially transferring images of the basic pattern in a predetermined arrangement has been developed. In recent years, the pattern to be transferred to the photosensitive substrate is divided into a plurality of small areas smaller than the size corresponding to one die on a mask, and the divided patterns are transferred to the photosensitive substrate. A transfer device of the type has also been proposed.
【0003】一般に半導体素子は、基板上に多層の回路
パターンを所定の位置関係で積み重ねて形成されるた
め、それらの荷電粒子線転写装置においては、感光基板
上にそれまでの工程で形成されている回路パターンと、
これから転写するマスクパターンとの位置合わせを行う
ためのアライメント装置が備えられている。従来のアラ
イメント装置の位置ずれ量の検出方式としては、(イ)
SEM(Scanning Electron Microscope)方式、及び
(ロ)ビームレット方式が知られている。In general, a semiconductor element is formed by stacking multilayer circuit patterns on a substrate in a predetermined positional relationship. Therefore, in such charged particle beam transfer apparatuses, the semiconductor element is formed on a photosensitive substrate in the previous steps. Circuit pattern
An alignment device is provided for performing alignment with a mask pattern to be transferred. As a method for detecting the amount of displacement of the conventional alignment device, (a)
An SEM (Scanning Electron Microscope) system and a (b) beamlet system are known.
【0004】(イ)のSEM方式では、マスク上の正方
形あるいは円形の小開口部を透過した荷電粒子ビーム
(以下、「電子ビーム」を用いる)にて感光基板(以
下、「ウエハ」を用いる)上のアライメントマークとし
てのウエハマークをスキャンすることにより、そのウエ
ハマークからの反射電子信号を得ていた。そして、その
ウエハマークのエッジ部における反射電子信号の波形に
着目して、スライスレベルを設定してのスレッシュホー
ルド(閾値)法、自己相関あるいはテンプレートとの相
互相関を取る相関法等によりそのウエハマークの目標位
置からの位置ずれ量(マスクとウエハとの位置ずれ量)
を検出していた。In the SEM method (a), a photosensitive substrate (hereinafter, “wafer” is used) by a charged particle beam (hereinafter, “electron beam”) transmitted through a small opening of a square or a circle on a mask. By scanning a wafer mark as an upper alignment mark, a reflected electron signal from the wafer mark is obtained. Focusing on the waveform of the reflected electron signal at the edge of the wafer mark, a threshold (threshold) method for setting a slice level, a correlation method for obtaining an autocorrelation or a cross-correlation with a template, or the like is used. Displacement from the target position (displacement between mask and wafer)
Was detected.
【0005】そのウエハマークとしては、図6(a)に
示すように、例えばウエハ上に形成された凹部よりなる
マーク51が使用され、この場合に得られる反射電子信
号Iは電子ビームの走査位置Xに対して、図6(b)に
示すようにレベルI1からI2に変化する。そのレベル
I1とI2との間のマーク51のエッジ部での反射電子
信号Iの乱れや、マーク51の内部での信号レベルI2
は、反射電子検出器の位置や電子ビームの照射領域の見
込み角、更には電子ビームのエネルギー等により異なる
ものである。As the wafer mark, as shown in FIG. 6A, for example, a mark 51 formed of a concave portion formed on the wafer is used, and the reflected electron signal I obtained in this case is the scanning position of the electron beam. For X, the level changes from I1 to I2 as shown in FIG. The disturbance of the reflected electron signal I at the edge of the mark 51 between the levels I1 and I2, and the signal level I2 inside the mark 51
Depends on the position of the backscattered electron detector, the expected angle of the irradiation area of the electron beam, and the energy of the electron beam.
【0006】また、ウエハマークとしては、図7(a)
に示すように、ウエハ上に被着されたタンタル(Ta)
やタングステン(W)等の重金属のマーク52も使用さ
れている。この場合、一定方向への反射電子の個数は、
Rutherford散乱の原理により原子番号の二乗と原子数密
度との積に比例するため、重金属マークからの反射電子
信号の強度は強くなる。但し、この場合でも、得られる
反射電子信号Iには、図7(b)に示すように、マーク
52のエッジ部に対応した幅ΔMの信号の乱れがあり、
マーク52の内部での信号レベルは、電子ビームのエネ
ルギー等によって変化する。通常はそれらの反射電子信
号Iの変化が急峻な部分(マーク51又は52のエッジ
部での信号)を用いて、ウエハマークの位置ずれ量が検
出されていた。FIG. 7A shows a wafer mark.
As shown in the figure, tantalum (Ta) deposited on a wafer
Also, a mark 52 made of heavy metal such as tungsten or tungsten (W) is used. In this case, the number of reflected electrons in a certain direction is
Since the principle of Rutherford scattering is proportional to the product of the square of the atomic number and the atomic number density, the intensity of the reflected electron signal from the heavy metal mark increases. However, even in this case, in the obtained reflected electron signal I, as shown in FIG. 7B, there is a disturbance of the signal of the width ΔM corresponding to the edge portion of the mark 52,
The signal level inside the mark 52 changes depending on the energy of the electron beam and the like. Normally, the position shift amount of the wafer mark is detected using a portion where the change of the reflected electron signal I is sharp (signal at the edge of the mark 51 or 52).
【0007】一方、(ロ)のビームレット方式では、例
えば、R.C.Farrow,et.al."Mark detection for alignme
nt and registration in a high-throughput projectio
n electron lithography tool",J.Vac.Sci.Technol.,B1
0(6),Nov/Dec,p2780,(1992)に開示されているように、
マスク上のアライメントマークをデューティ比が1:1
のライン・アンド・スペースパターンとし、それがウエ
ハ上に投影されたときのピッチと同じピッチであって、
やはりデューティ比が1:1のライン・アンド・スペー
スパターンをウエハマークとしていた。そして、ウエハ
マークの表面には重金属をつけ、マスク上のアライメン
トマークを通過した電子ビームによるウエハマークの全
体からの反射電子の一部を検出していた。即ち、このビ
ームレット方式で使用されるウエハマークは、図7
(a)の重金属のマーク52を所定ピッチで配列したマ
ルチマークである。On the other hand, in the beamlet method (b), for example, RCFarrow, et.al. "Mark detection for alignme
nt and registration in a high-throughput projectio
n electron lithography tool ", J.Vac.Sci.Technol., B1
0 (6), Nov / Dec, p2780, as disclosed in (1992),
The duty ratio of the alignment mark on the mask is 1: 1.
And the same pitch as the pitch when it is projected on the wafer,
Again, a line and space pattern with a 1: 1 duty ratio was used as a wafer mark. Then, heavy metal is attached to the surface of the wafer mark, and a part of the reflected electrons from the entire wafer mark by the electron beam passing through the alignment mark on the mask is detected. That is, the wafer mark used in this beamlet method is shown in FIG.
(A) is a multi-mark in which heavy metal marks 52 are arranged at a predetermined pitch.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
において、(イ)のSEM方式では、単一のマークから
の反射電子信号の波形が急峻になる部分の情報に基づい
てウエハマークの位置ずれ量を検出していた。しかしな
がら、その部分はノイズ等の影響で微妙に傾きが変化し
やすく、1回の計測で良好な計測再現性を得るのが困難
であるという不都合があった。そこで、従来は計測再現
性を高めるために、複数回の計測を行って計測結果を平
均化する等の対策も取られていたが、これではスループ
ットが低下する。In the prior art as described above, in the SEM method of (a), the position of a wafer mark is determined based on information of a portion where the waveform of a reflected electron signal from a single mark is sharp. The shift amount was detected. However, there is an inconvenience that the inclination is apt to change slightly due to the influence of noise or the like, and it is difficult to obtain good measurement reproducibility in one measurement. In order to improve the reproducibility of measurement, conventionally, measures such as averaging the measurement results by performing a plurality of measurements have been taken, but this reduces the throughput.
【0009】また、(ロ)のビームレット方式において
は、ウエハマークの各マーク部の全体からの反射電子を
検出しているが、図7(b)に示すようなマーク52の
エッジ部での反射電子信号Iの乱れは、複数のマークを
同じピッチの電子ビームで走査したときには同様に存在
する。従って、反射電子信号にはそのエッジ部での波形
の乱れが加わり、計測再現性を劣化させる要因になって
いた。Further, in the beamlet method (b), reflected electrons from the entire mark portion of the wafer mark are detected, but the reflected electron at the edge portion of the mark 52 as shown in FIG. The disturbance of the reflected electron signal I similarly exists when a plurality of marks are scanned with an electron beam having the same pitch. Therefore, the waveform of the reflected electron signal is disturbed at the edge thereof, which causes a deterioration in measurement reproducibility.
【0010】本発明は斯かる点に鑑み、基板上の位置合
わせ用マークのエッジ部での荷電粒子線の検出信号の乱
れの影響を軽減して、高精度に位置合わせを行うことが
できるアライメント方法、及びこのアライメント方法を
実施できるアライメント装置を提供することを目的とす
る。In view of the above, the present invention reduces the influence of the disturbance of the detection signal of the charged particle beam at the edge of the alignment mark on the substrate, and enables alignment with high accuracy. It is an object of the present invention to provide a method and an alignment apparatus capable of performing the alignment method.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明によるアライメン
ト方法は、荷電粒子線のもとでマスク(1)上のパター
ンを投影系(14,15)を介して感光基板(5)上に
転写するに際して、そのマスクとその感光基板との位置
合わせを行うためのアライメント方法において、マスク
(1)上に計測方向に所定ピッチで複数本の荷電粒子線
のスリット状の透過部(38A)を配置してなる第1の
位置合わせ用マーク(34X)を形成し、感光基板
(5)上のその第1の位置合わせ用マークの投影像と計
測方向に同程度の幅を有する領域に、線状の荷電粒子線
の反射部(40A)を計測方向にその第1の位置合わせ
用マークの投影像とは僅かに異なるピッチで配置してな
る第2の位置合わせ用マーク(39X)を形成してお
き、所定の荷電粒子線ビームのもとでその第1の位置合
わせ用マークの投影像とその第2の位置合わせ用マーク
とを計測方向に相対移動しつつ、この第2の位置合わせ
用マークから発生する反射荷電粒子線、又は2次荷電粒
子線を検出し、この検出結果に基づいてそのマスクとそ
の感光基板との位置合わせを行うものである。According to the alignment method of the present invention, a pattern on a mask (1) is transferred onto a photosensitive substrate (5) via a projection system (14, 15) under a charged particle beam. In this case, in the alignment method for aligning the mask and the photosensitive substrate, a plurality of charged particle beam slit-shaped transmission portions (38A) are arranged on the mask (1) at a predetermined pitch in the measurement direction. A first alignment mark (34X) is formed on the photosensitive substrate (5), and a linear alignment mark is formed in a region on the photosensitive substrate (5) having the same width as the projected image of the first alignment mark in the measurement direction. A second alignment mark (39X) is formed by arranging the charged particle beam reflecting portions (40A) in the measurement direction at a slightly different pitch from the projected image of the first alignment mark. , Predetermined charged particle beam The reflected charged particle beam generated from the second alignment mark while relatively moving the projection image of the first alignment mark and the second alignment mark in the measurement direction under the Alternatively, the secondary charged particle beam is detected, and the position of the mask and the photosensitive substrate are aligned based on the detection result.
【0012】斯かる本発明によれば、マスク上の第1の
位置合わせ用マーク(34X)の投影像と感光基板上の
第2の位置合わせ用マーク(39X)とは、僅かにピッ
チが異なっている。僅かにピッチが異なるとは、一例と
して第2の位置合わせ用マーク(39X)の計測方向の
幅をMDとすると、幅MD内での第2の位置合わせ用マ
ーク(39X)の反射部(40A)の本数と、第1の位
置合わせ用マーク(34X)の投影像における透過部
(38A)の像の本数とが1本〜数本異なる程度であ
る。両マークの本数が1本異なる場合に、最も少ない本
数のマークで最低限必要なマーク列が構成できる。本発
明において、第2の位置合わせ用マーク(39X)上に
第1の位置合わせ用マーク(34X)の像を投影する
と、所謂モアレ縞が形成され、そのモアレ縞全体からの
反射荷電粒子線、又は2次荷電粒子線が検出される。従
って、2つのマークを相対走査すると、それらの間の位
置ずれ量に関わりなく、常にほぼ同量のマークのエッジ
部からの荷電粒子が検出信号に加わるため、検出信号自
体には、部分的な波形の乱れがなくなり、常に良好な計
測再現性が期待でき、結果として高精度に位置合わせを
行うことができる。According to the present invention, the pitch between the projected image of the first alignment mark (34X) on the mask and the second alignment mark (39X) on the photosensitive substrate is slightly different. ing. A slight difference in pitch means that, as an example, when the width of the second alignment mark (39X) in the measurement direction is MD, the reflection portion (40A) of the second alignment mark (39X) within the width MD ) Differs from the number of images of the transmission portion (38A) in the projected image of the first alignment mark (34X) by one to several. When the numbers of both marks are different by one, the minimum required number of marks can be formed by the least number of marks. In the present invention, when an image of the first alignment mark (34X) is projected on the second alignment mark (39X), so-called moiré fringes are formed, and reflected charged particle beams from the entire moiré fringe are formed. Alternatively, a secondary charged particle beam is detected. Therefore, when the two marks are relatively scanned, almost the same amount of charged particles from the edges of the marks are added to the detection signal regardless of the amount of positional deviation between the two marks. Waveform disturbance is eliminated, and good measurement reproducibility can always be expected. As a result, positioning can be performed with high accuracy.
【0013】この場合、第1の位置合わせ用マーク(3
4X)のスリット状の透過部(38A)の計測方向の幅
と、この透過部間の非透過部(38B)の計測方向の幅
との比(デューティ比)、又は第2の位置合わせ用マー
ク(39X)の線状の反射部(40A)の計測方向の幅
と、この反射部間の低反射部(40B)の計測方向の幅
との比の少なくとも一方が実質的に1:1であり、更
に、第1の位置合わせ用マーク(34X)の投影像の非
計測方向の長さが第2の位置合わせ用マーク(39X)
の非計測方向の長さと異なることが望ましい。In this case, the first alignment mark (3
4X) The ratio (duty ratio) of the width in the measurement direction of the slit-shaped transmission portion (38A) to the width of the non-transmission portion (38B) between the transmission portions in the measurement direction, or the second alignment mark. At least one of the ratio between the width in the measurement direction of the linear reflection portion (40A) of (39X) and the width in the measurement direction of the low reflection portion (40B) between the reflection portions is substantially 1: 1. Further, the length of the projection image of the first alignment mark (34X) in the non-measurement direction is the second alignment mark (39X).
Is desirably different from the length in the non-measurement direction.
【0014】そのように少なくとも一方の位置合わせ用
マークのデューティ比がほぼ1:1になると、両マーク
の位置ずれ量中で検出信号の変化がなくなる領域、即ち
不感帯が少なくなる。また、例えば図4に示すように、
感光基板上の第2の位置合わせ用マーク(39X)の非
計測方法の長さH2が、第1の位置合わせ用マーク(3
4X)の投影像の非計測方向の長さH1より狭い場合に
は、感光基板上のマーク全体が検出信号に寄与できる利
点がある反面で、はみ出た部分の荷電粒子線は直流成分
となる。逆に、感光基板上の第2の位置合わせ用マーク
(39X)の非計測方法の長さH2が、第1の位置合わ
せ用マーク(34X)の投影像の非計測方向の長さH1
より広い場合には、そのような直流成分はなくなるが、
感光基板上のマークの内に使用されない部分が残ること
になる。何れの場合でも、或る程度の位置ずれが生じて
も2つのマークを完全に重ねることができ、得られる検
出信号のレベル変動が少なくなる。When the duty ratio of at least one of the alignment marks is approximately 1: 1 as described above, the area where the detection signal does not change in the amount of displacement between the two marks, that is, the dead zone is reduced. Also, for example, as shown in FIG.
The length H2 of the non-measurement method of the second alignment mark (39X) on the photosensitive substrate is equal to the first alignment mark (3X).
In the case where the projection image of 4X) is shorter than the length H1 in the non-measurement direction, the entire mark on the photosensitive substrate has an advantage that it can contribute to the detection signal, but the charged particle beam in the protruding portion becomes a DC component. Conversely, the length H2 of the non-measurement method of the second alignment mark (39X) on the photosensitive substrate is equal to the length H1 of the projection image of the first alignment mark (34X) in the non-measurement direction.
In the wider case, such a DC component disappears,
Unused portions will remain in the marks on the photosensitive substrate. In any case, even if a certain degree of displacement occurs, the two marks can be completely overlapped, and the level fluctuation of the obtained detection signal is reduced.
【0015】また、本発明によるアライメント装置は、
荷電粒子線のもとでマスク(1)上のパターンを投影系
(14,15)を介して感光基板(5)上に転写する転
写装置に備えられ、そのマスクとその感光基板との位置
合わせを行うためのアライメント装置において、所定の
荷電粒子線ビームをマスク(1)上の所定ピッチの第1
の位置合わせ用マーク(34X)及び投影系(14,1
5)を介して、第1の位置合わせ用マーク(34X)の
投影像とは僅かに異なるピッチで感光基板(5)上に形
成された第2の位置合わせ用マーク(39X)に照射す
る照射系(10,11A〜11C,12A,12B,3
1)と、この第2の位置合わせ用マークから発生する反
射荷電粒子線、又は2次荷電粒子線を検出する荷電粒子
線検出器(29)と、その第1の位置合わせ用マークの
投影像とその第2の位置合わせ用マークとを計測方向に
相対移動する相対移動装置(13A)と、この相対移動
装置を介してその第1の位置合わせ用マークの投影像と
その第2の位置合わせ用マークとを相対移動したときに
荷電粒子線検出器(29)から得られる検出信号に基づ
いてマスク(1)と感光基板(5)との位置ずれ量を求
める演算手段(19)と、を備えたものである。Further, the alignment apparatus according to the present invention comprises:
A transfer device is provided for transferring a pattern on a mask (1) onto a photosensitive substrate (5) via a projection system (14, 15) under a charged particle beam, and aligns the mask with the photosensitive substrate. An alignment apparatus for performing a first charged particle beam on a mask (1) at a predetermined pitch on a mask (1);
Mark (34X) and projection system (14, 1)
5) irradiating the second alignment mark (39X) formed on the photosensitive substrate (5) at a slightly different pitch from the projected image of the first alignment mark (34X). System (10, 11A to 11C, 12A, 12B, 3
1), a charged particle beam detector (29) for detecting a reflected charged particle beam or a secondary charged particle beam generated from the second alignment mark, and a projected image of the first alignment mark Relative movement device (13A) for relatively moving the second alignment mark and the second alignment mark in the measurement direction, and projecting the first alignment mark and the second alignment via the relative movement device Calculating means (19) for calculating the amount of displacement between the mask (1) and the photosensitive substrate (5) based on a detection signal obtained from the charged particle beam detector (29) when the mark is relatively moved. It is provided.
【0016】斯かる本発明のアライメント装置によれ
ば、荷電粒子線検出器(29)からの検出信号を用いて
本発明のアライメント方法が実施できる。According to the alignment apparatus of the present invention, the alignment method of the present invention can be performed using the detection signal from the charged particle beam detector (29).
【0017】[0017]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
につき図1〜図5を参照して説明する。本例は電子線転
写装置でアライメントを行う場合に本発明を適用したも
のである。図1は本例で使用する分割転写方式の電子線
転写装置の概略構成を示し、この図1において、電子光
学系の光軸AXに平行にZ軸を取り、Z軸に垂直な平面
内で図1の紙面に垂直にX軸を、図1の紙面に平行にY
軸を取って説明する。先ず、本例の偏向照明系におい
て、電子銃10から放出された電子線EBは、第1コン
デンサレンズ11Aで一度集束された後、第2コンデン
サレンズ11Bで再び集束される。第2コンデンサレン
ズ11Bの近傍に可変開口を有するアパーチャ板31が
配置され、アパーチャ板31の開口を通過した電子線E
Bは、第1の視野選択偏向器12Aによって主にY方向
に偏向され第3コンデンサレンズ11Cで平行ビームに
された後、第2の視野選択偏向器12Bによって振り戻
されてマスク1の1つの小領域上の照射領域33に導か
れる。視野選択偏向器12A,12Bにおける偏向量
は、装置全体の動作を統轄制御する主制御装置19が、
偏向量設定器25を介して設定する。なお、図1におい
て、電子線EBの実線で示す軌跡はクロスオーバ像の共
役関係を示し、点線で示す軌跡はマスクパターン像の共
役関係を示している。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. In this embodiment, the present invention is applied to the case where alignment is performed by an electron beam transfer device. FIG. 1 shows a schematic configuration of a split transfer type electron beam transfer apparatus used in this embodiment. In FIG. 1, a Z axis is taken in parallel with an optical axis AX of an electron optical system, and in a plane perpendicular to the Z axis. The X axis is perpendicular to the plane of FIG. 1 and the Y axis is parallel to the plane of FIG.
A description will be given taking the axis. First, in the deflection illumination system of the present example, the electron beam EB emitted from the electron gun 10 is focused once by the first condenser lens 11A, and then focused again by the second condenser lens 11B. An aperture plate 31 having a variable aperture is arranged near the second condenser lens 11B, and the electron beam E passing through the aperture of the aperture plate 31 is provided.
B is deflected mainly in the Y-direction by the first field-selection deflector 12A, is converted into a parallel beam by the third condenser lens 11C, and is then turned back by the second field-selection deflector 12B so that one of the masks 1 It is guided to the irradiation area 33 on the small area. The amount of deflection in the field-of-view selecting deflectors 12A and 12B is determined by the main controller 19 which controls the overall operation of the apparatus.
It is set via the deflection amount setting device 25. In FIG. 1, the locus of the electron beam EB indicated by a solid line indicates the conjugate relationship of the crossover image, and the locus indicated by the dotted line indicates the conjugate relationship of the mask pattern image.
【0018】マスク1を通過した電子線EBは2段の電
磁偏向器よりなる偏向器13Aにより所定量偏向された
上で、投影レンズ14により一度クロスオーバ像COを
結んだ後、対物レンズ15を介して電子線レジストが塗
布されたウエハ5上に集束され、ウエハ5上の所定位置
にマスク1の1つの小領域内のパターンを所定の縮小率
β(例えば1/4)で縮小した像が転写される。本例の
投影レンズ14及び対物レンズ15は、対称磁気ダブレ
ット(SMD:Symmetric Magnetic Doublet)方式の結
像系を構成しており、クロスオーバ像COが形成される
位置に開口絞り32が配置されている。また、対物レン
ズ15の近傍とウエハ5との間にも2段の電磁偏向器よ
りなる偏向器13Bが配置され、偏向器13A,13B
における偏向量は、主制御装置19が偏向量設定器26
を介して設定する。分割転写方式では、マスク1上の各
小領域はストラットを挟んで配置されているのに対し
て、対応するウエハ5上の各小転写領域は密着して配置
されているため、偏向器13A,13Bはそのストラッ
ト分だけ電子線を横ずれさせるため、及びマスク1とウ
エハ5との同期誤差を補正するために使用される。更に
本例では、マスク1上のアライメントマークの像をウエ
ハ5上のウエハマーク上で計測方向に走査する際に、偏
向器13A又は13Bを使用する。The electron beam EB that has passed through the mask 1 is deflected by a predetermined amount by a deflector 13A composed of a two-stage electromagnetic deflector, and once forms a crossover image CO by a projection lens 14, and then the objective lens 15 Is focused on the wafer 5 on which the electron beam resist is applied, and an image obtained by reducing the pattern in one small area of the mask 1 at a predetermined position on the wafer 5 at a predetermined reduction rate β (for example, 1 /) is formed. Transcribed. The projection lens 14 and the objective lens 15 of this example constitute an imaging system of a symmetric magnetic doublet (SMD) system, and an aperture stop 32 is arranged at a position where a crossover image CO is formed. I have. A deflector 13B composed of a two-stage electromagnetic deflector is also arranged between the vicinity of the objective lens 15 and the wafer 5, and deflectors 13A and 13B
Is controlled by the main controller 19 to determine the deflection amount setter 26.
Set via. In the split transfer method, each small area on the mask 1 is arranged with a strut in between, while each small area on the corresponding wafer 5 is arranged closely, so that the deflectors 13A, 13B is used to shift the electron beam laterally by the amount of the strut and to correct a synchronization error between the mask 1 and the wafer 5. Further, in this example, when the image of the alignment mark on the mask 1 is scanned on the wafer mark on the wafer 5 in the measurement direction, the deflector 13A or 13B is used.
【0019】そして、対物レンズ15の底面近傍にウエ
ハ5からの反射電子等を検出するための反射電子検出器
29が配置され、反射電子検出器29からの反射電子信
号REは主制御装置19に供給されている。また、マス
ク1はマスクステージ16にXY平面と平行に取り付け
られている。マスクステージ16は、駆動装置17によ
りX方向に連続移動し、Y方向にステップ移動する。マ
スクステージ16のXY平面内での位置はレーザ干渉計
18で検出されて主制御装置19に出力される。A backscattered electron detector 29 for detecting backscattered electrons and the like from the wafer 5 is disposed near the bottom surface of the objective lens 15, and a backscattered electron signal RE from the backscattered electron detector 29 is transmitted to the main controller 19. Supplied. The mask 1 is mounted on the mask stage 16 in parallel with the XY plane. The mask stage 16 is continuously moved in the X direction by the driving device 17 and is stepwise moved in the Y direction. The position of the mask stage 16 in the XY plane is detected by the laser interferometer 18 and output to the main controller 19.
【0020】一方、ウエハ5は、試料台20上のウエハ
ステージ21上にXY平面と平行に保持されている。ウ
エハステージ21は、駆動装置22によりマスクステー
ジ16のX軸に沿った連続移動方向とは逆方向へ連続移
動可能で、且つY方向へステップ移動可能である。X方
向に逆方向としたのは、レンズ14,15によりマスク
パターン像が反転するためである。ウエハステージ21
のXY平面内での位置はレーザ干渉計23で検出されて
主制御装置19に出力される。更に、ウエハステージ2
1には、ウエハ5の回転角の補正機構も組み込まれてい
る。On the other hand, the wafer 5 is held on a wafer stage 21 on a sample stage 20 in parallel with the XY plane. The wafer stage 21 can be continuously moved by the driving device 22 in the direction opposite to the direction of continuous movement of the mask stage 16 along the X axis, and can be step-moved in the Y direction. The direction opposite to the X direction is because the mask pattern image is inverted by the lenses 14 and 15. Wafer stage 21
Are detected by the laser interferometer 23 and output to the main controller 19. Further, the wafer stage 2
1 also incorporates a mechanism for correcting the rotation angle of the wafer 5.
【0021】露光時に主制御装置19は、入力装置24
から入力される露光データと、レーザ干渉計18,23
が検出するマスクステージ16及びウエハステージ21
の位置情報とに基づいて、視野選択偏向器12A,12
B、及び偏向器13A,13Bによる電子線EBの偏向
量を演算すると共に、マスクステージ16及びウエハス
テージ21の動作を制御するために必要な情報(例えば
位置及び移動速度)を演算する。偏向量の演算結果は偏
向量設定器25及び26に出力され、これらの設定器に
よりそれぞれ視野選択偏向器12A,12B及び偏向器
13A,13Bによる電子線の偏向量が設定される。At the time of exposure, the main controller 19 is operated by the input device 24.
Exposure data input from the laser interferometers 18 and 23
Stage 16 and wafer stage 21 detected by
Field deflectors 12A and 12A based on the
B and the amount of deflection of the electron beam EB by the deflectors 13A and 13B are calculated, and information (for example, position and moving speed) required to control the operations of the mask stage 16 and the wafer stage 21 is calculated. The calculation result of the deflection amount is output to deflection amount setting devices 25 and 26, and these setting devices set the deflection amount of the electron beam by the field-of-view selection deflectors 12A and 12B and the deflectors 13A and 13B, respectively.
【0022】マスクステージ16、及びウエハステージ
21の動作に関する演算結果はドライバ27,28にそ
れぞれ出力される。ドライバ27,28は演算結果に従
ってステージ16,21が動作するように駆動装置1
7,22の動作を制御する。なお、入力装置24として
は、露光データの作成装置で作成した磁気記録情報を読
み取る装置、マスク1やウエハ5に記録された露光デー
タをこれらの搬入の際に読み取る装置等を適宜選択して
よい。Calculation results regarding the operations of the mask stage 16 and the wafer stage 21 are output to drivers 27 and 28, respectively. The drivers 27 and 28 operate the driving device 1 so that the stages 16 and 21 operate according to the calculation results.
7 and 22 are controlled. As the input device 24, a device for reading magnetic recording information created by an exposure data creating device, a device for reading exposure data recorded on the mask 1 and the wafer 5 when these are loaded, and the like may be appropriately selected. .
【0023】次に、本例の転写装置を用いて分割転写方
式でマスクパターンを転写する際の基本的な動作につき
図2を参照して説明する。図2は、本例のマスク1とウ
エハ5との対応関係を示す斜視図であり、この図2にお
いて、マスク1は境界領域としてのストラット3によっ
てX方向、及びY方向に所定ピッチで矩形の多数の小領
域2A,2B,2C,…に分割され、転写対象の小領域
(図2では小領域2A)内の照射領域33に電子線EB
が照射される。各小領域内には転写すべきパターンに対
応する電子線の透過部が設けられ、ストラット3は、電
子線を散乱する領域である。本例のマスク1は、厚さ1
0μm程度のシリコン(Si)製の散乱基板に設けた抜
き穴を電子線の透過部とする所謂散乱(穴空き)ステン
シルタイプである。但し、マスクとして窒化シリコン
(SiN)等の薄膜にて電子線の透過部を形成し、その
表面に適宜タングステン製の散乱部を設けた所謂散乱マ
スクを使用することもできる。Next, the basic operation of transferring the mask pattern by the division transfer method using the transfer apparatus of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a perspective view showing the correspondence between the mask 1 and the wafer 5 of the present example. In FIG. 2, the mask 1 is rectangular with a predetermined pitch in the X direction and the Y direction by struts 3 as boundary regions. Are divided into a number of small areas 2A, 2B, 2C,..., And the electron beam EB is applied to the irradiation area 33 in the small area to be transferred (small area 2A in FIG. 2).
Is irradiated. In each of the small areas, a transmission part of the electron beam corresponding to the pattern to be transferred is provided, and the strut 3 is an area that scatters the electron beam. The mask 1 of this example has a thickness of 1
It is a so-called scattering (hole) stencil type in which a hole formed in a scattering substrate made of silicon (Si) of about 0 μm is used as a transmission part of an electron beam. However, a so-called scattering mask in which an electron beam transmitting portion is formed of a thin film of silicon nitride (SiN) or the like and a tungsten scattering portion is appropriately provided on the surface thereof may be used as a mask.
【0024】マスク1上の小領域2Aを通過した電子線
EBは、図1の投影レンズ14及び対物レンズ15を介
して、ウエハ5上の1つの小転写領域7A上にその小領
域2A内のパターンの縮小像を形成する。露光時には、
小領域2A,2B,2C,…を単位として電子線EBの
照射が繰り返され、各小領域内のパターンの縮小像がウ
エハ5上の異なる小転写領域7A,7B,7C,…に順
次転写される。この際に、図1の偏向器13A,13B
を駆動して、各小領域を区切るストラット3の幅分だけ
電子線EBを横ずれさせることによって、ウエハ5上の
小転写領域7A,7B,7C,…は互いに隙間無く配置
される。The electron beam EB that has passed through the small area 2A on the mask 1 passes through the projection lens 14 and the objective lens 15 shown in FIG. A reduced image of the pattern is formed. At the time of exposure,
The irradiation of the electron beam EB is repeated in units of the small regions 2A, 2B, 2C,..., And the reduced images of the patterns in each small region are sequentially transferred to different small transfer regions 7A, 7B, 7C,. You. At this time, the deflectors 13A and 13B in FIG.
Is driven to shift the electron beam EB laterally by the width of the strut 3 that separates each small area, so that the small transfer areas 7A, 7B, 7C,...
【0025】この際に、主制御装置19の制御のもとで
マスクステージ16及びウエハステージ21を介して、
図2に示すように、マスク1を−X方向に所定速度VM
で連続移動するのに同期して、ウエハ5を+X方向に対
応する速度VWで連続移動する。このようにマスク1及
びウエハ5がX方向に移動するのに伴って、ほぼ光軸A
Xを横切る位置に達した一列の複数の小領域内のパター
ンが順次ウエハ5上に転写される動作が繰り返されて、
マスク1上の全部の小領域内のパターンがウエハ上に転
写されると、ウエハ5上の1ダイ分の転写領域6Aへの
パターンの転写が終了する。その後、ウエハ5上の隣接
する別の1ダイ分の転写領域6Bにも同様にマスク1の
パターンの転写が行われる。At this time, under the control of the main controller 19, through the mask stage 16 and the wafer stage 21,
As shown in FIG. 2, the mask 1 is moved at a predetermined speed VM in the −X direction.
The wafer 5 is continuously moved at the speed VW corresponding to the + X direction in synchronization with the continuous movement of the wafer 5. As the mask 1 and the wafer 5 move in the X direction, the optical axis A
The operation of sequentially transferring the patterns in the plurality of small areas in a row reaching the position crossing X on the wafer 5 is repeated,
When the patterns in all the small areas on the mask 1 are transferred onto the wafer, the transfer of the pattern to the transfer area 6A for one die on the wafer 5 is completed. Thereafter, the pattern of the mask 1 is similarly transferred to another adjacent transfer area 6B for one die on the wafer 5.
【0026】さて、このようなマスクパターンの転写を
ウエハ5上の2層目以降に行うには、予めマスク1のパ
ターンの投影像とウエハ5上の各転写領域との位置合わ
せ(アライメント)を高精度に行っておく必要がある。
そのため、マスク1上には複数個のアライメントマーク
が形成されている。図3は、マスク1上のアライメント
マークの配列の一例を示し、この図3において、マスク
1の内部にはX方向、及びY方向に所定ピッチで小領域
2A,2B,…が形成され、これらの小領域の周囲の4
隅に同一のX軸のアライメントマーク34X〜37X、
及び同一のY軸のアライメントマーク34Y〜37Yが
形成されている。X軸のアライメントマーク34Xは、
図4(a)に示すように、X方向の幅L1でY方向の幅
H1の矩形の開口パターン38AをX方向にピッチP1
で所定本数配列したマークである。具体的に本例のアラ
イメントマーク34Xの形状は、図1の投影レンズ14
及び対物レンズ15を介してウエハ5上に投影した投影
像の段階で、開口パターン38AのX方向の幅L1は
4.5μm、Y方向の幅H1は55μm、ピッチP1は
10μmであり、開口パターン38Aの本数は10本で
ある。従って、アライメントマーク34Xの計測方向
(X方向)の幅は投影像の段階で約94.5μmであ
り、開口パターン38Aとこれらの間の散乱部38Bと
の計測方向の幅の比(デューティ比)は4.5:5.
5、即ちほぼ1:1である。この際に、図1の偏向照明
系からアライメントマーク34X上に照射される電子線
の照射領域は、X方向の幅が110μmでY方向の幅が
70μm程度の領域(投影像の段階で)であり、この照
射領域内にアライメントマーク34Xの全体が完全に収
まるようになっている。In order to transfer such a mask pattern to the second and subsequent layers on the wafer 5, alignment (alignment) between the projected image of the pattern of the mask 1 and each transfer area on the wafer 5 must be performed in advance. It must be done with high precision.
Therefore, a plurality of alignment marks are formed on the mask 1. FIG. 3 shows an example of an arrangement of alignment marks on the mask 1. In FIG. 3, small areas 2A, 2B,... Are formed inside the mask 1 at a predetermined pitch in the X direction and the Y direction. 4 around small area of
The same X-axis alignment marks 34X to 37X at the corners,
Also, the same Y-axis alignment marks 34Y to 37Y are formed. The X-axis alignment mark 34X is
As shown in FIG. 4A, a rectangular opening pattern 38A having a width L1 in the X direction and a width H1 in the Y direction is pitched P1 in the X direction.
Are marks arranged in a predetermined number. Specifically, the shape of the alignment mark 34X of the present example is
At the stage of the projected image projected on the wafer 5 via the objective lens 15, the width L1 in the X direction of the opening pattern 38A is 4.5 μm, the width H1 in the Y direction is 55 μm, and the pitch P1 is 10 μm. The number of 38A is 10. Therefore, the width of the alignment mark 34X in the measurement direction (X direction) is about 94.5 μm at the stage of the projected image, and the ratio (duty ratio) of the width in the measurement direction between the opening pattern 38A and the scattering portion 38B therebetween. Is 4.5: 5.
5, or approximately 1: 1. At this time, the irradiation area of the electron beam irradiated onto the alignment mark 34X from the deflection illumination system of FIG. 1 is an area having a width in the X direction of 110 μm and a width in the Y direction of about 70 μm (at the stage of the projected image). In this case, the entire alignment mark 34X completely fits within the irradiation area.
【0027】また、図3のY軸のアライメントマーク3
4YはX軸のアライメントマーク34Xを90°回転し
たマークである。そして、図1のウエハ5上の各転写領
域には、図3のアライメントマーク34X〜37X,3
4Y〜37Yを図1の投影レンズ14及び対物レンズ1
5を介して投影した位置関係で複数のウエハマークが形
成されている。その内のX軸のアライメントマーク34
Xに対応するX軸のウエハマーク39Xを、図4(b)
に示す。The Y-axis alignment mark 3 shown in FIG.
4Y is a mark obtained by rotating the X-axis alignment mark 34X by 90 °. Each transfer area on the wafer 5 shown in FIG.
4Y to 37Y are the projection lens 14 and the objective lens 1 of FIG.
A plurality of wafer marks are formed in a positional relationship projected through the reference numeral 5. X-axis alignment mark 34
The X-axis wafer mark 39X corresponding to X is shown in FIG.
Shown in
【0028】図4(b)において、X軸のウエハマーク
39Xは、X方向の幅L2でY方向の幅H2の重金属
(例えばタンタル、タングステン等)の矩形の凸のパタ
ーン40AをX方向にピッチPで所定本数配列したマー
クである。具体的に本例のウエハマーク39Xの形状
は、矩形の凸のパターン40AのX方向の幅L2は4.
5μm、Y方向の幅H2は50μm、ピッチPは9μm
であり、パターン40Aの本数は11本である。従っ
て、ウエハマーク39Xの計測方向(X方向)の幅は約
94.5μmであり、凸のパターン40Aとこれらの間
の低反射部40Bとの計測方向の幅の比(デューティ
比)は4.5:4.5、即ち正確に1:1である。即
ち、アライメントマーク34Xの投影像とウエハマーク
39Xとはピッチが僅かに異なるライン・アンド・スペ
ースパターンであり、両者を重ねることによってモアレ
縞が形成される。また、ウエハマーク39Xの非計測方
向の幅H2は、アライメントマーク34Xの投影像の非
計測方向の幅H1より短くなっている。更に、Y軸のウ
エハマークは図4(b)のX軸のウエハマーク39Xを
90°回転したマークである。In FIG. 4B, the X-axis wafer mark 39X is formed by forming a rectangular convex pattern 40A of heavy metal (for example, tantalum or tungsten) having a width L2 in the X direction and a width H2 in the Y direction at a pitch in the X direction. P is a mark arranged in a predetermined number. Specifically, the shape of the wafer mark 39X of this example is such that the width L2 of the rectangular convex pattern 40A in the X direction is 4.
5 μm, Y direction width H2 is 50 μm, pitch P is 9 μm
And the number of patterns 40A is eleven. Accordingly, the width of the wafer mark 39X in the measurement direction (X direction) is about 94.5 μm, and the ratio (duty ratio) of the width in the measurement direction between the convex pattern 40A and the low reflection portion 40B therebetween is 4. 5: 4.5, ie exactly 1: 1. That is, the projected image of the alignment mark 34X and the wafer mark 39X are line and space patterns having slightly different pitches, and a moire fringe is formed by overlapping the two. The width H2 of the wafer mark 39X in the non-measurement direction is shorter than the width H1 of the projection image of the alignment mark 34X in the non-measurement direction. Further, the Y-axis wafer mark is a mark obtained by rotating the X-axis wafer mark 39X of FIG. 4B by 90 °.
【0029】そして、アライメント時にアライメントマ
ーク34Xとウエハマーク39XとのX方向の位置ずれ
量を検出する際には、図1において、マスクステージ1
6を駆動してアライメントマーク34Xを偏向照明系に
よる電子線EBの照射領域に移動した後、ウエハステー
ジ21を駆動して、ウエハ5上のウエハマーク39Xを
設計上でそのアライメントマーク34Xの投影像の位置
(目標位置)に移動する。本例では図4に示すように、
アライメントマーク34Xの投影像の非計測方向の幅H
1は、ウエハマーク39Xの幅H2より広いため、その
ように粗く位置決めした状態で、非計測方向(Y方向)
においてウエハマーク39Xはアライメントマーク34
Xの投影像の幅内に収まってモアレ縞が形成され、この
モアレ縞の明るい部分(電子線の照射領域とウエハマー
ク39Xの凸部(反射部)とが重なった部分)から反射
電子が発生し、この反射電子が反射電子検出器29で検
出される。そこで、主制御装置19では、図1の偏向器
13A(偏向器13Bでも可)を介してウエハマーク3
9X上でアライメントマーク34Xの投影像を計測方向
(X方向)に走査して、反射電子検出器29からの反射
電子信号REをモニタする。なお、マスクステージ1
6、又はウエハステージ21を駆動して両者を相対走査
してもよい。When detecting the amount of displacement in the X direction between the alignment mark 34X and the wafer mark 39X during alignment, the mask stage 1 shown in FIG.
6, the alignment mark 34X is moved to the irradiation area of the electron beam EB by the deflecting illumination system, and then the wafer stage 21 is driven so that the wafer mark 39X on the wafer 5 is designed to be a projected image of the alignment mark 34X. To the target position (target position). In this example, as shown in FIG.
Width H of projection image of alignment mark 34X in non-measurement direction
1 is wider than the width H2 of the wafer mark 39X.
, The wafer mark 39X is the alignment mark 34
Moire fringes are formed within the width of the projected image of X, and reflected electrons are generated from bright portions of the moire fringes (portions where the electron beam irradiation area and the convex portion (reflection portion) of the wafer mark 39X overlap). Then, the reflected electrons are detected by the reflected electron detector 29. Therefore, the main controller 19 uses the deflector 13A (or the deflector 13B) of FIG.
The projected image of the alignment mark 34X is scanned in the measurement direction (X direction) on 9X, and the reflected electron signal RE from the reflected electron detector 29 is monitored. The mask stage 1
6, or the wafer stage 21 may be driven to perform relative scanning between them.
【0030】具体的に、図4において、マスク上のアラ
イメントマーク34Xの投影像のピッチP1とウエハマ
ーク39XのピッチPとの差をΔP(=|P1−P
|)、ウエハマーク39Xのパターン40Aの本数を
(2N+1)、ウエハマーク39Xの中心に対するアラ
イメントマーク34Xの投影像の中心のX方向への位置
ずれ量をΔXとすると、所定の比例係数kを用いて反射
電子信号REは次のようになる。Specifically, in FIG. 4, the difference between the pitch P1 of the projected image of the alignment mark 34X on the mask and the pitch P of the wafer mark 39X is ΔP (= | P1-P
|), The number of the patterns 40A of the wafer mark 39X is (2N + 1), and the amount of displacement of the center of the projected image of the alignment mark 34X with respect to the center of the wafer mark 39X in the X direction is ΔX, and a predetermined proportional coefficient k is used. The reflected electron signal RE is as follows.
【0031】 RE=k{N2・P/(2N−1)−2|ΔX|} (1) 但し、(1)式が成り立つ位置ずれ量ΔXの範囲は次の
通りである。 −ΔP/2≦ΔX≦ΔP/2 (2) (1)式に図4の実際のパラメータを代入すると、ピッ
チPは9μm、本数を規定する整数Nは5であるため、
反射電子信号REは次のように、(25−2|ΔX|)
に比例する信号となる。即ち、(2)式の範囲内では反
射電子信号REは位置ずれ量ΔXの絶対値に対して線形
に減少する信号である。RE = k {N 2 · P / (2N−1) −2 | ΔX |} (1) However, the range of the displacement amount ΔX in which the expression (1) is satisfied is as follows. −ΔP / 2 ≦ ΔX ≦ ΔP / 2 (2) When the actual parameters in FIG. 4 are substituted into the equation (1), the pitch P is 9 μm, and the integer N that defines the number is 5.
The reflected electron signal RE is expressed as (25-2 | ΔX |) as follows.
Becomes a signal proportional to. That is, within the range of the expression (2), the reflected electron signal RE is a signal that decreases linearly with respect to the absolute value of the positional deviation amount ΔX.
【0032】 RE=k(25−2|ΔX|) (3) 図5は、(3)式で表される反射電子信号REのみなら
ず、|ΔX|が(2)式の範囲よりも大きな場合の反射
電子信号REも示している。この図5の横軸は位置ずれ
量ΔX(≧0の範囲)であり、縦軸はその位置ずれ量Δ
Xに対応する反射電子信号REのレベルである。但し、
図5において、位置ずれ量ΔXがΔP/2を超える範囲
の信号レベルは、図4の具体的なパラメータを用いて計
算した信号レベルを表している。RE = k (25−2 | ΔX |) (3) FIG. 5 shows that not only the backscattered electron signal RE represented by the equation (3) but also that | ΔX | is larger than the range of the equation (2). The reflected electron signal RE in the case is also shown. The horizontal axis in FIG. 5 is the displacement amount ΔX (range of ≧ 0), and the vertical axis is the displacement amount ΔX.
This is the level of the reflected electron signal RE corresponding to X. However,
In FIG. 5, a signal level in a range where the displacement amount ΔX exceeds ΔP / 2 indicates a signal level calculated using specific parameters in FIG.
【0033】なお、本例においても、従来例について図
7を参照して説明したように、ウエハマーク39Xの凸
の各マークのエッジ部では、計測方向に幅ΔMの範囲内
で反射電子信号に乱れが生じる。本例では、その幅ΔM
よりも(2)式に現れるマークピッチの差ΔPを大きく
設定しておく。これによって、ウエハマーク39Xの凸
の各マークのエッジ部での信号の乱れが常に反射電子信
号REに含まれるようになるため、図5に示すように、
(2)式の範囲内では反射電子信号REには波形の乱れ
がなくなる。そこで一例として、主制御装置19では、
反射電子信号REの最高レベルより僅かに低いスライス
レベルRE1を設定しておき、予め位置ずれ量ΔXを
(2)式の範囲内に追い込んだ状態で、反射電子信号R
EがそのスライスレベルRE1を横切るときの2箇所の
位置ずれ量ΔX1,ΔX2を検出する。実際には、その
位置ずれ量ΔX1,ΔX2は設計上の目標位置からのア
ライメントマーク34Xの投影像の偏向量であり、それ
らの位置ずれ量ΔX1,ΔX2の平均値ΔXAVをウエハ
マーク39Xの目標位置からの位置ずれ量とみなすこと
ができる。Also in this example, as described with reference to FIG. 7 for the conventional example, at the edge of each of the convex marks of the wafer mark 39X, the reflected electron signal is generated within the range of the width ΔM in the measurement direction. Disturbance occurs. In this example, the width ΔM
The difference ΔP between the mark pitches appearing in the expression (2) is set to be larger than that. As a result, the disturbance of the signal at the edge of each of the convex marks of the wafer mark 39X is always included in the reflected electron signal RE, and as shown in FIG.
Within the range of the expression (2), the reflected electron signal RE has no waveform disturbance. Therefore, as an example, in the main control device 19,
The slice level RE1 slightly lower than the highest level of the reflected electron signal RE is set, and the reflected electron signal R
It detects two positional deviation amounts ΔX1 and ΔX2 when E crosses the slice level RE1. In practice, the positional deviation amount .DELTA.X1, .DELTA.X2 is the amount of deflection of the projected images of the alignment marks 34X from the target position of the design, their positional deviation amount .DELTA.X1, average target of [Delta] X AV wafer mark 39X of .DELTA.X2 This can be regarded as a positional deviation amount from the position.
【0034】なお、主制御装置19では、図5の反射電
子信号REのΔX≧0の範囲での直線(勾配が負の直
線)、及びΔX<0の範囲での直線(勾配が正の直線)
を最小二乗近似等によって求め、これらの直線の交点で
の位置ずれ量をウエハマーク39Xの位置ずれ量とみな
してもよい。この際に、多くのデータを用いればそれだ
けSN比が向上し、計測再現性がよくなることは言うま
でもない。In the main controller 19, the reflected electron signal RE shown in FIG. 5 has a straight line in a range of ΔX ≧ 0 (a straight line having a negative gradient) and a straight line in a range of ΔX <0 (a straight line having a positive gradient). )
May be obtained by least-squares approximation or the like, and the amount of displacement at the intersection of these straight lines may be regarded as the amount of displacement of the wafer mark 39X. At this time, if a large amount of data is used, it goes without saying that the SN ratio is improved and the measurement reproducibility is improved.
【0035】また、追い込み可能な位置ずれ量ΔXが
(2)式の範囲を超える恐れがある場合には、予め標準
ウエハ等を用いて、図5の反射電子信号REの波形をテ
ンプレートとして記憶しておき、実際に位置ずれ量を検
出する場合に、実際に得られる反射電子信号REとその
テンプレートとの相関を算出し、この相関が最も高くな
るときの位置ずれ量をウエハマーク39Xの位置ずれ量
としてもよい。If there is a possibility that the amount of displacement ΔX that can be driven in exceeds the range of the expression (2), the waveform of the reflected electron signal RE of FIG. 5 is stored in advance as a template using a standard wafer or the like. In advance, when actually detecting the amount of positional deviation, the correlation between the actually obtained reflected electron signal RE and the template is calculated, and the amount of positional deviation when the correlation becomes the highest is calculated as the positional deviation of the wafer mark 39X. It may be an amount.
【0036】その後、同様に他のウエハマークについて
も、対応するアライメントマーク35X〜37X,34
Y〜37Yの投影像を相対走査することによってX方
向、又はY方向の位置ずれ量が検出できる。そして、主
制御装置19では、これらの位置ずれ量よりマスク1の
パターン像に対するウエハ5上の露光対象の転写領域の
X方向、Y方向、及び回転方向への位置ずれ量を算出
し、これらの位置ずれ量を補正するように図1のウエハ
ステージ21を駆動してウエハ5の位置を補正する。そ
の後、このように設定された位置関係を保持して分割転
写方式でマスクパターンをウエハ5上に転写することに
よって、高い重ね合わせ精度が得られる。Thereafter, similarly for the other wafer marks, the corresponding alignment marks 35X to 37X, 34
By relatively scanning the projected images of Y to 37Y, the amount of displacement in the X direction or the Y direction can be detected. Then, the main controller 19 calculates the amount of displacement of the transfer area of the exposure target on the wafer 5 in the X direction, the Y direction, and the rotation direction with respect to the pattern image of the mask 1 from these displacement amounts. The position of the wafer 5 is corrected by driving the wafer stage 21 shown in FIG. 1 so as to correct the amount of displacement. Thereafter, the mask pattern is transferred onto the wafer 5 by the division transfer method while maintaining the positional relationship set as described above, whereby high overlay accuracy is obtained.
【0037】上述のように本例によれば、アライメント
マークの投影像とウエハマークとを重ね合わせてモアレ
縞を形成し、このモアレ縞からの反射電子信号に基づい
て2つのマークの位置ずれ量を検出している。従って、
ウエハマークを構成する各パターンのエッジ部での反射
電子信号の乱れがどの位置ずれ量でも同程度発生し、少
なくとも(2)式を満たす範囲では位置ずれ量に対して
ほぼ線形に変化する反射電子信号が得られる。従って、
位置ずれ量を高精度に検出でき、結果として高精度に位
置合わせを行うことができる。As described above, according to this embodiment, the projected image of the alignment mark and the wafer mark are superimposed to form a moire fringe, and the amount of displacement between the two marks is determined based on the reflected electron signal from the moire fringe. Has been detected. Therefore,
The backscattered electron signal at the edge portion of each pattern constituting the wafer mark is generated in the same degree for any amount of displacement, and the reflected electrons change almost linearly with respect to the amount of displacement at least in a range satisfying the expression (2). A signal is obtained. Therefore,
The position shift amount can be detected with high accuracy, and as a result, position alignment can be performed with high accuracy.
【0038】なお、上述の実施の形態では、ウエハマー
クとして重金属のマークを所定ピッチで配列したマーク
が使用されているが、ウエハマークとして基板上に凹凸
のパターンを所定ピッチで配列したマークを使用しても
よい。また、アライメントマークとウエハマークとの位
置ずれ量を検出するために、ウエハマークからの反射電
子を検出しているが、ウエハマークからの2次電子を検
出するようにしてもよい。更に、上述の実施の形態は、
分割転写方式の転写装置に本発明を適用したものである
が、本発明はセルプロジェクション方式等の転写装置で
アライメントを行う場合にも同様に適用できる。In the above-described embodiment, a mark in which heavy metal marks are arranged at a predetermined pitch is used as a wafer mark, but a mark in which an uneven pattern is arranged at a predetermined pitch on a substrate is used as a wafer mark. May be. Further, in order to detect the amount of displacement between the alignment mark and the wafer mark, reflected electrons from the wafer mark are detected. However, secondary electrons from the wafer mark may be detected. Further, the above-described embodiment
Although the present invention is applied to a transfer device of a split transfer system, the present invention can be similarly applied to a case where alignment is performed by a transfer device of a cell projection system or the like.
【0039】更に、本発明は電子線を用いた転写装置の
みならず、イオンビームのような他の荷電粒子線を用い
た転写装置(露光装置)でアライメントを行う場合にも
適用できることは言うまでもない。このように本発明は
上述の実施の形態に限定されず、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。Further, it goes without saying that the present invention can be applied not only to a transfer device using an electron beam but also to a case where alignment is performed by a transfer device (exposure device) using another charged particle beam such as an ion beam. . As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can take various configurations without departing from the gist of the present invention.
【0040】[0040]
【発明の効果】本発明のアライメント方法によれば、マ
スク上の第1の位置合わせ用マークの投影像のピッチと
感光基板上の第2の位置合わせ用マークのピッチとを僅
かに異ならせて、両者を重ねたときに形成されるモアレ
縞からの荷電粒子線を検出しているため、マスクと感光
基板との位置ずれ量に関わりなく、常に同量のマークエ
ッジ部からの荷電粒子線が検出信号に加わって、検出信
号自体には波形の乱れがなくなる利点がある。また、エ
ッジ部以外からの荷電粒子線も同時に検出しているた
め、検出される荷電粒子線が多くなって検出信号のSN
比も向上し、良好な計測再現性が期待できる。従って、
高精度に位置合わせを行うことができる。According to the alignment method of the present invention, the pitch of the projected image of the first alignment mark on the mask is slightly different from the pitch of the second alignment mark on the photosensitive substrate. However, since the charged particle beam from the moiré fringes formed when the two are superimposed is detected, the same amount of charged particle beam from the mark edge always remains, regardless of the amount of misalignment between the mask and the photosensitive substrate. In addition to the detection signal, the detection signal itself has the advantage of eliminating waveform disturbance. Further, since charged particle beams from other than the edge portion are also detected at the same time, the number of charged particle beams to be detected increases, and the SN of the detection signal increases.
The ratio is also improved, and good measurement reproducibility can be expected. Therefore,
Positioning can be performed with high accuracy.
【0041】また、その第1の位置合わせ用マークのデ
ューティ比、又はその第2の位置合わせ用マークのデュ
ーティ比の少なくとも一方が実質的に1:1であるとき
には、不感帯が少なくなる。更に、その第1の位置合わ
せ用マークの投影像の非計測方向の長さがその第2の位
置合わせ用マークの非計測方向の長さと異なる場合に
は、それら2つのマークを粗く位置決めするだけでそれ
らのマークを非計測方向に完全に重ねることができるた
め、得られる検出信号のレベルが常に安定である利点が
ある。また、本発明のアライメント装置によれば、本発
明のアライメント方法を実施できる。When at least one of the duty ratio of the first alignment mark and the duty ratio of the second alignment mark is substantially 1: 1, the dead zone is reduced. Further, when the length of the projection image of the first alignment mark in the non-measurement direction is different from the length of the second alignment mark in the non-measurement direction, the two marks are only roughly positioned. Since these marks can be completely overlapped in the non-measurement direction, there is an advantage that the level of the obtained detection signal is always stable. Further, according to the alignment apparatus of the present invention, the alignment method of the present invention can be performed.
【図1】本発明の実施の形態の一例の電子線転写装置を
示す概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of an electron beam transfer apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図2】分割転写方式で転写を行う場合の動作説明に供
する斜視図である。FIG. 2 is a perspective view for explaining an operation when transferring is performed by a division transfer method.
【図3】その実施の形態のマスク上のアライメントマー
クの配置の一例を示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing an example of the arrangement of alignment marks on a mask according to the embodiment.
【図4】マスク上のアライメントマーク及びウエハマー
クの構成を示す拡大平面図である。FIG. 4 is an enlarged plan view showing a configuration of an alignment mark and a wafer mark on a mask.
【図5】その実施の形態で検出される反射電子信号の一
例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of a backscattered electron signal detected in the embodiment.
【図6】従来の凸のマークよりなるウエハマーク、及び
このマークから得られる反射電子信号を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a conventional wafer mark formed of a convex mark and a reflected electron signal obtained from the mark.
【図7】従来の重金属のマークよりなるウエハマーク、
及びこのマークから得られる反射電子信号を示す図であ
る。FIG. 7 shows a wafer mark made of a conventional heavy metal mark,
FIG. 4 is a diagram showing reflected electron signals obtained from the marks.
1 マスク 5 ウエハ 13A,13B 偏向器 14 投影レンズ 15 対物レンズ 16 マスクステージ 19 主制御装置 21 ウエハステージ 25,26 偏向量設定器 29 反射電子検出器 34X〜37X,34Y〜37Y マスク上のアライメ
ントマーク 39X ウエハ上のアライメントマークDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mask 5 Wafer 13A, 13B Deflector 14 Projection lens 15 Objective lens 16 Mask stage 19 Main controller 21 Wafer stage 25, 26 Deflection amount setting unit 29 Backscattered electron detector 34X-37X, 34Y-37Y Alignment mark 39X on mask Alignment mark on wafer
Claims (3)
を投影系を介して感光基板上に転写するに際して、前記
マスクと前記感光基板との位置合わせを行うためのアラ
イメント方法において、 前記マスク上に計測方向に所定ピッチで複数本の荷電粒
子線のスリット状の透過部を配置してなる第1の位置合
わせ用マークを形成し、 前記感光基板上の前記第1の位置合わせ用マークの投影
像と計測方向に同程度の幅を有する領域に、線状の荷電
粒子線の反射部を計測方向に前記第1の位置合わせ用マ
ークの投影像とは僅かに異なるピッチで配置してなる第
2の位置合わせ用マークを形成しておき、 所定の荷電粒子線ビームのもとで前記第1の位置合わせ
用マークの投影像と前記第2の位置合わせ用マークとを
計測方向に相対移動しつつ、該第2の位置合わせ用マー
クから発生する反射荷電粒子線、又は2次荷電粒子線を
検出し、 該検出結果に基づいて前記マスクと前記感光基板との位
置合わせを行うことを特徴とするアライメント方法。An alignment method for aligning the mask and the photosensitive substrate when transferring a pattern on the mask onto a photosensitive substrate via a projection system under a charged particle beam; A first alignment mark formed by arranging a plurality of charged particle beam slit-shaped transmission portions at a predetermined pitch in a measurement direction is formed on the first alignment mark, and the first alignment mark of the first alignment mark on the photosensitive substrate is formed. In a region having the same width as the projected image in the measurement direction, the reflecting portions of the linear charged particle beams are arranged at a slightly different pitch from the projected image of the first alignment mark in the measurement direction. A second alignment mark is formed, and the projected image of the first alignment mark and the second alignment mark are relatively moved in a measurement direction under a predetermined charged particle beam. While the second An alignment method comprising: detecting a reflected charged particle beam or a secondary charged particle beam generated from an alignment mark; and performing positioning between the mask and the photosensitive substrate based on the detection result.
て、 前記第1の位置合わせ用マークの前記スリット状の透過
部の計測方向の幅と、該透過部間の非透過部の計測方向
の幅との比、又は 前記第2の位置合わせ用マークの前記線状の反射部の計
測方向の幅と、該反射部間の低反射部の計測方向の幅と
の比の少なくとも一方が実質的に1:1であり、 更に、前記第1の位置合わせ用マークの投影像の非計測
方向の長さが前記第2の位置合わせ用マークの非計測方
向の長さと異なることを特徴とするアライメント方法。2. The alignment method according to claim 1, wherein a width of the first alignment mark in a measurement direction of the slit-shaped transmission portion and a measurement direction of a non-transmission portion between the transmission portions are measured. At least one of a ratio of a width or a ratio of a width of the second alignment mark in the measurement direction of the linear reflection portion to a width of the low reflection portion between the reflection portions in the measurement direction is substantially at least one. Wherein the length of the projection image of the first alignment mark in the non-measurement direction is different from the length of the second alignment mark in the non-measurement direction. Method.
を投影系を介して感光基板上に転写する転写装置に備え
られ、前記マスクと前記感光基板との位置合わせを行う
ためのアライメント装置において、 所定の荷電粒子線ビームを前記マスク上の所定ピッチの
第1の位置合わせ用マーク及び前記投影系を介して、前
記第1の位置合わせ用マークの投影像とは僅かに異なる
ピッチで前記感光基板上に形成された第2の位置合わせ
用マークに照射する照射系と、 該第2の位置合わせ用マークから発生する反射荷電粒子
線、又は2次荷電粒子線を検出する荷電粒子線検出器
と、 前記第1の位置合わせ用マークの投影像と前記第2の位
置合わせ用マークとを計測方向に相対移動する相対移動
装置と、 該相対移動装置を介して前記第1の位置合わせ用マーク
の投影像と前記第2の位置合わせ用マークとを相対移動
したときに前記荷電粒子線検出器から得られる検出信号
に基づいて前記マスクと前記感光基板との位置ずれ量を
求める演算手段と、を備えたことを特徴とするアライメ
ント装置。3. An alignment apparatus provided in a transfer apparatus for transferring a pattern on a mask under a charged particle beam onto a photosensitive substrate via a projection system, for aligning the mask with the photosensitive substrate. In the above, a predetermined charged particle beam through the first alignment mark and the projection system at a predetermined pitch on the mask, at a pitch slightly different from the projected image of the first alignment mark An irradiation system for irradiating a second alignment mark formed on the photosensitive substrate, and a charged particle beam detection for detecting a reflected charged particle beam or a secondary charged particle beam generated from the second alignment mark A relative movement device for relatively moving the projected image of the first alignment mark and the second alignment mark in the measurement direction; and the first alignment mark via the relative movement device. Calculating means for calculating a displacement amount between the mask and the photosensitive substrate based on a detection signal obtained from the charged particle beam detector when the projected image of the mask and the second alignment mark are relatively moved. And an alignment device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9015254A JPH10214765A (en) | 1997-01-29 | 1997-01-29 | Alignment method and apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9015254A JPH10214765A (en) | 1997-01-29 | 1997-01-29 | Alignment method and apparatus |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10214765A true JPH10214765A (en) | 1998-08-11 |
Family
ID=11883730
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9015254A Withdrawn JPH10214765A (en) | 1997-01-29 | 1997-01-29 | Alignment method and apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10214765A (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006501807A (en) * | 2002-01-31 | 2006-01-19 | ニンブルゲン システムズ リミテッド ライアビリティ カンパニー | Pre-patterned substrate, apparatus and method for optical synthesis of DNA probes |
| US20230244139A1 (en) * | 2022-01-28 | 2023-08-03 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Method and structure for overlay measurement in semiconductor device manufacturing |
| CN118486627A (en) * | 2024-05-27 | 2024-08-13 | 无锡卓海科技股份有限公司 | Wafer positioning method and device and electronic equipment |
| US12235588B2 (en) | 2023-02-16 | 2025-02-25 | Kla Corporation | Scanning overlay metrology with high signal to noise ratio |
| US12422363B2 (en) | 2022-03-30 | 2025-09-23 | Kla Corporation | Scanning scatterometry overlay metrology |
| US12487190B2 (en) | 2022-03-30 | 2025-12-02 | Kla Corporation | System and method for isolation of specific fourier pupil frequency in overlay metrology |
-
1997
- 1997-01-29 JP JP9015254A patent/JPH10214765A/en not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006501807A (en) * | 2002-01-31 | 2006-01-19 | ニンブルゲン システムズ リミテッド ライアビリティ カンパニー | Pre-patterned substrate, apparatus and method for optical synthesis of DNA probes |
| US20230244139A1 (en) * | 2022-01-28 | 2023-08-03 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Method and structure for overlay measurement in semiconductor device manufacturing |
| US12461456B2 (en) * | 2022-01-28 | 2025-11-04 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Method and structure for overlay measurement in semiconductor device manufacturing |
| US12422363B2 (en) | 2022-03-30 | 2025-09-23 | Kla Corporation | Scanning scatterometry overlay metrology |
| US12487190B2 (en) | 2022-03-30 | 2025-12-02 | Kla Corporation | System and method for isolation of specific fourier pupil frequency in overlay metrology |
| US12235588B2 (en) | 2023-02-16 | 2025-02-25 | Kla Corporation | Scanning overlay metrology with high signal to noise ratio |
| CN118486627A (en) * | 2024-05-27 | 2024-08-13 | 无锡卓海科技股份有限公司 | Wafer positioning method and device and electronic equipment |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6137111A (en) | Charged particle-beam exposure device and charged-particle-beam exposure method | |
| US6171736B1 (en) | Projection-microlithography alignment method utilizing mask with separate mask substrates | |
| US6072184A (en) | Charged-particle-beam projection methods | |
| US20030170552A1 (en) | Method of determining exposure conditions, exposure method, device manufacturing method, and storage medium | |
| EP0298495B1 (en) | Method and apparatus for correcting defects of x-ray mask | |
| US6194732B1 (en) | Charged-particle-beam exposure methods with beam parallelism detection and correction | |
| EP0367126B1 (en) | Charged particle beam exposure method using a mask | |
| US5422491A (en) | Mask and charged particle beam exposure method using the mask | |
| US5912467A (en) | Method and apparatus for measurement of pattern formation characteristics | |
| US5528047A (en) | Electron beam exposure apparatus with improved drawing precision | |
| US5894132A (en) | Charged-particle-beam projection-exposure apparatus with focus and tilt adjustments | |
| US7388213B2 (en) | Method of registering a blank substrate to a pattern generating particle beam apparatus and of correcting alignment during pattern generation | |
| KR100379285B1 (en) | Electron Beam Lithographing Method and Apparatus Thereof | |
| JPH10214765A (en) | Alignment method and apparatus | |
| US5712488A (en) | Electron beam performance measurement system and method thereof | |
| JPH05190435A (en) | Electron beam lithography method of semiconductor device | |
| US20010052573A1 (en) | Target mark member, method for manufacturing, and electron beam exposure apparatus thereof | |
| US6680481B2 (en) | Mark-detection methods and charged-particle-beam microlithography methods and apparatus comprising same | |
| JP2004311659A (en) | Charged particle beam apparatus and method for regulating the same | |
| JPH1070059A (en) | Charged particle beam transfer device | |
| JPH08227840A (en) | Adjustment method and drawing method in charged particle beam drawing apparatus | |
| US6649920B1 (en) | Cell projection using an electron beam | |
| US6664551B2 (en) | Methods for detecting incidence orthogonality of a patterned beam in charged-particle-beam (CPB) microlithography, and CPB microlithography systems that perform same | |
| JP2002075828A (en) | Proximity effect correction method, electron beam projection exposure apparatus, and device manufacturing method | |
| JP2006210459A (en) | Charged particle beam exposure apparatus, charged particle beam exposure method, and device manufacturing method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20040406 |