JPS5884976A - 電子ビ−ム処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子ビームを使用してターゲットの８つの隣接
する表面区域を順次電子ビーム処理する方法に関するも
のである。

電子ビーム技術の重要な応用分野は半導体装置の製造公
費である。特に、いわゆる電子ビームパターン発生装置
は電子ビームを電子感応レジスト層で被覆さｈた半導体
基板のようなターゲットに直接照射することができ、そ
のビームをコンピュータで制御して予定のパターンをレ
ジスト層に描くことができる。電子ビームで露光された
レジスジ層部分（ネガティブレジスト層の場合には非露
光部分・）は適当な化学薬品により選択的に除来される
。レジスト層の残存部分は半導体基板の麦面上に、半導
体ウェファの次の処理に使用し得るマスク層を構成する
）。

しかし、あいにくなことに電子ビームで走査し　　得る
区域Ｃ以後時により偏向区域と称す）が電子光学収差（
電子ビームが光軸から外れるほど大きくなる）のために
幾分制限される。このことは大面積のレジスジ層を露光
する場合に問題となる。

しかし、集積回路のような半導体装置の製造においては
、犬舎な半導体基板上に比較的小さい同一のパターンを
繰り返し描く場合が普通である。この理由のために電子
ビームを用いて基板の第１区域に一つのパターンを描き
、次いで基板を移動させて基板の新しい区域を電子ビー
ムの偏向区域に位置させるようにすることによって、同
一のパターン（又は異なるパターン）をこの新しい区域
にビームの偏向区域を過度に大きくする必要なしに描く
ことができる。実際上、基板を直交する２方向に移動さ
せることができる限り１例えば４インチの直径を有する
半導体基板上のホシレジスト層の全面に亘って比較的小
さい区域Ｃ代表的には８■×畠■）に同一のパターンを
順次描くことができる。この技術はステツプーレビート
方法として既知であるｂ 慣例のパターン発生器は、ターゲット上で円形をなすガ
ウス強度分布を有する電子ビームを発生・する。このビ
ームは代表的には０．２ミクνンの直径を有するので、
点（ポイン））ビームと称することができる。

基板の特定区域に描くべきパターンが通常の場合のよう
に基本矩形成分に分割することができる場合にはポイン
トビームは各矩形の輪郭を描き、次いで次の矩形に移る
前にその矩形全域をくまなく走査する必要がある。その
特定区域に完全なパターンを描き終えたら、基板を移動
させて同一のパターンを次の区域に上述のようにして描
くことができる。

半導体基板を電子ビームに露光する前に、基板の初期ア
ライメント（位置合せ）を行なうのが普通である。それ
にもかかわらず％電子ビームパターン発生器又は半導体
基板が不安定である結果どして製造中に７ライメント誤
差が生ずる可能性がある。例えば、半導体基板はそれが
受ける種々の処理の結果として歪みを受けることがある
。斯る談差を補償するためには基板表面に基準マークシ
ステムを用いるのが讐迩である。これによれば。

電子ビームをマーりの予め決められた所定位置に向けて
照射してマークの実際の位置とマークの所定位置との間
の偏差を表わす信号を得ることができる。次いで、この
信号を用いて基板の移動を補正するか、或は電子光学系
に補正を加えて電子ビームが次にパターンを描くときに
これを正しい位置に行なうようにすることができる。

基準マークは半導体基板表面の例えば２０ミクリンｘｓ
ｏｔ夕冑ンの矩形の凹みとすることができる。パターン
な描くべき区域が矩形の場合には。

斯るマークを斯る各矩形区域の四隅に位置させることが
できる。所定の区域にパターンを描く前に、ビームを当
該区域の四隅の４つの基準マークに順次照射する。マー
クの６級をビームでその縁を横切る方向に例えば８回走
査する。後方散乱電子を観察することによりマークの実
際の位置とマークの所定位置との偏差を決定することが
できる。腔差を最小にするために、同様６情報を特定区
域の四隅の６つのマークの各★から、その区域にパター
ンを描く前に集取する。

最近、電子ビームのスぎツシサイズな変えることができ
るようにしたパターン発生器が開発されＴＡＮる・例え
ば「Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｖａｃｕｕｍ　８ｃｉｅｎ
ｏｅ？ｅａｈｎＯｌＯｇｙＪ　１６　（ａ　）　、　Ｎ
ｏｖｅｍｂｅｒ／Ｄｅｏｅｍｂｅｒ１−！９４の’″Ｖ
ａｒｉａｂｌｅ　５ｐｏｔ−ｓｈａｐｅｄ　ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎｂ＠ａｍ　ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ　ｔｏｏｌ
　’″ト騙レタ１．Ｖ、ＷｅｂｅｒとＲ，Ｄ、Ｍｏｏｒ
ｅの論文に、大きさを４ミクロン×４ミ＃田ンの大きさ
まで変え一名ことができるスポット状ビームが開示され
ている。もつと大きな範囲に１ってスポットサイズを変
えることができるようにした他の装置も開示されている
。明らかなように、可変スボツＦ状電子ビームは半導体
基板上のレジスジ層にパターンを描くのに理想的なもの
であって、特に描くべきパターンを基本矩形成分に分解
できる場合に理想的である。この場合には所愈の区域に
パターンを描くのに要する時間を著しく短縮できる。従
って、可変スポット状電子ビームな発生するパターン発
生器はポイン艷ビーム式のものと比較して生産量が大き
くなるという重要な効果なもたらす。

しかし％７ライメンシ誤差の間■は依然として存在する
ため、補償装置を必要とすること勿論である。上記論文
には基板のパターンを描くべき各区域の四隅に位置する
基準マークを走査し、次いで発生する後方散乱電子信号
を処理して各区域の四隅における位置誤差を決定するよ
うにした了うイメンシ方法な開示している。

しかし、ポインシビーム式パターン発生器について先に
説明したように、斯る基準マークの走査はマーりの位置
誤差を決定するのに有効であるがこれはかなり時間のか
−る技術であり、可変スボツ艷状電子ビーム式パターン
発生器と組み合わせて使用するとこのパターン発生器の
冨光時聞の短縮により得られる利点が必然的にそこなわ
れることになる。

本発明は電子ビームを使用してターゲットの８つの隣接
する表面区域を順次に電子ビーム処理するに当り、前記
区域間に基準マークを設けておき、Ｉｌｌの区域を電子
ビーム処理した後に、前記マークと略Ａ同一の大きさ及
び形状を有する電子ビームをこのマークの予め決められ
た所定位置に向は層射し１発生する後方散乱電子を検出
器を用いて検出して前記マークの所定位置と実際の位置
との偏差を表わす信号を発生させ、この信号に応答して
前記第３の区域を電子ビーム処理する際に斯る偏差を補
正することを特徴とする。

基準マークと略＾同一の大きさ及び形状を有する電子ビ
ームを用いることにより、そのビーム電流をポイントビ
ームの場合より著しく大きくすることができる。このこ
とは後方散乱電子数を著しく多くして位置誤差の検出を
一層迅速に行なうことができるという利点をもたらす。

基準マークはターゲットの基準マーク周辺区域と異なる
位相を生ずるもの及び／又はターゲット材料と異なる後
方散乱係数を有する材料の区域で構成することができる
。例えば、ターゲットが電子感応レジスト層で被覆され
たシリコン基板であるときは、基準マークは基板表面上
に直接形成した１１化シリコン又はタンタルのような金
属の島状区域とすることができる。或は又、基準マーク
はり・−ゲツシの表面に例えば化学的エツチングにより
形成した凹みとすることもできる。基準マークは任意の
幾可学形吠とし得ること勿論であるが、基準マークは矩
形にすると電子ビームの形状を基準！−夕に合致させる
のが特に容易となる。

ターゲットの３つの区域間には複数個の同一の基準マー
クを設けるのが特に有利である。これは。

不完全に形成された基準マークの存在による影響を最低
にし得ると共に、検出された信号の信号対雑音比を増大
して精度を高めることができるためである。

これがため、本発明方法の一例においては、ターゲット
の１つの表面区域間に同一の基準マークのアレーを設け
る。本例では一方の表面区域を電子ビーム処理した後で
あって他方の表面区域を電子ビーム処理する前に、電子
ビームを基準マークの各々の所定位置に向は順次照射し
ていく。

この場合、電子ビームを各基準マークに照射して得られ
る信号を積分して基準マークの所定位置と実際の位置と
の偏差の平均値を得ることができ・る。

斯る偏差の大きさ及び方向を決定するためには、後方散
乱電子を３対の検出器を用いて検出し、これら１対の検
出器は基準マークの所定位置と実際の位置とがずれてい
るときに少くとも１対の検出−が差信号を発生するよう
配置するのが好適である。このようにすると６対の検出
器からの差信号は当該検出器対の３個の検出器を結ぶ線
に平行な方向の位置ずれの大きさを表わすものとなる〇
本発明方法の変形例においては、ターゲットの諺つの表
面区域間に同様に同一の基準マークのアレーを設ける。

しかし、本例では第１の区域を電子ビーム処理した後で
あって第２の区域を電子ビーム処理する前に、電子ビー
ムを各基準マークの区域に向は順次照射していき、その
際ビームが一つの基準マークの所定位置のみを正しく照
射するようにする。後に詳述するようにこの方法によれ
ばたった一つの検出器を用いて位置誤差の正確な決定を
行なうことができる。

上述の基準マークのアレーは不規則なアレーと・するこ
とができるが、位置誤差検出は基準マークな規則正しい
アレー、例えば−列又は複数の行列に配列すると時に容
易になる。

ｇ面につき本発明を説明する。

第１図において、半導体ウェファ１は可蜜スホ。

ラド吠電子ビームパターン発生器の可動テーブル３上に
載置されている。予−プル２とは反対側のウェファ主表
面上には電子感応レジスト層８が被覆されている。一般
に円形のウェファは約４インチの直径を有し、このウェ
ファは電子ビーム４により順次に処理声れるべき８■四
方の矩形区域に区分されている。例えば、斯る区域の各
々には集積回路を慣例の方法で形成することができる。

明駿のため、これら区域は第１図に示してない。しかし
、第３図には斯る区域器の敵情を著しく拡大して示しで
ある。１１！！する区域５間のｒｌｌｉｖ４は例えば１
００ミクｐンとすることができる。集積回路の回路索子
は隣接する区域間のスペースには形成されない。これは
、このスペースは半導体ウェファを後に便々の集積回路
に分割するためのいわゆ・るけがき線区域であるからで
ある。

ｌＩ接する区域す間には縦方向に、ウェファ】の表面の
凹みの形の同一の基準マーク７の規則正し％；−二次元
アレ−６を設ける。明瞭のため第１図には斯るアレーの
一つのみを示すと共に、第Ｓ図には明−のためたった８
５個のマークから成るアレーを示しである。

実際にはマークは６ミクロン間隔の８ミクロン四方の矩
形とすることができる。従って、幅が１００ミクロンで
長さが８ミリメートルのけかき線区域に対してはアレー
６は各５Ｊａｏｏ個ｃｒ＋マークを１０４有するものと
なる。

これらのマーり７はシリコンウェファを既知の方法で化
学的にエツチングして形成することができる。このエツ
チングを行なう方法に応じてマークを形成する凹みは第
８ａ図に示すような直立壁を有するもの、＃ｓｂ図に示
すような斜面と水平底面を有するもの、または第８ｃ図
に示すような一点に集合する４つの斜面を有するものと
することができる。これらの凹みは代表的には１ミクｐ
ンの深さとすることができる。

可変スボツ）状電子ビーム式パターン発生器では可餐ス
ポット状電子ビームを用いてレジスト層で被覆されたウ
ェファ１の区域すの一つ（５ａ）を選択的に露光する。

この処理はレジスト層にパターンを描いてレジスト層の
非露光部分（又は露光部分）の選択的除央により集積回
路の製造における半導体ウェファの次の処理のためのマ
スク層を残すために行なわれるものである。この一つの
区域Ｓａの露光後に、テーブル３が移動して隣りの区域
ａｂを電子ビームの偏向区域に位置させる。

このテーブル３は基準マーク７が設けられているけがき
線区域に平行な方向とこれに直交する方向に移動し得る
ようになっている。

区域ｆｉａの露光処理と区域Ｉｓｂの露光処理の間。

即ち区域Ｓａを露光した後であって区域ｆｉｋ）を露光
する前の間は電子ビームは８ミクロン四方の矩形状とな
るようにする。マーク７と同一の大きさ及び形状を有す
るこのビームは各マークの予め決められた所定位置に向
は次々と照射する。この目的のために、このビームはマ
ークからマークへとマーク間隔に等しい量づつウェファ
】と相対的に段進させる。ビームが各マークに照射され
るごとに、Ｙ方向に３個、Ｙ方向に２個の４個の検出器
を用いて後方散乱電子を検出する。６対の検出器９はマ
ークから略距離に配置して、マークの所定位置が実際の
位置からずれている場合に６対の検出器の出力間に差−
信号が発生するようにする０第１図に線図的に示すよう
に、検出器９は差動増幅器りに接続する。第１図は２個
の検出器のみを示すが、他の８個の検出器は紙面に垂直
方向に配置されている。

差動増幅器りから得られた差信号は基準マークチの所定
位置と実際の位置との差の大きさ及び方向の双方を褒わ
す。

ビームなマークからマークへ段進させることにより各位
置で同様の情報が得られる。これがため、この情報な積
分器Ｉに供給して基準マークの所定位置と実際の位置と
の間の偏差についての平均値（出力信号りで示す）を得
ることができる。

出力信号Ｏは電子ビーム露光処理を次の区域ｓｂに行な
う際に斯る偏差を補償するのに使用することができる。

従って、電子ビームが次にパターンを描くときはこれを
正しい位置で行なうことができる。これは、テーブル移
動又は電子光学系に傭正管加えることにより達成するこ
とができる。

この方法によれば処理中にウェファ１に生ずる歪みのよ
りなアライメント誤パ差を考慮することかでき、適正な
補正を電子感応レジスト層を電子ビームで露光するとき
に行なうことができる。

可変スボツシ状ビームを使用することにより位置誤差を
極めて迅速に検出することができるため。

テーブルを次の処理位置へ移動させながら同時に７ライ
メント課差の検出を行なうことができる。

これがため、斯るパターン発生器の半導体ウェファの生
産量を着しく増大することができる。

本発明方法の変形例においては、同一の基準マークチの
同一の二次元アレーを半導体ウェファ１の隣接する区域
６間に第１図につき説明したように設けることができる
。斯る区域５の一つを電子ビーム処理した後に、隣りの
区域に同一の電子ビーム処理なするために半導体ウェフ
ァを移動させる前に電子ビームを各基準マークの区域に
向けて次々と照射していくが、その際ビームは一つのマ
ーク区域から隣りのマーク区域に、ＩＩ！基準マーク間
の間隔に略々等しいが完全には等しくない量づつ段進さ
せる。即ち１本例ではビームを例えばｓ、ｏ　５ミクｐ
ンづつ段進させることができる。ビームは個々の基準マ
ーク７と同一の大きさ及び形状、即ち８ミクロン四方の
矩形とするが、前述の方法と興なり本例ではビームはア
レー６の中心の基準マークの所定位置だけと一致するこ
とになる。

従って、アライメント誤差がない場合にはビームは一つ
の基準マーク、即ちアレーの中心のマークのみと一致し
、他の全てのマークとは一致しないΔ゛従って、本例で
は単一の検出器を用いて基準マークの位置誤差を決定す
ることができ、全てのマークからの信号を斯る位ｔａ差
の決定に用いることができる。第４図は８つの異なる状
態において得られる信号の強度なプロットした曲線を示
す。曲線ムは中心基準マークの所定位置と実際位置との
間に偏差がない場合を示し、曲ＩＩＢはビームが中心基
準マークから食のＸ方向にあるマークと一致する場合を
示し、曲ＩＩＯはビームが正のＸ方向にある基準マーク
と一致する場合を示す。Ｙ方向に対しても基準マーりに
対するＹ方向の信号強度をブリットすることにより同様
の情報ｔ−得ることができること勿論である・この情報
は次の区域に１子ビーム処理を行なう際に電子ビームを
正しく位置決めするために必要とされる補正量を表わす
。

この補正量は半導体ウェファ移動テーブル又は電子光学
系に供給することができる。

以上本発明を数例について説明したが、本発明はこれら
の例に限定されるものでなく１種々の変形や変更を加え
ることができるものであること勿論である。

【図面の簡単な説明】

１１１ＷＪは本発明による電子ビーム処理方法の一例の
構成とこれにより処理される半導体ウェファの断面を示
す線図、 第３図は第１図の半導体ゆエファの平面図。 第８図は半導体ウェア了に形成し得る基準マークの種々
の例を示す断面図、 餌４図は本発明の葉形例における基準マークアレーから
の後方散乱電子の強度をプロットした曲線を示すグラフ
である。 ｌ…半導体ウェファ　　３・・・可動テーブル８・・・
電子感応レジスレ層 鴫・・・電子ビーム ｈ、　ｓａ、　ｓｂ・・・露光処理すべき区域６・・・
基準マークアレー　７・・・基準マーク９・・・検出器
　　　　　　Ｄ・・・差動増幅器工・・・積分器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｔ　電子ビームを使用してターゲットの２つの隣接する
   表面区域を順次に電子ビーム処理するに当り、前記区域
   間に基準マークを設けておき、第１の区域を電子ビーム
   処理した後に、前記マークと略々同一の大きさ及び形状
   を有する電子ビームをこのマークの予め決められた所定
   位置に向は照射し、発生する後方散乱電子を検出器を用
   いて検出して前記マークの所定位置と実際の位置との偏
   差を表わす信号を発生させ、この信号に応答して前記第
   ２の区域を電子ビーム処理する際に斯る偏差を補正する
   ことを特徴とする電子ビーム処理方法６１　特許請求の
   範囲第り項記載の電子ビーム処理方法において、前記基
   準マークはターゲツシの表面に凹みとして設けたことを
   特徴とする電子ビーム処理方法。 龜　特許請求の範囲第１又はＳ項記載の電子ビーム処理
   方法において、前記基準マークは矩形としたことを特徴
   とする電子ビーム処理方法。 ４　特許請求の範囲第１又は８項記載の電子ビーム処理
   方法において、前記凹みはターゲツシ表面を化学的にエ
   ツチングして形成したことを特徴とする電子ビーム処理
   方法。 １　特許請求の範囲第１〜４項の何れか一項に記載の方
   法において、後方散乱電子ビームは１対の検出器を用い
   て検出し、これら２対の検出器は基準マークの所定位置
   が実際の位置からずれているときに少くとも１対の検出
   器が差信号を発生するよう配置し、６対の検出器からの
   差信号が当該検出器対の８個の検出器を結ぶ直線に平行
   な方向の偏差を衰わすようにしたことを特徴とする電子
   ビーム処理方法。 １　特許請求の範囲第１−４項の何れか一項に記載の方
   法において、ターゲットのｇつの表面区域間に同一の基
   準マークのアレーを設けＩｌｌの区域を電子ビーム処理
   した後であって第３の区域を電子ビーム処理する前に、
   電子ビームを前記基準マークの各々の所定位置に向は順
   次照射することを特徴とする電子ビーム処理方法。 ｉ　特許請求の範囲第・項記載の電子ビーム処理方法に
   おいて、電子ビームを各基準マークに向は照射すること
   により得られた信号を積分して基準マークの所定位置と
   実際の位置との偏差の平均値を得るようにしたことを特
   徴とする電子ビーム処理方法。 １　特許請求の範囲第１．ｆｉ、８又は４項記載の電子
   ビーム処理方法において、ターゲットの３つの表面区域
   間に同一の基準マークのアレーを設け、第１の区域を電
   子ビーム処理した後であって第３の区域を電子ビーム処
   理する前に、電子ビームを基準マークの各々の区域に向
   は順次照射していき、その際ビームは１つの基準マーク
   の所定位置のみを正しく照射するようにしたことを特徴
   とする１子ビーム処理方法。