JPS6010725A - 走査ビ−ムをパタ−ンに整列させるシステム - 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】 本発明は高いコントラストの像パターンをテストし、測
定し検証するための自動ビーム整列システムに関する。

〔従来技法の説明〕

走査ビームと目標の特徴間の重畳の欠如を修正するのに
は整置が必要とされる。この様な不整置は目標の製造公
差及びビームの偏向の公差から生ずる。各々の公差は短
距離では小さいが、検査工具の偏向範囲全体では著しく
大きくなる。周知の整置技法は、制御可能なビームが検
査されるべきユニットにに制御された整列状態になる様
に選択的にアドレスされ、透過もしくは反射光、反射電
子、２次電子即ち逆散乱電子流を測定している。

これについては１９８０年９月刊ＩＴ３Ｍ、Ｊ。

Ｒ？８．　Ｄｅｖ、第２４巻、第５号第５４５−５５３
頁の１）ａｖ　ｉ　ｓ著の論文″Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉ
ｏｎＭａｒｋ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　Ｆｏｒ　Ｅｌｅｃ
ｔｉｏｎＢｅａｍ　Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ−ＥＬ−Ｉ
　Ｓｙｓｔｅｍ″を参照されたい。この論文は電子ビー
ム食刻における自動ウェハ整置の種々の技法を検べてい
る。

この論文のマーク検出は材料の性質の差でな（、表面の
起伏の差を探知するのに使用されている。

特徴の反対側にまたがっている等しい領域部分を走査す
る事によって生ずる積分信号の差が方向に関する極性、
ビームと特徴の差違誤差の大きさに比例した振幅を有す
る修正信号になっている。

さらに米国特許第４３５７５４０号及び第４３６５１６
６号を参照されたい。これ等の特許は基板上の検査さる
べき特徴の反対側にまたがる領域を走査する事によるマ
ーク検査のための走査ビーム・システムを使用した整置
機構を開示している。

整列技法に関する従来技法は色々な技法な使用している
。例えば、米国特許第４３０１３７０号、第４２３８７
８０号、第４２０９８３［］号及び第４２０３０６４号
はすべて溶接の目的のために集積回路チップを整列する
ための技法如係る。米国特許第３６７０１５３号はチッ
プを溶接する前の基板を整置する技法に関する。米国特
許第３９２４１１３号は電子ビームの走査フィールドを
ウェハと整列させる技法に関する。

上述の特許は整列さるべき物体の予備整列位置（３） に影響を与える公差の範囲にわたって整列を保証するの
に必要とされる捕捉範囲を与えるのに大きな走査窓を必
要とする。もし特徴が走査窓内に含まれない場合には有
効な修正信号を発生する事は出来ない。従って、整列の
正確さは走査窓の寸法を小さくしても増大されない。従
ってこれ等の従来技法は特徴が夫々の走査窓の外側にあ
る様な範囲外条件を処理する事が出来ない。

米国特許第３９５５［１７２号、第４０５２６０３号及
び第４１０３９９８号は光学マスクとウェハの整列技法
に関する。米国特許第３８７６８８３号は電子ビーム投
射システム中の、マスクをウェハに整列させるシステム
に関する。これ等の従来装置は相互整列を与えるためて
、２つの物体、即ちマスク及びウェハ間上の既知の特徴
対の像関係を決定している。これ等のシステムでは２物
体を走査ビームに整列させる試みはなされていない。

最後如米国特許第３５７５５８８号は電子ビームで基板
上に配線パターン火書込む技法を説明している。この特
許に従えば、ビーム掃引及び偏向の（４） 制御にとって必要とされるデータの量が減少される。こ
の技法は整列の問題に向けられてない。

従って周知の整列技法は特徴を走査し、修正値を発生し
、この修正値を適用する事によって開始される。周知の
技法に従えば、整置感度は整置のために走査される領域
、即ち走査窓の幅（Ｗ）に反比例する。従って任意のシ
ステムにおいてＷの値を小さくする事は重要な判断基準
である。Ｗの最小値はマスクの範囲全体にわたって整置
を保証するのに必要とされる捕捉範囲（Ｃ）及び電子ビ
ームの偏向公差によってＷ≧２Ｃなる如く決定される。

これ等のシステムにおける他の欠点はマスクの公差が１
ミクロンの数１０分の１になる時にサブ・フィールド整
列捕捉範囲を妥当な値に減少させる整置マークを使用し
なければならない点にある。

これは光学的に発生される光マスクの場合について特に
あてはまる。チップ整置マークの使用はシステムのスル
ープットに略１０％のインノ（クトを与え、製品の領域
が各チップ位置にある整列マーク用に使用されなくては
ならない。又時々不可避的に生ずる範囲外条件を処理す
る事は出来ない。

これ等のシステムで出来得る最良の事は十分正確になる
という期待をもって最大修正値（Ｗ／２）を適用する事
である。これ等の技法は又主にマスク材料の公差による
逆散乱電子流に敏感である。

これにより必要とされる修正値に比例した修正誤差が生
ずる。

〔本発明の概要〕

上述の従来技法の欠点を克服するために、本発明の目的
は走査窓が一側では完全に一つの材料（高コントラスト
）Ｋ指向され、他側では完全に異なる材料（低コントラ
スト）上にあって、走査電子ビームの初期位置が捕捉範
囲の外側にあってもよい整置システムを与える事にある
。本発明に従えば逆散乱電子流の変動の効果が除去され
た整置システムが与えられる。

本発明に従えば、基板上の所与のフィールドのパターン
の反対側上にある公称位置の等しい領域上をビームが走
査する整置システムが与えられる。

高コントラスト領域及び低コントラスト領域を走査する
時には異なるレベルの信号が得られる。

ビームが特徴の端をまたがって走査する時、より多くの
電子ビームが目標の高コントラスト領域上に衝突する時
には検出器の出方信号は高コントラスト信号レベルに近
ずく。逆にビームの多くが低コントラスト領域上に衝突
する時には信号は低コントラスト信号レベルに近ずく。

特徴の反対側にまたがる等しい領域を走査している間に
発生される信号を積分する事によって得られる信号レベ
ルの差はビームとパターンの整列誤差に比例する大きさ
及びこの重畳誤差の方向に対応する符号を有する。

本発明は整置過程に最小幅（Ｗ）の走査窓を使用する事
によって整置感度を増大する。従来技法はＷ≧２Ｃが成
立つ様に捕捉範囲（Ｃ）によって制限、された幅（Ｗ）
の窓を利用している。本発明に従えばビームの初期位置
は捕捉範囲外にあって一側の走査は完全に高コントラス
ト材料から離れ、（７） 他方、他側の走査は完全に低コントラスト材料上にあり
、最大の修正信号が得られる。

〔好ましい実施例の説明〕

第１図及び第２図を参照するに、本発明に従う基本的な
整置技法が示されている。第１図に示されている如く、
所与形状のビーム・スポットが導電体が被覆されたガラ
ス基板４上の所与のフィールドにある金属特徴６の反対
側にまたがる公称位置にある窓１Ａ及び１Ｂとして示さ
れた等しい領域を走査している。第１図は概略的に金属
特徴３及び３′を示している。

ガラス領域４並びに金属領截３及び３′からは逆方向に
異なる数の電子が散乱される。これ等の窓（ＩＡ及びＩ
Ｂ）の走査による逆散乱電子から得られる信号を積分す
る事によって得られる信号レベルの差はビームとパター
ンの間の誤差（重畳）に比例する大きさ及び重畳誤差の
方向に対応する符号を有する。

本発明は、捕捉範囲が増大する事による精度の（８） 損失の問題を軽減する点で従来技法と異なり、望ましか
らざる目標からの逆散乱の変動の効果を最小化し、走査
が特徴の端をまたからない条件を処理する。第１図に示
された如く、２つの領域１Ａ及び１Ｂが走査され、修正
値は２つの領域から逆散乱の差によって決定される。こ
の修正値は前の走査中に適用された修正の正味の結果に
加えられ、新らしい修正値が形成される。もしフィール
ド整置走査シーケーケンスを繰返す再走査が行われると
、この結果の修正は前の修正の適用の際の誤差に対応す
る。従ってこの誤差は著しく小さくなる。

この技法は仮え第１回のパスで走査が特徴端をまたがら
ない時でも整置を可能とする。本発明のシステムは許容
可能な整列が達成される迄ビーム位置の相継ぐ更新を可
能とする。第２図はｙ軸の方向にわずかにシフトされた
走査窓（１−４）の相継ぐ対（Ａ、Ｂ）を示している。

位置の修正はＸ方向になされる。

第２図に示された第１の走査窓対（ＩＡ、１Ｂ）は誤っ
て位置付けられていて、特徴端か完全に見出されなくな
っている。即ち、第２回で幅（Ｗ）の窓は金属の特徴乙
の端と重畳していない。この結果、窓の幅の半分（Ｗ／
　２　）に等しい最大の修正インクレメントがビームに
加えられる。この結果「修正インクレメントが限界を越
える」という意味を有する信号がディジタル制御装置に
送られ、更新された位置で再走査が自動的に開始される
。これ等の動作は第３図乃至第６図の説明からより明ら
かにされよう。第２図の例は３位置だけ更新された後に
特徴端と重畳した走査窓、即ち走査窓（４Ａ、４Ｂ）を
示している。最終的整列は第４の走査の後に加えられる
最大（Ｗ／２）以下の位置修正インクレメントによって
達成される。

さらにもう−回のシーケンスによって走査窓は特徴の端
に関して対称に位置付けられる。

この繰返し技法を使用して、逆散乱によって生ずる電流
の変動に生ずる誤差が許容可能になる程、十分小さな最
大の許容可能な修正値を指定する事が可能になる。もし
この限界を越えると、再走査が遂行される。この技法は
公称の捕捉範囲を越える誤差を調整する事が出来る。な
んとなれば捕捉範囲に等しい修正信号が適用され得るか
らである。

従って、成るその後の再走査に基づいて、走査窓は捕捉
範囲内に位置付けられる。整地感度は必要に応じて良好
にされ得る。なんとなればこの技法゛は小さな窓幅（Ｗ
）の使用を可能とし、修正範囲が捕捉範囲に依存しなく
なるからである。再走査は比較器の出力である丁修正イ
ンクレメントが限界を越える」事を示す信号を使用して
完全に自動化され、制御ハードウェアは最大値もしくは
これに近い修正インクレメントを使用する整置走査シー
ケンスを繰返す事が出来る。

第３図はこの繰返技法を使用した整置システムの例を示
している。第３図はかなり簡略形で種々の偏向板１６を
介して走査ビーム１４を放出する電子ビーム源１２を有
する電子ビーム筒１０を示している。ビーム１４は排気
された電子ビーム筒１０内のｘ−ｙ台２０上に位置付け
られた試料１日上に指向される。この様な電子ビームの
発生、偏向及び走査技法はこの技術分野で周知である。

第３図に示された如く逆散乱電子感知器２２．２４が試
料１８の」二に位置付けられていて、試料１８上に電子
ビームが入射した結果として発生される逆散乱電子２６
を受取って感知する。感知器２２．２４からの信号は逆
散乱電子検出器２８に供給される。逆散乱電子検出器２
８は修正インクレメント発生器３０に入力を与えるのに
使用される。修正インクレメント発生器３０は各一対の
走査中に信号を積分して、結果の値をディジタルにする
。修正インクレメント発生器６０は各走査について修正
インクレメント発生器によって受取られる値の差を表わ
す出力を発生する。この出力が位置修正インクレメント
である。この値は修正値発生器３２への入力として使用
される。修正値発生器３２はこのインクレメント値を現
在その中に存在する位置修正値に加えて、ビーム位置修
正駆動装置３４への入力として使用される更新位置修正
値を発生する。ビーム位置修正駆動装置３４は修正値発
生器３２から受取った位置修正値をアナ　１０グ信号に
変換する。このアナログ修正信号はビーム位置駆動装置
３６に供給される。ビーム位置駆動装置３６は偏向板１
６の制御入力を介してビームを再位置付けするのに使用
される。

第４Ａ図を参照するに、第６図の修正インクレメント発
生器３０のブロック図が示されている。

逆散乱電子検出器２８からの信号は入力１００を介し、
直接もしくは反転器４１を介して積分器４０の入力にな
る。反転器４１は例えば最初の走査期間（第４Ｂ図のＴ
１からＴ２迄）中に使用され、第２の走査期間（Ｔ３か
らＴ４）中は人力１０１上の第１７第２走査制御信号に
よって付勢されるスイッチ４４を使用してバイパスされ
る。積分器４０の動作はディジタル制御装置（図示され
る）入力線１０２を介して与えられるリセット信号及び
入力線１０３上の積分／保持信号によって制御される。

リセット線１０２は積分器の値を０にするのに使用され
る。積分／保持線１０３は特徴端が走査されつつある時
に積分動作を生じもしくはサンプル保持（Ｓ／Ｈ）モジ
ュール４２が保持できる様にセットされる迄この積分信
号を保持する。

例えば窓１Ｂの走査中、線１０１上の第１７第２走査信
号は入力信号を反転器４１を介して積分器に導入させ、
積分／保持信号はこの入力信号を一定期間（Ｔ＝Ｔ２−
ＴＩ）積分する。窓１Ａの走査中は、第」／第２信号は
入力信号を積分器４０にバイパスせしめ、積分／保持信
号が入力信号を同じ一定時間（Ｔ＝７４−Ｔ３）にわた
って積分せしめる。この様子は時間関数として積分器の
出力をプロットした第４Ｂ図に示されている。

走査の完了に基づき、システム制御装置は走査値変換信
号線１０４を使用してサンプル保持モジュール（Ｓ／Ｈ
）４２を保持モードにセットする。

この走査値変換信号は遅延モジュール４４を通過した後
、アナログ−ディジタル変換器（ＡＤＣ）４６に与えら
れる。ＡＤＣ４６は変換を完了した後、ディジタル位置
修正インクレメントを線１０５上に出力する。この出力
は修正発生器３２の入力及び遅延モジュール７４及び線
１０６を介してデータ準備完了信号として使用される。

第５図を参照するに、修正値発生器３２のブロツク図が
示されている。修正値発生器３２の第１の入力１０７は
位置修正インクレメント信号である。修正値発生器はこ
の位置修正インクレメント信号を入力として受取り、こ
れを現在の修正値に加え、ビーム位置修正駆動装置に送
られる更新された位置修正値である出力を線１１１上に
発生する。

従って、第５図に示された如（、修正値発生器３２は一
人力として位置修正値インクレメント信号を受取る加算
器６０を使用する。加算器６０は次いで現在修正値レジ
スタ６２中の現在の修正信号を位置修正インクレメント
と組合せて、線１１０上のＸ／Ｙ修正信号の制御の下に
現在修正値レジスタ６２を更新するのに使用される新ら
しい修正値を与える。この更新出力、即ち新らしい位置
修正値は修正発生器３２の出力１１１としてビーム位置
修正駆動装置３４の入力を形成する。

第５図に示されている如き、位置修正インクレメントは
同様に比較器６４に供給される。この比較器６４は第２
の入力として［再走査がない場合における最大値インク
レメント」信号を含む。２つの値が比較器６４において
比較される。もし修正インクレメント値が予定の許容制
限値を超知ると、線１０８を介して信号がディジタル制
御装置にフィードバックされる。この比較器６４からの
信号が次いで整置走査を反復させる。第６図を参照する
に、ビーム位置修正駆動装置６４のブロック図が示され
ている。現在の修正値レジスタ６２からの位置修正値出
力１１１は一対の修正値レジスタ、即ちＸ修正レジスタ
６８及びＸ修正レジスタ７０への並列人力１１３を形成
する。この値は論理装置７２へのＸ／Ｙ修正線１１４の
状態に依存してレジスタ６８及び７０のいずれか一方に
ストローブされる。この論理装置７２は第５図の遅延モ
ジュール７６からのデータ準備完了信号を線１１５を介
して受取る。究極的にはこのデータ準備完了信号は論理
装置７２の２つのＡＮＤゲートの第２の入力として印加
され、位置修正値が適切な時間に修正レジスタ６８もし
くは７０のいずれかにストローブされる様になっている
。Ｘレジスタ６８及びＹレジスタ７０の値は一対のＤＡ
ＣであるＸ及びＹ修正駆動装置７８．８０に連続的に入
力される。これ等の駆動装置の出力であるアナログＸ及
びＹ修正信号は線１１６及び１１７を介してビーム位置
駆動装置３６に供給される。ビーム位置駆動装置３６は
周知の技法に従ってビーム位置を調節する。いずれかの
修正駆動装置が更新される時に、論理装置７２のＯＲゲ
ート及び遅延回路８２及び線１１７を介して修正筒信号
がディジタル制御装置に送られる。

従って本発明に従えば、整置感度を最大に保って範囲外
整置条件を処理し得る能力が与えられる。

これは小さな走査幅を使用する事によって達成される。

なんとなれば捕捉範囲が修正範囲と独立しているからで
ある。本発明のシステムは正確な予備整列の必要をなく
する。

本発明は相次ぐ修正インクレメントを使用するので逆散
乱電子流の変動によって生ずる整置修正誤差を除去する
。

上述の如（、修正値発生器３２は比較制御によって整置
走査の繰返しを可能とするので、例えば著しく変動する
材料の公差を有する相継ぐ試料の修正誤差を制御可能に
する。この事はこの技法に、　おける重要な進歩である
。本発明の技法がこの様な試料に適用された場合につい
て以下論する。

再び第１図を参照するに、走査幅Ｗば２つの部分Ｘ１及
びＸ２に分割されている。同様に、ＳＡを明領域、即ち
ガラス領域の信号レベル／単位面積、ＳＢを暗領域即ち
金属領域における信号レベル／単位面積、及びＬを走査
長とする。従って走査領域１Ａから受取る信号レベルは Ｘ　Ｉ　Ｌ　Ｓ　Ａ　＋　Ｘ　２　ＬＳ　Ｂど等しい。

同様に、右の走査領域１Ｂからの信号レベルＸ１ＬＳＢ
＋Ｘ２ＬＳＡ に等しい。

この特徴に関する一対の走査窓の並進誤差は左及び右の
走査領域１人及び１Ｂを走査して得られた信号の積分値
（和）の差を作る事によって得られる信号（Ｓ）に関連
がある事は明らかである。

この差信号は次の様に表わされる。

５＝（Ｘ１ＬＳＡ十ｘ１ＬＳＢ）−（Ｘ２ＬＳＢ＋ｘ１
ＬＳＡ）＝Ｘ２Ｌ（ＳＡ−８Ｂ）十Ｘ１Ｌ（ＳＢ−８Ａ
）＝（Ｘ２　Ｘｌ）’Ｌ（ＳＡ　ＳＢ） ここで走査長りは一定と考えてよい。一様な被覆が繰返
されている場合には、明及び暗領域の逆散乱信号レベル
／単位面積Ｓ　及びＳＢは一定であり、従って差（ＳＡ
−ＳＢ）も一定である。

従って５＝Ｋ（Ｘ２−Ｘ　１）＝に△Ｘが成立つ。

ここでに＝Ｌ（ＳＡ−８Ｂ）＝定数、及び△Ｘ−ビーム
（走査窓の対）の特徴に関する位置誤差である。従って
、この差信号はビームとパターンの整列誤差に比例する
のでこの信号はビームとパターンの整列状態を修正する
のに使用され得る。

しかしながら、材料の厚さの変動が主に暗領域（ＳＢ）
から得られる信号レベル及びマスク上の導電体が被覆さ
れた明領域（ＳＡ）から得られる信号レベルに影響を与
える。しかしながらこの様な影響は版毎の及び一つの板
肉の材料の厚さの変動に厳密な公差を与える事によって
除去し、無視出来る様にする事が出来る。

版毎のもしくは一つの板上の材料の公差によって公称の
場合のβ倍である信号差Ｓ′い一８′Ｂを生するものと
する。従って次の式が得られる。

Ｓ’＝（Ｘ２−Ｘｌ）Ｌ（Ｓ’□−８′Ｂ）＝（Ｘ　−
Ｘ　）Ｌβ（ＳＡ−８Ｂ） １ ＝βＳ 従って修正信号の誤差△Ｓは次の通りである。

△ｓ＝ｓ’−５ ＝（β−１）Ｓ この事から修正信号の誤差は修正信号に比例する事は明
らかである。

位置誤差は最終修正インクレメントを小さくする事によ
って小さく保持する事が出来る。例えばもしβ＝１．１
（信号差の１０％増大）ならば、最終修正インクレメン
トを修正誤差の１７１０以下に保持する事によって修正
誤差を特定の値以下に保持する事が出来る。この様にし
て修正値対修正誤差信号のグラフを形成する事が出来る
。この様　書なグラフは図示されていないが、種々のβ
値に対し、位置修正値の関数として修正誤差を描いたも
のである。この結果、β＝１は誤差のない場合を示し、
β＝１．１は公称値よりも高い信号差１０％がある事を
示している。この結果、修正誤差限界は信号差の１０％
変化（β＝１．１もしくは０，９）の場合には最終位置
の修正値を範囲±０．２５　ミクロンに制限し、信号差
の５％変化の場合には±０゜５ミクロンに制限する±０
．０２５ミクロンに保持され得る。

最終修正インクレメントの制限は位置修正値が位置誤差
限界を越える値を越えた時をディジタル制御装置に示す
第５図の比較器６４を使用して達成される。位置は修正
インクレメントが許容可能になる迄更新され、特徴が再
走査される。

【図面の簡単な説明】

第１図は標本上の整置の走査領域を示した概略図である
。第２図は相継ぐビーム走査の位置付けを示した図であ
る。第３図は本発明に従う相継ぐ整置技法のシステムの
ブロック図である。第４Ａ図は第３図の修正インクレメ
ント発生器の詳細なブロック図である。第４Ｂ図の時間
の関数として積分器の出力を描いた図である。第５図の
第３図の修正値発生器の詳細なブロック図である。第６
図は第３図のビーム位置修正駆動装置の詳細なブロック
図である。 １．２．３．４（Ａ、Ｒ）・・・・走査窓、３．３′・
・・・金属特徴、４・・・・ガラス基板、１０・・・・
電子ビーム筒、１２・・・・電子ビーム源、１４・・・
・電子ビーム、１６・・・・偏向板、１８・・・・試料
、２０・・・・ｘ−ｙ台、２２．２４・・・・電子感知
器、２８・・・・逆散乱電子検出器、３０・・・・修正
インクレメント発生器、３２・・・・修正値発生器、３
４・・・・ビーム位置修正駆動装置、３６・・・・ビー
ム位置駆動装置。 出願人インターカン号カル・ビジネス・マシ←ンズ・コ
ーポレμジョン代理人　弁理士　山　本　仁 （外１名望

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 パターンの別個の部分がビームで走査される間に信号を
   発生するための感知装置と、 上記信号を受取って上記パターンの上記別個の部分に関
   する上記走査ビームの位置付は誤差の方向及び量を示す
   符号及び大きさを有する位置修正インクレメント信号を
   発生する処理装置と、上記位置修正インクレメント信号
   を受取り、これを上記走査中に既に使用された修正値と
   組合せて、必要とされるビームの修正量を示す大きさ及
   び必要とされる修正方向を示す符号を有する修正信号を
   発生する装置とより成る走査ビームをパターンに整列さ
   せるシステム。