JPS61255020A - 荷電ビ−ム露光装置におけるマ−ク検出方法 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、荷電ビーム露光装置に通常設けられている２
方向位置検出部を用いて、マーク位置の検出やマーク形
状の識別等を行う荷電ビーム露光装置におけるマーク検
出方法に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、半導体ウェハ等の試料上に所望パターンを形成す
るものとして、各種の電子ビーム露光装置が用いられて
いる。半導体集積回路を製造する場合、１つの試料に対
し複数回のパターン形成を行うため、個々のパターンの
形成は下層に合わせて行わなければならず、このため高
１！度な位置合わせが必要となる。従来、電子ビーム露
光装置における位置合わせは、ウェハ上に形成された位
置合わせマークに電子ビームを照射し、ウェハからの反
射電子若しくは２次電子を検出し、これからマーク位置
を検出して行われている。

この種の位置合わせには、一般に第９図に示す如く２種
類のマークが用いられる。図中９１はウェハ、９２はウ
ェハ９１を仮想的に分割したチップ領域である。９３は
ステージ上に固定されたウェハ位置を測定するためのマ
ークであり、比較的大きなマークが使用される。９４は
ウェハ９１の歪みを補正するためのマークであり、小さ
なマークが使用される。そして、ウェハ９１の位置合わ
せには、ステージ上に固定されたウェハ９１の位置が毎
回数１０〜数１００［μｍ］程度変るため、ビーム照射
位置をズラしながらマーク位置を捜すと云う方法が採用
されている。

しかしながら、このような方法では次のような問題があ
った。即ち、ビーム照射位置をズラしながらマーク位置
を捜すため、レジストの感光領域が大きくなり、ウェハ
上のチップを形成できる領域にマークを形成する必要が
あり、試料を有効に使えないことである。

一方、電子ビーム露光に供されるウェハには、露光すべ
きパターンの種類や露光条件を識別するためのバー状マ
ークが形成されている。従来、この識別マークを検出す
るために、発光部と受光部とからなる識別マーク検出機
構が用いられている。

この方式では、識別マーク検出のため、発光部をなす光
源及び受光部をなす光検出器を電子光学系のウェハ近傍
に設けなければならない。電子光学系内部は真空にする
ため小容量が望ましく、識別マーク検出機構を設けるに
はスペースを必要とし、容量拡大となり望ましくない。

また、識別マーク検出機構は、描画前に使われるのみで
可動率は極めて低く、これを設けることは電子ビーム露
光装置の大形化及びコスト高を招く要因となる。

なお、上記した問題は、電子ビーム露光装置に限らず、
イオンビーム露光装置についても同様に言えることであ
る。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、位置合わせマーク等をビーム照射する
ことなく検出することができ、ビーム照射によるチップ
パターンのつぶれを防止し、露光スルーブツトの向上を
はかり得る荷電ビーム露光装置におけるマーク検出方法
を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、識別マーク等を検出するた
めに特別な識別マーク検出機構を設ける必要がなく、荷
電ビーム露光装置の小型化及びローコスト化をはかり得
る荷電ビーム露光装置におけるマーク検出方法を提供す
ることにある。

〔発明の概要〕

本発明の骨子は、荷電ビーム露光装置に通常設けられて
いるＺ方向位置検出部を用いて、位置合わせマークや識
別マーク等を検出することにある。

試料上に形成されるマークとしては、反射率や透過率の
異なる材料を用いたり、或いは高さの異なる形状を用い
ることができる。このうち、高さの異なる形状のマーク
を用いれば、Ｚ方向位置検出部にて、このマークを検出
することが可能である。

即ら本発明は、荷電ビーム露光に供される試料が載置さ
れる試料ステージと、このステージをＸ方向及びＹ方向
に移動せしめるステージ駆動系と、上記ステージの移動
位置を測定するステージ位置測定部と、上記試料の表面
に対し斜め方向から光を照射し試料表面で反射された反
射光を検出して該試料のＺ方向の位置を検出するＺ方向
位置検出部とを備えた荷電ビーム露光装置において、前
記Ｚ方向位置検出部を用いて前記試料上に形成された位
置合わせマークや識別マーク等を検出するようにした方
法である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、Ｚ方向位置検出部を用いてマークを検
出することができるので、次のような効果が得られる。

即ち、位置合わせのために試料上に荷電ビームを照射す
る必要がないので、マーク探索領域のレジストを感光し
てしまう等の不都合を未然に防止することができる。ま
た、チップダイシングライン或いはチップ内のパターン
を形成しない部分にマークを形成することにより、試料
上のパターン形成可能領域に位置合わせのための領域が
とられることがない。このため、試料面積を有効に活用
することができ、露光スルーブツトの向上をはかり得る
。さらに、荷電ビーム露光装置においては、試料面Ｚ方
向位置変動によりビーム照射位置を変えるため、通常は
上記試料面Ｚ方向位置測定器が具備されており、マーク
位置検出のために特別な装置を設ける必要なく、マーク
位置検出を容易に行うことができる。

また、Ｚ方向位置検出部によりマーク検出していること
から、識別マークを検出するのに識別マ一り検出機構を
設ける必要ない。このため、荷電ビーム露光装置の小型
化及びローコスト化をはかり得る。さらに、Ｚ方向位置
検出部ではマークの上下の違いを検出できるので、バー
状の識別マークに深さや高さの変化を持たせることによ
り、マークの情報量を増大し得る等の利点もある。

〔発明の実施例〕 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の一実施例方法に使用した電子ビーム露
光装置を示す概略構成図である。図中１１は試料ステー
ジであり、このステージ１１上には半導体ウェハやマス
ク等の試料１２が載置される。ステージ１１は、計算１
１１３からの指令を受けたステージ駆動回路１４により
、Ｘ方向（紙面左右方向）、Ｙ方向（紙面表裏方向）及
びＺ方向（紙面上下方向）に移動される。そして、試料
ステージ１１の移動位置はレーザ測長系等からなるステ
ージ位置測定回路１５により測定され、この測定情報が
計算ｔＩ１１３に送出されるものとなっている。

一方、試料ステージ１１の上方には、発光部１６、ミラ
ー１７ａ、１７ｂ及び受光部１８等が配置されている。

発光部１６からの光は集束されミラー１７ａを介して微
小スポット光として、ステージ１１上の試料１２の表面
に斜め方向から照射される。この光照射により試料１２
の表面で反射した光は、ミラー１７ｂを介して受光部１
８にて受光される。受光部１８は第２図に示す如く複数
の光センサ１８ａを一方向に配列してなるものであり、
この受光部１８の検出出力は入射光位置により変化する
。つまり、試料面の位置に応じて受光部１８の検出出力
が変化するものとなっている。

受光部１８の検出出力は高さ変動検出回路１９に供給さ
れる。高さ変動検出回路１９では、上記受光部１８で受
光された光の入射光位置から前記試料１２の高さ方向の
変動量が検出され、その検出信号は計算機１３に送出さ
れる。なお、これら発光部１６２反射１１７ａ、１７ｂ
、受光部１８及び高さ変動検出回路１９から７方向位置
検出部１立Ｊ構成されている。

なお、第１図中２１は電子光学鏡筒の最終段レンズ（対
物レンズ）、２２はビーム走査用の偏向器、２３は偏向
器２２に偏向信号を与えるための偏向制御回路をそれぞ
れ示している。また、図には示さないが、試料ステージ
１１の上方には、反射電子検出器が配設されており、こ
の検出器で検出された情報も前記計算ｆ！ｓ１３に送出
されるものとなっている。

次に、上記装置を用いた位置合わせ方法について説明す
る。

まず、電子ビーム描画に先立ち、発光部１６からの光を
ミラー１７ａを介して試料１２の表面に照射し、その反
射光をミラー１７ｔ）を介して受光部１８に結像し、高
さ変動検出回路１９により２方向の位置を検出する。こ
こで、第３図に示す如く試料１２のチップダイシングラ
イン３２に段差を有するマーク３３ａ、３３ｂを設けて
おく。ステージ１１を移動させながら、Ｚ方向位置検出
部２０により試料１２の７方向の位置を検出し、集束光
が上記マーク３３ａ上を照射する際のＺ方向位置の変動
からマーク３３ａのＸ、Ｙ位置を測定する。ここで、第
４図（ａ）に示す如くマーク上に上記集束光が照射され
た場合、同図（ｂ）に示す如き検出信号が得られる。次
いで、マーク３３ｂのＸ、Ｙ位置を同様に求める。

以上のように、チップダイシングライン３２に設けられ
た２つのマーク３３ａ、３３ｂの位置を検出してチップ
３１の左下位置を測定する。次いで、試料１２上の別の
チップについて上記方法によりチップ左下位置を測定す
る。上記２つのチップの左下の位置を測定して試料１２
の位置合わせを行うことができる。

このように本実施例方法によれば、試料位置合わせのた
めに、電子ビームを照射してマーク位置を探索する必要
がないので、ビーム照射によりチップ形成領域をつぶす
ことなく、レジストに感光しない光でマーク位置を測定
することができる。

このため、試料を有効に活用することができ、歩留りの
向上をはかり得る。

次に、本発明の他の実施例方法について説明する。この
実施例方法は、前述したＺ方向位置検出部り立遣用いて
試料上の識別マークを検出（識別）する方法である。な
お、露光装置としては前記第１図と同様のものを用いた
。

第５図に示す如く半導体ウェハからなる試料１２上のチ
ップ３１の描画及び描画中の位置検出に影響を与えない
部分に、バー状識別マーク３５を設ける。この識別マー
ク３５は、第６図にその断面を示す如く凹凸パターンか
ら形成されている。

また、識別マーク３５としては、第７図に示す如く深さ
に変化を持たせたものを用いることも可能である。試料
ステージ１１上に試料１２をセットし、位置合わせ終了
模、２方向位置検出部２Ｊｌ−によりバー状識別マーク
３５を検出する。この識別マーク検出の手順及びそれに
続く描画の手順を、第８図に示す流れ作業図を参照して
以下に詳しく説明する。

まず、試料１２をステージ１１上にセットし、試料位置
合わせを行った後、Ｚ方向位置検出部Ｕによるスポット
光が識別マーク３５に当たるようにステージ１１を移動
する。次いで、ステージ１１をＹ方向に移動し、光スポ
ットが識別マーク３５を順次走査するようにする。試料
面の凹凸により、反射光の受光部１８に当たる位置が異
なるので、計算機１３は識別マーク３５を検知できる。

また、識別マーク３５のバー幅はステージ１１の移動量
と反射光との位置から算出できる。

このようにして読込まれた識別マーク３５により描画条
件の設定が行われ、ステージ１１が描画位置に移動され
る。その後、描画を行うことになるが、高さ検出は描画
中常時行われ、ビームが正しく試料面に当たるように補
正しながら描画される。

かくして本実施例方法によれば、識別マーク３５が２方
向位置検出部２０により検出されるので、従来必要であ
った識別マーク検出機構が不要となる。このため、電子
ビーム露光装置の小型化及びローコスト化をはかり得る
。また、識別マーりとじて第７図に示す如く深さに変化
のあるものを用いることにより、該マークの情報量を格
段に増やすこともできる。即ち、コードの種類が増大し
、少ないバーで多くの情報を盛込むことができる。

なお、本発明は上述した各実施例方法に限定されるもの
ではない。例えば、電子ビーム露光装置の構造は前記第
１図に何等限定されるものではなく、試料ステージの位
置を測定するステージ位置測定部及びＺ方向位置検出部
を備えているもσであればよい。さらに、電子ビーム露
光装置の代りに、イオンビーム露光装置に適用すること
も可能である。また、Ｚ方向位置検出部としては斜め方
向から試料を光を照射しているので、試料ステージをＸ
若しくはＹ方向に移動する代りに、Ｚ方向に移動しなが
らマークを検出することも可能である。さらに、マーク
の形状及び寸法は、仕様に応じて適宜室めればよい。一
般的には、検出感度と試料上の空き領域との関係から、
縦及び横方向でそれぞれ５μ７７Ｌ〜１α、深さ方向で
１〜５０μｍの範囲であれば望ましい。また、Ｚ方向位
置検出部の受光素子としては、半導体基板上に抵抗層を
形成し、その両端の電位を測定することにより該抵抗層
に入射する光束の位置を検出するＰＳＤ（半導体装置検
出素子）を用いることも可能である。その他、本発明の
要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例方法に使用した電子ビーム露
光装置を示す概略構成図、第２図は上記装置に用いた受
光部の構造を具体的に示す平面図、第３図は試料上に形
成されたマーク配置例を示す平面図、第４図（ａ）（ｂ
）はマーク断面及びマーク検出信号を示す図、第５図乃
至第８図はそれぞれ他の実施例を説明するためのもので
第５図は識別マークの設けられたウェハを示す平面図、
第６図及び第７図はそれぞれ識別マークの断面形状を示
す断面図、第８図はマーク検出手順を示す流れ作業図、
第９図は従来の問題点を説明するための平面図である。 １１・・・試料ステージ、１２・・・試料、１３・・・
計算機、１４・・・ステージ駆動回路、１５・・・ステ
ージ位置測定回路、１６・・・発光部、１７ａ、１７ｂ
・・・ミラー、１８・・・受光部、１８ａ・・・光セン
サ、１９・・・高さ変動測定回路、１０・Ｚ方向位置検
出部、２１・・・対物レンズ、２２・・・偏向器、２３
・・・偏向制御回路、３１・・・チップ、３２・・・ス
クライブライン、３３ａ、３３ｂ・・・位置合わせマー
ク、３５・・・識別マーク。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第３図 第４図 第６Ｗｊ Ｗ７閃 第８図 第９　図

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）荷電ビーム露光に供される試料が載置される試料
   ステージと、このステージをＸ方向及びＹ方向に移動せ
   しめるステージ駆動系と、上記ステージの移動位置を測
   定するステージ位置測定部と、上記試料の表面に対し斜
   め方向から光を照射し試料表面で反射された反射光を検
   出して該試料のＺ方向の位置を検出するＺ方向位置検出
   部とを備えた荷電ビーム露光装置において、前記Ｚ方向
   位置検出部を用いて前記試料上に形成されたマークを検
   出することを特徴とする荷電ビーム露光装置におけるマ
   ーク検出方法。
2. （２）前記Ｚ方向位置検出部により前記試料のＺ方向変
   動から前記マーク位置を検出し、このときの試料ステー
   ジのＸ、Ｙ方向位置から、前記試料のＸ、Ｙ方向位置を
   求めることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の荷
   電ビーム露光装置におけるマーク検出方法。
3. （３）前記マークは、前記試料のスクライブライン或い
   はチップ内のパターンが形成されない部分に形成された
   ものであることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載
   の荷電ビーム露光装置におけるマーク検出方法。
4. （４）前記マークの寸法は、縦、横がそれぞれ５μｍ〜
   １ｃｍ、深さ若しくは高さが１μｍ〜５０μｍのパター
   ンであることを特徴とする特許請求の範囲第２項又は第
   ３項記載の荷電ビーム露光装置におけるマーク検出方法
   。
5. （５）前記Ｚ方向位置検出部により、前記試料のＺ方向
   変動から前記マークの形状を識別することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の荷電ビーム露光装置におけ
   るマーク検出方法。
6. （６）前記マークは、前記試料上のパターン形成領域以
   外に形成されたものであることを特徴とする特許請求の
   範囲第５項記載の荷電ビーム露光装置におけるマーク検
   出方法。
7. （７）前記マークは、深さ若しくは高さに複数段の変化
   を持たせて形成されたものであることを特徴とする特許
   請求の範囲第５項又は第６項記載の荷電ビーム露光装置
   におけるマーク検出方法。
8. （８）前記試料からの反射光を検出する前記Ｚ方向位置
   検出部の光検出素子として、複数の光センサを一方向に
   配列したものを用いたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の荷電ビーム露光装置におけるマーク検出方
   法。
9. （９）前記試料からの反射光を検出する前記Ｚ方向位置
   検出部の光検出素子として、半導体装置検出素子を用い
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の荷電ビ
   ーム露光装置におけるマーク位置検出方法。