JPS62195504A - 面位置検出装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は例えば電子ビーム露光装置或はイオンビーム
のような荷電粒子ビームを利用した露光装置に用いられ
る面位置検出装置に関する。

〔発明の背景〕

半導体集積回路の回路パターンは光による投影によって
露光する方法の他に、電子ビームのような荷電粒子ビー
ムによってｎ米する方法もある。

荷電粒子ビームは描画線の線幅を細くできることから高
集積度が要求される場合に用いられている。

ところで荷電粒子ビームによって半導体ウェハー上に回
路パターンを描画する場合、半導体ウェハーに反り等が
存在すると、その反りによってウェハー上の面の位置が
上下にずれ、その位置ずれによって粒子ビームの到達点
にずれが生じ正確な描画を実行できなくなる不都合が生
じる。このため従来より半導体ウェハーの面の上下位置
のずれを検出し、そのずれ量から荷電粒子ビームの偏向
量を加減し、正しい位置に描画を行なわせるための補正
を行ないながら描画を行なっている。

〔上下位置のずれを検出する方法〕

第５図及び第６図を用いて半導体ウェハー（以下試料と
称す）の表面の上下方向の位置ずれを検出する方法を説
明する。

第５図において１は試料の基準面、２は実際の試料面、
３は荷電粒子ビーム軸を示す。

４は例えばレーザダイオードのような光源、５は光源４
から出された光６を受光して試料面２の位置ずれを検出
する位置検出器を示す。

位置検出器５は第６図に示すように高抵抗シリコン基板
５Ａの表面にＰ型抵抗層５Ｂを、裏面にｈ″１ｌｉ５ｃ
を、また表面のＰ型抵抗層５Ｂに距離りをおいて一対の
電流取出電極５Ｄ、５Ｂを存する構造となっている。裏
面のｈ′″層５Ｃにバイアス電圧を印加し、電流取出電
極５Ｄと５Ｅの間の任意の位置に光が入射すると、電極
５Ｄと光の入射点までの距離をｘ、ｆｉ極５Ｄから取出
される電流を１１、電極５Ｅから取出される電流をＩ２
とした場合、 −ｘ Ｉ＋／Ｉｔ”□ となる関係が成り立つ、このことから電流Ｉ、と■オの
値を測定することにより光の入射位置を知ることができ
る。

光源４から出されたレーザ光６はレンズ７によって集束
され基準面１又は試料面２に照射され、その反射光がレ
ンズ８を経由して位置検出器５に入射する。試料面２が
基準面１からΔ２だけ高くなったとすると、位置検出器
５に入射する反射光の位置はΔＸずれる。このΔＸのず
れから試料面２の上下方向のずれ量Δ２を次式で求める
ことができる。

Δｘ、ｃｏｓ　θ／Ｍ−Δｚ　　　　　　　−（１１Ｃ
ＯＳ　θ ここでＭはレンズ８０倍率であり、Ｍ　＝　ｌ　ｚ／　
ｌ　＋　。

θはビーム軸に対するレーザ光６の入射角である。

θが大きい程ΔＸは大きくなる。

このようにして位置検出器５の電流取出端子５Ｄと５Ｅ
に得られる電流ＩｌとＩ２を測定することにより試料面
２の基準面１からのずれ量Δ２を求めることができる。

実際には位置検出器５の感度と感度むらの他に、光源４
の発光エネルギの変動、レンズ周辺の透過率低下環の影
響を緩和するため光の入射エネルギに相当するＩ１と１
２の和を求め、その和の値で正規化し位置の検出を行な
っている。

〔従来技術〕

第７図に従来の面位置検出装置を示す。位置検出器５に
九〇が入射することにより、その入射位置に対応した電
流■１とＩ２が電流取出電極５Ｄと５Ｅから出力される
。この電流！１とＩ２は電流電圧変換器１１ＡとＩＩＢ
によって電圧信号Ｒｆ　　・Ｉ、及びＲｆ　　・１２　
（Ｒｆは帰還抵抗器の抵抗値）に変換する。電流電圧変
換器１１ＡとＩＩＢから出力される電圧信号Ｒｆ−Ｉ＋
及び　Ｒｆ　　・Ｉ２は加算器１２と減算器１３に与え
られ、加算器１２から加算値Ｒｆ（ＩＩ　＋　ＩＩ　）
を得、また減算器１３からＲｆ（１＋　−Ｉｔ　）を得
る。

これら加算値Ｒｆ（Ｉｌ＋Ｉりと減算値Ｒｆ　（１＋　
−ｈ）は除算器１４に与えられ、除算器１４において１
、ＩＩ。

１＋＋Ｉｚ に対応した電圧信号ＶｏはＡＤ変換器１５に与えられ、
ＡＤ変換され＠振器１６に取込まれ、制御器１６におい
て試料面２の位置ずれを算出し、その位置ずれを補正す
る補正信号を発生し、その補正信号を荷電粒子ビームの
偏向系に与え、正しい描画を行なうように制御する 「発明が解決しようとする問題点」 上述の説明では位置検出器５の受光位置に対する二つの
電流Ｔ１．Ｉ２の変化特性については触れていないが、
位置検出器５の受光位置に対する二つの電流ｒ＋、Ｉｇ
の変化特性は非直線特性を持つ場合が多い。

位置検出器５が非直線特性を持つとき、制御器１６で算
出する面位置は非直線特性の分だけずれた誤差を含むも
のとなる。

この結果荷電粒子ビームの偏向等に補正を掛けても正し
い描画位置の修正が行なわれない不都合が生じるや この発明の目的は位置検出器が非直線特性を持っていた
としても、正しい面位置を検出することができる面位置
検出装置を提供しようとするものである。

「問題点を解決するための手段」 この発明では、 基準面から高さ方向に既知の位置を持つ複数の較正面と
、 この較正面に光ビームを照射する光源と、二つの電流取
出電極を存し、この二つの電流取出電極の間の任意位置
に較正面で反射した光ビームを受光し、その受光点から
二つの電流取出電極までの距離に逆比例した値を待つ電
流を二つの電流取出電極から出力する位置検出器と、こ
の位置検出器から得られる二つの電流値から較正面の位
置を算出する較正面位置算出手段と、この較正面位置算
出手段で算出した較正面の値から位置検出器の非直線特
性を直線化補正するための補正値を求める補正値算出手
段と、この補正値算出手段で算出した補正値により試料
の面の位置を補正する補正手段と、 によって面位置検出装置を構成したものである。

この発明の構成によれば既知の位置にある較正面を使っ
て位置検出器の非直線誤差を求めることができる。

位ＩＦ検出器の非直線誤差を求めることにより補正係数
を求めることができる。よって補正係数が求められるこ
とにより実際に試料上の高さ位置を測定する際には、そ
の補正係数により測定値を補正することができる。この
補正により試料上の面の高さを正確に測定することがで
き、正しい描画位置の修正を行なうことができる。

「実施例」 第１図にこの発明の一実施例を示す。図中１７は半導体
ウェハーのような試料、１８はこの試料を搭載してＸ−
Ｙ方向に移動させるステージを示す。１９はステージ１
８の駆動系を、２１はステージ１８の位置を検出するレ
ーザ測長系を示す。

駆動系１９は制御器１６から与えられる駆動信号に従っ
てステージ１８を駆動する。またレーザ測長系２１の測
定信号を制御器１６に帰還し、ステージ１８の位置精度
を高めるようにしている。

この発明ではステージ１８の表面を基準ｍｌとし、この
基準面１から高さ方向に既知の位置を持つ較正面２２を
設ける。第１図に示す例では既知の角度を持つ傾斜面と
した場合を示す。較正面２２は例えば第２図に拡大して
示すように角度θは光ビーム６の反射方向の影響が無視
できる程度に小さい角度に選定し、Ａ点からＢ点までの
間（これを約５印とする）で１００μｍ程度の誤差を有
するクサビ形のブロックで構成することができる。

ブロックは例えばＣｕで作ることができ、その表面に光
をよく反射させるＡｕをコートするとよい。

試料１７に対して描画を始める前に位置゛検出器５の較
正を行なう、この較正を行なうために較正面２２に光源
４からの光ビーム６が照射されるようにステージ１Ｂを
移動させる。その反射光をレンズ８で集光し位置検出器
５に光ビーム６を入射させる。

ステージ１８を第３図Ａに示すように一定量ずつ移動さ
せることにより較正面２２は第３図Ｂに示すようにステ
ージ１８の移動量に比例した世だけ高さ位置を変更する
。

較正面２２の高さ位置が変化することにより位置検出器
５に対するレーザ光６の入射点位置が変化する。光の入
射点位置が変化することにより位置検出器５の電流出力
Ｉ、と■２の値が変化し、各入射点において較正面２２
の各部の位置を測定する。

位１槍出器５から出力される二つの電流Ｉｔ　と１２は
アナログ演算器１０に与えられる。アナログ演算器１０
は第７図で説明したのと同じように電流−電圧変換器と
、加算器、減算器及びアナログ除算器等によって構成す
ることができる。

アナログ除算器１０から電流ｉ、＋ｘｚとＩ＋　　ｒｚ
の比１＋　　　Ｉｚ／Ｉ＋＋Ｉｇに対応した電圧信号Ｖ
ｏが出力される。電圧信号ＶｏはＡＤ変換器１５におい
て第３図Ｃに示すタイミングでディジタル信号に変換さ
れる。ディジタル信号は制御器１６に取り込まれる。制
御器１６には較正面２２の高さ位置を算出する較正面位
置算出手段１６Ａを設け、この較正面位置算出手段１６
Ａで、較正面２２の一定ステップ毎の高さを算出する。

較正面２２の各部の位置を算出すると、その複数の算出
値を補正係数算出手段１６Ｂに転送し、この補正係数算
出手段１６Ｂにおいて複数の算出値に例えば最小２乗法
を施してｙ”ａｘなる一次関数の係数ａを算出する。ｙ
は高さ、Ｘはステージの移動距離である。この補正係数
ａを補正手段２３にセットする。補正手段２３はディジ
タル乗算器によって構成することができ、試料１７の面
の位置を検出したＡＤ変換データに補正係数ａを乗算し
、その乗算値を試料の面位置取込手段１６Ｃに取込んで
描画位置の修正に用いる。

「発明の作用効果」 以上説明したようにこの発明によれば位置検出器５の検
出特性が非直線特性であっても、その非直線特性を較正
により直線化補正し、その直線化補正された状態で試料
１７上の描画位置の高さを検出するから試料１７上の面
の高さ位置を正確に測定することができる。

この結果試料１７の高さが変わったことを正確に測定し
ながら回路パターンの描画を行なうことができるため荷
電粒子ビームの偏向に補正を掛ける際に、その補正を正
確に行なうことができる。

よって回路パターンを正確に描画することができる。

「変形実施例」 尚上述では較正面２２として一連の傾斜面とした場合を
説明したが、第４図に示すようにステップ状に較正面２
２Ａ、２２Ｂ・・・２２ｍを配列した形状にすることも
できる。

また上述では較正を行なう場合、ステージ１８を一定量
ずつステップ状に移動させた場合を説明したが、一定の
速度で連続的に移動させるようにしてもよい。

この場合にはレーザ測長系から一定距離毎に信号を発生
させ、この信号を利用してＡＤ変換動作を行なわせるよ
うに構成すればよい。

またステージ１８の移動速度を高速化するためにはＡＤ
変換器１５の前段にサンプルホールド回路を設け、ＡＤ
変換器がＡＤ変換動作中でも次のサンプルをサンプルホ
ールドできるように構成すれば、高速化が可能である。

また上述では補正係数ａを補正手段２３に設定し、この
補正手段２３において試料１６の面の位置データに補正
係数ａを乗算して補正する方法を説明したが、他の方法
として例えば補正手段２３としてＲＡＭを用い、このＲ
ＡＭにステージの移動位ｌｘをアドレスに対応させ、各
アドレスに高さの補正された値）’Ｉ　、Ｙｚ、Ｙｘ−
’／ｓ・・・ｙ。

を記憶させ、ステージの各移動位置において高さのデー
タｙ１〜ｙ７を直接読出すように構成することもできる
。

また他の方法としてはステージの各移動位置毎に補正係
数ａ、、ａ冨＋”ｌ＋３４・・・ａｌを求めてＲＡＭに
書込んでおき、補正係数ａ１〜ａ７をステージの移動位
置に対応したアドレスで読出し、その読出された補正係
数をＡＤ変換されたデータに乗算するように構成するこ
ともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を説明するためのブロック
図、第２図はこの発明に用いる較正面の形状を説明する
ための側面図、第３図はこの発明の詳細な説明するため
の波形図、第４図はこの発明に用いる較正面の他の形状
を説明するための側面図、第５図は高さ方向の位置を検
出する手段を説明するための側面図、第６図は面位置検
出器を説明するための側面図、第７図は従来の面位置検
出器を説明するためのブロック図である。 ｌ：基準面、４：光源、５：位置検出器、６：光ビーム
、１６Ａ：較正面位置算出手段、１６Ｂ＝補正値算出手
段、１６Ｃ：面位置取込手段、２２：較正面、２３：補
正手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ａ、基準面から高さ方向に既知の位置を持つ複数
   の較正用面と、 Ｂ、この較正面に光ビームを照射する光源と、 Ｃ、二つの電流取出電極を有し、この二つの電流取出電
   極の間の任意位置に上記較正用面で反射した光ビームを
   受光し、その受光点から上記二つの電流取出電極までの
   距離に逆比例した値を持つ電流を上記二つの電流取出電
   極から出力する位置検出器と、 Ｄ、この位置検出器から得られる二つの電流値から上記
   較正面の位置を算出する較正面位置算出手段と、 Ｅ、この較正面位置算出手段で算出した上記較正面の値
   から上記位置検出器の非直線特性を直線化補正するため
   の補正値を求める補正値算出手段と、 Ｆ、この補正値算出手段で算出した補正値により試料の
   面の位置を補正する補正手段と、 を具備してなる面位置検出装置。