JPS6273714A

JPS6273714A - 電子ビ−ム転写方法及び電子ビ−ム転写装置

Info

Publication number: JPS6273714A
Application number: JP21374285A
Authority: JP
Inventors: Mineo Goto; 後藤　峰夫; Ichiro Mori; 一郎森; Kazuyoshi Sugihara; 和佳杉原; Isao Ito; 功伊藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-09-27
Filing date: 1985-09-27
Publication date: 1987-04-04

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、光電マスクを用いて試料上にパターンを転写
する電子ビーム転写方法及び電子ビーム転写装置の改良
に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、集積回路の高密度化に伴い、微細パターン形成技
術の主流をなしてきたフォトリソグラフィはその限界が
指摘され、この限界を破る技術として電子ビームやＸ線
による新しいりソグラフイが急速に進歩している。そし
て最近、半導体ウェハ等の試料に対して平行に配置した
光電マスクに紫外光を照射することによって放出された
光電子を、試料及びマスク間の均一な電界と磁界とで試
料上に集束させ、マスク上のパターンを試料上に転写す
る電子ビーム転写装置が開発されるに至っている。

この装置は、高速転写が可能であるため高い生産性を有
する、マスク構造がフォトマスクと類似しているため従
来技術を利用できる、及び比較的高い解像度が得られる
等の実用的利点を有し、サブミクロンの微細パターン加
工に極めて有望である。

ところで、電子ビーム転写装置では、従来は、文献（Ｗ
ａｒｄ、Ｒ，ａｎｄ　１ｅＶｉｎ、　　Ｉ　、　Ｈ，、
Ｐｒｏｃ、Ｍｉｃｒｏｃｉｒｃｕｉｔ　Ｅ　ｎｇ、８０
．　Ｐ　１３３或いはｌ　、Ｉｖｌ’ｏｒｉ、Ｔ　。

５ｈｉｎｏｚａｋｉ、　　Ｓ、　　５ａｎｏ、Ｐｒｏｃ
ｃ、　　ＭｉｃｒｏｃｉｕｃｕｉｔＥ　ｎｇ、８０．　
Ｐ　１４５　）に見られるように、等倍一括転写方式が
用いられていた。しかし、ウェハ等の試料の大口径化や
転写パターンの微細化に伴い、従来の一括転写方式では
、試料の位置合わせ精度が問題となる。即ち、試料とな
るウェハ等はプロセス処理工程により平面方向に歪みが
生じ、一括転写ではこの補正を十分に行えない。さらに
、大口径で高精度の転写用マスクの製作が困難である等
の問題が生じた。これらの問題のために、かかる等倍一
括転写方式では、十分な位置合わせ精度がとれないと云
う欠点があった。

上記問題を解決する手法としては、光学的転写装置の発
展例に見られるように、試料の転写領域を分割して、分
割領域に試料台をステップ＆リピートしながら転写する
のが最も有効な方法と考えられている。一方、電子ビー
ム転写装置においては、位置合わせを行う方法として、
試料にタンクル等の電子ビーム照射でＸ線を放出する位
置合わせマークを設け、該マークからのＸ線を検出して
位置合わせを行う方法が、光電マスクと試料とを直接位
置合わせできるため、高精度の位置合わせ方法としては
最も良いものである。従って、電子ビーム転写において
、試料の転写領域を分割し、分割領域毎にＸ線用マーク
を設け、分割領域毎に位置合わせを行いながら、試料台
をステップ＆リピートして転写を行う方法が有望視され
ている。

しかしながら、この種の方法にあっては次のような問題
があった。即ち、Ｘ線用マークからのＸ線の放出層は微
弱であるため、高１１１１１な位置合わせを行うには該
マークとして大面積の位置合わせマークが必要となる。

従って、光学式転写装置では位置合わせマークが小さく
チップのダイシングライン等に入れられるのに比べ、電
子ビーム転写装置ではＸ線用位置合わせマークをダイシ
ングライン等に入れることはできない。このため、転写
領域の多大のｗ４ｉｔがマーク用に使われることになり
、転写の有効面積が低下し、チップ利用効率の低下をＪ
Ｒ＜ことになる。

〔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、試料上に位置合わせのためのマーク領
域を大きくとることなく、位置合わせを高精度に行うこ
とができ、転写精度の向上及び転写有効面積の増大をは
かりに７る電子ビーム転写方法及び電子ビーム転写装置
を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の骨子は、充電マスクと試料との高精度の位置合
わせを可能にするＸ４１を利用した位置合わせと、小領
域のマークで位置合わせを行うことのできる光学式位置
合わせを併用することにより、ステップアンドリピート
型電子ビーム転写の位置合わせを最適化することにある
。

即ち本発明は、光の照射により所定パターンに光電子を
放出する光電マスクと電子ビーム転写に供される試料と
を対向配置し、これらのマスク及び試料間に所定の電圧
を印加すると共に該マスク及び試料間に垂直磁界を形成
し、上記マスクに光を照射して該マスク上のパターンを
試料上に転写する電子ビーム転写方法において、予め前
記マスクに光照射により電子ビームを放出する第１の位
置合わせマークを設けると共に、前記試料に電子ビーム
照射によりＸ線を放出する第２の位置合わせマークを設
け、且つ試料のパターン転写領域を複数に分割し各分割
領域毎に光学的位置合わせ用の第３の位置合わせマーク
を設けておき、第１の位置合わせマークに光を照射した
ときに第２の位置合わせマークから放出されるＸ線を検
出してマスク及び試料の相対的な位置情報を求め、第３
の位置合わせマークを光学的に検出して試料の位置情報
を求め、上記求められた各位置情報に基づいて試料をス
テップアンドリピート方式で移動し、前記分割された領
域毎にパターン転写を行うようにした方法である。

また本発明は、上記方法を実現するための電子ビーム転
写装置において、前記試料を［置してＸ。

Ｙ方向に移動される試料台と、この試料台の移動位置を
検出する手段と、前記光電マスクに設けられた光照射に
より電子ビームを放出する第１の位置合わせマークに光
を照射し、前記試料上に設けられた電子ビーム照射によ
りＸ線を放出する第２の位置合わせマークからのＸ線を
検出してマスク及び試料の相対的な位置情報を求める手
段と、前記試料のパターン転写領域を複数に分割し各分
割領域毎に設けられた光学的位置合わせ用の第３の位置
合わせマークを光学的に検出して試料の位置情報を求め
る手段とを具備し、上記求められた各位置情報に基づい
て試料をステップアンドリピート方式で移動し、前記分
割されｋｆｌ域毎にパターン転写を行うようにしたもの
である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、第１の位置合わせマークに光を照射す
ると、該マークから電子ビームが放出されこの電子ビー
ムが第２の位置合わせマークに照射され、この電子ビー
ム照射により第２の位置合わせマークからＸ線が放出さ
れる。そして、このＸ線を検出することによって、光電
マスク及び試料の相対位置を直接的に検出することがで
きる。

さらに、第３の位置合わせマークを光電顕微鏡等により
検出することによって、試料の分割された領域毎の位置
検出を行うことができる。従って。

これらの２つの位置検出を併用することにより、ウェハ
歪みを補正した分割転写を行うべき試料位置が求まり、
この試料位置に基づきステップ＆リピートによる転写を
行うことができる。つまり、ウェハ歪みによる試料の位
置ずれを確実に補正することができる。

そしてこの場合、電子ビーム転写によりＸ線を放出する
第２の位置合わせマークは少なくとも１ｇ設けておけば
よく、試料の分割領域毎に必要とする第３の位置合わぜ
マークはスクライブライン等の微小面積に形成すること
ができる。このため、位置合わせマーク用領域を試料上
に大きくとることなく、つまり転写有効面積の低下を沼
くことなく、試料の分割転写領域毎の高精度の位置合わ
せが可能となり、一括転写を行う場合と同Ｐｉ度の位置
合わせマーク用領域にも拘らず、分割転写により高精度
の位置合わせ精度を持った電子ビーム転写が実現される
。

なお、マークとして光学的検出を行うための第３の位置
合わせマークのみを用いて、光学式転写と同様な位置合
わせを行うことも可能である。しかしながらこの場合、
光電マスクと試料との相対位置検出が、閤械的に定めら
れたマスクの位置情報と光学的マーク検出による試料の
位置情報（マーク検出時のレーザ測長系等による試料位
置情報）とに基づく間接的なものとなり、マスク及び試
料を高精度に位置合わせすることは困難である。つまり
、マスク及び試料の高精度な位置合わせは、第１及び第
２の位置合わせマークを用いたＸ線利用の位置検出と第
３の位置合わせマークを用いた光学的な位置検出とを併
用することによって、初めて可能となったのである。

〔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に係わる電子ビーム転写装置
を示す概略構成図である。図中１１は真空容器（試料至
）であり、この容器１１内は真空ポンプ１２により１　
Ｘ　１０’　［ｔｏｒｒ］程度に真空排気されている。

容器１１の内部には、光電マスク１３及び半導体ウェハ
等の試料１４が１０Ｃｍ］程度離間して対向配置されて
いる。マスク１３は紫外光を透過する石英基板１３ａ、
該基板１３ａの下面に取着された紫外光を遮る薄膜（例
えばクロム）からなるマスクパターン１３ｂ、及びこれ
らの下面に塗布された紫外光を受けて電子ビームを放出
するＣｓ１等からなる光電面１３ｃから形成されている
。なお、マスク１３には後述する如く、光照射により電
子ビームを放出する第１の位置合わせマーク４１が形成
されている。さらに、試料１４はウェハ基板１４ａ上に
レジスト１４ｂ等を塗布されたものである。なお、試料
１４には後述する如く、電子ビーム照射によりＸ線を放
出する第２の位置合わせマーク４２及び光学的検出用の
第３の位置合わせマーク４３がそれぞれ形成されている
。また、マスク１３と試料１４との間には、直流高圧電
源３４から直流電圧が印加されており、これらの対向方
向に電界が形成されるものとなっている。

前記試料１４は、Ｘ方向（紙面左右方向）及びＹ方向（
紙面表裏方向）に移動可能な試料台１５上にｔ置されて
いる。この試料台１５は、制御計算機３０からインター
フェース３１を介して指令を受けたステージ駆動系３６
により移動される。

そして、試料台１５の移動位置は、反射１１１１６及び
レーザ測長系３５により測定されるものとなっている。

また、試料台１５には、前記試料１４に設けた第２の位
置合わせマーク４２の下方に相当する位置に、Ｘ線検出
器１７が配置されている。

このＸ線検出器１７は、第２の位置合わせマーク４２か
ら放出されるＸ線を検出するものである。

一方、前記容器１１の上方には紫外光源１８が配置され
ており、この光源１８からの紫外光は容器１１の上部に
設けられた紫外光透過窓１９を介して容器１１内に導入
され、前記光電マスク１３の上面に照射されるものとな
っている。光源１８と窓１９との間には、光の照射領域
をマスク１３のパターン領域或いはマーク領域に選択す
るためのシャッタ２０が配置されている。また、容器１
１の側部には、前記電界印加方向と同方向の垂直方向の
集束磁場を形成するためのへルムホルツ型コイル（集束
マグネット）２１が配置され、さらにこの磁場を水平方
向に偏向するための偏向コイル２２が配置されている。

集束マグネット２１は直流電流を供給するコイル電源３
３により駆動される。偏向コイル２２は、発振器を備え
交流電流を供給するコイル電ｒＡ３７により駆動される
ものとなっている。

また、前記容器１１の上部で紫外光透過窓の側部には、
試料１４上の第３の位置合わせマーク４３を検出するた
めの光ＭＭ微ａ２３が配設されている。この光電顕微鏡
２３の検出信号はＡ／Ｄ変換器３２を介して制御計算機
３０に送られる。また、前記Ｘ線検出器１７の検出信号
は、増幅器３９を介して増幅されたのち、同期検波回路
３８に供給される。同期検波回路３８では、前記コイル
電［３７の発振周波数と同期して上記Ｘ線検出出力を検
波する。そして、この同期検波出力から前記マスク１３
及び試料１４の相対位置情報が得られるものとなってい
る。

なお、上記同期検波法による位Ｗ＠出原理は、次の通り
である。即ち、第１の位置合わせマーク４１に光を照射
して該マーク４１から電子ビームを放出させ、この電子
ビームを第２の位置合わせマーク４２に照射する。この
とき、偏向コイル２２により電子ビームを偏向し、第２
の位置合わせマーク４２に照射される電子ビームを振動
させる。

この電子ビーム照射により第２の位置合わせマーク４２
から放出されたＸ１ｍを、Ｘ線検出器１７にて検出する
。そして、この検出出力を同期検波回路３８にて上記ビ
ームの振動と同期して検波する。

このときの検波出力は、マーク４１．４２の位置ずれに
応じたものとなり、これらの相対位置が合ったときに最
大となる。従って、同期検波回路３８の検波出力からマ
スク１３及び試料１４の相対的な位置情報を１ｑること
が可能となる。

さて、前記第１乃至第３の位置合わせマーク４１、〜，
４３は、第２及び第３図に示す如く形成されている。即
ち、前記光電マスク１３には、第２図に示す如く、分割
転写を行うためのＬＳＩチップ配列パターン（転写パタ
ーン領域）５１とは別に矩形状の比較的大きな第１の位
置合わせマーク４１が形成されている。ここで、第１の
位置合わせマーク４１としては、該マークの周辺に前記
クロム膜等を形成しておけばよい。また、前記試料１４
には、第３図に示す如く、電子ビームの照射によりＸ線
を放出するＴａの薄膜を用いた第２の位置合わせマーク
４２及び光電顕微鏡により検出可能な第３の位置合わせ
マーク４３が形成されている。ここで、第２の位置合わ
せマーク４２は、マーク４１と同じ形状の矩形パターン
である。第３の位置合わせマーク４３は、ウェハ上に形
成した溝或いはウェハ表面とは反射率の異なる部材を配
置した微小パターンである。

また、試料１４上は２　［ＣＩＲ］　Ｘ　２　［ｃｕｔ
Ｅの分割転写領域６１に分けられており、各分割転写領
域毎に第３の位置合わせマーク４３が形成されている。

分割転写領域６１には、ＬＳＩチップがマトリックス状
に配置され、第３の位置合わせマーク４３はこのチップ
のダイシングライン上に形成されている。さらに、第２
の位置合わせマーク４２は試料１４上の転写領域とは別
の周辺領域に形成されている。

次に、上記構成された本装置の作用について説明する。

まず、電子ビーム転写については、従来と同様であり、
紫外光源１８により光電マスク１３に紫外光を照射する
ことにより、マスク１３がら転写パターンに応じて光電
子を放出させ、この光電子を電界及び磁界により試料１
４上に集束照射することにより、試料１４上にパターン
転写が行われる。ここで、転写パターンは試料１４の分
割転写領域に対応するＬＳＩチップ配列パターンであり
、試料台１５をステップ＆リピート方式で移動し、各転
写領域毎にマスク及び試料の位置合わせを行って、分割
領域毎にパターン転写が行われる。

一方、本発明の特徴部分となる位置合わせ方法は、以下
の通りである。

まず、第１の位置合わせマーク４１に光を照射し、該マ
ーク４１から放出された電子ビームを第２の位置合わせ
マーク４２に照射すると共に、ビームを偏向コイル２２
により往ｔｕｒｉ向する。このとき、第２の位置合わせ
マーク４２から放出されるＸ線をＸｗＡ検出器１６にて
検出し、この検出情報を同期検波回路３８により同期検
波することにより、マーク４１．４２の相対的な位置情
報を求める。つまり、マスク１３と試料１４との相対的
な位置情報を求める。そして、同期検波出力が最大とな
るように試料台１５を移動させることにより、マーク４
１．４２の相対位置を合わせる。このときの試料台１５
の位置をレーザ測長系３６により測定し、この測定値（
ＸＭ、Ｙ間）を（ｎる。

ここで、Ｘ線マーク検出位置（マーク４１．４２が位置
合わせされたときの位置）と光電顕微鏡２３による検出
位置との相対距離は固定されたもので、予め測定してお
くことができる。また、第２の位置合わせマーク４２と
第３の位置合わせマーク４３との相対距離は、予め試料
１４上にマークを形成する段階で既知である。従って、
Ｘ線マーク測定位置（ＸＭ、ＹＭ）から、制御用計算類
３０により、第３の位置合わせマーク４３の計算位置（
Ｘｉ　、　Ｙｉ　）が求められる。

また、光電顕微鏡２３により第３の位置合わせマーク４
３を検出することにより、該マーク４３の測定位置（×
ｉ’　、　Ｙｉ’　）が求められる。ここで、ウェハに
歪みがない場合にはＸｉ　’　＝＝Ｘｉ　、　Ｙｉ　’　＝Ｙｉとなるが、
ウェハに歪みがあるとどなる。このずれの微小量（ΔＸｉ、Δｙｉ）を、Ｘ線
マーク測定位置から計算される分割転写の試料台位置（
ＸＴ、ＹＴ）に対しと補正し、この補正された試料台位置（Ｘ”ｒ’。

Ｙｒ’）に基づいて分割転写を行うことにより、各分割
転写領域毎にウェハの歪みが補正されることになる。

このように本実施例によれば、ステップベリピート方式
による電子ビーム転写を行うことができる。そしてこの
場合、第１及び第２の位置合わせマーク４１．４２を用
いたマスク１３と試料１４との相対位置検出と、第３の
位置合わせマーク４３を用いた試料１４の各分割転写領
域の位置検出とを併用することにより、試料１４の分割
転写領域毎の位置合わせを高精度に行うことができ、ウ
ェハ歪みに起因する転写精度の低下を未然に防止するこ
とができる。また、試料１４に形成する第２の位置合わ
せマーク４２はパターン転写領域外の領域に少なくとも
１側設ければよく、このマーク形成によりパターン転写
領域の有効面積が低下することはない。さらに、第３の
位置合わせマーク４３はチップのダイシングラインに設
ければよいので、このマーク形成によっても上記有効面
積が低下することはない。従って、チップ利用効率及び
転写精度の大幅な向上をはかることができ、その有用性
は絶大である。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、前記第１及び第２の位置合わせマークを用
いたＸ線による位置検出や第３のマークを用いた光学式
の位置検出の方法は、実施例に述べた方法に何等限定さ
れるものではなく、適宜変更可能である。また、第１及
び第２の位置合わせマークの形状は矩形に限るものでは
なく、ライン＆スペースのパターンであってもよい。さ
らに、第３の位置合わせマークは、光学的に検出できる
微小なパターンであればよい。また、試料上の各位置合
わせマークの配置も種々の変形が可能であり、例えば第
２の位置合わせマークを、光学式位置検出法によっても
読みとれるようにしておき、それぞれのマークの相対距
離を測定する等の方法も可能である。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に係わる電子ビーム転写装置
を示す概略構成図、第２図は光電マスク上の転写パター
ン及び第１の位置合わせマークの配置状態を示す模式図
、第３図は試料上の第２及び第３の合わせマークの配置
状態を示す模式図である。１１・・・真空容器、１３・・・光電マスク、１４・・
・試料、１５・・・試料台、１７・・・Ｘ線検出器、１
８・・・紫外光源、２１・・・集束マグネット、２２・
・・偏向コイル、２３・・・光電顕微鏡、３０・・・制
御計算機、３１・・・インターフェース、３４・・・直
流高圧電源、３５・・・レーザ１り長兄、３６・・・ス
テージ駆動系、３８・・・同期検波回路、４１・・・第
１の位置合わせマーク、４２・・・第２の位置合わせマ
ーク、４３・・・第３の位置合わせマーク、５１・・・
転写パターン領域、６１・・・分割転写領域。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光の照射により所定パターンに光電子を放出する
光電マスクと電子ビーム転写に供される試料とを対向配
置し、これらのマスク及び試料間に所定の電圧を印加す
ると共に該マスク及び試料間に垂直磁界を形成し、上記
マスクに光を照射して該マスク上のパターンを試料上に
転写する電子ビーム転写方法において、予め前記マスク
に光照射により電子ビームを放出する第１の位置合わせ
マークを設けると共に、前記試料に電子ビーム照射によ
りＸ線を放出する第２の位置合わせマークを設け、且つ
前記試料のパターン転写領域を複数に分割し各分割領域
毎に光学的位置合わせ用の第３の位置合わせマークを設
けておき、前記第１の位置合わせマークに光を照射して
前記第２の位置合わせマークからのＸ線を検出し前記マ
スク及び試料の相対的な位置情報を求め、前記第３の位
置合わせマークを光学的に検出して前記試料の位置情報
を求め、上記求められた各位置情報に基づいて前記試料
をステップアンドリピート方式で移動し、前記分割され
た領域毎にパターン転写を行うことを特徴とする電子ビ
ーム転写方法。
（２）前記試料は半導体ウェハであり、前記第３の位置
合わせマークはＬＳＩチップのダイシングライン上に設
けられたものである特許請求の範囲第１項記載の電子ビ
ーム転写方法。
（３）光の照射により所定パターンに光電子を放出する
光電マスクと電子ビーム転写に供される試料とを対向配
置し、これらのマスク及び試料間に所定の電圧を印加す
ると共に該マスク及び試料間に垂直磁界を形成し、上記
マスクに光を照射して該マスク上のパターンを試料上に
転写する電子ビーム転写装置において、前記試料を載置
してＸ、Ｙ方向に移動される試料台と、この試料台の移
動位置を検出する手段と、前記マスクに設けられた光照
射により電子ビームを放出する第１の位置合わせマーク
に光を照射し、前記試料上に設けられた電子ビーム照射
によりＸ線を放出する第２の位置合わせマークからのＸ
線を検出して前記マスク及び試料の相対的な位置情報を
求める手段と、前記試料のパターン転写領域を複数に分
割し各分割領域毎に設けられた光学的位置合わせ用の第
３の位置合わせマークを光学的に検出して前記試料の位
置情報を求める手段とを具備し、上記求められた各位置
情報に基づいて前記試料台をステップアンドリピート方
式で移動し、前記分割された領域毎にパターン転写を行
うことを特徴とする電子ビーム転写装置。
（４）前記試料は半導体ウェハであり、前記第３の位置
合わせマークはＬＳＩチップのダイシングライン上に設
けられたものである特許請求の範囲第３項記載の電子ビ
ーム転写装置。