JPS5885532A - 電子ビ−ムによる位置決め方法 - 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、物体の隣り合う２つの表面領域で順次に処理
を行なう為に電子ビームにより位置決めする方法に関す
るものである。

この電子ビーム技術の重要な適用分野は半導体装置の製
造分野である。特に、電子感応レジスト層で被覆された
半導体基板の形態の物体に電子ビームを当てるのにいわ
ゆる電子ビームパターン発生器を用いることができる、
レジスト層にはビームのコンピュータ制御により所定の
パターンを描くことができる。次には適当な化学薬品を
用いてレジスト層の露光部分（或いはネガティブなレジ
スト層の場合には未露光部分）を選択的に除去する。レ
ジスト層の残存部分は半導体基板の表面上でマスク層を
構成し、このマスク層は後の半導体ウェファの処理に当
って用いることができる。

不所望なことに、電子ビームが光学軸から外れれば外れ
る程著しく増大する電子光学的収差の発生の為に、電子
ビームにより走査しうる領域（この領域はしばしば偏向
区域と称されている）が制・限される。このことはレジ
スト層の大きな区域を露光する必要がある場合に問題と
なるーしかし、集積回路のような半導体装置の製造に当
っては、大きな半導体基板の表面に亘って比較的小さな
同じパターンを繰返し描く必要がある場合が通例である
。従って、電子ビームを用いて基板の第１の領域に１つ
のパターンを描き、その後に基板を動かして基板の新た
な領域に電子ビームを当てるようにすることができる。

従って、電子ビームの偏。

同区域を過度に大きくする必要が無（、この新たな領域
に同じ（或いは異なる）パターンを描くことができる。

実際には、基板を２つの互いに交差する方向に移動せし
めうる限り、例えば４１インチ（１０，１６（−ｍ）の
直径を有する半導体基板上に存在するレジスト層の全体
を、比較的小さな領域、代表的にはａ　ｍｍ平方の領域
で基板の表面に亘って１１１１次に同じパターンを描く
ように露光することができる。この技術はステップ−リ
ピート法として知られている。

通常のパターン発生器は円形でしかもガウス強度分布を
有するスポットとした電子ビームを生じる。電子ビーム
の直径は代表的に０．２μｍである為、この電子ビーム
は点ビームと称することができる。

基板の特定の領域に描くべきパターンを通常のように方
形の基本エレメントに分割しうる場合には、点ビームに
より各方形エレメントの輪郭を描き、次にこの方形エレ
メントを走置することによりこの方形エレメントの内部
全体を照射し、その・・後に次の方形エレメントに移る
。上記の領域で完全なパターンが描かれると、基板を動
がして、前述したように次の領域で同じパターンを描き
うるようにする。

半導体基板に電子ビーム露光を行なう前に、通。

常最初に基板を比較的粗く位置合わせする。それにもか
〜わらず、電子ビームパターン発生器か或いは半導体基
板における不安定性の為に半導体装置の製造中に依然と
して位置決め誤差が導入されるおそれがある。例えば、
半導体基板はこれに行なわれる種々の処理により歪んだ
状態となるおそ゛れがある。このようないかなる位置決
め誤差をも補正する為に、通常基板表面上に設けた基準
マークを用いている。この場合、電子ビームをマークの
所定位置の方向に向けることによりこのマークの実際位
置と予定位置との間の偏差（ずれ）を表わす信号を取出
すことができる。この信号は基板の動きを補正するのに
或いは電子光学系に補正因子を加えるのに用い、これに
より電子ビームが次のパターンを描くのを正しい位置で
行なわしめるよｌ・うにすることができる。

基準マークは半導体基板にあけた凹所、例えば２０μｍ
×２０μｍの正方形の凹所とすることができる。パター
ンを描くべき領域が正方形である場合、上述したような
マークを各領域の４つの隅部に配置することができる。

いかなる所定の領域においてもパターンを描く前に、こ
の領域の隅部における４つの基準マークの方向に電子ビ
ームを順番に向ける。電子ビームはマークの各側縁に交
差する方向でこの側縁を例えば８回横切るように走査す
る。マークの実際位置および所定位置間の偏差は後方散
乱電子を検査することにより決定しうる。

誤差を最小にする為に、特定の領域の隅部における４つ
のマークの各々から生じる同様な情報を、この領域にパ
ターンを描く前に組合せている。

最近、電子ビームのスポット寸法を変化させるパターン
発生器の技術が開発された。例えば、”Ｊｏｕｒｎａｌ
　ｏｆ　Ｖａｃｕｕｍ　５ｃｉｅｎｃｅ　Ｔｅｃｂｎｏ
ｌｏｇｙ″１６（６）　、　Ｎｏｖ、／Ｄｅｃ、　１９
７９における論文”Ｖａｒｉａｂｌｅｓｐｏｔ−ｓｂａ
ｐｅｄ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｂｅａｍ　ｌｉｔｂｏｇｒ
ａｐｂｉｃ　ｔｏｏｌ”。

（Ｅ、　Ｖ、　ＷｅｂｅｒおよびＲ，Ｄ、　Ｍｏｏｒｅ
氏著）には、４μｒｒＬｘ４μｍの寸法まで変化せしめ
うる矩形形状のスポットとした電子ビームが記載されて
いる。

また、スポットの寸法を変えうる範囲が一層大きな他の
装置も記載されている。特にパターンを方。

形の基本エレメントに分解しうる場合には、半導体基板
上のレジスト被膜にパターンを描くのに可変のスポット
状電子ビーム装置が理想的に適したものであること明ら
かである。この場合には、所定の領域にパターンを描く
のに要する時間を可成り減少せしめることができる。従
って、可変のスポット状電子ビームを生じるパターン発
生器によれば、点ビームを生じるパターン発生器に比べ
て処理譬を増やすことができるという重要な結果が得ら
れる。

しかし、位置決め誤差の問題が依然として存在する為、
補正装置を設ける必要性が無くならないこと勿論である
。前述した論文には、パターンを描（べき基板の各領域
の４つの隅部に存在する基準マークを走査する位置決め
装置が記載されてい、、。

る。この場合、得られる後方散乱電子信号を処理して各
領域の４つの隅部における位置誤差を決定することがで
きる。

点ビームパターン発生器に関して前述したような基準マ
ークの走査はマークの位置誤差を決定するのに有効であ
るが、この技術を達成するには比較的時間がか反り、こ
の技術を可変のスポット状電子ビームパターン発生器と
関連させて用いた場合、可変のスポット状電子ビームパ
ターン発生器により電子ビーム露光時間を減少せしめる
という利点を上記の技術によって必然的に減少せしめる
。

本発明の目的は上述した欠点の無い、或いは上述した欠
点を著しく減少せしめた位置決め方法を提供せんとする
にある。

本発明位置決め方法は、物体の隣り合う２つの表面領域
間に基準マークが設けられている当該物体の表面領域で
順次に処理を行なう為に電子ビームにより位置決めする
に当り、前記の表面領域の１つで処理を行なった後、矩
形形状のスポットとした電子ビームを基準マークの第１
側縁の所定位置の方向に向け、ビームスポットの２つの
側縁が前記の第１側縁に対しほぼ平行となるとともに、
位置決め誤差がない場合にビームスポットが前記の第１
側縁上に位置し且つ基準マークと前記の第１側線のすぐ
近くに隣接する物体の領域とを覆うようにする工程と、
矩形形状のスポットとした電子ビームを、前記の基準マ
ークの第１側縁に交差する方向に延在するこの基準マー
クの第２側縁の所定位置の方向に向け、ビームスポット
の２つの側線が前記の第２側縁に対しほぼ平行となると
ともに、位置決め誤差がない場合にビームスポット□が
前記の第２側縁上に位置し且つ基準マークと前記の第２
側縁のすぐ近くに隣接する物体の領域とを覆うようにす
る工程と、得られる後方散乱電子を検出器を用いて検出
し、前記の基準マークの第１および第２側縁の実際位置
および予定位置間のいかなる偏差をも表わす信号を発生
せしめる工程と、前記の表面領域のうちの次の表面領域
で処理を行なう際に前記の信号に応答させて前記のいが
なる偏差をも補正するようにする工程とを行なう・・こ
とを特徴とする。

矩形形状のスポットとした電子ビームを用いることによ
り、基準マークの側線を走査する必要が無くなるばかり
ではなく、ビーム電流を点ビームの場合よりも可成り高
＜シラる。従って、後方散乱電子の個数を可成り多くで
き、位置誤りの検出を一層迅速に行ないうるという利点
が得られる、基準マークは２つの互いに交差する側縁な
有する為、また電子ビームはこれらの側縁の各々の方向
に順番に向けられる為、検出器から得られる２つの信号
は基準マークの側線に対し直交する２つの方向で生じる
位置誤差を表わす。従って、これらの２つの方向の位置
誤差に分解しうるいかなる位置誤差をも本発明による方
法を用いて検出することができる６ 基準マークはこれを囲む物体の領域に対し異なる位相を
生じるように形成することができ、或いは物体の材料に
対し異なる後方散乱係数を有する材料の領域を以って構
成でき、或いはこれらの双方の手段を講じることができ
る。例えば、物体を、電子感応レジスト層で被覆した珪
素基板とする場合には、基準マークを酸化珪素の島とす
るか、或いは基板表面上に直接形成したタンタルのよう
な金属の島とすることができる。或いはまた、基準マー
クを、物体の表面に例えば適当な化学薬品を用いた腐食
により形成された凹所とすることができる。基準マーク
は、少くとも２つの互いに交差する側縁を有すればいか
なる幾何学的形状にもすることができる。しかし、基準
マークを正方形にすれば、電子ビームを基準マークの側
縁の方向に向けるのが特に簡単となる。この場合、電子
ビー・ムを基準マークの各側線の所定位置の方向にｌｌ
ｌｋ番に向けることができる。精度を高める為には、ビ
ームの各位置で後方散乱電子を検出し、基準マークの予
定位置と実際位置との間の偏差に対する平均値を決定し
うるようにすることができる。

精度を更に大きくする為には、物体の２つの表面領域間
に複数個の同様な基準マークを設けるようにすることが
できる。この場合、電子ビームを各基準マークの各側縁
の所定位置の方向に順番に・向けることができる。また
、後方散乱電子をビームの各位置で検出し、いかなる位
置決め誤差に対する平均値をも決定しうるようにするこ
とができる。複数個の同様な基準マークを設けることは
、正確でない基準マークの存在による影響を最小に。

しうるばかりではな（、検出された信号の信号対雑音比
を高めて、精度を高くするとともに位置決め速度をはや
くしうる為に、特に有利なことである。

図面につき本発明を説明する。

説明の便宜上、各図は対応する寸法で描いてい・ない。

本発明方法を適用する半導体ウェファの線図的断面図で
ある第１図において、半導体ウェファ１は可変のスポッ
ト状電子ビームパターン発生器の可動テーブル２上に配
置されている。このウェファ１はテーブル２の側とは反
対側の主表面上で電子感応性のレジスト層３で被覆され
ている。一般に円形とするウェファ１の直径は約４イン
チ（１ｏ、１６ｃｍ　）にでき、これをａ　ｍｍ平方の
領域に分割し、これらの領域において電子ビーム４を用
いた処理を順次に行なう。例えば、上述した各領域にお
いて通常のようにして集積回路を形成することができる
。図面を簡潔とする為に、これらの領域は第１図に示し
ていない。しかし、第２図にこのような２つの領域５ａ
および５ｂを著しく誇張して示しである。隣接領域５間
の間隔は例えば１００μ肩とすることができる。隣接領
域間の個所には集積回路のいずれの回路素子も形成しな
い。

その理由は、この個所はいわゆるスフライブレー（１５
） ンであり、ここで半導体ウェファを後に切断して１各別
の集積回路に分割する為である。

隣接領域５の縦方向列間では、ウェファｌの表面に形成
した凹所の形態の６つの同様な基準マーク７が各領域間
にある。これらのマークは実際には２０μｍだけ互いに
離れた２０μｒＩＬ×２０μｍの正方形とすることがで
きる。

これらの基準マーク７は珪素ウェファを既知のように化
学的に腐食することにより形成しうる。

凹所は腐食を行なう方法に依存して第３ａ図に示・・・
すような垂直側面を有するか、第３ｂ図に示すような傾
斜側面および水平底面を有するか、第３Ｃ図に示すよう
に一点で交わる４つの傾斜側面を有するようにすること
ができる。これらの凹所は代表的に１〜１５μｍの範囲
の深さにすることがでｔきる。

電子ビームパターン発生器においては、可変のスポット
状ビームを用いて、レジスト層で被覆されたウェファ１
の領域の１つ５ａを選択的に露光する。この処理を行な
うとレジスト層中に、ある６ パターンが形成され、レジスト層８の未露光（場・合に
よっては露光）部分を選択的に除去すると、集積回路の
製造に当って半導体ウェファの後の処理で用いるマスク
層が残存する。上述した１つの領域５ａを露光した後、
テーブル２を移動させて隣接の領域５ｂを電子ビームの
偏向区域内に導入する。テーブルは、基準マーク７が設
けられているスクライブレーンに対し平行な方向且つ直
角な方向に移動するようにする。

領域５ａおよび５ｂでの画処理の中間では、す、、。

なわち領域５ａを露光した後で領域５ｂを露光する前で
は、電子ビームが矩形のスポットとなるように電子ビー
ムパターン発生器を構成する。この電子ビームは各マー
クの各側縁の方向に順番に向ける。第４図は１個のマー
ク７上に入射される矩。

形スポット８を有する電子ビームをより詳細に示す。ビ
ームスポット８はマーク７の第１側縁Ａの所定の位置の
方向に向け、ビームスポットの２つの側縁８ａがマーク
の側縁Ａにほぼ平行となるようにする。いかなる位置決
め（アライメント）誤差もない場合には、ビームスポッ
ト８は、これが□基準マーク７とその側縁Ａのすぐそば
の物体の領域とを覆うようにマーク７の側縁Ａ上に当る
。

マーク７の側縁Ａに平行なビームスポット８０側縁８ａ
はこのビームスポットの側縁８ｂよりも長くする。ビー
ムスポットの長側縁対短側縁の比は、ある矛盾、すなわ
ちこの比を増大させると誤差検出感度が増大するも、ビ
ームを基準マークの側線に対し位置決めしうる容易さは
この比が減少すると増大するという矛盾に基づいた折衷
策をも・・・たらす。満足な折衷策はビームスポットの
長側縁対短側縁の比を例えば】０：１とすることにより
得ることができる。ビームスポットの長側縁８ａはマー
ク７の側縁Ａよりも短かくできるも、この長側線８ａの
長さは側縁Ａの長さの４　＝　４の範囲・とするのが好
ましい。従って例えば、基準マークを２０μｍ×２０μ
ｍの正方形とする場合には、ビームスポットは１０μｍ
の長さおよび１μｍの幅とすることができる。

電子ビームが基準マークの側線Ａの方向に向（と、後方
散乱電子が検出器９により検出される。

この検出器９から生じる実際の信号と期待信号との比較
により基準マークの側縁Ａの実際位置および予定位置間
のいかなる偏差量をも表わす。

電子ビームをマーク７０反対側の側縁Ｃの予定位置の方
向に向けることにより、側縁ＡおよびＣに対し直角な方
向でのいかなる位置決め誤差をも表わす２つの別個の信
号が得られる。

側縁ＡおよびＣに対し平行な方向での位置決め誤差の量
を決定する為には、電子ビームを基準マーク７の他の２
つの側縁ＢおよびＤの方向に順番に回ける。しかしこの
場合、この電子ビームのスポットの形状は依然として上
述した場合と同じ寸法の矩形とするも、その長側縁が側
縁Ｂに対し平行となるようにする。後方散乱電子の検出
は前述した場合と同じにして行なう。

次に、電子ビームを他の基準マーク７（第２図）の各側
縁の方向に同様にして向けることができる。

このようにして、基準マークの側縁に平行な２つの方向
に対して位置決め誤差を表わす２つの信号が各基準マー
ク毎に得られろ。これらの信号はと・れらの方向におけ
る位置決め誤差に対する平均値を得るのに用いることが
できる。従って、次の領域５ｂにおける電子ビーム露光
処理を行なう場合に、上述したいかなる偏差をも補正す
ることができる。従って、次に電子ビームによりパター
ンを描く場合、これを正しい位置で行なうことができる
。この補正は、補正因子をテーブル駆動装置或いは電子
光学系のいずれかに与えることにより達成しうる。

この方法を用いることにより、処理中にウェファ１内に
生じる歪みのようないかなる位置決め誤差をも考慮する
ことができ、電子ビームにより電子感応レジスト層を露
光する際に適当な補正を行なうことができる。

可変のスポット状のビームを用いることにより、テーブ
ルを順次の処理工程間で移動させているのと同時に位置
決め誤差検出を行ないうろ程度に、位置誤差を極めて迅
速に検出しうる。従って、パターン発生器における半導
体ウェファの処ｆ！Ｉｉｆが著しく増える。

本発明は上述した例のみに限定されず幾多の変更を加え
うろこと勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を適用する半導体ウェファの線図的
断面図、 第２図は第１図の半導体ウェファの一部を示す平面図、 第８ａ〜８０図は半導体ウェファに設けうる基準マーク
の種々の形態を示す線図的断面図、第４図は基準マーク
の一例を示す平面図である。 ｌ・・・半導体ウェファ、２・・・可動テーブル、８・
・・レジスト層、４・・・電子ビーム、５ａ、５ｂ・・
・領域、７・・・基準マーク、８・・・ビームスポット
、９・・・検出器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｔ　物体の隣り合う２つの表面領域間に基準マークが設
   けられている当該物体の表面領域で順次に処理を行なう
   為に電子ビームにより位置決めするに当り、前記の表面
   領域の１つで処理を行なった後、矩形形状のスポットと
   した電子ビームを基準マークの第１側縁のＩ’）ｆ定位
   置の方向に向け、ビームスポットの２°つの側縁が前記
   の第１側縁に対しほぼ平行となるとともに、位置決め誤
   差がない場合にビームスポットが前記の第１側線上に位
   置し且つ基準マークと前記の第１側縁のすぐ近くに隣接
   する物体の領域とを榎うようにする工程と、矩形形状の
   スポットとした電子ビームを、前記の基準マークの第１
   側縁に交差する方向に延在するこの基準マークの第２側
   縁の所定位置の方向に向け、ビームスポットの２つの側
   縁が前記の第２側縁に対しほぼ平行となるとともに、位
   置決め誤差がない場合にビームスポットが前記の第２側
   縁上に位置し且つ基準マークと前記の第２側縁のすぐ近
   くに隣接する物体の領域とを覆うようにする工程と、得
   られる後方散乱電子を検出器を用いて検出し、前記の基
   準マークの第１および第２側縁の実際位置および予定位
   置間のいかなる偏差をも表わす信号を発生せしめる工程
   と、前記の表面領域のうちの次の表面領域で処理を行な
   う際に前記の信号に応答させて前記のいかなる偏差をも
   補正するようにする工程とを行なうことを特徴とする電
   子ビームによる位置決め方法。 λ　特許請求の範囲１記載の電子ビームによる位置決め
   方法において、電子ビームを基準マークの第１側縁の方
   向に向ける際に、基準マークの前記の第１側縁に対しほ
   ぼ平行なビームスポットの側縁なビームスポットの他の
   ２つの側縁よりも長くし、電子ビームを基準マークの前
   記の第２側縁に向ける際に、基準マ−クの前記の第２側
   縁に対しほぼ平行なビームスポットの側縁をこのビーム
   スポットの他の２つの側縁よりも長くすることを特徴と
   する電子ビームによる位置決め方法。 ＆　特許請求の範囲１または２に記載の電子ビームによ
   る位置決め方法において、電子ビームを基準マークの第
   １側縁の方向に向ける際に、前記の第１側縁に対し平行
   なビームスポットの側線を前記の第１側縁の長さの−〜
   −４ の範囲の長さとし、電子ビームを基準マークの第２側縁
   の方向に向ける際に、前記の第２側縁に対し平行なビー
   ムスポットの側縁を前記の第２側縁の長さの−〜−の範
   囲の長さと　　　　４ したことを特徴とする電子ビームによる位１に決め方法
   。 ４、　特許請求の範囲１〜８のいずれか１つに記載の電
   子ビームによる位置決め方法において、基準マークを正
   方形とし、矩形形状のスポットとした電子ビームを基準
   マークの各側縁の所定位置の方向に順番に向け、この位
   置での後方散乱電子を検出器を用いて検出し、基準マー
   クの各側縁の実際位置および予定位置間のいかなる偏差
   をも表わす信号な生せしめることを特徴とする電子ビー
   ムによる位置決め方法、。 ＩＩＬ　　特許請求の範囲１〜４のいずれが１つに記載
   の電子ビームによる位置決め方法において、基準マーク
   を物体の表面に凹所として設けることを特徴とする電子
   ビームによる位置決め方法。 ＆　特許請求の範囲５記載の電子ビームによる位置決め
   方法において、凹所は物体表面を化学的に腐食すること
   により設けることを特徴とする電子ビームによる位置決
   め方法。 ７　％許請求の範囲１〜６のいずれが１つに記載の電子
   ビームによる位置決め方法において、物体の２つの表面
   領域間に複数個の同様な基準マークを設け、矩形形状の
   スポットとした電子ビームを各基準マークの各側縁の所
   定位置の方向に１１ｙ（番に向けることを特徴とする電
   子ビームによる位置決め方法。