JP2000349019A

JP2000349019A - 荷電粒子線露光装置及びデバイス製造方法

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Publication number: JP2000349019A
Application number: JP2000079581A
Authority: JP
Inventors: Tomoharu Fujiwara; 朋春藤原
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 2000-03-22
Publication date: 2000-12-15

Abstract

(57)【要約】【課題】アライメントマークの位置の測定方式を自動で
選択して、アライメントマークの位置を高精度に測定で
きる荷電粒子線露光装置を提供する。【解決手段】請求項１の荷電粒子線露光装置は、アライ
メントマークが設けられる試料からの反射電子を検出
し、検出される前記反射電子の量に基づいて反射電子デ
ータを出力する検出手段と、前記アライメントマークの
位置を検出する複数の方式のうち、前記反射電子データ
に基づいて、１つの前記方式を選択する方式選択手段
と、前記方式選択手段が選択する前記方式に基づいて、
前記反射電子データから前記アライメントマークの位置
を演算によって求める演算手段とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、荷電粒子線で試料
を露光する荷電粒子線露光装置に関するもので、特に、
そのアライメント装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】荷電粒子線露光装置は、荷電粒子線で試
料に様々なパターンを露光する装置である。荷電粒子線
には、電子ビームとイオンビームとが含まれる。試料に
は、ウェハとマスクとレチクルとが含まれる。

【０００３】パターンを露光する位置の基準は、試料に
設けたアライメントマークの位置である。アライメント
マークは、試料上に重金属を重ねて形成されるか、また
は、試料を凹型に加工して形成される。そのため、アラ
イメントマークの位置は、試料ごとに異なる。更に、ア
ライメントマークの形状は、試料が様々な加工工程で処
理されるにしたがって、変形する可能性がある。

【０００４】従って、荷電粒子線露光装置は、試料を露
光する前に、或いは、試料を露光している途中に、アラ
イメントマークの位置を測定する。そのため、荷電粒子
線露光装置には、アライメントマークの位置を測定する
装置が、設けられる。アライメントマークの位置を測定
する精度は、高ければ高いほどよい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】アライメントマークの
位置を測定する方法には、スライスレベルを用いる方式
などの複数の方式がある。

【０００６】しかしながら、従来の荷電粒子線露光装置
には、アライメントマークの位置を測定したデータか
ら、これら方式を選択する機能は、設けられていなかっ
た。いずれの方式でアライメントマークを測定するか
は、荷電粒子線露光装置を操作する者が選択していた。
従って、従来の荷電粒子線露光装置には、アライメント
マークの位置を、必ずしも最適な方式で測定できない欠
点があった。

【０００７】本発明は、このような欠点を解決し、アラ
イメントマークの位置の測定方式を自動で選択して、ア
ライメントマークの位置を高精度に測定できる荷電粒子
線露光装置を、提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の荷電粒子線露
光装置は、アライメントマークが設けられる試料からの
反射電子を検出し、検出される前記反射電子の量に基づ
いて反射電子データを出力する検出手段と、前記アライ
メントマークの位置を検出する複数の方式のうち、前記
反射電子データに基づいて、１つの前記方式を選択する
方式選択手段と、前記方式選択手段が選択する前記方式
に基づいて、前記反射電子データから前記アライメント
マークの位置を演算によって求める演算手段とを有する
ことを特徴とする。

【０００９】請求項２の荷電粒子線露光装置は、前記方
式選択手段は、前記反射電子データのデータ数に基づい
て、１つの前記方式を選択することを特徴とする。

【００１０】請求項３の荷電粒子線露光装置は、前記方
式選択手段は、前記反射電子データの対称性に基づい
て、１つの前記方式を選択することを特徴とする。

【００１１】請求項４の荷電粒子線露光装置は、前記複
数の方式は、スライスレベルより大きい値を有する前記
反射電子データの範囲の中点付近を、前記アライメント
マークの位置とするスライスレベル方式を含むことを特
徴とする。

【００１２】請求項５の荷電粒子線露光装置は、前記複
数の方式は、前記反射電子データの自己相関関数の極大
値付近を、前記アライメントマークの位置とする自己相
関方式か、或いは、基準データと前記反射電子データと
の相互相関関数の極大値付近を、前記アライメントマー
クの位置とする相互相関方式の何れかを含むことを特徴
とする。

【００１３】請求項６の荷電粒子線露光装置は、前記ア
ライメントマークは、複数個であって、前記基準データ
は、複数の前記アライメントマークのそれぞれに対応す
る、複数個であることを特徴とする。

【００１４】請求項７の荷電粒子線露光装置は、前記基
準データは、基準アライメントマークが設けられる基準
試料からの反射電子に基づく基準反射電子データである
ことを特徴とする。

【００１５】請求項８の荷電粒子線露光装置は、前記基
準データには、(１)基準アライメントマークが設けられ
る基準試料からの反射電子に基づく基準反射電子データ
と(２)理想アライメントマークが設けられる理想試料か
らの反射電子を、シミュレーションによって推定した理
想反射電子データとが含まれることを特徴とする。

【００１６】請求項９のデバイス製造方法は、請求項１
〜請求項８の何れかの荷電粒子線露光装置を用いて、基
板に設けられるパターンを、前記試料上に投影する投影
工程を含むことを特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】＜第１実施形態＞本荷電粒子線露
光装置１は、ウェハ３を加工する半導体プロセスに用い
られる露光装置である。

【００１８】先ず、半導体プロセスにおける荷電粒子線
露光装置１の位置づけを説明する。

【００１９】半導体プロセスでは、複数枚のウェハ３毎
に、加工が進められる。荷電粒子線露光装置１には、ウ
ェハ３が取り付けられる。荷電粒子線露光装置１は、取
り付けられたウェハ３に、様々なパターン２１を電子ビ
ームで露光する。露光されたウェハ３は、荷電粒子線露
光装置１から取り出されて、更に加工が進められる。半
導体プロセスでは、複数回の露光が行われる。荷電粒子
線露光装置１は、１つのウェハ３に、１回毎に異なるパ
ターン２１を、複数回だけ露光する。図３に示すよう
に、ウェハ３には、各露光における、露光位置を正確に
一致させるために、アライメントマーク３１,３２,３３
が設けられている。図３は、ウェハ３を表わす図であ
る。荷電粒子線露光装置１は、アライメントマーク３
１,３２,３３の位置を基準に、パターン２１の露光位置
を決定する。

【００２０】アライメントマーク３１,３２,３３は、ウ
ェハ３の表面に盛り上がるように設けられた重金属であ
る。尚、アライメントマーク３１,３２,３３は、ウェハ
３の表面に盛り上がるように設けられた重金属に限ら
ず、ウェハ３を凹型に掘った溝であってもよい。

【００２１】また尚、アライメントマーク３１,３２,３
３の数は、３つに限らず、いくつでもよい。次に、荷電
粒子線露光装置１の機能の概略を説明する。

【００２２】荷電粒子線露光装置１には、アライメント
マーク３１,３２,３３の位置を検出する機能が、設けら
れる。この機能をアライメント機能と称す。アライメン
ト機能は、アライメントマーク３１,３２,３３を横切る
ように、アライメントマーク３１,３２,３３に電子ビー
ムを照射し（以降、この照射を走査と称す）、アライメ
ントマーク３１,３２,３３及びその近傍のウェハ３から
の反射電子ｅを検出し、そして、検出した反射電子ｅか
ら、アライメントマーク３１,３２,３３の位置を決定す
ることで、実現される。次に、アライメント機能を実現
する方式（この方式をアライメント方式を称する）の概
略と特徴を説明する。アライメント方式には、スライス
レベル方式と相関方式とがある。相関方式には、自己相
関方式と相互相関方式とがある。何れの方式において
も、検出した反射電子ｅの信号をＡＤ変換した反射電子
データＤｅを用いて、演算によって、アライメント機能
を実現する。

【００２３】スライスレベル方式は、反射電子データＤ
ｅに対して、スライスレベルを設定して、アライメント
マーク３１,３２,３３の位置を求める方式である。

【００２４】スライスレベル方式には、反射電子データ
Ｄｅのデータ点数が少ない場合でも、所定の位置精度
で、アライメントマーク３１,３２,３３の位置が求めら
れる利点がある一方、１００nmルールのリソグラフィで
は、この位置精度が不足する可能性がある。

【００２５】相関方式は、反射電子データＤｅの相関波
形から、アライメントマーク３１,３２,３３の位置を求
める方式である。相関波形を決定する相関関数は、反射
電子データＤｅと、反射電子データＤｅ自体、解析的に
得られるテンプレート或いは、send-ahead等で得られる
反射電子データＤｅとの畳み込み積分で、得られる。

【００２６】相関方式には、位置精度が高いという利点
がある一方、演算時間が長いという欠点と、反射電子デ
ータＤｅのデータ点数が少ない場合に、位置精度が悪化
するという欠点とがある。

【００２７】第１実施形態は、位置精度と演算時間との
バランスを重視して、アライメント方式を選択するもの
である。次に、図１〜図６を参照して、荷電粒子線露光
装置１の機能の詳細を説明する。

【００２８】荷電粒子線露光装置１は、レチクル２に設
けられているパターン２１を、電子ビームでウェハ３に
投影する装置である。

【００２９】図１は、荷電粒子線露光装置１を表わす機
能ブロック図である。図１に示すように、荷電粒子線露
光装置１には、照明部１１とレチクルステージ１２と投
影電子光学系１３とウェハステージ１４と反射電子検出
部１５と方式選択装置１６と中央制御部１８とが、設け
られている。

【００３０】照明部１１は、照明コマンドＣｉに基づい
て、電子ビームを発射する装置である。照明コマンドＣ
ｉには、電子ビームの発射のon/offに関する情報と、電
子ビームで照明するレチクル２の領域の位置に関する情
報とが、含まれている。

【００３１】レチクル２は、ウェハ３に露光するパター
ン２１が設けられている部材である。レチクル２を照明
した電子ビームは、パターン２１の形に整形される。図
２に示すように、レチクル２には、パターンエリア２２
とアライメントパターン２３とが、設けられている。図
２は、電子ビームで照明される方向から見た、レチクル
２を表わす図である。パターンエリア２２は、ウェハ３
に露光されるパターン２１が設けられる領域である。ア
ライメントパターン２３は、ウェハ３に設けられている
アライメントマーク３１,３２,３３を走査するためのパ
ターンである。

【００３２】図１に戻って、説明を続ける。

【００３３】レチクルステージ１２は、レチクル２を保
持する装置である。レチクルステージ１２は、照明部１
１からの電子ビームが、パターンエリア２２とアライメ
ントパターン２３とを照明可能な位置に、レチクル２を
保持する。

【００３４】レチクル２を照明した電子ビームは、投影
電子光学系１３に向かう。

【００３５】投影電子光学系１３は、レチクル２からの
電子ビームを、ウェハ３に投影する装置である。投影電
子光学系１３は、レチクル２からの電子ビームを、ウェ
ハ３に結像する。投影電子光学系１３には、偏向器１３
１と投影偏向回路１３３とが、設けられている。

【００３６】投影偏向回路１３３は、アライメントマー
ク３１,３２,３３を電子ビームで走査する投影コマンド
Ｃｐを入力すると、投影偏向信号Ｓｐ１を、発生する。

【００３７】偏向器１３１は、レチクル２からの電子ビ
ームを偏向する偏向磁場Ｈｐを、投影偏向信号Ｓｐ１に
基づいて、発生する装置である。

【００３８】尚、アライメントマーク３１,３２,３３を
電子ビームで走査する場合には、静電偏向器によって、
電子ビームを偏向してもよい。

【００３９】照明部１１と投影電子光学系１３とのそれ
ぞれには、電子ビームを偏向し始めてから、偏向し終わ
るまでに、整定時間が必要である。整定時間Ｔｓｔｌ
は、これらの整定時間のうち、何れか長い方を表してい
る。整定時間Ｔｓｔｌは、照明部１１のハードウェアと
投影電子光学系１３のハードウェアとによって一定であ
る。整定時間Ｔｓｔｌの値は、方式選択装置１６に記憶
される。

【００４０】ウェハステージ１４は、ウェハ３を保持す
る装置である。ウェハステージ１４は、投影電子光学系
１３からの電子ビームが、アライメントマーク３１,３
２,３３を露光可能な位置に、ウェハ３を保持する。

【００４１】ウェハ３を電子ビームが走査すると、ウェ
ハ３から反射電子ｅが放出される。

【００４２】電子ビームは、アライメントマーク３１、
３２、３３の付近を、離散的に走査される。図４は、反
射電子データＤｅとウェハ３上の位置との関係を表す図
である。同図に示すように、反射電子検出部１５が反射
電子ｅを検出するウェハ３上の位置は、離散的である。
ウェハ３上のこれらの位置を、サンプリング点Ｐｓ１、
Ｐｓ２，…Ｐｓｉと称す。サンプリング点Ｐｓ１、Ｐｓ
２，…Ｐｓｉの全体を、サンプリング点Ｐｓと総称す
る。

【００４３】図１に戻って、説明を続ける。

【００４４】反射電子検出部１５は、反射電子ｅを検出
する装置である。

【００４５】反射電子検出部１５には、反射電子センサ
１５１と反射電子検出回路１５２とが、設けられてい
る。

【００４６】反射電子センサ１５１は、ウェハ３からの
反射電子ｅを検出するセンサである。反射電子センサ１
５１は、反射電子ｅの量に基づいて、反射電子検出信号
Ｓｅを出力する。反射電子検出信号Ｓｅは、アナログ信
号である。

【００４７】反射電子検出回路１５２は、反射電子検出
信号Ｓｅを反射電子データＤｅにＡＤ変換する回路であ
る。反射電子検出回路１５２は、積算信号Ｓｓａｍが表
す積算数ｎの回数だけ、反射電子検出信号Ｓｅを繰り返
しＡＤ変換する。反射電子検出回路１５２は、ＡＤ変換
された結果を積算し、そして、その平均値を計算する。
この平均値が、反射電子データＤｅである。

【００４８】反射電子検出回路１５２が反射電子eを反
射電子データＤｅにＡＤ変換する最も短い時間間隔は、
最小サンプリング時間Ｔｓｍｐである。最小サンプリン
グ時間Ｔｓｍｐは、反射電子検出回路１５２のハードウ
ェアによって一定である。

【００４９】方式選択装置１６は、アライメント機能の
方式を選択する装置である。方式選択装置１６には、コ
ンソール１６１とデータ点数判定回路１６２とが、設け
られている。

【００５０】コンソール１６１は、荷電粒子線露光装置
１を操作する者がシステムパラメータを入力する装置で
ある。荷電粒子線露光装置１を操作する者を、オペレー
タと称す。システムパラメータは、定数である。

【００５１】システムパラメータには、マーク検出範囲
ＬとサンプリングピッチΔＬと全サンプリング時間Ｔｔ
と積算数ｎとが、ある。

【００５２】図４に示すように、マーク検出範囲Ｌは、
電子ビームがアライメントマーク３１、３２、３３を走
査する距離である。マーク検出範囲Ｌは、アライメント
マーク３１、３２、３３の大きさや種類を考慮して、オ
ペレータが決定する。

【００５３】サンプリングピッチΔＬは、サンプリング
点Ｐｓが並ぶ間隔である。サンプリングピッチΔＬは、
荷電粒子線露光装置１に要求されるアライメント精度を
考慮して、オペレータが決定する。サンプリングピッチ
ΔＬが小さいほど、アライメントマーク３１、３２、３
３の位置を検出する精度は、向上する。

【００５４】全サンプリング時間Ｔｔは、電子ビームが
マーク検出範囲Ｌを走査するのに費やす、時間である。
アライメント動作の説明は、後述する。

【００５５】積算数ｎは、アライメント精度を考慮し
て、オペレータが決定する値である。積算数ｎが大きほ
ど、アライメントマーク３１、３２、３３の位置を検出
する精度は、向上する。

【００５６】コンソール１６１は、システムパラメータ
を表すパラメータ信号Ｓｐｍを、データ点数判定回路１
６２に、出力する。

【００５７】尚、コンソール１６１には、アライメント
方式を指定する機能が、設けられていてもよい。この場
合は、データ点数判定回路１６２は、コンソール１６１
が指定するアライメント方式を表す方式選択信号Ｓｔ
を、出力する。

【００５８】データ点数判定回路１６２は、スライスレ
ベル方式か相関方式かを、選択する回路である。相関方
式とは、自己相関方式或いは相互相関方式の何れかの方
式である。データ点数判定回路１６２は、最小サンプリ
ング時間Ｔｓｍｐと整定時間Ｔｓｔｌとを、記憶してい
る。

【００５９】データ点数判定回路１６２は、式１を用い
て、反射電子データＤｅのデータ数Ｎを、予測する。Ｎ＝Ｌ／ΔＬ式１データ点数判定回路１６２は、データ数Ｎが所定のしき
い値より小さい場合には、スライスレベル方式を選択
し、一方、データ数Ｎが所定のしきい値より大きい場合
には、相関方式を選択する。

【００６０】このように、反射電子データＤｅのデータ
数Ｎによってアライメント方式が選択されるので、荷電
粒子線露光装置１には、自動でアライメント方式を選択
できるという利点がある。

【００６１】データ点数判定回路１６２は、スライスレ
ベル方式を選択すると、スライスレベル方式を表わす方
式選択信号Ｓｔ１を出力し、相関方式を選択すると、相
関方式を表わす方式選択信号Ｓｔ２を出力する。方式選
択信号Ｓｔ１、Ｓｔ２を方式選択信号Ｓｔと総称する。

【００６２】方式選択装置１６は、積算数ｎを反射電子
検出回路１５２に、出力する。

【００６３】中央制御部１８は、照明部１１と投影電子
光学系１３と反射電子検出部１５とを制御する装置であ
る。中央制御部１８は、照明コマンドＣｉを照明部１１
に出力し、また、投影コマンドＣｐを投影電子光学系１
３に出力する。中央制御部１８は、反射電子検出部１５
から反射電子データＤｅを入力し、また、方式選択装置
１６から方式選択信号Ｓｔを入力する。

【００６４】図５及び図６を参照しながら、中央制御部
１８を説明する。図５は、中央制御部１８の機能ブロッ
ク図である。図６は、１つのアライメントマーク３１の
位置を求める動作のフローチャートである。

【００６５】図５に示すように、中央制御部１８には、
ハードディスク１８１とＣＰＵ１８２とが設けられてい
る。

【００６６】ハードディスク１８１は、スライスレベル
方式と相関方式を実行するプログラムと、それらのプロ
グラムの実行に必要なデータとを記憶する、装置であ
る。

【００６７】尚、これらのプログラムとデータとは、ハ
ードディスク１８１よりも高速なアクセス時間を持つ半
導体メモリに、記憶されてもよい。

【００６８】オペレータは、相関方式のプログラムのう
ち、自己相関方式を実行するプログラムか、相互相関方
式を実行するプログラムかの何れかを、予めハードディ
スク１８１に記憶させておく。

【００６９】ＣＰＵ１８２は、プログラムを実行する回
路である。

【００７０】図６step１に示すように、ＣＰＵ１８２
は、方式選択装置１６から方式選択信号Ｓｔを入力し、
方式選択信号Ｓｔが表わす方式を、記憶する。

【００７１】同図step２に示すように、ＣＰＵ１８２
は、照明部１１に照明コマンドＣｉを出力して、アライ
メントパターン２３を照明する。

【００７２】同図step３に示すように、ＣＰＵ１８２
は、投影偏向回路１３３に投影コマンドＣｐを出力し
て、アライメントマーク３１を走査する。そして、ＣＰ
Ｕ１８２は、反射電子データＤｅを反射電子検出部１５
から入力して、ハードディスク１８１に記憶する。

【００７３】同図Step ４において、ＣＰＵ１８２は、
方式選択信号Ｓｔの表わす方式が、スライスレベル方式
か相関方式の何れであるかを、判断する。

【００７４】ＣＰＵ１８２は、方式選択信号Ｓｔが表わ
す方式が、スライスレベル方式であると判断すると、St
ep ４に続いて、Step ５を実行する。

【００７５】同図Step ５において、ＣＰＵ１８２は、
ハードディスク１８１に記憶された反射電子データＤｅ
を用いて、スライスレベル方式を実行し、アライメント
マーク３１の位置を求める。ＣＰＵ１８２は、アライメ
ントマーク３１の位置をハードディスク１８１に記憶す
る。

【００７６】ＣＰＵ１８２は、Step ５の実行を終了す
ると、１つのアライメントマーク３１の位置を求める動
作を終了する。

【００７７】同図Step ４に戻って、アライメント動作
の説明を続ける。

【００７８】同図Step ４において、ＣＰＵ１８２は、
方式選択信号Ｓｔが表わす方式が、相関方式であると判
断すると、Step ４に続いて、Step ６を実行する。

【００７９】同図Step ６において、ハードディスク１
８１に記憶されている相関方式のプログラムが自己相関
方式である場合には、自己相関方式を実行し、アライメ
ントマーク３１の位置を求める。

【００８０】一方、ハードディスク１８１に記憶されて
いる相関方式のプログラムが相互相関方式である場合に
は、相互相関方式を実行し、アライメントマーク３１の
位置を求める。

【００８１】ＣＰＵ１８２は、求めたアライメントマー
ク３１の位置をハードディスク１８１に記憶する。

【００８２】ＣＰＵ１８２は、Step ６の実行を終了す
ると、１つのアライメントマーク３１の位置を求める動
作を終了する。

【００８３】このようにして、ＣＰＵ１８２は、１つの
アライメントマーク３１の位置を求める動作を終了する
と、次にアライメントマーク３２,３３に対して、step
３〜step６を実行する。

【００８４】尚、本発明は、ウェハ３に限らず、マスク
やレチクルを加工する露光装置にも適用できる。また、
本発明は、電子ビームでウェハ３を露光する露光装置に
限らず、イオンビームでウェハ３を露光する露光装置に
も、適用できる。次に、上述の荷電粒子線露光装置１を
用いて、半導体素子等のデバイスを作成する動作の一例
を、図７のフローチャートを参照しながら、説明する。
図７は、デバイスを作成する方法を表すフローチャート
である。

【００８５】Step１０１において、１ロットのウエハ３
上に金属膜が蒸着される。

【００８６】Step１０２において、ウエハ３上に蒸着さ
れた金属膜上に、レジストが塗布される。

【００８７】Step１０３において、荷電粒子線露光装置
１を用いて、レチクル２上のパターン２１が、その１ロ
ットのウエハ３上に順次、露光される。

【００８８】Step１０４において、パターン２１の露光
されたレジストが、現像される。

【００８９】Step１０５において、現像されたレジスト
をマスクとして、その１ロットのウエハ３がエッチング
される。エッチングが行われると、レチクル２上のパタ
ーン２１に対応する回路が、各ウエハ３上に形成され
る。

【００９０】Step１０５の終了後、ウェハ３上に形成さ
れた回路の上に、更に回路を形成することによって、極
めて微細な回路を有するデバイスが製造される。

【００９１】このように、荷電粒子線露光装置１は高い
精度でアライメントマーク３１、３２、３３の位置を求
められるので、本発明には、高い歩留まりでデバイスを
製造できる利点がある。＜第２実施形態＞次に、本発明の第２実施形態を説明す
る。第２実施形態は、高い位置精度が得られるアライメ
ント方式を選択することを重視したものである。

【００９２】先ず、ウェハ３の形状とアライメント方式
の特徴とを、図８〜図１０を参照しながら、説明する。
図８は、アライメントマーク３１の断面図である。図９
（a）は、対称性が高い反射電子データＤｅの波形を表
す図である。図９（ｂ）は、対称性が低い反射電子デー
タＤｅの波形を表す図である。図１０は、図９（ｂ）の
反射電子データＤｅの相関関数を表す図である。

【００９３】アライメントマーク３１、３２、３３の断
面形状は、理想的には、左右対称である。この場合、反
射電子データＤｅの波形の形状は、図９(a)に示すよう
に、左右対称になる。

【００９４】しかし、実際には、ウェハ３は、半導体プ
ロセスにおいて、複数回の加工が施されているため、ア
ライメントマーク３１、３２、３３の断面形状は、左右
対称にならない場合がある。例えば、アライメントマー
ク３１の形状が、図８に示すような形状に、変形してい
る場合がある。

【００９５】アライメントマーク３１の端面Ｅ１は、端
面Ｅ２の方向に傾いている。アライメントマーク３１が
設けられている位置は、変化していない。即ち、端面Ｅ
１がウェハ３の表面と接する端点ＰＥ１の位置と、端面
Ｅ２がウェハ３の表面と接する端点ＰＥ２の位置とは、
変化していない。

【００９６】また、アライメントマーク３１が変形して
いる場合のアライメントマーク３１の位置は、端点ＰＥ
１と端点ＰＥ２の中点である中点Ｍ２である。

【００９７】このような場合、反射電子データＤｅの波
形の形状は、図９(ｂ)に示すように、左右非対称にな
り、そして、中点Ｍｈと中点Ｍ２とは、異なる位置にな
るが、しかし、中点Ｍｌと中点Ｍ２とは、ほぼ同じ位置
になる。アライメントマーク３２、３３に付いても同様
である。

【００９８】従って、反射電子データＤｅが左右非対称
である場合でも、スライスレベル方式は、アライメント
マーク３１、３２、３３の位置精度を高くすることがで
きる。

【００９９】一方、図９(ｂ)の反射電子データＤｅの相
関関数は、図１０に示すような形状になる。図１０に示
すように、左右非対称な反射電子データＤｅの相関関数
の極大値に対応するウェハ３上の位置（この位置を極大
点Ｍmaxと称す）は、中点Ｍｌ或いは中点Ｍｈから外れ
た位置になる。

【０１００】従って、反射電子データＤｅが左右非対称
である場合には、相関方式では、アライメントマーク３
１、３２、３３の位置精度が悪くなる。次に、図９と図
１１とを参照しながら、第２実施形態の機能と動作とを
説明する。図１１は、第２実施形態の荷電粒子線露光装
置４の機能を表すブロック図である。第２実施形態は、
第１実施形態に対して、反射電子検出回路４５２と方式
選択装置４６と中央制御部４８とが異なるだけなので、
第１実施形態と同機能の要素には第１実施形態と同符号
を付し、その説明を省略する。

【０１０１】先ず、反射電子検出回路４５２を説明す
る。

【０１０２】反射電子検出回路４５２は、反射電子検出
回路４５２が積算数ｎを記憶している以外、第１実施形
態の反射電子検出回路１５２と同機能なので、その説明
を省略する。

【０１０３】次に、方式選択装置４６を説明する。

【０１０４】方式選択装置４６は、アライメント機能の
方式を選択する装置である。方式選択装置４６には、対
称性判定回路４６２が設けられている。

【０１０５】対称性判定回路４６２は、スライスレベル
方式か相関方式かを選択する回路である。対称性判定回
路４６２は、アライメントマーク３１、３２、３３の形
状を表す反射電子データＤｅの波形の対称性を、判定す
る。対称性判定回路４６２がその対称性を判定する動作
は、以下の通りである。

【０１０６】図９(a)(b)に示すように、対称性判定回路
４６２は、反射電子データＤｅを十分高いスライスレベ
ルＳＬｈと十分低いスライスレベルＳＬｌとで、スライ
スする。スライス点Ｐｈ１、Ｐｈ２は、スライスレベル
ＳＬｈと反射電子データＤｅの交点に対応するウェハ３
上の位置である。スライス点Ｐｌ１、Ｐｌ２は、スライ
スレベルＳＬｌと反射電子データＤｅの交点に対応する
ウェハ３上の位置である。

【０１０７】図９(a)に示すように、対称性が高い場合
には、スライス点Ｐｈ１、Ｐｈ２の中点である中点Ｍｈ
と、スライス点Ｐｌ１、Ｐｌ２中点である中点Ｍｌと、
中点Ｍ２とは、ほぼ同じ位置になる。

【０１０８】一方、図９(ｂ)に示すように、対称性が低
い場合には、中点Ｍｈと中点Ｍｌとは、離れる位置にな
る。

【０１０９】対称性判定回路４６２は、中点Ｍｌと中点
Ｍｈとの距離が小さい場合には、反射電子データＤｅの
波形は対称性が高いと判定し、大きい場合には、対称性
が低いと判定する。

【０１１０】このように、対称性判定回路４６２が反射
電子データＤｅの波形は対称性が低いと判断すると、対
称性判定回路４６２は、スライスレベル方式を選択す
る。

【０１１１】対称性判定回路４６２が反射電子データＤ
ｅの波形は対称性が高いと判断すると、対称性判定回路
４６２は、相関方式を選択する。

【０１１２】対称性判定回路４６２は、スライスレベル
方式を選択すると、方式選択信号Ｓｔ１を出力し、相関
方式を選択すると、方式選択信号Ｓｔ２を出力する。

【０１１３】このように、反射電子データＤｅの対称性
によってアライメント方式が選択されるので、荷電粒子
線露光装置４には、高い位置精度でアライメントマーク
３１、３２、３３の位置を求められるという利点があ
る。

【０１１４】次に、中央制御部４８を説明する。

【０１１５】中央制御部４８は、スライスレベル方式で
スライスレベルＳＬｌを用いる点が異なる以外、第１実
施形態の中央制御部１８と同機能なので、スライスレベ
ル方式の動作を説明し、それ以外の動作の説明を省略す
る。

【０１１６】中央制御部４８は、方式選択信号Ｓｔ１を
入力すると、反射電子データＤｅをスライスレベルＳＬ
ｌでスライスして、中点Ｍｌを求める。この中点Ｍｌ
が、スライスレベル方式におけるアライメントマーク３
１、３２、３３の位置である。

【０１１７】

【発明の効果】請求項１の荷電粒子線露光装置は、アラ
イメントマークが設けられる試料からの反射電子を検出
し、検出される前記反射電子の量に基づいて反射電子デ
ータを出力する検出手段と、前記アライメントマークの
位置を検出する複数の方式のうち、前記反射電子データ
に基づいて、１つの前記方式を選択する方式選択手段
と、前記方式選択手段が選択する前記方式に基づいて、
前記反射電子データから前記アライメントマークの位置
を演算によって求める演算手段とを有することを特徴と
する。

【０１１８】従って、高い精度でアライメントマークの
位置を求められる。

【０１１９】請求項２の荷電粒子線露光装置は、前記方
式選択手段は、前記反射電子データのデータ数に基づい
て、１つの前記方式を選択することを特徴とする。

【０１２０】従って、高い精度でアライメントマークの
位置を求められる。

【０１２１】請求項３の荷電粒子線露光装置は、前記方
式選択手段は、前記反射電子データの対称性に基づい
て、１つの前記方式を選択することを特徴とする。

【０１２２】従って、高い精度でアライメントマークの
位置を求められる。

【０１２３】請求項４の荷電粒子線露光装置は、前記複
数の方式は、スライスレベルより大きい値を有する前記
反射電子データの範囲の中点付近を、前記アライメント
マークの位置とするスライスレベル方式を含むことを特
徴とする。

【０１２４】従って、高い精度でアライメントマークの
位置を求められる。

【０１２５】請求項５の荷電粒子線露光装置は、前記複
数の方式は、前記反射電子データの自己相関関数の極大
値付近を、前記アライメントマークの位置とする自己相
関方式か、或いは、基準データと前記反射電子データと
の相互相関関数の極大値付近を、前記アライメントマー
クの位置とする相互相関方式の何れかを含むことを特徴
とする。

【０１２６】従って、高い精度でアライメントマークの
位置を求められる。

【０１２７】請求項６の荷電粒子線露光装置は、前記ア
ライメントマークは、複数個であって、前記基準データ
は、複数の前記アライメントマークのそれぞれに対応す
る、複数個であることを特徴とする。

【０１２８】従って、高い精度でアライメントマークの
位置を求められる。

【０１２９】請求項７の荷電粒子線露光装置は、前記基
準データは、基準アライメントマークが設けられる基準
試料からの反射電子に基づく基準反射電子データである
ことを特徴とする。

【０１３０】従って、高い精度でアライメントマークの
位置を求められる。

【０１３１】請求項８の荷電粒子線露光装置は、前記基
準データには、(１)基準アライメントマークが設けられ
る基準試料からの反射電子に基づく基準反射電子データ
と(２)理想アライメントマークが設けられる理想試料か
らの反射電子を、シミュレーションによって推定した理
想反射電子データとが含まれることを特徴とする。

【０１３２】従って、高い精度でアライメントマークの
位置を求められる。

【０１３３】請求項９のデバイス製造方法は、請求項１
〜請求項８の何れかの荷電粒子線露光装置を用いて、基
板に設けられるパターンを、前記試料上に投影する投影
工程を含むことを特徴とする。

【０１３４】従って、高い歩留まりでデバイスを製造で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】荷電粒子線露光装置１を表わす機能ブロック
図

【図２】電子ビームで照明される方向から見た、レチ
クル２を表わす図

【図３】ウェハ３を表わす図

【図４】反射電子データＤｅとウェハ３上の位置との
関係を表す図

【図５】中央制御部１８の機能ブロック図

【図６】アライメントマーク３１の位置を求めるフロ
ーチャート

【図７】デバイスを作成する方法を表すフローチャー
ト

【図８】アライメントマーク３１の断面図

【図９】反射電子データＤｅの波形を表す図

【図１０】相関関数を表す図

【図１１】荷電粒子線露光装置４の機能を表すブロック
図

【符号の説明】

１、４荷電粒子線露光装置２レチクル３ウェハ１５反射電子検出部１６、４６方式選択装置３１、３２、３３アライメントマーク１５１反射電子センサ１５２反射電子検出回路１６１コンソール１６２、４６２データ点数判定回路Ｄｅ反射電子データｅ反射電子Ｌマーク検出範囲 ΔＬサンプリングピッチＭ２中点Ｎデータ数ｎ積算数Ｔｓｍｐ最小サンプリング時間Ｔｔ全サンプリング時間

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アライメントマークが設けられる試料から
の反射電子を検出し、検出される前記反射電子の量に基
づいて反射電子データを出力する検出手段と、前記アラ
イメントマークの位置を検出する複数の方式のうち、前
記反射電子データに基づいて、１つの前記方式を選択す
る方式選択手段と、前記方式選択手段が選択する前記方
式に基づいて、前記反射電子データから前記アライメン
トマークの位置を演算によって求める演算手段とを有す
ることを特徴とする荷電粒子線露光装置。
【請求項２】前記方式選択手段は、前記反射電子データ
のデータ数に基づいて、１つの前記方式を選択すること
を特徴とする請求項１の荷電粒子線露光装置。
【請求項３】前記方式選択手段は、前記反射電子データ
の対称性に基づいて、１つの前記方式を選択することを
特徴とする請求項１の荷電粒子線露光装置。
【請求項４】前記複数の方式は、スライスレベルより大
きい値を有する前記反射電子データの範囲の中点付近
を、前記アライメントマークの位置とするスライスレベ
ル方式を含むことを特徴とする請求項１の荷電粒子線露
光装置。
【請求項５】前記複数の方式は、前記反射電子データの
自己相関関数の極大値付近を、前記アライメントマーク
の位置とする自己相関方式か、或いは、基準データと前
記反射電子データとの相互相関関数の極大値付近を、前
記アライメントマークの位置とする相互相関方式の何れ
かを含むことを特徴とする請求項１の荷電粒子線露光装
置。
【請求項６】前記アライメントマークは、複数個であっ
て、前記基準データは、複数の前記アライメントマーク
のそれぞれに対応する、複数個であることを特徴とする
請求項５の荷電粒子線露光装置。
【請求項７】前記基準データは、基準アライメントマー
クが設けられる基準試料からの反射電子に基づく基準反
射電子データであることを特徴とする請求項５の荷電粒
子線露光装置。
【請求項８】前記基準データには、(１)基準アライメン
トマークが設けられる基準試料からの反射電子に基づく
基準反射電子データと(２)理想アライメントマークが設
けられる理想試料からの反射電子を、シミュレーション
によって推定した理想反射電子データとが含まれること
を特徴とする請求項５の荷電粒子線露光装置。
【請求項９】請求項１〜請求項８の何れかの荷電粒子線
露光装置を用いて、基板に設けられるパターンを、前記
試料上に投影する投影工程を含むことを特徴とするデバ
イス製造方法。