JPH03201526A - マルチ荷電子ビーム露光装置のアライメント装置及び方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、集積回路素子等の製造工程においてウェハや
マスク基板の試料に微細パターンを描画する荷電子ビー
ム露光装置のアライメント装置及び方法に関し、特に多
数のチップを同時に描画し得るマルチ荷電子ビーム露光
装置のアライメント装置及び方法の改良に関する。

（従来の技術） 多数のレンズ孔を有するスクリーンレンズ（フライアイ
レンズ）を用いて複数の荷電子ビームを並列的に試料に
照射し、複数のチップを同時に描画し得るようにしたマ
ルチ荷電子ビーム露光装置は、従来より知られている。

このようなマルチ荷電子ビーム露光装置においては、試
料の中心部と周辺部とで荷電子ビームの集束位置に若干
のずれが発生するため１周辺部で像のボケを生じる。従
って、生産性向上のためには、周辺部の像ボケを防止す
る必要があり、例えば、スクリーンレンズを湾曲させた
もの（特開昭６２−７６６１９号公報）、あるいはスク
リーンレンズと試料との間に偏向器を設け、スクリーン
レンズを通過した複数のビームをそれぞれ別個に偏向補
正し得るようにしたもの（特開昭６０−１７３８３４号
公報）が、従来提案されている。

また、荷電子ビーム露光装置においては、描画されるウ
ェハ等の試料を正確に位置決めすること（アライメント
）が重要であり、ウェハ等の基板上に７ライメントマー
クを形成し、該アライメントマーク位置を検出すること
によりアライメントを行なっている。

（発明が解決しようとする課題） 上記提案の露光装置は、試料周辺部の像ボケ肪止（解像
度向上）を図ることができるが、試料上に同時に描画さ
れる複数のチップのアライメントを各チップ毎に行うこ
とはできない、このため。

生産歩招りの面で改善の余地が残されていた。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、マルチ
電子ビーム露光装置において各チップのアライメントを
精度良く行うことによって不良率を低減し、生産歩留り
を向上させることができるアライメント装置及び方法を
提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明は、荷電子ビームを偏向
器及びスクリーンレンズを介して被露光物に照射し、複
数のチップを同時に描画するマルチ荷電子ビーム露光装
置のアライメント装置において、荷電子ビームの走査方
向毎に、各チップ毎に互いに異なる位置に設けられたア
ライメントマーりと、該アライメントマーク走査時に被
露光物から放出される電子の量に応じて検出される電気
量により、前記アライメントマークの所在を検知するア
ライメントマーク検知手段と、前記荷電子ビームを前記
偏向器により偏向制御するとともに、該偏向制御情報と
前記アライメントマーク検知情報とに基づいて前記荷電
子ビームの各チップに対する露光座標を求めるビーム偏
向制御手段とを設けるようにしたり、荷電子ビームを偏
向器及びスクリーンレンズを介して被露光物に照射し、
複数のチップを同時に描画するマルチ荷電子ビーム露光
装置のアライメント方法において、荷電子ビームの走査
方向毎に、各チップ毎に互いに異なる位置にアライメン
トマークを設け、該アライメントマーク走査時に被露光
物がら放出される電子の量に応じて検出される電気量に
より、前記アライメントマークの所在を検知し、前記荷
電子ビームを前記偏向器により偏向制御するとともに、
該偏向制御情報と前記アライメントマーク検知情報とに
基づいて前記荷電子ビームの各チップに対する露光座標
を求めるようにしたものである。

また、前記アライメント装置において更に前記偏向器と
スクリーンレンズとの間に設けられ、スクリーンレンズ
上の各小レンズに対応して荷電子ビームを分割するビー
ム分割手段と、該ビーム分割手段とスクリーンレンズと
の間に設けられ、前記分割された荷電子ビームを夫々偏
向し、前記スクリーンレンズの小レンズに出射するマル
チビーム偏向手段とを備えるようにしたり、前記アライ
メント方法において更に、前記偏向器とスクリーンレン
ズとの間においてスクリーンレンズ上の各小レンズに対
応して荷電子ビームを分割し、該分割した荷電子ビーム
を夫々偏向し、前記スクリーンレンズの小レンズに出射
するようにすることが望ましい。

（作用） 各チップ毎の固有のアライメントマークが検知され、荷
電子ビームの偏向情報とアライメントマーク検知情報と
に基づいて荷電子ビームの各チップに対する露光座標が
求められる。

また、各チップ毎の露光座標に応じて各チップ毎に荷電
子ビームのアライメントが独立して行われる。

（実施例） 以下本発明の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。

第１図は本発明の一実施例に係るマルチ荷電子ビーム露
光装置要部の構成図である。同図中１はイオンビーム（
荷電子ビーム）１０１を出力するイオンビーム源（荷電
子ビーム源）であり、該イオンビーム源１の下方にブラ
ンカ２．オブジェクトアパーチャ３、偏向器４、ビーム
制限アパーチャ５、ＸＹ方向偏向器６、及びスクリーン
レンズ７がこの順序で配されている。イオンビーム１０
１はブランカ２、オブジェクトアパーチャ３、偏向器４
．ビーム制限アパーチャ５、ｘＹ方向偏向器６、スクリ
ーンレンズ７を介して、試料（被露光物、例えばシリコ
ンウェハ）８に照射され、該試料８にパターンを描画す
る。試料８は、絶縁板１０によってＸＹステージ１１と
絶縁された導電板９上に載置され、ストッパ１２によっ
て固定されている。導電板９は電流検出器１９を介して
電源（例えばｌ０ＫＶ程度の電圧を発生するもの）２０
の負電極に接続され、電源２０の正電極はアースに接続
されている。

イオンビーム源１は、イオン（荷電子）を発生させるイ
オン源、集束レンズ等より成り、本実施例においては正
電荷のイオンビームを発生する。

ブランカ２は一種の偏向器であり、必要に応じてイオン
ビーム１０１を偏向させ、イオンビーム１０１がオブジ
ェクトアパーチャ３によって遮断されるようにして、イ
オンビーム１０１のオン（試料６への照射）、オフ（遮
断）を行う。オブジェクトアパーチャ３はイオンビーム
１０１の形状を成形するものであり、オブジェクトアパ
ーチャ３のビーム成形孔３ａの形状に応じた像が試料８
上に投影される。偏向器４は、第１の電極４ａと第２の
電極４ｂとにより構成され、試料８上のビーム成形孔３
ａの結像範囲を調整するために使用される。

ビーム制限アパーチャ５には、スクリーンレンズのレン
ズ孔に夫々対応する複数の成形孔が設けられ、スクリー
ンレンズのレンズ孔を通過する荷電子ビームを制限する
。このビーム制限アパーチャ５は、導電材であって非磁
性体の材料（例えばステンレス、タングステン、シリコ
ン、モリブデン〉を用いて製作されている。

ＸＹ方向偏向器６は、第２図に示すように、ビーム制限
アパーチャ５を通過した複数の荷電子ビームの夫々を偏
向するために、スクリーンレンズ７のレンズ孔７ａの数
に対応した数だけ設けられる（第２図では一部図示を省
呻している）。このＸＹ偏向器６については、更に後述
する。スクリーンレンズ７は、シリコン又はアルミニウ
ムに酸化しにくい金属（例えば金）を蒸着したものであ
って、多数のレンズ孔（例えば直径１ｍｍの円形孔）が
設けられている。このスクリーンレンズ７により、レン
ズ孔７ａのそれぞれに対応して試料８上に前記オブジェ
クトアパーチャ３のビーム成形孔３ａの像（例えば１μ
ｍ　Ｘ　１μｍの矩形の像）が投影され、同じパターン
が複数同時に試料８上に描画される。ここで、スクリー
ンレンズ７と試料８との間隔は、例えば２０ｍｍ程度に
設定され、試料８にはスクリーンレンズ７に対して負電
圧（例えば−９ＫＶ）が印加される。

ＸＹステージ１１は、ステージ駆動モータ１８により、
互いに直交するＸ軸とＹ軸の方向に移動可能なテーブル
であり、試料８を所定の照射位置に移動させる。このＸ
Ｙステージ１１上には測長用ミラー１３が設けられ、該
測長用ミラー１３とレーザ測長器１６とによりｘＹステ
ージ１１の位置が高精度に測定される。

上述した各構成要素のうち１〜１３は、真空チェンバ１
４内に収容され、該真空チェンバ１４は排気装置１５に
より所定圧力（例えば１０−６〜１０−５［ｔｏｒｒｌ
）まで排気される。

イオンビーム源ｌ、ブランカ２、偏向器４．ＸＹ方向偏
向器６．及び排気装置１５には、それぞれイオンビーム
源コントローラ２２、ブランカコントローラ２３、ビー
ム偏向コントローラ２４、ＸＹ方向ビーム偏向コントロ
ーラ２５及び排気コントローラ２６が接続され、これら
のコントローラ２２〜２６は、イオンビーム源１、ブラ
ンカ２゜偏向器４．ＸＹ方向偏向器６、及び排気装置１
５をそれぞれ駆動制御する。

前記レーザ測長器１６及びステージ駆動モータ１８は、
ステージ駆動装置１７に接続されており。

ステージ駆動装置１７により、ＸＹステージ１１の位置
の検出及び駆動が行われる。

電流検出器１９は、導電板９から電源２０の負電極に流
れ込む電流Ｉを検出し、その検出信号をマーク位置算出
回路２１に供給する。

前記各コントローラ２２〜２６、ステージ駆動装置１７
及びマーク位置算出回路２１は、ＣＰＵインタフェース
制御回路２７を介して制御用計算機２８に接続されてお
り、該制御用計算機２８により露光装置全体の作動が制
御される。制御用計算機２８には入出力装置２９が接続
され、照射位置データ、ＸＹ方向偏向器６のそれぞれの
偏向量データ等が入力される。

前記ＸＹ方向偏向器６は、第３図に示すようにスクリー
ンレンズ７の各レンズ孔７ａに対してＸ方向とＹ方向と
に各２つずつ設けられた偏向電極６ａ、６ｂ、６ｃ、６
ｄによって構成され、端子Ｘ１−Ｘ２間及びＹｌ−Ｙ２
間に電圧を印加することによって、荷電子ビーム１０１
を偏向し、試料８上の焦点位１１Ｐを補正する（例えば
同図中−点鎖点で示した状態から実線で示した状態に移
動させる）、この補正のための焦点位置の移動量は、最
大±１μｍ程度である。また電極間の電圧は５０〜２０
０Ｖの範囲であり、スクリーンレンズ７のレンズ孔７ａ
の径、及びレンズ孔７ａの中心間隔に応じて設定される
。

以上のように構成された荷電子ビーム露光装置における
アライメント方法を以下に詳述する。

第４図は２本実施例におけるアライメントマークの位ｒ
ｔを検出する方法を説明するための図であり、同図中８
ａは試料８の基板、８ｂはアライメントマークである１
図示例では、基板８ａの材質はＳ（例えばシリコン）で
あり、アライメントマーり８ｂの材質はＳと異なるＴ（
例えば半導体不純物であるホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）、
ヒ素（Ａｓ）。

アンチモン（ｓ　ｂ）を多く含む領域又はアルミニウム
（ＡＱ）等）である。

イオンビーム１０１を試料８の表面に照射し、制御用計
算機２８からの偏向情報に基づいて偏向器４により第４
図（ｂ）の矢印Ｘで示すＸ軸方向に走査させると、イオ
ンビーム１０１により照射された部分の材質に応じた２
次イオン（ここでは。

材質Ｓ、Ｔとも正電荷の２次イオン）及び２次電子が放
出される。

一方、電流検出器によって検出される電流値■は下記式
（１）で与えられる。

Ｉ＝Ｉ　ｉ　−（ｉ−Ｉ　ｅ）　　　　　　・＝　（１
）ここで、Ｉｉ、ｉ及びＩｓはそれぞれイオンビーム１
０１．．２次イオン及び２次電子の電流値である。また
、一般にｉ／Ｉａ＝１０−’〜１０−３であってＩｅ＞
ｉが成立する。

従って、基板８ａとアライメントマーク８ｂとでは、２
次イオン及び２次電子による電流値Ｉ。

Ｉｅが変化するので、検出電流値１が変化する（この場
合、特に２次電子電流Ｉｅの変化の寄与が大きい）。マ
ーク位置算出回路２１は、この電流検出信号の変化位置
と、前記制御計算機２８からの偏向情報とに基づいて、
基板８ａとアライメントマーク８ｂのＸ方向の境界値［
Ｘｌ、Ｘｌを算出し、（Ｘ１＋Ｘ２）／２をアライメン
トマーク位置とする。また、Ｘ方向の位置も上述と同様
にして、算出することができる。

また、本実施例においては、第５図に示すように試料８
上の描画されるべき各チップ毎にＸ方向のアライメント
マーク８ｂｘとＸ方向のアライメントマーク８ｂｙとを
形成し、各チップのアライメントマーク位置は互いに異
なるようにしている。即ち、例えば第５図のチップＡ、
Ｂに着目すると。

Ｘ方向のアライメントマーク８ｂｘ＾と８　ｂｘｎとは
チップの外形に対する相対位置が所定距離ｄｏ（例えば
１０μｍ）だけずらして形成されている。Ｘ方向につい
ても同様である。尚、第５図（ａ）においてはチップＡ
−Ｆについてのみアライメントマーク８　ｂｘ＾〜８　
ｂｘｐ　、　８　ｂｖ＾〜８　ｂｙＦを示したが。

他のチップにも同様に各チップの外形に対する相対位置
が互いに異なるように形成されている。

第６図に示すように全てのチップについて同位置にアラ
イメントマークを形成した場合には、試料８全体（全チ
ップ）としての位置ずれを検出することのみ可能である
のに対し、本実施例のようにアライメントマークを形成
することによって、各チップ毎にイオンビームの露光座
標を特定することが可能となる。即ち、本実施例によれ
ば、試料８全体としてアライメントはＸＹステージを駆
動して行う一方、更に各チップ毎にイオンビームの位置
ずれを検出し、該検出結果に応じてＸＸ方向偏向器６を
制御して、各チップに対応する夫々のイオンビームの露
光座標の補正を行う。この補正によって、試料の歪、あ
るいはアライメントマークの製作誤差等に拘らず、各チ
ップのアライメントを高精度に行い、生産歩留りを向上
させることができる。

尚、本実施例ではアライメントマーク位置を電流検出器
によって検出するようにしたが、これに限るものではな
く、例えば２次電子検出器を試料の近傍に設けて（例え
ばイオン分離検出器、￥ｊ′量分析器を用いて）、試料
から放射される２次電子を検出することにより、アライ
メントマーク位置を検出するようにしてもよい。

また、本実施例ではアライメントマーク８ｂを基板８ａ
と異なる材質としたが、これに限るものではなく、例え
ば基板８ａに四部等の形状の異なる部分を設けて、これ
をアライメントマークとしてもよい。その場合にも、ア
ライメントマークの境界位置で検出電流値Ｉが変化する
ので、これによってマーク位置を検出することができる
。

（発明の効果） 以上詳述したように、請求項１のアライメント装置、あ
るいは請求項３のアライメント方法によれば、各チップ
固有のアライメントマークにより、各チップに対応する
荷電子ビームの露光座標が検出され、高精度のパターン
描画を行うためのローカルアライメント情報を得ること
ができる。

請求項２のアライメント装置、あるいは請求項４のアラ
イメント方法によれば、各チップ毎の露光座標に応じて
各チップ毎に荷電子ビームのアライメントが独立して行
われるので、被露光物の歪。

アライメントマーク製作誤差等に拘らず、各チップのア
ライメントを高精度に行い、生産歩留りを向上させるこ
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るマルチ荷電子ビーム露
光装置要部の構成図、第２図は第１図の一部を拡大して
示す斜視図、第３図はＸＸ方向偏向器による焦点補正を
示す図、第４図はアライメントマーク位置の検出方法を
説明するための図、第５図は試料上のアライメントマー
ク位置を示す図、第６図は従来のアライメントマーク位
置を示す図である。 １・・・イオンビーム源（荷電子ビーム源）、４・・・
偏向器、５・・・ビーム制御アパーチャ、６・・・ＸＸ
方向偏向器、７・・・スクリーンレンズ、８・・・試料
（被露光物） １９・・・電流検出器、 ２０・・・電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、荷電子ビームを偏向器及びスクリーンレンズを介し
   て被露光物に照射し、複数のチップを同時に描画するマ
   ルチ荷電子ビーム露光装置のアライメント装置において
   、荷電子ビームの走査方向毎に、各チップ毎に互いに異
   なる位置に設けられたアライメントマークと、該アライ
   メントマーク走査時に被露光物から放出される電子の量
   に応じて検出される電気量により、前記アライメントマ
   ークの所在を検知するアライメントマーク検知手段と、
   前記荷電子ビームを前記偏向器により偏向制御するとと
   もに、該偏向制御情報と前記アライメントマーク検知情
   報とに基づいて前記荷電子ビームの各チップに対する露
   光座標を求めるビーム偏向制御手段とを設けたことを特
   徴とするマルチ荷電子ビーム露光装置のアライメント装
   置。 ２、前記偏向器とスクリーンレンズとの間に設けられ、
   スクリーンレンズ上の各小レンズに対応して荷電子ビー
   ムを分割するビーム分割手段と、該ビーム分割手段とス
   クリーンレンズとの間に設けられ、前記分割された荷電
   子ビームを夫々偏向し、前記スクリーンレンズの小レン
   ズに出射するマルチビーム偏向手段とを備えたことを特
   徴とする請求項１記載のマルチ荷電子ビーム露光装置の
   アライメント装置。 ３、荷電子ビームを偏向器及びスクリーンレンズを介し
   て被露光物に照射し、複数のチップを同時に描画するマ
   ルチ荷電子ビーム露光装置のアライメント方法において
   、荷電子ビームの走査方向毎に、各チップ毎に互いに異
   なる位置にアライメントマークを設け、該アライメント
   マーク走査時に被露光物から放出される電子の量に応じ
   て検出される電気量により、前記アライメントマークの
   所在を検知し、前記荷電子ビームを前記偏向器により偏
   向制御するとともに、該偏向制御情報と前記アライメン
   トマーク検知情報とに基づいて前記荷電子ビームの各チ
   ップに対する露光座標を求めることを特徴とするマルチ
   荷電子ビーム露光装置のアライメント方法。 ４、前記偏向器とスクリーンレンズとの間においてスク
   リーンレンズ上の各小レンズに対応して荷電子ビームを
   分割し、該分割した荷電子ビームを夫々偏向し、前記ス
   クリーンレンズの小レンズに出射することを特徴とする
   請求項３記載のマルチ荷電子ビーム露光装置のアライメ
   ント方法。