JPH05102019A - アライメントマーク位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アライメントマーク位置の検出誤差を低減
し、アライメント処理時間を短縮する。 【構成】 被露光物である基板９には、中心から等角度
間隔で放射状に伸びるアライメントマーク１０が形成さ
れる。アライメントマーク１０は、荷電子ビーム８に円
状に走査される。このときの２次電子検出器１１の出力
に基づいてアライメントマーク１０の中心位置が算出さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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マーク
位置検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】荷電子ビーム露光装置においては、描画
されるウェハ等を正確に位置決めすること（アライメン
ト）が重要である。このため通常、ウェハ等の基板上に
ア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位置決めを行っている。このア
ライメントマーク位置検出装置として、露光される基板
上に基板と異なる物質のアライメントマークを形成して
おき、荷電子ビームを照射したとき発生する２次イオン
の種類の変化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たものが従来より知られてい
る（特開平２−７９４１２号公報）。

【０００３】また、アライメントの処理時間を短縮する
ために、荷電子ビームを所定の周波数と振幅で振動させ
つつ基板のアライメントマークに照射し、このとき発生
する２次電子を前記所定周波数成分に応答する検出素子
によって検出し、この検出素子に現れた応答を周波数解
析してアライメントマークの中心位置と荷電子ビームの
振動中心とのずれを検出するようにしたアライメントマ
ーク位置検出方法も従来より知られている（特公昭５６
−２０６９４号公報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の検出方法に
よれば、図６に示すようにＸ方向及びＹ方向に形成され
たアライメントマークを、荷電子ビームによってそれぞ
れ別々に走査して座標を求める必要があるため、アライ
メント処理時間の短縮という点で改善の余地が残されて
いた。

【０００５】また、特に特開平２−７９４１２号公報の
検出方法では、アライメントマークの表面状態が基板上
の位置や工程間で変化するため、検出信号レベル及びノ
イズレベルが大きく変化し、検出結果に誤差を生み易い
という問題があった。

【０００６】本発明は上述の点に鑑みなされたものであ
り、アライメントマーク位置の検出誤差を低減するとと
もに、アライメント処理時間を短縮することができるア
ライメントマーク位置検出装置を提供することを目的と
する。

【０００７】

【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、荷電子ビーム源と、該ビーム源から出射され
る荷電子ビームを基板上に集束させるレンズと、該荷電
子ビームを偏向する偏向手段とを有し、該偏向手段によ
り偏向されたビームを基板上のアライメントマークに照
射し、該アライメントマークの位置を検出するアライメ
ントマーク位置検出装置において、前記アライメントマ
ークは、中心から等角度間隔で放射状に伸びるように形
成するとともに、前記アライメントマーク上に照射され
る荷電子ビームが円状軌跡を描く様に前記偏向手段を制
御する走査制御手段と、前記アライメントマークから出
射される２次電子を検知するアライメント信号検知手段
と、該アライメント信号検知手段の出力に基づいて前記
アライメントマークの中心位置を算出する中心位置算出
手段とを設けるようにしたものである。

【０００８】

【作用】アライメントマークが荷電子ビームによって円
状に走査され、そのときのアライメント信号検知手段の
出力に基づいて、アライメントマークの中心位置が算出
される。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００１０】図１は、本発明の一実施例に係る荷電子ビ
ーム露光装置のアライメントマーク位置検出装置の構成
を示す図である。同図においてメイン制御コンピュータ
１は、第１及び第２の信号発生器２、３及び時間間隔判
別器１４に接続されており、これら信号発生器２、３及
び判別器１４の動作制御を行う。信号発生器２、３の出
力は、それぞれ第１及び第２の信号加算器５、６の一方
の入力に接続されており、第１の信号発生器２はＡｓｉ
ｎωｔ（Ａは一定値、ωは角周波数、ｔは時間である）
で表される正弦波信号を第１の信号加算器５に供給し、
第２の信号発生器３はＡｃｏｓωｔで表される正弦波信
号を第２の信号加算器６に供給する。信号加算器５、６
の他方の入力は、偏向電圧設定器４に接続されており、
第１の信号加算器５にはＸ方向の所定直流電圧Ｘ１が供
給され、第２の信号加算器６にはＹ方向の所定直流電圧
Ｙ１が供給される。

【００１１】第１の信号加算器５の出力Ｓ２（Ｘ１＋Ａ
ｓｉｎωｔ）は、荷電子ビーム露光装置の偏光器７のＸ
軸偏光電圧としてＸ軸偏向板７ａに供給され、第２の信
号加算器の出力Ｓ３（Ｙ１＋Ａｃｏｓωｔ）は、偏向器
７のＹ軸偏光電圧としてＹ軸偏向板７ｂに供給される。
偏向器７により、荷電子ビーム８の基板９上の照射位置
が変更される。１０は、アライメントマークであり、本
実施例では、３６０度を８等分するように、即ち４５度
間隔で中心から放射状に伸びるように形成されている。

【００１２】基板９の上方には、荷電子ビーム照射時に
発生する２次電子検出器１１が配設されており、その検
出信号は、増幅器１２を介して波形整形器１３及びロッ
クインアンプ１５に供給される（Ｓ４）。波形整形器１
３の出力は時間間隔判別器１４に接続され、時間間隔判
別器１４は検出信号パルスの時間間隔に基づいてアライ
メントマークの中心位置の方向を判定し、その判定結果
を偏向電圧設定器４に供給する。

【００１３】ロックインアンプ１５には発振器１６が接
続されており、発振器１６は、前記第１及び第２の信号
発生器の出力信号周波数の８倍の周波数（８ω）を有
し、かつ第１及び第２の信号発生器の出力信号と同期し
た参照信号をロックインアンプ１５に供給する。ロック
インアンプ１５の出力は、偏向電圧設定器４及びしきい
値判別器１７に接続され、しきい値判別器１７の出力は
メイン制御コンピュータ１に接続されている。

【００１４】次に、以上のように構成されるアライメン
トマーク位置検出装置の動作を説明する。

【００１５】先ずメイン制御コンピュータ１からトリガ
信号Ｓ１が出力されると、第１及び第２の信号発生器
２、３からそれぞれＡｓｉｎωｔ及びＡｃｏｓωｔで表
される互いに同期した正弦波信号が出力されるととも
に、偏向電圧設定器４からは所定直流電圧Ｘ１、Ｙ１が
出力される。従って、信号加算器５、６の出力信号Ｓ
２、Ｓ３はそれぞれ（Ｘ１＋Ａｓｉｎωｔ）、（Ｙ１＋
Ａｃｏｓωｔ）となる（図３（ａ）、（ｂ）参照）。こ
れらの信号Ｓ２、Ｓ３がそれぞれＸ軸偏向板７ａ及びＹ
軸偏向板７ｂに印加され、荷電子ビーム８は図２（ａ）
に示すように、基板９上の点Ｏｂを中心として、直径Ｄ
（Ｄは正弦波信号の振幅Ａに比例する）、角速度ωで円
状軌跡を描く。このとき、２次電子検出器１７の出力に
は、アライメントマーク１０の凹凸に従ってパルス状の
マーク検出信号が得られる（図３（ｃ）参照）。

【００１６】ここでアライメントマーク１０の中心（以
下、「マーク中心」という）Ｏａとビームの円状軌跡の
中心（以下、「ビーム中心」という）Ｏｂとが一致して
いれば、マーク検出信号パルスの発生間隔ｔは全て等し
くなるが、図２（ａ）に示すようにマーク中心Ｏａとビ
ーム中心Ｏｂとが一致していない場合には、マーク検出
信号パルスの発生間隔は不均一なものとなり、図示例で
はｔ４が最小、ｔ８が最大となる（図２（ｂ）参照）。
このことから、マーク中心Ｏａはビーム中心Ｏｂに対し
て、ほぼ図４（ａ）に示すような方向（Ｏｂの左下方２
２．５度の方向）にあることが検出される。また、例え
ばｔ３とｔ４とが略等しく、かつ最小となった場合は、
マーク中心Ｏａはほぼ図４（ｂ）に示すような方向にあ
ることが検出される。

【００１７】このように、マーク検出信号パルスの発生
間隔ｔ１〜ｔ８の相対的な大小関係に基づいて、マーク
中心Ｏａがビーム中心Ｏｂに対していずれの方向にある
かを検出することができる。この方向検出は、時間間隔
判別器１４によって行われ、その検出結果（方向情報）
が偏向電圧設定器４に供給される。

【００１８】一方、ロックインアンプ１５は、マーク検
出信号に含まれる周波数８ωの成分のみ増幅して出力す
るものであり、マーク検出信号中の８ω成分は、図５に
示すようにマーク中心Ｏａとビーム中心Ｏｂとが一致し
たとき最大となり、ＯａとＯｂとの距離ｄ（図４（ａ）
参照）が大きくなるほど減少する。従って、ロックイン
アンプ１５の出力ＶＬから中心間距離ｄを検出すること
ができる。

【００１９】この検出信号は、距離情報として偏向電圧
設定器４に供給され、偏向電圧設定器４は、前記方向情
報及び距離情報に基づいて設定電圧Ｘ１、Ｙ１を、マー
ク中心Ｏａとビーム中心Ｏｂとが一致するように変更す
る。

【００２０】なお、前記方向情報は、３６０度を８等分
した値（＝４５度）に応じた程度の精度であるため、実
際には偏向電圧Ｘ１、Ｙ１の変更と、距離及び方向の検
出とを数回繰り返すことによって、ビーム中心Ｏｂをマ
ーク中心Ｏａに一致させることができる。本実施例で
は、偏向電圧Ｘ１及びＹ１の変更量は、ロックインアン
プ出力ＶＬの逆数に比例する値に設定している。

【００２１】これにより、ロックインアンプ１５の出力
ＶＬは増加方向に変化するので、しきい値判別器１７
は、ＶＬ値が所定値以上となったとき、トリガ停止信号
Ｓ６をメイン制御コンピュータ１に出力する。

【００２２】メイン制御コンピュータ１は、トリガ停止
信号Ｓ６が入力されるとトリガ信号Ｓ１の出力を停止す
る。これによって、信号発生器２、３の作動も停止し、
アライメントマーク位置の検出処理が完了する。このと
きの偏向電圧設定器４の偏向電圧Ｘ１、Ｙ１の値がメイ
ン制御コンピュータ１に取り込まれ、原点位置情報とし
て処理される。

【００２３】本実施例によれば、アライメントマークが
荷電子ビームによって円状に走査されるので、Ｘ方向位
置及びＹ方向位置を同時に検出することができ、アライ
メント処理の時間を短縮することができる。

【００２４】また、円状走査により連続した検出信号が
得られるので、所望の周波数成分のみを増幅することが
でき、ノイズ成分による検出誤差を大幅に低減すること
ができる。

【００２５】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ア
ライメントマークが荷電子ビームによって円状に走査さ
れ、そのときのアライメント信号検知手段の出力に基づ
いて、アライメントマークの中心位置が算出されるの
で、Ｘ方向位置及びＹ軸方向位置を同時に検出すること
ができ、アライメント処理の時間を短縮することができ
る。

【００２６】また、円状走査により連続した検出信号が
得られるので、所望の周波数成分のみを増幅することが
でき、ノイズ成分による検出誤差を大幅に低減すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るアライメントマーク位
置検出装置の構成図である。

【図２】アライメントマークの検出手法を説明するため
の図である。

【図３】各部の信号波形を示す図である。

【図４】アライメントマークの中心（Ｏａ）と荷電子ビ
ームの円状軌跡の中心（Ｏｂ）との関係を示す図であ
る。

【図５】アライメントマークの中心と荷電子ビームの円
状軌跡の中心との距離（ｄ）とロックインアンプ出力
（ＶＬ）との関係を示す図である。

【図６】従来のアライメントマーク及びその走査方法を
示す図である。

【符号の説明】

１ メイン制御コンピュータ ２、３ 信号発生器 ５、６ 信号加算器 ７ 偏向器 ９ 基板 １０ アライメントマーク １１ ２次電子検出器 １２ 増幅器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷電子ビーム源と、該ビーム源から出射
   される荷電子ビームを基板上に集束させるレンズと、該
   荷電子ビームを偏向する偏向手段とを有し、該偏向手段
   により偏向されたビームを基板上のアライメントマーク
   に照射し、該アライメントマークの位置を検出するアラ
   イメントマーク位置検出装置において、前記アライメン
   トマークは、中心から等角度間隔で放射状に伸びるよう
   に形成するとともに、前記アライメントマーク上に照射
   される荷電子ビームが円状軌跡を描く様に前記偏向手段
   を制御する走査制御手段と、前記アライメントマークか
   ら出射される２次電子を検知するアライメント信号検知
   手段と、該アライメント信号検知手段の出力に基づいて
   前記アライメントマークの中心位置を算出する中心位置
   算出手段とを設けたことを特徴とするアライメントマー
   ク位置検出装置。