JPH0590145A - マルチ荷電子ビーム露光装置のアライメント装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 マルチ荷電子ビーム露光装置において、アラ
メントマーク位置を高精度に検出し、より正確なアライ
メントを可能とする。 【構成】 荷電子ビーム１０１が主偏向器４、ビーム制
限アパーチャ５、補正用偏向器６及びスクリーンレンズ
７を介して試料８に照射される。ビーム制限アパーチャ
５の上方にほぼ一様な静磁界を形成すべく永久磁石３３
が設けられ、主偏向器４と永久磁石３３との間に２次電
子検出器３２が設けられている。 【作用】 荷電子ビーム１０１の照射により試料８から
放出される２次電子が、永久磁石３３の磁界により偏向
され、２次電子検出器３２に入射する。

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装置に
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の改良に関する。

【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、上記２次イオンが発生すると、基板
に電流が流れ、この電流値がアライメントマーク位置で
変化することに着目し、電流変化位置に基づいてアライ
メントマーク位置を検出する手法も提案されている（本
出願人による特願平１−３３４４９２号）。

【０００４】更に、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、基板上の複数のチップ毎に互い
に異なる位置にアライメントマークを形成し、各チップ
毎にアライメントを行うことができるようにしたものも
既に提案されている（本出願人による特願平１−３４３
２１８号）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平２−７９４
１２号公報に記載のものは、２次イオンを検出する検出
装置を被露光基板の上方に配設しただけなので、検出さ
れる２次イオンの量が少なく、アライメントマーク位置
の検出精度が十分確保できないという課題がある。

【０００６】また、特願平１−３３４４９２号の検出手
法は、マルチ荷電子ビーム露光装置に適用した場合、高
電圧が印加された状態で微小電流を検出する必要があ
り、やはりアライメントマーク位置の十分な検出精度が
確保できない。

【０００７】また、特願平１−３４３２１８号のアライ
メント装置は、アライメントマークをチップ毎に互いに
異なる位置に形成することが困難であり、更にマークの
検出は上記電流検出法によるため、上記と同様の問題が
ある。

【０００８】本発明は上述の点に鑑みなされたものであ
り、マルチ荷電子ビーム露光装置において、各チップ毎
に形成されたアライメントマークの位置を高精度に検出
し、より正確なアライメントを可能としたアライメント
装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【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、前記偏向器とスクリーンレンズとの間に設けら
れ、荷電子ビームを被露光物に照射したとき発生する２
次電子を偏向するための磁界を発生する磁界発生手段
と、該磁界発生手段により偏向された前記２次電子を検
出する２次電子検出手段と、該２次電子検出手段の出力
に基づいて、前記被露光物上に形成されたアライメント
マークの位置を検出するアライメントマーク位置検出手
段とを設けるようにしたものである。

【００１０】また、前記２次電子検出手段は、所定電圧
が印加されたエネルギーフイルタを有することが望まし
い。

【００１１】

【作用】被露光物から放出される２次電子は、磁界発生
手段による磁界によって一定の方向に偏向され、２次電
子検出手段に入射する。２次電子検出手段の出力に基づ
いてアライメントマーク位置が検出される。

【００１２】エネルギフィルタによって２次電子ではな
い浮遊電子が排除される。

【００１３】

【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。

【００１４】図１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（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、主偏向
器４、ビーム制限アパーチャ５、補正用偏向器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１０１はブランカ２、オブジェクトアパーチャ
３、主偏向器４、ビーム制限アパーチャ５、補正用偏向
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は電源（例え
ば４０ＫＶ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。

【００１５】イオンビーム源は、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１０
１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８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。主偏向器４は、第１の電極４ａと第２の電極４
ｂとにより構成され、試料８上のビーム成形孔３ａの結
像範囲を調整するために使用される。

【００１６】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。

【００１７】補正用偏向器６は、図２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の数だけ設けられる（図２では一部図示を省略して
いる）。この補正用偏向器６については、更に後術す
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１μｍ×
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
−４０ＫＶ）が印加される。

【００１８】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ＸＹ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。

【００１９】ビーム制限アパーチャ５の上方には、磁界
発生手段としての永久磁石３３が配設されており、この
永久磁石３３はビーム制限アパーチャ５の上方にほぼ一
様な静磁界を形成する。更に永久磁石３３と主偏向器４
との間には、２次電子検出器３２及びエネルギーフィル
タ３１が設けられている。２次電子検出器３３は、イオ
ンビーム照射時に試料８から発生する２次電子を検出す
るものであり、試料８上の複数のチップのそれぞれに対
応して設けられている（図７参照）。エネルギーフィル
タ３１は、例えば金属メッシュで構成され、試料８に印
加される電圧よりやや低い電圧が印加されている。これ
により、２次電子以外の浮遊電子が２次電子検出器３２
に入射するのを防止することができる。

【００２０】なお、磁界発生手段は電磁石を使用しても
よいことはいうまでもない。

【００２１】上述した各構成要素のうち１〜１３及び３
１〜３３は、真空チェンバ１４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［ｔｏｒｒ])まで排気される。なお、本明細
書中のおける１０-⁶、１０-⁵等は１／１０⁶、１／１０⁵
等を意味するものとする。

【００２２】イオンビーム源１、ブランカ２、主偏向器
４、補正用偏向器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、主偏向コントローラ２４、補正用偏向コントロ
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、主偏向器４、補正用偏向器６、及び排気装置１
５をそれぞれ駆動制御する。

【００２３】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。

【００２４】２次電子検出器３２は、電子増倍管及び電
流検出器から成り、２次電子検出器３２に２次電子が入
射すると電子増倍管によって電子数が数千倍に増加す
る。電流検出器は、電子増倍管の出力電子を電流に変換
し、２次電子検出信号としてマーク位置算出回路２１に
供給する。

【００２５】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、補正用偏向器６の
それぞれの偏向量データ等が入力される。

【００２６】前記補正用偏向器６は、図３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、６ｄによって構成され、端子Ｘ₁−Ｘ₂間及びＹ₁
−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上の焦点位置Ｐを補正する（例
えば同図中一点鎖点で示した状態から実線で示した状態
に移動される）。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
〜２００Ｖ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。

【００２７】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。

【００２８】図４は試料８上のアライメントマーク位置
を示す図であり、試料８上の複数チップ８ａのそれぞれ
に、アライメントマーク８ｂが形成されている。各アラ
イメントマーク８ｂのチップ８ａに対する相対位置はす
べて同一である。

【００２９】アライメントマーク８ｂは、試料８の基材
部（アライメントマーク以外の部分）と異なる物質（例
えば金などの金属物質）により形成されており、イオン
ビーム１０１を照射したときの２次電子放出量が基材部
と大幅に異なる。従って、制御用計算機２８からの偏向
情報に基づいて主偏向器４によりイオンビーム１０１を
走査させ、２次電子検出器３２の検出信号と上記偏向情
報とに基づいてアライメントマーク位置が検出される。

【００３０】次に、永久磁石３３によつて形成されるほ
ぼ一様な静磁界の作用について、図５〜７を参照して説
明する。

【００３１】図５に示すように、磁界３３ａの幅がｂ
［ｍ］、磁束密度がＢ［Ｔ］のとき、初速Ｖｏ［ｅｖ］
の電子が磁界３３ａを通過すると図示のよう偏向され
る。この偏向距離Ｙ［ｍ］は次式（１）で算出される。
なお、図示した磁界３３ａ中の電子の軌跡は、便宜上直
線（折れ線）で示したが実際は曲線となる。この点は図
６、７も同様である。

【００３２】

【数１】 ここでｑは電子の電荷、ｍは電子の質量である。

【００３３】次に本実施例では、磁界３３ａをイオンビ
ーム１０１も通過するため、磁界３３ａがイオンビーム
中のイオンに与える影響を図６を参照して説明する。

【００３４】同図において、Ｙｅは図の下方より進行す
る２次電子の偏向距離、Ｙｉは図の上方より進行するイ
オン（正電荷）の偏向距離であり、下記式（２）、
（３）で表わされる。

【００３５】

【数２】 ここで、ｑ′、ｍ′はそれぞれイオンの電荷及び質量で
あり、Ｖｅ及びＶｉはそれぞれ電子及びイオンの初速で
ある。

【００３６】装置の構成よりＬｅ＝２００［mm］、Ｌｉ
＝２０［mm］であり、イオンは１価であって質量は陽子
の質量で代表させるとｑ＝ｑ′、ｍ′＝１．６７×１０
-²⁷［kg］である。また、ｍ＝９．１１×１０-³¹［kg］
であり、マルチイオンビームの結像原理からＶｅ≒９Ｖ
ｉである。これらの値を式（２）、（３）に代入してＹ
ｉ／Ｙｅを算出すると、 Ｙｉ／Ｙｅ＝７．０１×１０-³ となる。

【００３７】従って、Ｙｅ＝１５０mmとするとＹｉ＝
１．０５mmとなり、この程度の影響は主偏向器４によっ
て充分補正可能である。即ち、磁界３３ａのイオンビー
ム１０１に対する影響は小さいので、主偏向器４による
補正によって、除去することができる。

【００３８】更にこのとき必要な磁束密度Ｂは、前記式
（２）より

【００３９】

【数３】 となるので、Ｙｅ＝１５０［mm］、ｂ＝２０［mm］、Ｌ
ｅ＝２００［mm］、ｍ＝９．１１×１０-³¹、Ｖｅ＝４
５［ＫｅＶ］、ｑ＝１．６０×１０-¹⁹［Ｃ］を代入し
て、 Ｂ＝０．０２７［Ｔ］ となる。

【００４０】また、試料８上の各チップ８ａから放出さ
れる２次電子は、図７に示すように磁界３３ａにより偏
向され、互いに平行に２次電子検出器３２へ向けて進行
する。従って、図示のように各チップ８ａに対応して２
次電子検出器３２を設けておくことにより、各チップ８
ａのアライメントマークを同時に検出することができ
る。

【００４１】また、試料８から放出される２次電子は、
試料８に印加された電圧に比例するエネルギーを有する
ので、２次電子検出器３２の直前にエネルギーフィルタ
３１を設け、試料に印加された電圧よりやや低電圧を印
加することにより、２次電子以外の浮遊電子が２次電子
検出器３２に入射することを阻止することができる。

【００４２】以上のように本実施例によれば、磁界３３
ａの作用により試料８から放出された２次電子が一定の
方向に偏向されるので、２次電子を効率よく検出するこ
とができる。その結果検出信号の強度が増加し、アライ
メントマーク位置を高精度に検出して、より正確なアラ
イメントが可能となる。

【００４３】また、試料８の各チップに対応して２次電
子検出器３２を設けたので、各チップのアライメントマ
ーク位置を同時に検出することができる。

【００４４】更に、エネルギーフィルタ３１により、試
料８から放出された２次電子以外の浮遊電子の影響を排
除することができる。

【００４５】なお、２次電子検出器３２は、蛍光板とフ
ォトダイオードによって構成し、２次電子を蛍光板に当
て、その時発光する光の強度をフォトダオードによって
検出するようにしてもよい。この場合には、エネルギー
フィルタ３９を設けなくても、低エネルギーの電子は発
光強度が低いためその影響を容易に除去することができ
る。

【００４６】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、被
露光物から放出される２次電子は、磁界発生手段による
磁界によって一定の方向に偏向され、２次電子検出手段
に入射するので、２次電子を効率よく検出することがで
きる。その結果検出信号の強度が増加し、アライメント
マーク位置を高精度に検出して、より正確なアライメン
トが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】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。

【図２】図１の一部を拡大して示す斜視図である。

【図３】補正用偏向器による焦点補正を示す図である。

【図４】試料上のアライメントマーク位置を示す図であ
る。

【図５】磁界による電子の偏向を説明するための図であ
る。

【図６】磁界による２次電子及びイオンの偏向を説明す
るための図である。

【図７】試料上の複数のチップから放出される２次電子
の進行を説明するための図である。

【記号の説明】

１ イオンビーム源（荷電子ビーム源） ４ 主偏向器 ５ ビーム制限アパーチャ ６ 補正用偏向器 ７ スクリーンレンズ ８ 試料（被露光物） ３１ エネルギーフィルタ ３２ ２次電子検出器 ３３ 永久磁石

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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、前記偏向器とスクリーンレンズとの間に設
   けられ、荷電子ビームを被露光物に照射したとき発生す
   る２次電子を偏向するための磁界を発生する磁界発生手
   段と、該磁界発生手段により偏向された前記２次電子を
   検出する２次電子検出手段と、該２次電子検出手段の出
   力に基づいて、前記被露光物上に形成されたアライメン
   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
   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。