JPH07192994A

JPH07192994A - 電子線露光の位置合わせマークおよび電子線露光の位置合わせマークの検出方法

Info

Publication number: JPH07192994A
Application number: JP5350111A
Authority: JP
Inventors: Yoshikatsu Kojima; 義克小島
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1993-12-27
Filing date: 1993-12-27
Publication date: 1995-07-28
Anticipated expiration: 2013-09-30
Also published as: JP2806242B2

Abstract

(57)【要約】【目的】電子線露光時の位置合わせマーク検出にて、
マーク検出時の電子線の走査回数を従来よりも低減し、
検出時間の短縮を図る。マーク溝の断面形状が左右非対
称でも、従来よりも正確な位置検出を行う。【構成】試料上に予め任意の回転角を与えた位置合わ
せマークを配置し、１回の走査でマーク辺の２箇所を横
切るように、Ｘ軸、Ｙ軸とも１回だけ電子線走査し、そ
れぞれについて得られる２箇所のマーク間の距離から、
位置合わせマークの中心位置および試料の回転角を求め
る。また、平行な２本の溝の十字型の位置合わせマーク
を電子線走査し、２本の溝からの信号成分の相関を演算
して、位置合わせマークの位置検出精度を高める。この
位置合わせマークを試料上に回転させて配置しても、走
査回数を２回に低減できる。マーク溝の断面形状が左右
非対称でも位置検出精度は低下しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＬＳＩ製造でのリソグラ
フィ技術における電子線直接描画技術、詳しくは電子線
露光によりパターンを試料に描画する際の試料の位置合
わせための位置合わせマークの検出方法およびその位置
合わせマークに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、以下のようにして、試料（半導体
ウェーハ等）上の所望の位置に電子線を用いて正確にパ
ターンを描画していた。すなわち、予め、試料上に配置
（刻設）した、基準となる位置合わせマーク（十字形状
の溝）を横切るように電子線を走査する。得られた反射
電子信号から、位置合わせマークの位置を求める。その
位置を基準として電子線によりパターンを描画する。

【０００３】基準となる位置合わせマークの形状として
は、十字形状で断面凸型または断面凹型形状のマーク
（突条または溝）が一般的に用いられてきた。これは、
位置合わせマークのＸ軸方向およびＹ軸方向の位置、な
らびに、試料上での回転角をそれぞれ測定できるように
するためである。

【０００４】図６は、従来より用いられてきた十字形状
マーク１と、この十字形状マークを用いたマーク位置検
出方法を示している。この検出方法は、試料上に予め配
置された十字形状の位置合わせマーク１の４点（４辺：
溝）をそれぞれ１点（１辺）ずつ横切るよう、４回の電
子線走査２（図中破線）を行う。そして、それぞれの辺
を横切った位置でのマーク位置３（溝の幅中心）を求め
る。次に、Ｘ軸方向の位置を示す２点のマーク位置３、
および、Ｙ軸方向の位置を示す２点のマーク位置３か
ら、位置合わせマーク１のマーク中心位置４のＸ軸方向
位置（Ｘ座標）、Ｙ軸方向位置（Ｙ座標）をそれぞれ求
める。さらに、４点のマーク位置３から位置合わせマー
ク１の回転角を求める。

【０００５】また、図７は、上記電子線走査により得ら
れた反射電子信号からマーク位置を求める従来の方法を
示している。まず、図７の（ａ）に示す反射電子信号５
を微分し、図７の（ｂ）に示す微分信号６を得る。次い
で、図７の（ｃ）に示すように、微分信号６から絶対値
化信号８を得る。この絶対値化信号８に対してスライス
レベル７を設定し、最終的に図７の（ｄ）に示すような
トリガー信号９を得る。そして、このトリガー信号９か
ら２箇所のマークエッジ位置１０を求めると、両者の中
心位置が求めるマーク位置３（溝の幅中心）となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の検出方法では、位置合わせマークの中心位置
（Ｘ軸方向位置、Ｙ方向位置）およびその回転角を得る
ためには、必ず４回の電子線走査２が必要であった。し
たがって、検出時間が長くなるという問題点を有してい
る。

【０００７】何故なら、図８に示すように、位置合わせ
マーク１に予期されない回転成分が生じている場合（試
料を回転させて載置した等の場合）、試料のＸ軸方向、
Ｙ軸方向それぞれ１点ずつの電子線走査では、位置合わ
せマークの回転成分は計算することができない。この結
果、２点の検出により求めた位置合わせマーク中心位
置、すなわち仮想マーク中心位置１２は、そのマーク中
心位置４の真値からずれた位置となる。したがって、そ
のマーク中心位置４および回転角を正確に求めるために
は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向にそれぞれ２点ずつ合計４点の
位置検出、すなわち、４回の電子線走査を必ず行わなけ
ればならなかった。

【０００８】また、従来のマーク位置を検出する方法で
は、成膜、エッチング等のＬＳＩ製造プロセスにより、
図９に示すように、マーク（溝）の断面形状が溝幅中心
線に対して左右非対称となった場合、マークエッジ位置
を表す微分信号６のピーク位置が、マーク中心（溝中
心）から見て左右等距離にはならない。この結果、トリ
ガー信号９から求めた２箇所のマークエッジ位置１０の
中間位置（中点）をマーク位置とした場合、その真値と
の間にずれを生ずる。すなわち、従来方法では、位置合
わせマークの断面形状が溝幅中心線について左右非対称
となった場合、位置合わせマークの位置および回転角の
測定値に真値との誤差を生じる。この結果、試料上の所
望の位置に正確にパターンを描画することができないと
いう問題点を有している。

【０００９】

【発明の目的】本発明の目的は、従来よりも電子線走査
回数を減らし、その検出時間を短縮することができる位
置合わせマークの検出方法を提供することである。ま
た、マークの断面形状が非対称となった場合において
も、正確なマーク位置および回転角の検出が可能な位置
合わせマークの検出方法およびこれに使用する位置合わ
せマークを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載した発明
は、試料にパターンを描画する電子線露光において試料
の位置合わせに使用される電子線露光の位置合わせマー
クであって、互いに所定角度をなして交差する２辺を有
し、各辺は断面が凹状または凸状の少なくとも一対の部
分で構成し、これらの部分は所定間隔離間して略平行に
延びる電子線露光の位置合わせマークである。

【００１１】請求項２に記載した発明は、試料上の位置
合わせマークを基準として、この試料上に電子線露光に
よりパターンを描画する電子線露光における位置合わせ
マークの検出方法において、互いに所定角度をなして交
差する２辺を有する位置合わせマークを上記試料上に形
成する工程と、この位置合わせマークの２辺を横切る直
線上を電子線が走査する第１のスキャン工程と、第１の
スキャン工程での走査直線とは異なる直線であって上記
位置合わせマークの２辺を横切る直線上を電子線が走査
する第２のスキャン工程とを有する電子線露光の位置合
わせマークの検出方法である。

【００１２】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
の位置合わせマークを用いて位置合わせマークの検出を
行う位置合わせマークの検出方法であって、上記位置合
わせマークの各辺を横切る直線上を電子線が走査するス
キャン工程を有し、このスキャン結果である信号波形で
あって上記一対の部分によるものの相関に基づいて位置
合わせマークの位置を検出する電子線露光の位置合わせ
マークの検出方法である。

【００１３】請求項４に記載の発明は、請求項１に記載
した位置合わせマークを用いて上記第１のスキャン工
程、第２のスキャン工程を行う請求項２に記載した電子
線露光の位置合わせマークの検出方法である。

【００１４】請求項５に記載の発明は、上記第１のスキ
ャン工程および第２のスキャン工程での各検出結果に基
づいて、位置合わせマークの中心および回転角を演算す
る請求項２または４に記載した電子線露光の位置合わせ
マークの検出方法である。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明の第１実施例に係る位置合わせマー
クの検出方法に使用する位置合わせマークを示してい
る。また、図２はこの検出手順を示すフローチャートで
ある。

【００１６】図１に示すように、試料のＸ軸、Ｙ軸に対
して任意の回転角を持った十字形状の位置合わせマーク
１を試料上に予め配置（刻設）しておく。本実施例で
は、位置合わせマーク１の回転角として４５度を用い
る。マーク（辺）の溝幅は１μｍ、長さは５０μｍとし
た。この位置合わせマーク１に対してＸ軸方向、Ｙ軸方
向とも、１回の走査でその２箇所を横切るように電子線
走査２を行う。１回の走査でそれぞれ２箇所のマーク位
置３を検出する。このとき、電子線走査の距離は２０μ
ｍとした。例えば通常の電子線直接描画装置を用いてそ
のＸＹステージを駆動することにより、電子線走査を行
う。

【００１７】以下、図２のフローチャートにしたがっ
て、位置合わせマーク１の中心位置４および回転角を求
める手順を説明する。まず、Ｘ軸方向に１回２０μｍの
電子線走査を行い、マーク（溝）を横切る点２箇所のＸ
軸方向のマーク位置３を後述の信号処理（例えば図４）
により求める（Ｓ２１）。次いで、求めた２点のマーク
位置３から仮想マーク中心のＸ軸方向位置（２点のＸ座
標の中点）およびＹ軸方向位置を求める（Ｓ２２）。

【００１８】次に、求めた仮想マーク中心からＸ軸方向
に任意の距離だけ離れた点にあって、Ｙ軸方向に２０μ
ｍだけ電子線走査し、マーク（溝）を横切る２点のマー
ク位置３を測定する（Ｓ２３）。次いで、Ｙ軸方向の仮
想マーク位置２点と、実測位置２点との位置の差から、
位置合わせマーク１の回転角を求める（Ｓ２４）。さら
に、求めた回転角とＸ軸方向、Ｙ軸方向各２点の実測し
たマーク位置３から、位置合わせマーク中心位置４の真
値を計算する（Ｓ２５）。

【００１９】このように、従来、位置合わせマークの中
心位置および回転角を求めるためには、４回の電子線走
査を必要としていたのに対して、本発明方法では半分の
２回に走査で、従来と同様に、位置合わせマークの位置
および回転角を精度良く求めることができる。この結
果、その検出時間は従来の約半分とすることができた。

【００２０】次に、マーク溝の断面形状が幅中心線に対
して左右非対称な場合でも、高精度なマーク位置検出が
可能な、位置合わせマークの形状および検出方法につい
ての第２実施例を、図３および図４を用いて説明する。

【００２１】まず、試料の上の任意の位置に、図３に示
すように、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向とも各２本の平行な溝か
らなる井枡形状の位置合わせマーク１を配置する。この
とき、１本のマーク（溝）の幅は２μｍ、平行な２本の
マーク（溝）の間隔は５μｍ、全長は４０μｍとした。

【００２２】まず、このマーク（２本の溝からなる辺）
を横切るようにＸ軸方向、Ｙ軸方向の各２箇所ずつ電子
線走査２を行い、反射電子信号を得る。このときの電子
線走査の距離は２０μｍとした。

【００２３】図４（ａ）にこの位置合わせマーク（溝）
の断面形状１３を示す。また、図４（ｂ）に、このマー
ク上を電子線走査した場合に得られる反射電子信号５を
示す。次に、この反射電子信号５を微分し、微分信号６
を得る。次いで、微分信号６中の、個々のマークから得
られる信号成分同士の波形の対称性の相関を演算する。

【００２４】すなわち、図４の（ｃ）中の相関領域１４
の波形の対称性の相関を演算する。その結果、演算出力
として、図４の（ｄ）に示すような、相関波形１５が得
られる。このとき、相関波形の極小値の点が２本のマー
ク（溝）の中間位置、すなわち求める位置合わせマーク
の位置３である。

【００２５】このとき、従来法では、１つのマーク
（溝）の左右のエッジ位置を測定し、マーク位置を求め
ていたが、本発明方法では、２つのマーク（溝）から得
られる信号の対称性に着目し、相関をとることにより、
２本のマーク（溝）の中心位置に設定したマーク中心位
置を求める。このため、それぞれのマーク（溝）の断面
形状が左右非対称になっても、マーク位置を正確に検出
することが可能になった。

【００２６】さらに、本発明に係る位置合わせマークの
検出方法の第３実施例について、図５を用いて説明す
る。

【００２７】試料上の任意の位置に、図５に示すよう
に、Ｘ軸、Ｙ軸方向に各２本ずつの平行溝からなるマー
クで構成された井桁形状でなおかつ任意の回転角を持っ
た位置合わせマーク１を配置しておく。このとき、１本
のマークの幅は１μｍ、２本のマークの間隔は５μｍ、
さらに位置合わせマーク１全体の回転角は４５度とし
た。

【００２８】そして、上記第２実施例で述べたように、
まず、２本のマーク（溝）を１組として、２組のマーク
（溝）を１回で横切るように、Ｘ軸方向に２０μｍの電
子線走査２を行う。

【００２９】その検出位置を基に仮想マーク中心を求
め、さらにＹ軸方向の電子線走査を行う。検出位置と予
想位置とのずれから位置合わせマークの回転角を求め
る。このときのマーク位置は２本のマークの中間位置と
なる。

【００３０】さらに、Ｘ軸、Ｙ軸各２箇所ずつの検出位
置と、求めた回転角から、位置合わせマークの中心位置
４の真値を求めることが可能である。さらに、このと
き、それぞれのマークの断面形状が左右非対称であって
も、上記第２実施例に示すように、２本のマークから得
られる反射電子信号波形の相関性から、２本のマーク
（溝）の中間に設定したマーク位置を検出したため、そ
の溝の断面形状の影響を受けることなく、正確な位置合
わせマークの位置検出が可能であった。

【００３１】本発明は上記実施例の位置合わせマークの
幅、長さに限定されるものではない。その他の幅、長さ
を有する位置合わせマークを用いてもよい。また、位置
合わせマークに予め任意の回転角を与える場合、上記実
施例では４５度としたが、これに限定されることはな
い。電子線走査によりマークの２箇所を横切るように走
査することができるのであれば、この角度以外に回転さ
せてもよい。

【００３２】また、波形の対称性の相関から、マーク位
置を検出する場合、上記第２、第３実施例では、２本の
マークから得られる２組の波形よりこれを検出している
が、本発明はこれに限定されるものでもない。例えば４
本のマークから得られる４組の波形を左右で２組に分
け、対称性の相関を求める等、マーク（溝または突条）
の数には限定されることはない。

【００３３】また、位置合わせマークの形状として十字
形状または井桁形状のマーク（溝または突条）を用いた
が、本発明はこれらの形状に限定されるものでもない。
電子線走査によりマーク位置を検出し、マーク中心位置
を求められる形状であれば、例えばＶ字形状、Ｌ字形
状、Ｔ字形状等の位置合わせマークおよびこれらの組み
合せを用いてもよい。さらに、マーク位置を検出する際
の電子線走査の距離は、位置検出に必要なマーク位置を
横切るように走査できるものであればよい。その距離の
大小は問わない。

【００３４】

【発明の効果】本発明方法を用いることにより、１つの
位置合わせマークの中心位置検出および回転角検出を２
回の電子線走査で行うことができ、検出時間を従来の半
分に短縮することができた。したがって、従来は６イン
チウェーハ１枚当り１９７秒の描画時間を要していた
が、本発明方法では、１８２秒に短縮することができ
た。この結果、１時間当りのウェーハ描画枚数は１８枚
から２０枚へと向上した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る電子線露光における
位置合わせマークを示す平面図である。

【図２】本発明の第１実施例に係る位置合わせマークの
検出方法を説明するフローチャートである。

【図３】本発明の第２実施例に係る位置合わせマークを
示す平面図である。

【図４】本発明の第２実施例に係る位置合わせマークの
検出における信号波形を示す図である。

【図５】本発明の第３実施例に係る位置合わせマークを
示す平面図である。

【図６】従来の位置合わせマークおよびその検出方法を
説明するための位置合わせマークの平面図である。

【図７】従来の検出方法における検出信号の波形図であ
る。

【図８】従来の検出方法を説明するための位置合わせマ
ークの平面図である。

【図９】従来のマークの断面形状が左右非対称の場合の
検出信号の波形図である。

【符号の説明】

１：位置合わせマーク２：電子線走査３：マーク位置４：マーク中心位置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料にパターンを描画する電子線露光に
おいて試料の位置合わせに使用される電子線露光の位置
合わせマークであって、互いに所定角度をなして交差する２辺を有し、各辺は断面が凹状または凸状の少なくとも一対の部分で
構成し、これらの部分は所定間隔離間して略平行に延び
ることを特徴とする電子線露光の位置合わせマーク。
【請求項２】試料上の位置合わせマークを基準とし
て、この試料上に電子線露光によりパターンを描画する
電子線露光における位置合わせマークの検出方法におい
て、互いに所定角度をなして交差する２辺を有する位置合わ
せマークを上記試料上に形成する工程と、この位置合わせマークの２辺を横切る直線上を電子線が
走査する第１のスキャン工程と、第１のスキャン工程での走査直線とは異なる直線であっ
て上記位置合わせマークの２辺を横切る直線上を電子線
が走査する第２のスキャン工程とを有することを特徴と
する電子線露光の位置合わせマークの検出方法。
【請求項３】請求項１に記載の位置合わせマークを用
いて位置合わせマークの検出を行う位置合わせマークの
検出方法であって、上記位置合わせマークの各辺を横切る直線上を電子線が
走査するスキャン工程を有し、このスキャン結果である信号波形であって上記一対の部
分によるものの相関に基づいて当該位置合わせマークの
位置を検出する電子線露光の位置合わせマークの検出方
法。
【請求項４】請求項１に記載した位置合わせマークを
用いて上記第１のスキャン工程、第２のスキャン工程を
行う請求項２に記載した電子線露光の位置合わせマーク
の検出方法。
【請求項５】上記第１のスキャン工程および第２のス
キャン工程での各検出結果に基づいて、位置合わせマー
クの中心および回転角を演算する請求項２または４に記
載した電子線露光の位置合わせマークの検出方法。