JPH08335551A - 粒子ビーム照射装置用の露光マスク及び露光マスクをアライメントする方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 速くて正確で信頼できる、基板に対するマス
クの自動レジストレーションができる、粒子ビーム照射
装置用の露光マスクを提供すること。 【解決手段】 半導体製造に使用される粒子ビーム照射
装置用の露光マスクは、対応する擬似ランダム基板アラ
イメント・マークに適合した露光マスク上に位置した擬
似ランダム・マスク・アライメント・マークを有する。
基板アライメント・マークは、基板上のフィーチャとし
て形成されたマスク・アライメント・マーク３２の擬似
ランダム・コード４０の３つの繰り返しによって形成さ
れている。アライメント・マークは、任意の大きな捕捉
距離と、アライメント位置を検出することを容易にする
バックグランド上に１つのピークと、高い信号対雑音比
と、ミス・アライメントを導く誤りピークがないこと
と、によって後方散乱アライメント信号を発生する働き
をする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、粒子ビー
ム照射装置がマスクを通して基板を露光する、集積回路
の製造方法に関する。特に、本発明は、粒子ビームによ
る基板の露光に先立ち、マスクと基板の迅速なかつ信頼
できるレジストレーションを達成するための、擬似ラン
ダム・レジストレーション・マークを有する露光マスク
と、粒子ビーム照射リソグラフィ装置をアライメントす
る方法とに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体技術における集積回路の傾向は、
回路の密度とそれらのスイッチング速度とを増大するた
めに、さらに縮小した構造寸法の方へ向かっている。今
日、多くの場合にまだ使用されているフォトリソグラフ
ィは、光学系の物理的解像度によって指摘された限界に
近づいている。幅０．２５μｍ以下の最小形状寸法を有
するフィーチャ（ｆｅａｔｕｒｅ）は、光学系によって
はなし得ない。このような微細構造を製造するのに最も
有望な方法は、粒子ビーム・プロセスである。以下の説
明は、特に電子ビーム装置に関するが、ここに記載され
た擬似ランダム・レジストレーション・マーク装置はま
た、イオン・ビーム装置のような他の粒子ビーム照射装
置に類似的に応用できる。

【０００３】電子ビーム装置は、数多くの利点を有す
る。すなわち、電子ビーム装置によって作製されるパタ
ーンの解像度は、回析の影響によって制限されない。ま
た、電子ビーム装置は、高い強度で行うことができ、比
較的容易にかつ高精度に偏向できる。

【０００４】多くの電子ビーム装置は、ラスタすなわち
走査の原理に従って作動する。電子ビームは、非常に細
い“ペンシル”として使用され、これによって、露光さ
れるパターンが、電子ビームの感応層で覆われた半導体
基板の上に直接描画される。作製されるパターンは、電
子ビームの偏向を制御するコンピュータの記憶部に準備
されている。しかしながら、この種のパターン作製の高
度のフレキシビリティは、多くの描画時間を要する。従
って、工業的生産における露光ウエハのスループットは
低い。

【０００５】例えば、メモリー・チップのような複数回
繰り返し出す回路要素を有する回路や回路チップ（チッ
プ）の製造においては、ラスタ方法のフレキシビリティ
は、二次的に重要なものである。一方、コストは、高い
チップ・スループットによって減少できるだけである。
マスクを用い、さらに光学的フォトリソグラフィ方法に
類似して作用する電子ビーム照射方法は、大きなパター
ン領域が電子線を通すマスクによって基板上にイメージ
されるので、高いスループットを示す。このような装置
は、Ｈ．ＫｏｏｐｓらによるＯｐｔｉｋ ２８，５，１
９６８／１９６９の５１８〜５３１頁，Ｔ．Ｗ．Ｏ’Ｋ
ｅｅｆｆｅのＳｏｌｉｄ ＳｔａｔｅＥｌｅｃｔｒｏｎ
ｉｃｓ，Ｐｅｒｇａｍｏｎ Ｐｒｅｓｓ，１９６９，第
１２巻の８４１〜８４８頁，Ｍ．Ｂ．Ｈｅｒｉｔａｇｅ
の“Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｉｃ
ｒｏ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ”，Ｊｏ
ｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏ
ｇｙの１９７５年第１２巻の１１３５−１１３８頁，全
て現在の譲受人に譲渡された出願である、米国特許第４
１６９２３０号明細書と米国特許第４３３４１５６号明
細書と米国特許第４３７０５５４号明細書とに記載され
たもので知られている。

【０００６】しかしながら、高度に集積されたモノリシ
ック回路の生産増大の問題は、使用される露光方法によ
る可能な解像度だけではなく、製造プロセスの際に必要
な各露光工程におけるマスクと半導体基板との相互のア
ライメントの精度の問題も有している。良好なオーバー
ラップ（いわゆる“オーバレイ”）を達成するために、
レジストレーションは、非常に正確でなくてはならな
い。レジストレーションは、露光に先き立って、ウエハ
上に存在するフィーチャを検出することであり、存在す
るフィーチャに対してイメージされるパターン（マス
ク）をアライメントすることである。

【０００７】電子ビーム・プロセスにおけるアライメン
ト用のパターン（アライメント・マーク）は、半導体基
板の材料とは異なる材料からなるマーキングおよび／ま
たは例えばエッジのような特定の幾何学的なフィーチャ
の領域にある。入射する電子ビームは、後方散乱し、測
定可能で、かつマスクを基板に対してアライメントする
ときを決定するのに用いられる、リターン信号を発生す
る。

【０００８】しかしながら、リターン信号の品質と正確
なアライメントが達成できる信頼性と迅速性とは、マス
クと基板とに使用されるアライメント・マークの物理的
なレイアウトに幾分基づいている。１つの重要な特徴
は、使用されるアライメント・マークの透過比である。
開口領域（電子を透過させる）のアライメント・マーク
と、アライメント・マークの全領域との比は、全信号レ
ベルと信号対雑音比とに影響を与える。高透過比により
生じる高電流密度が必要である。

【０００９】第２の重要な特徴は、如何にして容易に、
正確なアライメントを検出できるかということに関す
る。基板およびマスク上のアライメント・マークは、初
期のミス・アライメント位置からアライメント位置の方
向かって移動されるので、リターン信号は、完全なレジ
ストレーションの際に発生する最大レベルにまで増大す
るべきである。正確なアライメント位置が通過すると、
リターン信号は、減少するべきである。

【００１０】基板上のアライメント・マークに対する、
マスク上のアライメント・マークの相関関数が、この特
徴を制御する。マスク上のアライメント・マークの、比
較的に大きな捕捉距離と、リターン信号内に容易に識別
可能な１つのピークとを生成する相関関数を有するべき
である。大きな捕捉距離は、基板とマスクとが比較的大
きな初期のミス・アライメントでもスタートできるよう
にする。容易に識別可能なアライメント・ピークの要件
は、アライメントの過った指示を導く過りピークが、殆
ど或は全くないことである。

【００１１】１つの従来技術のアライメント・マークの
セットは、等間隔の平行バー列でありバー間の開口は、
バーと同じ幅を有している。このようなアライメント・
マークは、Ｒ．Ｃ．Ｆａｒｒｏｗｓらの“Ｍａｒｋｓ
ｆｏｒ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔａｎｄ Ｒｅｇｉｓｔｒａ
ｔｉｏｎ ｉｎ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ＢｅａｍＥｌ
ｅｃｔｒｏｎ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ”，Ｊｏｕｒｎ
ａｌ ｏｆ Ｖａｃｕｕｍ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈ
ｎｏｌｏｇｙ，Ｂ１１（６） Ｎｏｖ／Ｄｅｃ １９９
３の２１７５〜２１７８頁に記載されている。この種の
アライメント・マークは、５０％の透過比を有し、良好
なリターン信号を発生する。しかしながら、この繰り返
しバーは、小さい捕捉距離と、相関関数の多くの過りピ
ークとを生み出し、ミス・アライメントを導くことにな
る。

【００１２】繰り返しバーを使用するこの種のアライメ
ント装置においては、捕捉を適正に行う距離は、マーク
内の隣接するバーの間の距離より少し小さい。基板とマ
スクとを初期に非常に多くミス・アライメントすると、
マスク内の２つのバーの間の開口は、基板上のマーク内
の異なった開口の上に配置されることになる。その結
果、過った捕捉が起こり、マスク内の第１のバーは、基
板内の第２のバーの上に配置され、基板内の対応する第
１のバーの上には配置されず、アライメントはマーク内
のバーの間の距離程離れてしまう。この問題は、基板上
のマーク内の開口が、マスク上の異なった開口に対して
アライメントされるとき、アライメント・マーク内のバ
ーと間隔との完全な隔りにより生じる。

【００１３】高い信号対雑音比を得るためには、アライ
メント・マークに入射する電子ビームが、高電流密度を
有するべきである。これは、ラスタ・プロセスにおい
て、比較的容易に達成される。しかしながら、マスク露
光においては、その照射方法は、比較的低い電流密度の
広がった電子ビームによって行われる。従来のアライメ
ント・マークにおいて、このビームによって解放された
２次電子は、高い雑音指数を有する非常に低いレジスト
レーション信号を発生する。

【００１４】従って、低い透過比を有するアライメント
・マーク・パターンが使用されると、リターン信号を検
出し、適正なレジストレーションを達成することはさら
に困難となる。一方、大きい捕捉距離と、相関関数にお
いて誤りピークの無いこととは、アライメントの信頼性
を改善するのにさらに重要である。相関関数のこれらの
特徴を改善しようと試みてきた従来の技術のアライメン
ト装置は、アライメント・マークの形を変更することに
よってそれを行ってきた結果、透過比が著しく減少する
結果となった。

【００１５】電流密度と全体の信号レベルとの１つの可
能な改善は、信号対雑音比を改善するための連続した電
子の集積によって、マークに対しビームを多重偏向する
ことにあるが、この方法は、時間がかかる。

【００１６】他の提案では、高い電流密度（Ｈｅｒｉｔ
ａｇｅの文献を参照）による１つの露光モード（低い電
流密度による）からレジストレーション・モードに電子
ビームを切り換えている。しかしながら、ビーム通路の
切り換えは、２つのビーム通路がいつも再生できるとは
限らないので、実行することは困難である。

【００１７】他の提案（Ｆｒｏｓｉｅｎらの８ｔｈ Ｉ
ｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏ
ｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ａｎｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｓ
ｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍａｙ
１９７８の９８４頁）は、切り換えはしないで、代わ
りに、機械的なダイアフラムがビーム通路に向かって旋
回している。しかしながら、このような機械的な調整は
非常に短い期間では信頼性がない。

【００１８】自動と手動のレジストレーションのため
に、迅速にレジストレーション位置に到達する方法が提
供されるべきである。このためには、対象物の瞬時の相
対的位置と、レジストレーション位置に到達する対象物
の方向と変位とを知らなければならない。独国特許出願
公告第２０４６３３２号明細書には、光電デバイスに対
してアライメント・パターンが記載され、２つの個々の
マスク開口の間の間隔は、一定ではない。開口の間隔
は、等差級数による。２次元アライメントに対して、互
いに垂直に配列された２列のマスクの開口が与えられ
る。この配列は、低い透過性（全表面に対する開口の表
面の比）という欠点を有し、従って、電子ビーム露光装
置を使用すると、信号対雑音比は、低くなるだろう。こ
の配列はまた、２つの検出器が必要である。

【００１９】米国特許第４，３７０，５５４号明細書
は、粒子ビーム・リソグラフィ装置を記載し、アライメ
ント・マークは、上述した平行バーに類似の間隔を置い
たバーである。しかし、連続したバーの間の距離は、よ
り小さい距離の和によって距離を表すことができないよ
うに設定されている。これは、相関関数を改善するが、
透過比の減少を犠牲にしている。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、速くて正確で信頼できる、基板に対するマスクの自
動レジストレーションができる、粒子ビーム照射装置用
の露光マスクを提供することにある。

【００２１】本発明の他の目的は、ノイズ率に対する良
好な信号を発する有効な透過比を有するアライメント・
マークを用いた、粒子ビーム照射装置用の露光マスクを
提供することにある。

【００２２】本発明のさらなる目的は、リターン信号内
に、大きな捕捉距離と簡単で容易に識別できるピークを
与えるアライメント・マークを用いた、粒子ビーム照射
装置用の露光マスクを提供することにある。

【００２３】本発明のまた他の目的及び利点は、明細書
によって幾分明確にされ、幾分明白になるであろう。

【００２４】

【課題を解決する手段】上述のおよび他の目的は、当業
者にとって明らかなように、粒子ビーム照射装置用の露
光マスクを教示する本発明の中で達成される。露光マス
クは、複数の擬似ランダムに配列した開口を有する、少
なくとも１つのマスク・アライメント・マークを具備す
る。しかしながら、殆どの実施例では、それぞれのコー
ナーに、グローバル・アライメント用に多数のアライメ
ント・マークを有し、間隔を置いた位置に、多数の他の
アライメント・マークを有することができ、基板上のチ
ップ構造に対するローカル位置における微細アライメン
トを達成する。

【００２５】一般に、マスクの相互アライメントと、特
定の半導体フィーチャの基板パターンとは、各々に対す
る特定の幾何学的位置に、複数の個々のマークを使用す
ることによって、達成される。マスク・アライメント・
マークの開口のパターンによって、広がった粒子ビーム
は、基板上のアライメント・マークと相互作用をする、
多数の個々のビームに分割される。相互作用は、アライ
メント信号を発生するのに用いられ、露光マスクの開口
が、基板アライメント・マークの対応するフィーチャの
上にアライメントされるとき、アライメント信号はアラ
イメント位置において最大となる。マスクの移動，基板
の移動，或は粒子がマスクを通過し、基板上の必要な位
置に導かれた後の粒子の偏向によって、アライメントが
達成できることが解る。

【００２６】マスク・アライメント・マークの開口は、
少なくとも１つの対応する基板アライメント・マークを
有する基板まで、粒子ビームを透過する。対応する基板
アライメント・マークは、マスク・アライメント・マー
クの開口に対応するフィーチャを、基板上に有し、フィ
ーチャは、マスク・アライメント・マークの開口と同じ
擬似ランダム・パターンに配列する。これらのフィーチ
ャは、マスク・アライメント・マークの開口を透過す
る、粒子ビーム内の粒子と相互に作用し、アライメント
信号を発生する。好ましくは、これらのフィーチャは、
粒子ビーム（さらに好ましくは、電子ビーム）内の粒子
を後方散乱し、検出可能な後方散乱アライメント信号を
発生すると良い。しかしながら、他の形のフィーチャ
は、関連した形の検出器によって、アライメント信号を
発生し検出するのに使用できる。

【００２７】マスク上のアライメント・マークと関連す
る、以下で使用する開口という言葉は、マスクから基板
まで通過するビームからの十分な粒子を透過する、透過
領域をいう。開口は、それ自体、種々の形の実際のホー
ルであり、或は他の不透過性のマスク基板の薄い領域を
有し、或はある他の種類のビーム透過材料で覆われた領
域である。

【００２８】発生するアライメント信号は、基板アライ
メント・マークに対するマスク・アライメント・マーク
の相関関数である。擬似ランダム・マスクの開口は、マ
ークの複数のビーム・イメージを作成する。複数のビー
ム・イメージは、アライメントの間、基板を横切ってス
イープするので、相関関数は自動的に作成される。後方
散乱粒子の結果として検出されるアライメント信号は、
マスク・アライメント・マークの開口と、基板アライメ
ント・マークのフィーチャとの一致する全ての領域の和
である。

【００２９】マスク・アライメント・マークの開口の間
隔のための適正な擬似ランダム・コードを使用すると、
相関関数は、基板とマスクとの間のアライメント位置に
おいて１つのピークを有し、ピークの値は、アライメン
ト位置におけるピークの幅の少なくとも２倍である、ア
ライメント位置からの距離の範囲内における、相関関数
の他の全てのピークよりも、大きい値を有する。

【００３０】対応する基板アライメント・マークに対す
る、マスク・アライメント・マークの相関関数は、アラ
イメント位置からの捕捉距離用のアライメントされない
位置における、一様なバックグランドに重畳する、アラ
イメント位置に１つのピークを有すると良い。適当な長
さの擬似ランダム・コードによって、アライメント信号
における捕捉距離は、非常に大きく、ピークは、一様な
バックグランドの上に突き出て、従来の方法を改善した
アライメントを行うことができる。好ましくは、捕捉距
離は、アライメント位置におけるピークの幅の少なくと
も２倍であり、擬似ランダム・コードの長さは選択し
て、他の必要な距離よりも大きい捕捉距離ができると良
い。

【００３１】好適な実施例では、マスク・アライメント
・マークの開口は、直線で、マスク・アライメント・マ
ークが、マスク・アライメント・マークを形成する開口
が配置できる、規則的に間隔を置いた直線アレイの位置
を有し、前記規則的に間隔を置いた位置のそれぞれと、
これに隣接する規則的に間隔を置いた位置との距離が、
最も狭い開口の幅と殆ど同じである。従って、１つの１
が、１つの開口を意味し、１つの０が開口のないことを
意味する、擬似ランダム・デジタル・コードとして、ア
ライメント・マークを説明できる。

【００３２】本発明による露光マスクは、好ましくは、
少なくとも５０％の透過比を有すると良い。さらに好ま
しい具体例においては、擬似ランダム・デジタル・コー
ドの長さがｎ（開口が現れる、規則的に間隔を置いた位
置の数に対応する）であれば、透過比は、（ｎ＋１）／
２ｎである。

【００３３】好適な実施例では、擬似ランダム・デジタ
ル・コードの１回の繰り返しを有し、例えば、開口の１
回の繰り返しが、マスク・アライメント・マークを形成
し、基板アライメント・マークが、そのフィーチャの擬
似ランダム・デジタル・コードの少なくとも３回の繰り
返しを有する。

【００３４】本発明は、上述した型の露光マスクのアラ
イメントを、以下の工程を有する電子ビーム照射装置内
の基板に対して行う方法をさらに含む。

【００３５】露光マスク上にマスク・アライメント・マ
ークを設け、マスク・アライメント・マークが電子を透
過させるための複数の開口を有し、開口が擬似ランダム
に配列される工程と、マスク・アライメント・マークに
対応する基板上に、基板アライメント・マークを設け、
基板アライメント・マークがマスク・アライメント・マ
ークの開口に直接対応する、アライメント信号を発生す
るためのフィーチャを有し、基板アライメント・マーク
が擬似ランダム・マスク・アライメント・マークの少な
くとも１回の繰り返しを有する工程と、露光マスクに電
子を透過させることによって、基板上に露光マスクを照
射する工程と、マスク・アライメント・マークの開口を
通って透過された電子が、基板アライメント・マークの
対応するフィーチャの上に照射されるように、露光マス
クが基板に対してアライメントされる際、アライメント
信号のピークを検出することによって、基板に対して露
光マスクをアライメントする工程である。

【００３６】

【発明の実施の形態】本発明の好適な実施例を、図１か
ら図５を参照して説明する。

【００３７】図１は、基板の中央の大きい四角形の中央
チップ領域１４内に配置された、１６個の個別のチップ
１２のアレイを有する基板１０を示す。個別チップ１２
は、製造後にチップ１２を互いに分離するのに使用され
る切り込みを定める、水平と垂直の切溝１６，１８によ
って分割される。図１は、単に１６個の個別のチップ１
２を有するのみであるが、他の実施例では、より多いか
より少ないチップを製造することができる。

【００３８】チップ領域１４の４つのコーナーには、グ
ローバル基板アライメント・マーク２０，２２を配置す
る。水平アライメント・マーク２０は、９０°回転する
ことを除いては、垂直アライメント・マーク２２と基本
的に同一である。１つの可能な擬似ランダムの水平基板
アライメント・マーク２０を、拡大した寸法で図３に示
す。基本的に同一のグローバル基板アライメント・マー
ク２０，２２は、チップ領域１４の４つのコーナーの各
々にあるが、グローバル・アライメント・マークがさら
に少ない（或はさらに多い）ものも、また使用できる。

【００３９】グローバル基板アライメント・マーク２
０，２２に加え、チップ領域１４の個別のチップ１２の
それぞれには、その４つのコーナにローカル基板アライ
メント・マークが設けられている。水平ローカル基板ア
ライメント・マーク２４と、垂直ローカル基板アライメ
ント・マーク２６とは、寸法以外は、グローバル基板ア
ライメント・マーク２０，２２と同一である。しかしな
がら、必要ならば、異なった擬似ランダム・コードを使
用することもできる。基板１０を、切断して、個別のチ
ップを作製するとき、ダイシング・ソーが切溝１６，１
８を通過するので、これらのローカル・アライメント・
マークは除去される。

【００４０】図２は、チップ領域３０を有する露光マス
ク２８を示す。図２は、図１を拡大した、より詳細な図
である。露光マスク２８の中央のチップ領域３０は、基
板１０上の個別のチップ領域１２に対応している。一般
に、チップ領域３０には、チップ１２内に必要な回路フ
ィーチャを作製するのに必要な開口が設けられている。
１／４〜１／５の縮小倍率で動作する典型的な照射装置
において、マスクの物理的寸法は、基板上の対応するフ
ィーチャよりも４倍〜５倍だけ拡大するであろう。

【００４１】基板に対しアライメントするために、露光
マスク２８は、グローバル・マスク・アライメント・マ
ーク３２，３４を有し、これらがグローバル基板アライ
メント・マーク２０，２２にそれぞれ対応する。マスク
の４つのコーナーのうちの２つのみが、図示した実施例
におけるグローバル・マスク・アライメント・マーク３
２，３４を有するが、追加のマークを付加して、図１に
示した基板上のいずれのグローバル・マークに対して
も、追加のマークを付加してアライメントとレジストレ
ーションを行うことができる。

【００４２】水平グローバル・マスク・アライメント・
マーク３２を、拡大して図３に示す。図３でも解るよう
に、基板アライメント・マーク２０は、マスク・アライ
メント・マーク３２の３回の繰り返しを有する。

【００４３】図２に戻って、マスク２８には、チップ領
域３０の４つのコーナーに、ローカル・マスク・アライ
メント・マーク３６，３８が、設けられているのが解
る。これらのローカル・マスク・アライメント・マーク
は、寸法及び位置を除いては、好ましくは、グローバル
・マスク・アライメント・マーク３２，３４と同じであ
る。マスク２８上のチップ領域３０が、基板１０上の対
応するチップ領域１２の１つに対して完全にアライメン
トされると、水平ローカル・マスク・アライメント・マ
ーク３６は、対応する水平ローカル基板アライメント・
マーク２４の３回の繰り返しの中央の擬似ランダム・コ
ードの上に直接配置される。同様に、垂直ローカル・マ
スク・アライメント・マーク３８は、対応する垂直ロー
カル基板アライメント・マーク２６の３回の繰り返しの
中央の擬似ランダム・コードに対して完全にアライメン
トされる。

【００４４】このようにして、基板上で露光される各チ
ップに対するマスクのアライメントを、ローカル・チッ
プ毎に行う。あるいは、グローバル・マークを基にして
グローバル・アライメントを行い、初期のレジストレー
ション位置を達成し、その後、チップ間の既知の距離の
平行移動が十分正確にでき、さらに微細なローカル・レ
ジストレーション調整を回避できる。マスクをまた、基
板上の多数のチップ領域に対応する多数のチップ領域に
よって形成し、グローバルに１つのアライメントを行
い、アライメント工程を終了させることもできる。

【００４５】図２のアライメント・マーク３２，３４，
３６，３８は、直線開口の列をマスク内に有し、露光装
置内の粒子を基板１０まで透過する。開口は、適正なア
ライメントを得るための特に有利な特徴を与える擬似ラ
ンダム・コードでレイ・アウトされる。

【００４６】基板アライメント・マーク２０，２２，２
４，２６は、同一に形成された直線フィーチャ（３回の
繰り返し）を有し、その位置は、マスク・アライメント
・マーク３２，３４，３６，３８の開口の位置に直接対
応する。“フィーチャ”は、金或はタングステンのよう
な高い原子番号の材料で形成することができ、或はエッ
チングまたは隆起マークとして基板に形成することもで
きる。どんな形状でも後方散乱電子のアライメント信号
を発生するために使用できる。これらの電子を検出し
て、マスクが基板に対して正確にアライメントするとき
を決定する。

【００４７】マスク上のアライメント・マークの開口
は、基板上のアライメント・マークのフィーチャに対し
てレジストレーションされるので、アライメント信号
は、後方散乱電子の数が増加するにつれて、非常に増大
する。

【００４８】図３は、本発明による１つの可能な擬似ラ
ンダム・マスク・アライメント・マーク３２を示したも
のである。ここでまた、図示した基板アライメント・マ
ーク２０が、完全なマスク・アライメント・マーク３２
のただ３回の繰り返しであることが解る。デジタル・コ
ード４０は、擬似ランダム・デジタル・コード１０００
１００１１０１０１１１との間の対応を示し、１つの
“１”が、マスク・アライメント・マーク（或は基板ア
ライメント・マークの１つのフィーチャ）の１つの開口
に対応し、１つの“０”が、マスク（或は基板）・アラ
イメント・マークの１つの開口のないところ（或はフィ
ーチャのないところ）に対応する。

【００４９】本発明のアライメント・マークを作成する
のに使用される、擬似ランダム・コードは、アライメン
ト信号を発生し、このアライメント信号は、従来のアラ
イメント・マークと、それらに対応するアライメント信
号とに対して改善された特徴を有する。特に、アライメ
ント・マーク３２と２０とを形成する擬似ランダムコー
ド４０は、図４に示す相関関数となり、この相関関数
は、一様なバックグランド上のクロネッカーのデルタ関
数よりなる。この相関関数は、アライメント信号に対応
する。基板マスクの開口を通過し、基板アライメント・
マークのフィーチャに影響を与える電子から発生する後
方散乱電子の数によって、アライメント信号が決定され
る。

【００５０】図４は、マスク・アライメント・マーク３
２と、基板アライメント・マーク２０との間の相対位置
をＸ軸上に示す。位置１５は、図３に示すように、マス
ク・アライメント・マーク３２を、基板アライメント・
マーク２０の中央上に直接配置する点である。位置０か
ら位置１４と、位置１６から位置３０とは、４の値での
一様なバックグランドを示しており、このバックグラン
ドに相関関数のピーク４２が重畳する。

【００５１】図４のグラフは、図３に示したアライメン
ト位置におけるマスク・アライメント・マーク３２が、
基板アライメント・マーク２０の中央の８つの対応する
フィーチャに対して重なる８つの開口を有する、という
ことを知ることにより理解できる。これによって、図４
の相関関数のピーク４２に示したピーク値８となる。し
かしながら、図４のグラフの位置１４或は１６に対応し
て、マスク・アライメント・マーク３２を、左か右に１
位置移動すると、アライメント・マーク３２の開口とア
ライメント・マーク２０のフィーチャとの間で一致する
数は、４となる。基板アライメント・マーク２０の擬似
ランダム・コードの３回の繰り返しの最初か最後に対し
てマスク・アライメント３２がアライメントされるほど
には、ミス・アライメントが大きくなければ、一致する
数が、マスク・アライメントが、基板アライメント・マ
ーク２０に対して、どのくらい左か右に移動されるかに
拘らず、４のままである。

【００５２】図４は、擬似ランダム・コードが発生した
アライメント信号の２つの有利な特徴を示し、アライメ
ント信号は、適正なアライメントが達成されたときの検
出を容易にする。１つは、バックグランド・アライメン
ト信号が一定のままである、ピーク４２の両方の側まで
の距離が大きいことである。この距離は、捕捉距離であ
る。第２の有利な特徴は、ピーク４２が比較的高いこと
と、基板に対するマスクのアライメントの過り検出を引
き起こす過りピークがないことである。

【００５３】図４におけるリターン信号は、図５で示す
ような均一に間隔を置いたバー列で構成される、さらに
一般的なアライメント・マークの相関関数と比較でき
る。このような均一な一組のバーの相関関数は、図５に
示す一組の同一のピーク４４，４６，４８の繰り返しで
ある。これらのピークの１つだけが、アライメント位置
における真のピークであり、残りのピークはミス・アラ
イメントにおける過りピークである。従って、この種の
アライメント・マークに対する捕捉距離は、線／間隔の
距離よりも少し小さく、正しいアライメント位置は見分
けることがさらに困難となる。

【００５４】対照的に、本発明の捕捉距離は、パターン
の長さに対応している。さらに、本発明で使用できる種
々の擬似ランダム・コードは、より長い或はより短いパ
ターンの長さを有し、この長さは必要な捕捉距離を増加
或は減少する。また、擬似ランダム・コードの他の配列
は、非直線状の開口、すなわち、１つの線に開口を設け
ない配列で使用できるということに注意すべきである。

【００５５】本発明で使用される擬似ランダム・コード
の他の有用な特性は、０の数よりも１つ多い１を有する
ということである。図３で示した擬似ランダム・コード
４０は、８つの１と、７つの０がある。従って、走査パ
ターンは、８／１５の透過比を有し、５０％よりも少し
大きい。これは、入射電子の大部分を透過することによ
って、強い検出信号を発生するためには、非常に必要な
ことである。比較的に高い透過比は、十分な電子を透過
し、後方散乱することを保証し、高い信号対雑音比でア
ライメント信号を検出できる。

【００５６】明瞭にするために、図３の開口は、２つの
開口が互いに直接隣接するところでも個別の開口として
示しており、そうでなければ単独の大きな開口に合体し
ているように見える。例えば、デジタル・コード４０の
最後の３つの開口は、全て他の開口に隣接しており、３
つの個別の開口として示される。隣接する開口は、コー
ドの隣接する開口から分離して保持する必要はない。

【００５７】本発明を特定の好適な実施例と合わせて、
特に詳細に説明してきたが、当業者であれば、前述した
記載の趣旨により、多くの改良，変形，変更があること
は明白である。従って、特許請求の範囲は、本発明の真
の範囲と趣旨を基にした、いかなる改良，変形，変更も
含んでいることを意図するものである。

【００５８】まとめとして、本発明の構成に関し以下の
事項を開示する。 （１）粒子ビーム照射装置用の露光マスクにおいて、前
記露光マスク上に配置する、少なくとも１つのマスク・
アライメント・マークを有し、前記マスク・アライメン
ト・マークが複数の開口を有し、前記開口を、少なくと
も１つの対応する基板アライメント・マークを有する基
板まで、粒子ビームを通過させるように配列し、前記マ
スク・アライメント・マーク内の前記開口を、擬似ラン
ダムに配列した、粒子ビーム照射装置用の露光マスク。 （２）前記対応する基板アライメント・マークに対する
前記マスク・アライメント・マークの相関関数が、アラ
イメント位置において１つのピークを有し、前記アライ
メント位置における前記ピークの幅の少なくとも２倍で
ある、前記アライメント位置からの距離の範囲内におけ
る、前記相関関数の他の全てのピークよりも、前記ピー
クが大きい値を有する、上記（１）に記載の露光マス
ク。 （３）前記対応する基板アライメント・マークに対する
前記マスク・アライメント・マークの相関関数が、前記
アライメント位置において１つのピークを有し、前記ピ
ークが、前記アライメント位置からの捕捉距離用のアラ
イメントされない位置における、均一のバックグラウン
ドと重畳する、上記（１）に記載の露光マスク。 （４）前記捕捉距離が、前記アライメント位置における
前記ピークの幅の少なくとも２度のピークの幅である、
上記（３）に記載の露光マスク。 （５）前記開口が、直線で、前記マスク・アライメント
・マークが、マスク・アライメント・マークを形成する
開口が配置できる、規則的に間隔を置いた直線アレイの
位置を有し、前記規則的に間隔を置いた位置のそれぞれ
と、これに隣接する規則的に間隔を置いた位置との距離
が、最も狭い開口の幅と殆ど同じである、上記（１）に
記載の露光マスク。 （６）前記規則的に間隔を置いた直線アレイの位置にお
ける位置の数がｎであり、透過比が（ｎ＋１）／２ｎで
ある、上記（５）に記載の露光マスク。 （７）前記透過比が、４０〜６０％の範囲にある、上記
（１）に記載の露光マスク。 （８）前記透過比が少なくとも５０％である、請求項１
に記載の露光マスク。 （９）前記対応する基板アライメント・マークが、前記
マスク・アライメント・マークの少なくとも３回の同じ
繰り返しを有する、上記（１）に記載の露光マスク。 （１０）前記マスク・アライメント・マークに直角に配
列した第２のマスク・アライメント・マークをさらに具
備し、前記第２のマスク・アライメント・マークが、粒
子ビームを基板まで通過させるように配列した第２の複
数の開口を有し、前記基板が、対応する第２の基板アラ
イメント・マークを有し、前記第２のマスク・アライメ
ント・マークの第２の複数の開口を、擬似ランダムに配
列した、上記（１）に記載の露光マスク。 （１１）複数の付加マスク・アライメント・マークをさ
らに具備し、前記マスク・アライメント・マークが、基
板に対応するマスクをグローバルにアライメントするの
に用いられ、前記複数の付加マスク・アライメント・マ
ークが、個別のチップ・パターンの微細アライメント用
に用いられる、上記（１）に記載の露光マスク。 （１２）チップ領域を同時に露光せずに、レジストレー
ションを行うように、マスク・アライメント・マーク
を、露光マスクの周辺に配列した、上記（１）に記載の
露光マスク。 （１３）前記マスク・アライメント・マークを、基板上
の切り溝に対応する位置における露光マスク上に配置し
て、製造後に基板を切断して個別のチップにする、上記
（１）に記載の露光マスク。 （１４）電子ビーム照射装置において露光マスクを基板
に対してアライメントする方法において、前記露光マス
ク上にマスク・アライメント・マークを設け、前記マス
ク・アライメント・マークが電子を透過させるための複
数の開口を有し、前記開口が擬似ランダムに配列される
工程と、前記マスク・アライメント・マークに対応する
基板上に、基板アライメント・マークを設け、前記基板
アライメント・マークが前記マスク・アライメント・マ
ークの前記開口に直接対応する、アライメント信号を発
生するためのフィーチャを有し、前記基板アライメント
・マークが前記擬似ランダム・マスク・アライメント・
マークの少なくとも１回の繰り返しを有する工程と、前
記露光マスクに電子を透過させることによって、前記基
板上に前記露光マスクを照射する工程と、前記マスク・
アライメント・マークの開口を通って透過された電子
が、前記基板アライメント・マークの対応するフィーチ
ャの上に照射されるように、前記露光マスクが基板に対
してアライメントされる際、前記アライメント信号のピ
ークを検出することによって、前記基板に対して前記露
光マスクをアライメントする工程と、を含む露光マスク
をアライメントする方法。 （１５）前記基板アライメント・マークが、前記擬似ラ
ンダム・マスク・アライメント・マークの少なくとも３
回の繰り返しを有する、上記（１４）に記載の露光マス
クをアライメントする方法。 （１６）対応する基板アライメント・マークに対する前
記マスク・アライメント・マークの相関関数が、アライ
メント位置において１つのピークを有し、前記アライメ
ント位置における前記ピークの幅の少なくとも２倍であ
る、前記アライメント位置からの距離の範囲内におけ
る、前記相関関数の他の全てのピークよりも、前記ピー
クが大きい値を有する、上記（１４）に記載の露光マス
クをアライメントする方法。

【図面の簡単な説明】

【図１】チップ領域のコーナ部における、本発明による
グローバル基板アライメント・マークと、個別のチップ
間の切り溝におけるローカル基板アライメント・マーク
とを有する基板を原寸で示した平面図である。

【図２】グローバルとローカルとの両方の擬似ランダム
・マスク・アライメント・マークを有する、本発明によ
る露光マスクを、図１を拡大して示した平面図である。

【図３】図２の拡大図であり、本発明による１つの可能
なマスク・アライメント・マークを示したものである。
さらに、図示したマスク・アライメント・マーク内の擬
似ランダム・コードの３つの繰り返しと、マスク・アラ
イメント・マーク内の擬似ランダム・コードのデジタル
表現とを有する、対応する基板アライメント・マークを
示す。

【図４】本発明で使用する図３の基板アライメント・マ
ークに対する、マスク・アライメント・マークの相関関
数を示したグラフである。

【図５】対応する基板アライメント・マークに対して、
均一の繰り返しバーを有する従来のマスク・アライメン
ト・マークの相関関数を示したグラフである。

【符号の説明】

１２ チップ １４ チップ領域 １６ 切溝 １８ 切溝 ２０ グローバル水平アライメント・マーク ２２ グローバル垂直アライメント・マーク ２４ 水平ローカル基板アライメント・マーク ２６ 垂直ローカル基板アライメント・マーク ２８ 露光マスク ３０ チップ領域 ３２ グローバル・マスク・アライメント・マーク ３４ グローバル・マスク・アライメント・マーク ３６ 水平ローカル・マスク・アライメント・マーク ３８ 垂直ローカル・マスク・アライメント・マーク ４０ 擬似ランダム・コード ４２，４４，４６，４８ ピーク

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】粒子ビーム照射装置用の露光マスクにおい
   て、前記露光マスク上に配置する、少なくとも１つのマ
   スク・アライメント・マークを有し、前記マスク・アラ
   イメント・マークが複数の開口を有し、前記開口を、少
   なくとも１つの対応する基板アライメント・マークを有
   する基板まで、粒子ビームを通過させるように配列し、
   前記マスク・アライメント・マーク内の前記開口を、擬
   似ランダムに配列した、粒子ビーム照射装置用の露光マ
   スク。
2. 【請求項２】前記対応する基板アライメント・マークに
   対する前記マスク・アライメント・マークの相関関数
   が、アライメント位置において１つのピークを有し、前
   記アライメント位置における前記ピークの幅の少なくと
   も２倍である、前記アライメント位置からの距離の範囲
   内における、前記相関関数の他の全てのピークよりも、
   前記ピークが大きい値を有する、請求項１に記載の露光
   マスク。
3. 【請求項３】前記対応する基板アライメント・マークに
   対する前記マスク・アライメント・マークの相関関数
   が、前記アライメント位置において１つのピークを有
   し、前記ピークが、前記アライメント位置からの捕捉距
   離用のアライメントされない位置における、一様なバッ
   クグラウンドと重畳する、請求項１に記載の露光マス
   ク。
4. 【請求項４】前記捕捉距離が、前記アライメント位置に
   おける前記ピークの幅の少なくとも２倍である、請求項
   ３に記載の露光マスク。
5. 【請求項５】前記開口が、直線で、前記マスク・アライ
   メント・マークが、マスク・アライメント・マークを形
   成する開口が配置できる、規則的に間隔を置いた直線ア
   レイの位置を有し、前記規則的に間隔を置いた位置のそ
   れぞれと、これに隣接する規則的に間隔を置いた位置と
   の距離が、最も狭い開口の幅と殆ど同じである、請求項
   １に記載の露光マスク。
6. 【請求項６】前記規則的に間隔を置いた直線アレイの位
   置における位置の数がｎであり、透過比が（ｎ＋１）／
   ２ｎである、請求項５に記載の露光マスク。
7. 【請求項７】前記透過比が、４０〜６０％の範囲にあ
   る、請求項１に記載の露光マスク。
8. 【請求項８】前記透過比が少なくとも５０％である、請
   求項１に記載の露光マスク。
9. 【請求項９】前記対応する基板アライメント・マーク
   が、前記マスク・アライメント・マークの少なくとも３
   回の同じ繰り返しを有する、請求項１に記載の露光マス
   ク。
10. 【請求項１０】前記マスク・アライメント・マークに直
    角に配列した第２のマスク・アライメント・マークをさ
    らに具備し、前記第２のマスク・アライメント・マーク
    が、粒子ビームを基板まで通過させるように配列した第
    ２の複数の開口を有し、前記基板が、対応する第２の基
    板アライメント・マークを有し、前記第２のマスク・ア
    ライメント・マークの第２の複数の開口を、擬似ランダ
    ムに配列した、請求項１に記載の露光マスク。
11. 【請求項１１】複数の付加マスク・アライメント・マー
    クをさらに具備し、前記マスク・アライメント・マーク
    が、基板に対応するマスクをグローバルにアライメント
    するのに用いられ、前記複数の付加マスク・アライメン
    ト・マークが、個別のチップ・パターンの微細アライメ
    ント用に用いられる、請求項１に記載の露光マスク。
12. 【請求項１２】チップ領域を同時に露光せずに、レジス
    トレーションを行うように、マスク・アライメント・マ
    ークを、露光マスクの周辺に配列した、請求項１に記載
    の露光マスク。
13. 【請求項１３】前記マスク・アライメント・マークを、
    基板上の切り溝に対応する位置における露光マスク上に
    配置して、製造後に基板を切断して個別のチップにす
    る、請求項１に記載の露光マスク。
14. 【請求項１４】電子ビーム照射装置において露光マスク
    を基板に対してアライメントする方法において、 前記露光マスク上にマスク・アライメント・マークを設
    け、前記マスク・アライメント・マークが電子を透過さ
    せるための複数の開口を有し、前記開口が擬似ランダム
    に配列される工程と、 前記マスク・アライメント・マークに対応する基板上
    に、基板アライメント・マークを設け、前記基板アライ
    メント・マークが前記マスク・アライメント・マークの
    前記開口に直接対応する、アライメント信号を発生する
    ためのフィーチャを有し、前記基板アライメント・マー
    クが前記擬似ランダム・マスク・アライメント・マーク
    の少なくとも１回の繰り返しを有する工程と、 前記露光マスクに電子を透過させることによって、前記
    基板上に前記露光マスクを照射する工程と、 前記マスク・アライメント・マークの開口を通って透過
    された電子が、前記基板アライメント・マークの対応す
    るフィーチャの上に照射されるように、前記露光マスク
    が基板に対してアライメントされる際、前記アライメン
    ト信号のピークを検出することによって、前記基板に対
    して前記露光マスクをアライメントする工程と、 を含む露光マスクをアライメントする方法。
15. 【請求項１５】前記基板アライメント・マークが、前記
    擬似ランダム・マスク・アライメント・マークの少なく
    とも３回の繰り返しを有する、請求項１４に記載の露光
    マスクをアライメントする方法。
16. 【請求項１６】前記対応する基板アライメント・マーク
    に対する前記マスク・アライメント・マークの相関関数
    が、アライメント位置において１つのピークを有し、前
    記アライメント位置における前記ピークの幅の少なくと
    も２倍である、前記アライメント位置からの距離の範囲
    内における、前記相関関数の他の全てのピークよりも、
    前記ピークが大きい値を有する、請求項１４に記載の露
    光マスクをアライメントする方法。