JPS6142408B2 - - Google Patents
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- JPS6142408B2 JPS6142408B2 JP52010260A JP1026077A JPS6142408B2 JP S6142408 B2 JPS6142408 B2 JP S6142408B2 JP 52010260 A JP52010260 A JP 52010260A JP 1026077 A JP1026077 A JP 1026077A JP S6142408 B2 JPS6142408 B2 JP S6142408B2
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- Japan
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- electron beam
- mark
- sample
- alignment
- mask
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- Electron Beam Exposure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は集積回路などの微細なパターンを形成
する電子ビーム露光装置における位置合わせ方法
に係り、ことに試料と電子ビームの投射位置との
関係を高精度で測定することを可能とする位置合
わせ方法および装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an alignment method in an electron beam exposure apparatus that forms fine patterns on integrated circuits, etc., and particularly to a method for measuring the relationship between a sample and the projection position of an electron beam with high precision. The present invention relates to an alignment method and device that enable alignment.
第1図は従来の電子ビームの光学的投影機構を
示す構成概略図である。同図に基づいて従来の位
置合わせ方法を説明する。電子ビームは電子銃1
0によつて発せられ、電子光学系を構成する一連
の電磁レンズを介して指向される。この電子光学
系は第1集束レンズ11、第2集束レンズ12、
マスク照射レンズ13、第1投影レンズ14、第
2投影レンズ15によつて構成してある。集積回
路などの微細なバターンを形成する場合には、マ
スク照射レンズ13で平行な電子ビームを形成
し、マスク20に形成されたパターンを第1、第
2投影レンズ14,15によつて試料21の表面
に結像させる。電子ビーム露光法による集積回路
などの製造においては、マスクパターンの結像位
置と試料21とが高精度で位置合わせされること
がきわめて重要である。同図に示す従来技術で
は、マスク照射レンズ13の前に、一組の直交す
るX偏向コイル22およびY偏向コイル23を設
置し、マスク照射レンズ13の作用を増大させ、
電子ビームがマスク20上の所定位置に焦点を結
ぶようにしてある。このマスク20の所定領域に
は位置合わせ用パターンが形成されている。マス
ク20を通過した電子ビームは、第1、第2投影
レンズ14,15によつて集束し、試料21の表
面で焦点を結ぶようにしてある。試料21の表面
には位置合わせ用のマークが設置されている。こ
のような状態のもとで電子ビームを、X偏向コイ
ル22、またはY偏向コイル23によつてマスク
20の位置合わせ用パターン上を走査させ、試料
21からの反射電子あるいは2次電子を検出素子
25で検出する。検出信号は電子顕微鏡に係る技
術分野で周知のように、デイスプレイ26上に像
として見ることができる。この結果、デイスプレ
イ26上には試料21上のマークの像27と、マ
スク20における位置合わせ用パターンの像28
とが映し出される。そしてこのマークの像27と
パターンの像28とを重ね合わせることにより位
置合わせを行なつている。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a conventional electron beam optical projection mechanism. A conventional positioning method will be explained based on this figure. The electron beam is electron gun 1
0 and directed through a series of electromagnetic lenses forming an electron optics system. This electron optical system includes a first focusing lens 11, a second focusing lens 12,
It is composed of a mask irradiation lens 13, a first projection lens 14, and a second projection lens 15. When forming a fine pattern such as an integrated circuit, a parallel electron beam is formed using the mask irradiation lens 13, and the pattern formed on the mask 20 is projected onto the sample 21 using the first and second projection lenses 14 and 15. image on the surface of In the manufacture of integrated circuits and the like by electron beam exposure, it is extremely important that the imaging position of the mask pattern and the sample 21 be aligned with high precision. In the prior art shown in the figure, a pair of orthogonal X deflection coils 22 and Y deflection coils 23 are installed in front of the mask irradiation lens 13 to increase the effect of the mask irradiation lens 13.
The electron beam is focused on a predetermined position on the mask 20. An alignment pattern is formed in a predetermined area of this mask 20. The electron beam that has passed through the mask 20 is focused by the first and second projection lenses 14 and 15, and is focused on the surface of the sample 21. Marks for positioning are provided on the surface of the sample 21. Under such conditions, the electron beam is scanned over the positioning pattern of the mask 20 by the X deflection coil 22 or the Y deflection coil 23, and the reflected electrons or secondary electrons from the sample 21 are detected by the detection element. Detected at 25. The detected signal can be viewed as an image on the display 26, as is well known in the field of electron microscopy. As a result, an image 27 of the mark on the sample 21 and an image 28 of the alignment pattern on the mask 20 are displayed on the display 26.
is displayed. Then, alignment is performed by overlapping the mark image 27 and the pattern image 28.
ところでこのようにして行なう従来の位置合わ
せ方法においては次に列挙するような欠点があつ
た。 However, the conventional alignment method performed in this manner has the following drawbacks.
通常の走査型電子顕微鏡と比較してビームの
偏向角を大きくする必要があるため、電子光学
系の収差が大きくなる。 Since it is necessary to increase the beam deflection angle compared to a normal scanning electron microscope, the aberration of the electron optical system increases.
マスク照射レンズの効果を得るために、偏向
コイルの位置が一義的に決定され、電子光学系
の設計に制約を受ける。 In order to obtain the effect of the mask irradiation lens, the position of the deflection coil is uniquely determined, which imposes restrictions on the design of the electron optical system.
位置合わせ時とパターン形成時とでは電磁レ
ンズの励磁電流の切換えが必要なため生産性が
低下する。 Productivity decreases because it is necessary to switch the excitation current of the electromagnetic lens between alignment and pattern formation.
本発明の目的は上記した従来技術の欠点を解消
し、生産性の向上をもたらし、投影像の解像度の
低下を防止でき、きわめて高い位置合わせ精度が
得られる位置合わせ方法および装置を提供するに
あり、試料面上に設置したマーク上あるいはマー
ク近傍に投射した電子ビームに振動を与え、試料
面からの反射電子または2次電子の検出信号の周
波数成分を解析するようにしたことを特徴として
いる。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an alignment method and apparatus that can eliminate the drawbacks of the prior art described above, improve productivity, prevent a decrease in the resolution of projected images, and provide extremely high alignment accuracy. This method is characterized in that an electron beam projected on or near a mark placed on a sample surface is vibrated, and the frequency components of a detection signal of reflected electrons or secondary electrons from the sample surface are analyzed.
以下本発明の位置合わせ方法およびその装置に
ついて、図面に基づいて詳述する。第2図は本発
明の位置合わせ方法の実施に用いられる電子ビー
ムの光学的投影機構の一実施例を示す構成概略図
である。なお電子光学系は第1図に示したと同様
に、第1集束レンズ31、第2集束レンズ32、
マスク照射レンズ33、第1投影レンズ34、第
2投影レンズ35によつて構成してあり、電子ビ
ームは電子ビーム源たとえば電子銃30により発
せられる。電子ビームはマスク照射レンズ33に
よつて光軸に平行なビームとなつている。集積回
路などの微細なバターンを形成する場合には、マ
スク40の上方に設けたシヤツタ41を取除くこ
とにより、マスク40のパターンを試料42の表
面に投影できる。電子ビームの投影像と試料42
の位置合わせをする場合には、マスク40上に形
成された位置合わせ用パターンの一つに電子ビー
ムが照射されるようにシヤツタ41をセツトす
る。この結果、第3図に示すように、マスク40
上の位置合わせ用パターンの投影像43が試料4
2上に設置したマーク44上あるいはその近傍に
投影される。次に第2図に示すように、第1投影
レンズ34と第2投影レンズ35との間に一組の
直交するX偏向コイル50およびY偏向コイル5
1を設置し、試料42の表面からの反射電子ある
いは2次電子を検出する。まず投影像43とマー
ク44とのX方向のずれ量を検出する場合、X偏
向コイル50によつて投影像43をX方向に一定
周波数で振動させる。このとき検出素子52に
よつて検出される電気信号は、周波数および2
などを含む波形になる。この電気信号における
周波数の信号成分をフイルタなどによつて検出
すると、投影像43とマーク44とのX方向の位
置のずれ量と周波数の信号成分の出力との関係
は第4図のようになる。なお、光を利用した計測
において、スリツト状の光を振動させることによ
つて第4図のような関係が得られる例は、公知の
刊行物、すなわち“パターンの光学的計測(吉田
庄一郎著、精密機械、40巻9号、ページ754〜
761、1974)”に示されており、光の場合0.1μm
以内の精度で検出可能である。そして光の波長
4000〜5000Åに対し、電子ビームの波長は通常1
Å以下である。したがつて波長の短い電子ビーム
を利用する本発明では、投影像43とマーク44
のX方向の位置のずれを0.1μm以内の精度で検
出できる。検出した位置のずれ量は、X偏向コイ
ル50に一定の電流を与えて投影像43を移すこ
とによつて補正でき、また試料42をX方向に微
小移動させることによつても補正できる。このよ
うにしてX方向の位置合わせが行なわれる。一方
Y方向の位置合わせは、X方向と同様に投影像4
3をY方向に周波数で振動させることによつて
できる。 Hereinafter, the alignment method and apparatus of the present invention will be explained in detail based on the drawings. FIG. 2 is a schematic diagram showing an embodiment of an electron beam optical projection mechanism used to carry out the alignment method of the present invention. Note that the electron optical system includes a first focusing lens 31, a second focusing lens 32, and a second focusing lens 32, as shown in FIG.
It is composed of a mask irradiation lens 33, a first projection lens 34, and a second projection lens 35, and the electron beam is emitted by an electron beam source such as an electron gun 30. The electron beam is turned into a beam parallel to the optical axis by the mask irradiation lens 33. When forming a fine pattern such as an integrated circuit, the pattern of the mask 40 can be projected onto the surface of the sample 42 by removing the shutter 41 provided above the mask 40. Projected image of electron beam and sample 42
When performing alignment, the shutter 41 is set so that one of the alignment patterns formed on the mask 40 is irradiated with an electron beam. As a result, as shown in FIG.
The projected image 43 of the alignment pattern above is the sample 4.
The image is projected onto or near the mark 44 placed on the image sensor 2. Next, as shown in FIG. 2, a set of an X deflection coil 50 and a Y deflection coil 5 are arranged orthogonally between the first projection lens 34 and the second projection lens 35.
1 is installed to detect reflected electrons or secondary electrons from the surface of the sample 42. First, when detecting the amount of deviation in the X direction between the projected image 43 and the mark 44, the projected image 43 is vibrated in the X direction at a constant frequency by the X deflection coil 50. At this time, the electric signal detected by the detection element 52 has a frequency and a frequency of 2
The waveform will include, etc. When the frequency signal component of this electrical signal is detected by a filter or the like, the relationship between the amount of positional deviation between the projected image 43 and the mark 44 in the X direction and the output of the frequency signal component is as shown in FIG. . In measurement using light, an example of obtaining the relationship shown in Figure 4 by vibrating a slit-shaped light can be found in a well-known publication, ``Optical Measurement of Patterns'' by Shoichiro Yoshida. Precision Machinery, Volume 40, No. 9, Pages 754~
761, 1974)” and 0.1 μm for light.
It can be detected with an accuracy within and wavelength of light
4000-5000Å, whereas the wavelength of an electron beam is usually 1
Å or less. Therefore, in the present invention that uses an electron beam with a short wavelength, the projected image 43 and the mark 44
The positional deviation in the X direction can be detected with an accuracy of within 0.1 μm. The detected positional shift amount can be corrected by applying a constant current to the X deflection coil 50 to shift the projected image 43, or by slightly moving the sample 42 in the X direction. In this way, alignment in the X direction is performed. On the other hand, the alignment in the Y direction is similar to the alignment in the X direction.
3 by vibrating it at a frequency in the Y direction.
ここで、第4図の関係が得られることの理由を
説明する。電子ビームの電流密度分布を
(x)、マークの電子ビームに対する反射率分布を
d(x)とし、(x)およびg(x)はx=0
に対して対称であるとする。電子ビームの中心と
マーク中心とのずれをdとする。電子ビームを
Asinωt(ここで、ω:角周波数(ω=2π
)、t:時間)で振動させるとして、マークか
らの反射電子の信号量をE(d,t)とすると、
E(d,t)=∫∞ −∞(x+d+Asinωt)
・g(x)dx (1)
と表わされる。 Here, the reason why the relationship shown in FIG. 4 is obtained will be explained. The current density distribution of the electron beam is (x), the reflectance distribution of the mark with respect to the electron beam is d(x), and (x) and g(x) are x=0.
Suppose that it is symmetric with respect to . Let d be the deviation between the center of the electron beam and the center of the mark. electron beam
Asinωt (where ω: angular frequency (ω=2π
), t: time), and if the signal amount of reflected electrons from the mark is E(d, t), then E(d, t)=∫ ∞ −∞ (x+d+Asinωt) ・g(x)dx ( 1) It is expressed as
(x),g(x)は偶関数であるので、 とフーリエ展開される。 (x) and g(x) are even functions, so is Fourier expanded.
式(2),(3)を式(1)に代入すると、 となる。 Substituting equations (2) and (3) into equation (1), we get becomes.
ここで、マークが存在する範囲を〔−h,h〕
とし、それ以外では、電子の反射率が0とする。
式(4)はつぎのようになる。 Here, the range where the mark exists is [-h, h]
In other cases, the electron reflectance is assumed to be 0.
Equation (4) becomes as follows.
ただし、
cos(lAsinωt)はωtの隅関数、sin(lAsin
ωt)はωtの奇関数であるので、
とフーリエ展開される。式(6),(7)を式(5)に代入し
て、
を得る。 however, cos(lAsinωt) is the corner function of ωt, sin(lAsinωt)
ωt) is an odd function of ωt, so is Fourier expanded. Substituting equations (6) and (7) into equation (5), get.
式(1)をωtについてフーリエ展開し、 とする。 Expression (1) is Fourier expanded with respect to ωt, shall be.
式(8),(9)を比較すると、 となる。 Comparing equations (8) and (9), we get becomes.
Bl1=0が成立することが証明でき、B1=0と
なる。また、(x),g(x)は物理的に存在
する分布形状であるので、式(2),(3)は十分に大き
な整数Nを用いて、
と表わすことができる。さらに、|d|≪1の場
合、sinld≒ldと近似できる。したがつて、式(10)
より
すなわち、A1=K・d(Kは定数) (12)
を得る。 It can be proven that B l1 =0 holds, and B 1 =0. Also, since (x) and g(x) are physically existing distribution shapes, equations (2) and (3) can be expressed using a sufficiently large integer N. It can be expressed as Furthermore, if |d|≪1, it can be approximated as sinld≒ld. Therefore, equation (10)
Than That is, we obtain A 1 =K·d (K is a constant) (12).
以上より、A1=K・d、B1=0の関数が成立
し、周波数の信号成分の出力は、「ずれ」dに
比例する。第4図において、位置ずれが0の近傍
では、出力が「ずれ」に比例することを示してい
る。 From the above, the functions A 1 =K·d and B 1 =0 are established, and the output of the frequency signal component is proportional to the "shift" d. In FIG. 4, it is shown that the output is proportional to the "shift" in the vicinity of 0 positional shift.
マーク検出信号のなかからA1sinωt(ただ
し、ω=2π)の成分をとりだす手段として、
周知のようにロツクインアンプを用いる手段があ
る。本発明の実施例においては、マーク検出信号
をロツクインアンプの入力とし、ロツクインアン
プの外部参照用入力としてビーム偏向用の信号を
用いる。その結果、ロツクインアンプはビーム偏
向用信号と同一の周波数成分の電圧値を位相情報
を含めて出力する。すなわち、式(12)のA1の値
を、正負を含めて測定することができる。この測
定結果は、第4図のようになる。 As a means to extract the component of A 1 sinωt (however, ω=2π) from the mark detection signal,
As is well known, there is a method of using a lock-in amplifier. In the embodiment of the present invention, the mark detection signal is used as the input of the lock-in amplifier, and the beam deflection signal is used as the external reference input of the lock-in amplifier. As a result, the lock-in amplifier outputs a voltage value of the same frequency component as the beam deflection signal, including phase information. That is, the value of A 1 in equation (12) can be measured including its positive and negative values. The measurement results are shown in FIG.
以上述べたように本発明の位置合わせ方法およ
び装置によれば、試料面上のマーク付近に投影し
た電子ビームに振動を与え、反射電子または2次
電子の検出信号の周波数成分を解析することによ
つて投影像と試料の位置合わせをするようにした
ことから次に述べる顕著な効果を奏する。 As described above, according to the alignment method and apparatus of the present invention, it is possible to apply vibration to the electron beam projected near the mark on the sample surface and analyze the frequency components of the detection signal of reflected electrons or secondary electrons. Since the projected image and the sample are aligned, the following remarkable effects can be achieved.
位置合わせ時とパターン露光時における電子
光学系の各電磁レンズの励磁状態が同じであ
り、位置合わせに伴なう生産性の向上をもたら
す。 The excitation state of each electromagnetic lens of the electron optical system is the same during alignment and during pattern exposure, resulting in improved productivity associated with alignment.
位置合わせにおいて、投影像の解像度が低下
することがない。 In positioning, the resolution of the projected image does not decrease.
反射電子または2次電子の検出信号の処理を
自動化するのが容易となる。 It becomes easy to automate the processing of detection signals of reflected electrons or secondary electrons.
位置合わせを高精度で行なうことができる。 Positioning can be performed with high precision.
なお、本発明による位置合わせ方法は、正方形
あるいは長方形に整形した電子ビームを用いた走
査型電子ビーム露光装置にも適用できる。 Note that the alignment method according to the present invention can also be applied to a scanning electron beam exposure apparatus that uses an electron beam shaped into a square or rectangle.
第1図は従来の電子ビームの光学的投影機構を
示す構成概略図、第2図は本発明の位置合わせ方
法の実施に用いられる電子ビームの光学的投影機
構の一実施例を示す構成概略図、第3図は位置合
わせ時におけるマスクパターンの投影像とマーク
とを示す斜視図、第4図は投影像とマークの位置
とのずれ量と、周波数の検出信号成分の出力と
の関係を示す説明図である。
30……電子銃(電子ビーム源)、40……マ
スク、42……試料、43……位置合わせ用パタ
ーンの投影像、44……マーク、50……X偏向
コイル、51……Y偏向コイル、52……検出素
子。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a conventional electron beam optical projection mechanism, and FIG. 2 is a configuration schematic diagram showing an embodiment of an electron beam optical projection mechanism used to implement the alignment method of the present invention. , FIG. 3 is a perspective view showing the projected image of the mask pattern and the mark during alignment, and FIG. 4 shows the relationship between the amount of deviation between the projected image and the mark position and the output of the frequency detection signal component. It is an explanatory diagram. 30...Electron gun (electron beam source), 40...Mask, 42...Sample, 43...Projected image of alignment pattern, 44...Mark, 50...X deflection coil, 51...Y deflection coil , 52...detection element.
Claims (1)
位置との関係を検出することにより、マスクパタ
ーンの結像位置と試料とを最適に位置合わせする
電子ビームの露光装置における位置合わせ方法に
おいて、上記マーク上あるいはマークの近傍に電
子ビームを投射し、この電子ビームに振動を与え
てマークおよびマーク周辺部からの反射電子また
は2次電子を検出し、この検出信号の周波数成分
を解析して電子ビームの投射位置とマーク位置と
の関係を検出することを特徴とする電子ビーム露
光装置における位置合わせ方法。 2 電子ビーム源と、位置合わせ用マークを有す
る試料と、この試料表面に投射される電子ビーム
を所定の周波数で振動させる電子ビーム偏向機構
と、上記試料表面からの反射電子または2次電子
を検出する検出素子と、この検出素子からの検出
信号の周波数成分を解析する手段とを備えたこと
を特徴とする電子ビーム露光装置における位置合
わせ装置。[Claims] 1. A position in an electron beam exposure device that optimally aligns the imaging position of a mask pattern and the sample by detecting the relationship between the projection position of the electron beam and the mark position provided on the sample. In the alignment method, an electron beam is projected on or near the mark, the electron beam is vibrated, reflected electrons or secondary electrons from the mark and the area around the mark are detected, and the frequency components of this detection signal are detected. A positioning method in an electron beam exposure apparatus characterized by analyzing and detecting a relationship between an electron beam projection position and a mark position. 2. An electron beam source, a sample having alignment marks, an electron beam deflection mechanism that vibrates the electron beam projected onto the sample surface at a predetermined frequency, and detects reflected electrons or secondary electrons from the sample surface. What is claimed is: 1. An alignment device for an electron beam exposure apparatus, comprising: a detection element for detecting a signal from the detection element; and means for analyzing a frequency component of a detection signal from the detection element.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1026077A JPS5396676A (en) | 1977-02-03 | 1977-02-03 | Method and apparatus for positioning by electron beam exposure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1026077A JPS5396676A (en) | 1977-02-03 | 1977-02-03 | Method and apparatus for positioning by electron beam exposure |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5396676A JPS5396676A (en) | 1978-08-24 |
| JPS6142408B2 true JPS6142408B2 (en) | 1986-09-20 |
Family
ID=11745335
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1026077A Granted JPS5396676A (en) | 1977-02-03 | 1977-02-03 | Method and apparatus for positioning by electron beam exposure |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5396676A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6010727A (en) * | 1983-06-30 | 1985-01-19 | Toshiba Corp | Positioning method for pattern transfer according to electron beam |
-
1977
- 1977-02-03 JP JP1026077A patent/JPS5396676A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5396676A (en) | 1978-08-24 |
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