(57)【要約】【課題】本発明は電子線描画装置におけるアライメントで、位置合わせマーク検出時のビーム照射により引き起こされる位置合わせマーク周辺部でのかぶりや位置合わせマーク部でのレジスト剥離により汚染を極力抑える事が可能な電子線描画装置を提供する事にある。【解決手段】位置合わせマーク検出時のビーム照射条件を実際の位置合わせマークを使い検出再現精度を評価する事で必要な精度を確保しかつ必要最小限な照射量に最適化する事で可能となる。位置合わせマーク検出条件最適化のアルゴリズムとその実行手段である位置合わせマーク検出条件制御ユニットを設ける事で達成できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線を発生させる電子源と、前記電子線を集束させ、かつ集束した集束ビームを半導体ウェハ等の試料面に照射させるように導く電子光学系と、前記試料面に照射する集束ビームに偏向を加える偏向制御系とを有し、前記集束ビームで描画する電子回路を含むパターンの下地エリヤの周囲近傍に予め施されている前記試料面上の位置合わせマークに前記集束ビームを照射し、反射して来る集束ビームを捉えて前記試料面の位置を計測するアライメント機能が備わる電子線描画装置において、
捉えた前記集束ビームにより算出する位置合わせマークの検出再現精度が良く、かつ集束ビームの照射で位置合わせマークの近傍にできる感光部分の感光量が小さくなるような条件のもとで、位置合わせマーク検出時の集束ビーム照射をすることを特徴とする電子線描画装置。
【請求項２】
電子線を発生させる電子源と、前記電子線を集束させ、かつ集束した集束ビームを半導体ウェハ等の試料面に照射させるように導く電子光学系と、前記試料面に照射する集束ビームに偏向を加える偏向制御系とを有し、前記集束ビームで描画する電子回路を含むパターンの下地エリヤの周囲近傍に予め施されている前記試料面上の位置合わせマークに前記集束ビームを照射し、反射して来る集束ビームを捉えて位置合わせマークの位置を読み取り、この読み取り情報をもとに前記試料面の位置を計測するアライメント機能が備わる電子線描画装置の集束ビーム照射方法において、
前記位置合わせマークの読み取りは、位置合わせマーク上を横方向に移動しながら照射される集束ビームのショットスキャンを、縦方向の行送り毎に繰り返して行い、
前記ショットスキャンのショットの間隔であるショットピッチのなかで、前記位置合わせマークの検出再現精度が最良になる最適なショットピッチ値を求め、求めた前記ショットピッチ値を保ったもとで、前記縦方向の行送りの間隔であるラインピッチのなかから、前記位置合わせマークの検出再現精度が最良になる最適なラインピッチ値を求め、
求めた前記ラインピッチ値が満たされたもとで、前記縦方向の行送りの本数であるラインのスキャン本数のなかから、既に求めている前記ラインピッチ値が満たされ、かつ集束ビームの照射で位置合わせマークの近傍にできる感光部分の感光量が小さくスキャン本数値を求め、
求めた前記スキャン本数値の条件のもとで、位置合わせマーク検出時の集束ビーム照射をすることを特徴とする電子線描画装置の集束ビーム照射方法。
【請求項３】
請求項２に記載された電子線描画装置の集束ビーム照射方法において、
前記スキャンピッチ値、前記ラインピッチ値、および前記スキャン本数値は、集束ビームショットを繰り返し重ねて求めたことを特徴とする集束ビーム照射方法。
【請求項４】
請求項２または３に記載された電子線描画装置の集束ビーム照射方法において、
前記位置合わせマークの検出再現精度に関する前記ラインピッチ値、前記ラインピッチ値、および前記スキャン本数値の求めは、描画する半導体ウェハ等の試料である製品のロットが変わる都度毎に冒頭で実行することを特徴とする電子線描画装置の集束ビーム照射方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子線描画装置に係り、特に試料面上に高精度で電子回路のパターンを描画する必要がある微細パターン形成方法で、描画するパターンと予めウェハ基板に形成されているパターンとの位置合わせ、所謂アライメントの際のウェハ位置検出の為の位置合わせマーク検出を描画と同じビームで実行する場合、デメリットであった位置合わせマーク検出によるレジスト感光を最小限に抑制して、かつ高精度にパターン描画を可能にした位置合わせマーク検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスは各社が１００ｎｍ以下のデバイスの試作競争に凌ぎを削っている。製造装置としては、極端紫外線リソグラフィＥＵＶ（ｅｘｔｒｅｍｅ  ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ）や電子ビーム投影リソグラフィＥＰＬ（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ）があり、次世代リソグラフィ技術ＮＧＬ  （Ｎｅｘｔ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）と呼ばれている。
【０００３】
ＮＧＬの代表候補に電子線描画装置が挙げられ、電子線描画装置は電子線を電子レンズと成形アパーチャを用いてビームを成形して任意の寸法に制御して、ウェハ上に直接パターンを焼き付ける為、通常の露光機とは違い原画となるマスクが不要である。従って装置の利用範囲は微細パターンの試作から、マスクレスＱＴＡＴデバイスの量産まで多世代に渡る為、注目されている。
【０００４】
現在実用化されている電子線描画装置を図９により説明する。電子源１より照射された電子線９は第一マスク２を透過し、成形レンズ４を通過し、第二マスク６に到達する。第２マスク６に照射する場合、成形偏向器３に制御計算機２２より成形偏向制御回路１５に成形寸法が指定され、成形偏向制御回路より成形偏向器３に電圧がかかりウェハ１２上で指定寸法となるような矩形電子線が第二マスク６を透過する。第二マスクを透過した電子線９は縮小レンズ７にて縮小され、制御用計算機２２にて指定された偏向位置を位置決め偏向制御回路１６に設定することにより位置決め偏向器８に偏向信号が設定され、電子線９は指定の位置に偏向され対物レンズ１０を通して試料台１３上のウェハ１２に照射される。
【０００５】
試料台１３は、試料台位置決め機構１４、試料台位置測長回路２０及びと試料台位置制御回路１８にて制御計算機２２の指定により正確に位置決めされる。図９は１軸のみの表記だが実際は少なくとも２軸以上を有し、Ｘ方向、Ｙ方向、及びヨーイング成分が正確に計測され位置決めされる。前記のような電子線９の制御と、試料台１３の制御により、ウェハ１２上に配列されたチップ３１上に所望の描画パターンを描画する。
【０００６】
次にアライメントの要領を説明する。ウェハ１２上のチップ３１内には合わせ位置合わせマーク１９が予め形成されており、合わせ位置合わせマーク１９に照射された電子線９の反射電子２３は位置合わせマーク検出用反射電子検出器１１にて検出され、位置合わせマーク検出回路１７にて信号処理され、制御用計算機２２によって試料台１３上での位置合わせマークの位置を計測することで、ウェハ１２の正確な位置情報を得る。
【０００７】
図２に具体的なアライメント実行要領を示す。図２はウェハ１２上の１チップ３１を拡大表示した図で、チップ３１の四隅には合わせ位置合わせマーク１９ａ〜１９ｄが予め形成されている。アライメントはまず（図２−１）に示すように１９ａ位置合わせマークのＸＹ一方（図２ではＸ方向）をビーム９にてスキャンしてＸ方向位置情報を得る。
【０００８】
次に（図２−２）に示すようにもう一方の方向（図２ではＹ方向）にスキャンしてＹ方向位置情報を得る。以上にて合わせ位置合わせマーク１９ａのＸＹ位置情報を得る。同じ要領にて合わせ位置合わせマーク１９ｂ、１９ｃ、１９ｄの位置座標を算出し、最終的にはチップに形成されている下地パターン３０の座標や歪量を計算し、描画すべき位置を正確に求める。求めたビーム描画座標に基づき、（図２−３）に示すように順次ビームを照射して所望の描画パターンを下地パターン３０に対して正確に位置合わせされた状態で描画を実行する。
【０００９】
ここで、前述アライメントの具体的な動作については特開平０８−２７４００３公報（特許文献１）に記載されているように位置合わせマーク検出精度を向上する目的でビームの照射方向を複数化したり、特開昭５９−７２３１３４公報（特許文献２）に記載されているように信号処理に工夫をこらしたものがある。
【００１０】
但し、いずれも位置合わせマーク照射条件については、照射量を少なくとも低減化する方向では無い。従来技術によれば、アライメントの為の合わせ位置合わせマーク１９への電子ビーム照射条件は予め制御用計算機２２のメモリファイル内に登録された条件で実行される。前述登録条件とは予めロット処理前に精度確認された条件で登録されているが、必要精度重視で考慮する為アライメントの為のドース量最小にする配慮はなされないのが実情である。
【００１１】
アライメントの置合わせマーク部のドーズ（感光）でデバイス上問題となっているのが、プロセス汚染や位置合わせマーク近傍へのかぶりの影響である。位置合わせマーク検出を描画と同じ電子ビームで実施する為、位置合わせマーク部及びその周辺部はアライメント動作により感光されてしまう。
【００１２】
通常位置合わせマークはデバイスパターンのスクライブとよばれる最終的に切断される領域に配備されるが、その限りではない。場合によっては回路パターン近傍に位置合わせマークがあり、この場合位置合わせマーク近傍の感光により描画前のプリドーズと同じになり、微細パターン描画において、本来所望の寸法精度に対して誤差要因となる。又位置合わせマークがスクライブ領域にある場合でも、感光部にレジスト残り等が発生すると後工程へ汚染として支障が出て問題となるケースもある。
【００１３】
この問題を解決する為に、位置合わせマーク検出は描画とは別波長のビームや光で実施するオフアクシスアライメント（Ｏｆｆ−Ａｘｉｓ）がある。この場合はレジストに非露光となる波長が選択される。Ｏｆｆ−Ａｘｉｓで問題となるのが、アライメント精度への影響で描画ビームの軸とアライメントビームの軸間距離（ベースライン）を常に一定に管理する必要がある。実際Ｏｆｆ−Ａｘｉｓは、温度管理を含めて複雑な制御が必要となりステッパでは実績あるもの電子線描画装置では未だ実用化されていない。
【００１４】
【特許文献１】
特開平０８−２７４００３公報
【特許文献２】
特開昭５９−７２３１３４公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
描画と同じビームでアライメントを実施するＴＴＬオンアクシスアライメント方式（ＴＴＬ  Ｏｎ−Ａｘｉｓ）は前述Ｏｆｆ−Ａｘｉｓのようなベースライン管理が不要な為、高精度なアライメント手段として非常に有効な方式である。位置合わせマーク検出に伴なうレジスト感光の問題については、位置合わせマーク検出の際のドーズ量（感光量）を必要最小限に管理する事で改善又は解決が出来る。
【００１６】
描画と同じ光や電子ビームでアライメント（位置合わせマーク検出）を実施する場合、位置合わせマーク検出時に照射部（位置合わせマークの近傍）が感光されてしまうのは現実的には避けられない。
【００１７】
本発明は、位置合わせマークの検出精度がよく、かつ位置合わせマーク近傍が感光する感光量の少ない電子線描画装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、集束ビームで描画する電子回路を含むパターンの下地エリヤの周囲近傍に予め施されている試料面上の位置合わせ位置合わせマークに集束ビームを照射し、反射して来る集束ビームを捉えて試料面の位置を計測するアライメント機能が備わる電子線描画装置において、捉えた集束ビームにより算出する位置合わせマークの検出再現精度が良く、かつ集束ビームの照射で位置合わせマークの近傍にできる感光部分の感光量が小さくなるような条件のもとで、位置合わせマーク検出時の集束ビーム照射をすることを特徴とする。
【００１９】
これにより、必要最小限の照射でアライメントの実行ができる。
【００２０】
また本発明は、アライメントにとって必要最小限なドーズをいかに判断して、自動化する事にある。これの実現は、アライメント精度すなわち位置合わせマーク位置検出精度を実際のウェハ上の位置合わせマークを使い、照射量を決定する各パラメータを変化させて直接位置合わせマーク位置の検出再現精度を評価し、評価結果から所望の精度を確保しつつ、かつ照射量が最小限な条件を見出す事で解決出きる。又自動化は前述判断アルゴリズムを自動制御するソフトウェアやハードウェアを開発する事で解決出きる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１に本発明を実現するための電子線描画装置の該略図を示す。
アライメントや描画の基本動作については図９にて説明済みの従来例と同様なので説明を割愛する。本発明を示すアライメントの為の位置合わせマーク検出条件の自動制御の実施例について以下詳細説明する。
【００２２】
ロット処理の冒頭１枚目のウェハ１２を試料台１３にセットした際、まず一個目の合わせ位置合わせマーク１９位置に移動する。さらに制御計算機２２からの指令により位置合わせマーク検出条件制御ユニット２１が起動され以降のアライメント動作を自動制御する。
【００２３】
図３に実際のアライメント位置合わせマークと具体的なビーム照射条件を示す。位置合わせマーク１９は通常Ｘ，Ｙ方向の位置情報を得る為に十字位置合わせマークや井桁位置合わせマークが使用される。本図は十字位置合わせマークでの例であるが位置合わせマーク形状については特には拘らない。
【００２４】
図３により位置合わせマーク検出時の主なパラメータと内容を説明する。集束ビームの大きさであるショットサイズは幅Ｗ、縦ｈで指定される。規定されたショットはショットピッチＳＰで規定されたサイズで随時移動し全長スキャン幅ＳＷで規定された領域内を移動する。この横方向（Ｘ方向）に移動しながらのショットをショットスキャンと言う。
【００２５】
上記動作を１ショットスキャンとすると、次にラインピッチＬＰで規定された量を縦方向に移動し、次のショットスキャンが行なわれる。ラインピッチＬＰが縦方向の移動である行送りの間隔になる。
【００２６】
このショットスキャンを縦方向の行送り毎に繰り返して位置合わせマークの読み取りが行なわれる。このショットスキャンで反射してくる集束ビームの位置合わせマークの捉え、この位置合わせマークの読み取り情報をパラメータとして資料面の位置を計測（算出）が行なわれる。
【００２７】
ラインピッチＬＰ（行送りの間隔）は、勿論ＬＰ＝０でも可能である。上記スキャン動作をスキャン本数ＳＮで規定された回数だけ繰り返し、最終的に全てのスキャンで得られた位置合わせマーク検出信号を合成して図４のような位置合わせマーク検出信号を得る。得られた信号は横軸に位置情報、縦軸に検出信号強度となるため、所定の信号処理を施して位置合わせマークの位置座標を正確に算出する。
【００２８】
次に、上記パラメータに関し、本発明の課題である必要最小限のドーズ（照射量）で所望のアライメント精度を確保する為のアルゴリズムを図５により説明する。
【００２９】
まず各パラメータを初期化５０する。図５ではパラメータの内、▲１▼ショットサイズと▲２▼スキャン幅は固定値としている。▲３▼ショットピッチは初期定数ＳＰ’、▲４▼ラインピッチは初期定数ＬＰ’、▲５▼スキャン本数は初期定数ＳＮ’にセットする。各初期定数は制御計算機のファイル等に予め登録しておき、任意に変更可能である。次に▲３▼ショットピッチの最適化６０を実施する。
【００３０】
図６によりショットピッチの最適化フローを説明する。Ｂｏｘ６１により▲３▼ショットピッチＳＰ’以外の項目は上記初期定数を固定とし、▲３▼ショットピッチはＳＰ’値を初期値に変数とする。次にｂｏｘ６２の如く評価条件回数ｎを０にセットし、ｂｏｘ６３で位置合わせマーク検出を繰り返し実行する。実行回数はＮ回で指定するが通常は３０回程度である。次にｂｏｘ６４で検出再現精度を確認し結果を統計処理する。
【００３１】
次にｂｏｘ６５で予め指定した評価条件を全て完了したかを判断し、完了していない場合はｂｏｘ６６により評価条件回数をｎ＝ｎ＋１にセットし、ｂｏｘ６７にてショットピッチＳＰ’を規定ピッチΔＳＰだけ加算する。以降ｎ＝０と同様に処理され、最終的にはｂｏｘ６５にて全評価条件完了となる。Ｂｏｘ６８にて得られた全評価条件での再現精度結果より、グラフに示したようなまとめを行い再現精度が最も良好なるＳＰ’条件を割り出し、最適解ＳＰを求める。
【００３２】
次に図５の▲４▼ラインピッチ最適化７０について図７により説明する。Ｂｏｘ７１により▲４▼ラインピッチＬＰ’以外の項目は全て定数を固定とする。勿論前述▲３▼ショットピッチについてもｂｏｘ６０で最適化されたＳＰ値をセットする。以降ショットピッチ最適化とほぼ同様手順で進む。ｂｏｘ７２で評価条件回数ｎを０にセットし、ｂｏｘ７３で位置合わせマーク検出を繰り返し実行する。実行回数はＮ回で指定するが通常は３０回程度である。
【００３３】
次にｂｏｘ７４で検出再現精度を確認し結果を統計処理する。次にｂｏｘ７５で予め指定した評価条件を全て完了したかを判断し、完了していない場合はｂｏｘ７６により評価条件回数をｎ＝ｎ＋１にセットし、ｂｏｘ７７にてラインピッチＬＰ’を規定ピッチΔＬＰだけ加算する。以降ｎ＝０と同様に処理され、最終的にはｂｏｘ７５にて全評価条件完了となる。Ｂｏｘ７８にて得られた全評価条件での再現精度結果より、グラフに示したようなまとめを行い再現精度が最も良好なるＬＰ’条件を割り出し最適解ＬＰを求める。
【００３４】
次に図５の▲５▼スキャン本数最適化８０について図８により説明する。Ｂｏｘ８１により▲５▼スキャン本数ＳＮ’以外の項目は定数を固定とし、▲３▼ショットピッチや▲４▼ラインピッチについても前述にて最適化された定数ＳＰ値やＬＰ値をセットする。次にｂｏｘ８２の如く評価条件回数ｎを０にセットし、ｂｏｘ８３で位置合わせマーク検出を繰り返し実行する。実行回数はＮ回で指定するが通常は３０回程度である。次にｂｏｘ８４で検出再現精度を確認し結果を統計処理する。
【００３５】
次にｂｏｘ８５で予め指定した評価条件を全て完了したかを判断し、完了していない場合はｂｏｘ８６により評価条件回数をｎ＝ｎ＋１にセットし、ｂｏｘ８７にてスキャン本数ＳＮ’を規定ピッチΔＳＮだけ加算する。以降ｎ＝０と同様に処理され、最終的にはｂｏｘ８５にて全評価条件完了となる。Ｂｏｘ８８にて得られた全評価条件での再現精度結果より、グラフに示したようなまとめを行う。
【００３６】
レジストへのドーズに大いに関連するスキャン本数は、性質上回数を増やす事で精度上有利になる事は既知である為、最適化とは所望の精度を満足するのに必要最小となる本数を割り出す事にある。Ｂｏｘ８８に示すグラフのように得られた結果より、所望の精度を確保しかつスキャン本数ＳＮ’が最小となる条件を最適解ＳＮと決定する。以上により位置合わせマーク検出条件の最適化は完了する。すなわち、再現精度が良好である所望の精度が満たされているもとで、位置合わせマークの近傍にできる感光部分の感光量が小さくスキャン本数値を求めることで、位置合わせマーク検出条件の最適化を見出すことができる。
【００３７】
なお、以上のアルゴリズムを専用の制御ユニットにより自動実行させる事に特に隘路は無い。
【００３８】
又本発明の検出条件の自動最適化処理は、具体的にはロット処理の最初のウェアで（条件だしウェハでの兼用も可）各パラメータを自動算出し、求められた最適化された条件にてロット処理を行うのが通常である。
【００３９】
更に、本説明では固定としたショットサイズやスキャン幅も同様なアルゴリズムで最適化する事も可能である。最適化されたパラメータは制御計算機２２に自動登録され、ロット１枚目のウェハの２個目以降位置合わせマーク検出及びロット２枚目以降の処置については最適化された条件にてアライメント動作を実行する。
【００４０】
又、任意のタイミングで制御計算機２２から位置合わせマーク検出条件制御ユニット２１に起動をかけて、最適化を実行する事も勿論可能である。又、位置合わせマーク検出条件制御ユニット２１を用い現状でのアライメント精度を確認する事も可能である。最適化途中の結果を画面表示する事でその様子を確認可能である。
【００４１】
本発明の上記実施例によれば、アライメントの為の位置合わせマーク検出の際、感光剤であるレジストへのドーズ（感光）の感光量を必要最小限に管理できる。位置合わせマークへの感光により引き起こされる位置合わせマーク周辺部でのかぶりによる線幅変動やプロセス汚染を防止出来る。又、位置合わせマーク検出精度の確認ツールとしても有用であり、装置を常に正常な状態で使用する事が可能となり装置信頼性が向上出来る。つまり電子線描画装置を常に安定した性能で稼動できる事になりデバイス製造上歩留まり向上が実現できる。
【００４２】
【発明の効果】
以上に述べたように本発明によれば、位置合わせマーク周辺部（近傍）の感光量を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係わる電子線描画装置。
【図２】アライメント実行要領を示すチップ内の拡大図。
【図３】本発明の実施例に係わるもので、位置合わせマーク検出の具体的検出条件と内容の説明図。
【図４】本発明の実施例に係わるもので、位置合わせマーク検出結果を示す信号波形図。
【図５】本発明の実施例に係わるもので、主要な要件である位置合わせマーク検出条件の最適化を示すフロー。
【図６】本発明の実施例に係わるもので、主要な要素であるショットピッチＳＰの最適値を求めるフロー。
【図７】本発明の実施例に係わるもので、主要な要素であるラインピッチＬＰの最適値を求めるフロー。
【図８】本発明の実施例に係わるもので、主要な要素であるスキャン本数ＳＮの最適値を求めるフロー。
【図９】従来例に係わる電子線描画装置。
【符号の説明】
１…電子源、２…矩形成形絞り、３…成形偏向器、４…成形レンズ、５…ブランカ、６…可変成形絞り、７…縮小レンズ、８…位置決め偏向器、９…電子線、１０…対物レンズ、１１…位置合わせマーク検出用反射電子検出器、１２…ウェハ、１３…試料台、１４…試料台位置決め機構、１５…成形偏向制御回路、１６…位置決め偏向制御回路、１７…位置合わせマーク検出回路、１８…試料台位置制御回路、１９…合わせ位置合わせマーク、２０…試料台位置測長回路、２１…位置合わせマーク検出条件制御ユニット、２２…制御計算機、２３…反射電子、３０…下地パターン、３１…チップ、５０〜８８…位置合わせマーク検出条件の最適化を説明するアルゴリズムフロー、６０〜６８…ショットピッチの最適値を求めるフロー、７０〜７８…ラインピッチの最適値を求めるフロー、８０〜８８…スキャン本数の最適値を求めるフロー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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