JP2002175979A - 位置合わせシステムにおいて粒子投影平版印刷システムに使用する装置（パターンのロックシステム） - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｚ−座標軸、即ち光軸に沿った位置に左右
されるビーム特性の計測と調節をできるようにするパタ
ーンの位置合わせ方法を提供する。 【解決手段】粒子投影平版印刷システムでは、位置合わ
せシステムは、粒子ビームの放射線で照射すると二次放
射線を発生するようになっている複数の位置合わせマー
ク１７ａ、１７ｂを備えた装置によって、幅広の粒子ビ
ームでマスクに形成されると共にターゲット上に作像さ
れる構造パターンの光学画像の位置及び形状を計測する
位置合わせパラメータを決定するために使用される。光
軸に沿った位置合わせパラメータが変化できるようにす
るために、位置合わせマーク１７ａ、１７ｂは、上記光
学画像を発生するビーム部分のための位置合わせシステ
ムの開口３１の外側に位置決めされると共に、上記光学
画像がターゲット上に投影されている間にマスク上に設
けられた基準ビーム形成構造を通して投影される粒子基
準ビームと一致する位置に配置されていて、また各々の
基準ビームの方向に沿って見てターゲットの上方に少な
くとも二つの異なったレベルで位置が定められている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、粒子投影の平版印
刷法において画像の位置合わせをする技術に関する。特
に、本発明は、幅広の粒子ビームによってマスクに形成
され且つターゲット上に作像される構造のパターンの光
学画像の位置と形状とを計測するようになっている位置
合わせシステムにおいて粒子投影平版印刷システムに使
用する装置に関し、そこで、本装置は、上記粒子ビーム
の放射線による照射時に二次放射線を発生するようにな
っており且つ上記光学画像を発生するビーム部分を通す
開口が設けられている複数の位置合わせマークを有して
いる。

【０００２】

【従来の技術】粒子投影システムにおいてウェーハ回路
基板等のターゲット上に作像された構造パターンを位置
合わせする方法と装置は、公知であり、また米国特許第
４，９６７，０８８号と米国特許第４，８２３，０１１
号とに詳細に説明されている。これらの二つの米国特許
文献の全内容は、ここに参考に組み込まれている。

【０００３】半導体装置を製造するために必要とされる
色々なプロセスの内で、平版印刷が非常に重要である。
簡単に説明すると、平版印刷作業は、イオン放射線等の
放射線に感応するフォトレジスト又は単に『レジスト』
と呼ばれている薄層の材料である、例えばシリコンウェ
ーハ等の回路基板を被覆することで始まる。平版印刷の
露光装置は、マスク上に収められるパターン又はレチク
ルの画像をレジストで被覆されたウェーハ上に投影す
る。ウェーハは、マスクの同じパターンがウェーハ上に
何回かに分けて露光される一連の露光位置に渡って逐次
段階的に加工されるが、各露光位置は、ウェーハが全て
の加工処理後に分けられる幾つかのチップの一つ一つに
対応している。現像することで、ウェーハ表面上に所望
の画像を描写しているレジストパターンを残す。ウェー
ハは、次にエッチング、酸化処理、イオン注入、拡散及
び析出等の多くの可能な加工処理の内のいずれかを受け
ることになる。

【０００４】所望の回路設計に合わせるためにウェーハ
にパターンを形成する工程では、単一のチツプ位置に幾
つかの相補的なマスクパターンを作像することがしばし
ば必要とされている。或る所定回路の特徴を精確に生じ
させるために、色々なマスクパターンが注意深く重ねら
れなければならず、また画像をウェーハ位置と照合する
ことが必要である。そのような重ね作業の品質要求は、
回路特性がマイクロエレクトロニックの分野の時勢に応
じてどんどんと小さくなり続けるに従って年々厳しさを
増している。

【０００５】米国特許第４，９６７，０８８号と米国特
許第４，８２３，０１１号に開示されている位置合わせ
システムは、露光時間の前やその最中に画像フィールド
の位置と大きさのリアルタイムの計測と調節とを行って
いる。位置合わせは、例えばウェーハ面での画像のＸ及
びＹの並進移動と、回転角度θと、各々横スケールに対
する倍率Ｍ_X ，Ｍ_Y と、更に不等辺四辺形状の歪み△
_X ，△_Y について行われる。露光中には、これらパラ
メータの変化は、電圧の変動（倍率Ｍに影響）によっ
て、又は横方向Ｘ、Ｙ及びＺ−方向の両方向において投
影システムに対するターゲット場所の若干の動きによっ
て起き得るもので、後者のＺ−方向での変動は、更に倍
率Ｍにおける変化も引き起こす。これら全てのパラメー
タは、照射方向に見て、ターゲットの正面に位置決めさ
れた、例えば基準プレート上に設けられた一組の位置合
わせマークから計測されるようになっている。光学画像
は、基準プレートに設けられた開口を通して投影され、
他方位置合わせマークは、開口の周りにおいて基準プレ
ート上で位置決めされると共に、マスクにおいて形成さ
れて、またターゲット上に形成される構造パターンの光
学画像に使用されるパターンビームと共に基準プレート
の面上に作像される各々の基準ビームによって照射され
る。

【０００６】特に、イオンが照射粒子として使用される
ときには、焦点深さは非常に大きくなり、その結果、タ
ーゲット面に焦点が結ばれる基準ビームは、たとえター
ゲット面が或る距離だけターゲットからずれていても、
この距離が焦点深さよりも小さいかぎり、依然として基
準プレートの面に十分に焦点を結ぶものであり、ターゲ
ットと位置合わせシステムとの間にビームシャッター等
の手段を設けられるようにしている。更に、回路基板と
位置合わせシステムとを空間的に分離することは、回路
基板から飛び散った物質によって位置合わせ検出器が汚
れるのを防ぐ上で有益である。しかし、もしターゲット
からの基準面の距離が無視し得ないものであれば、ター
ゲット上の画像の寸法と形状とは、ビームの異なった部
分が基準面を横切る角度にも左右される。もし、電圧変
動やターゲットのＺ方向シフトが起きれば、それで単に
倍率修正を行うだけでは十分ではない。このことは公知
の位置合わせシステムで起きていることである。公知の
位置合わせシステムは、基準ビームが基準プレート上に
衝突する角度を計測しておらず、従ってビームがターゲ
ット面上に衝突している角度を合わせられない。結果的
に、電圧変動したり、ターゲットシフトや傾動が起きれ
ば、修正された画像と所望の形状との間に不整合が起き
ることになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、Ｚ−座標
軸、即ち光軸に沿った位置に左右されるビーム特性の計
測と調節をできるようにするパターンの位置合わせ方法
を提供することを目的としている。特に、本発明は、ビ
ームが位置合わせシステムを横切る方向の計測と調節と
を目指している。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的は、本発明に従
って、本装置が、 − 上記画像を発生するビーム部分のための上記開口の
外側に配置されていて、 − 上記光学画像がターゲット上に投影されている間
に、マスク上に与えられる基準ビーム形成構造を通して
投影される粒子基準ビームと一致する位置に配置されて
いて、また − 各々の基準ビームの方向に沿って見て、ターゲット
上方で少なくとも二つの異なったレベルに位置が定めら
れている複数の位置合わせマークを有している最初に掲
げたような装置によってかなえられる。

【０００９】異なったＺレベルに位置合わせマークを設
けることで、あり得る消滅しないビーム着地角度や、又
は他のビーム着地パラメータを考慮した位置合わせがで
きるように成る。本発明のお陰で、横の尺度や倍率等の
位置合わせパラメータが各レベルに対して決定されると
共に、例えば予め設定された公称値に調節される。

【００１０】レベル間の比較的大きな距離によって、本
発明は、光軸に沿ったＺ位置を変えるときに生じるよう
な位置合わせパラメータの小さな差でも検出できる。か
くして、本発明は、画像の位置及び形状の制御を失敗す
ること無しに位置合わせ面をターゲット面から隔離する
可能性を与えてくれるものであり、かくして、ターゲッ
ト上に投影されたビームの共心性や離れた心合わせに対
して光学系に提示された必要条件を緩和する助けをす
る。

【００１１】この状況では、ターゲットと位置合わせ面
とがかなり隔離されていても、ビームの焦点領域がそれ
らを範囲に入れるように、もし本システムが大きな焦点
深さ（ＤＯＦ）を有していれば適用である。このために
は、粒子がイオンとなっているイオン投影平板印刷シス
テムが特に役に立つ。

【００１２】好ましくは、投影システムの必要条件に従
って位置合わせマークの予め設定された個所を確実に維
持するために、位置合わせマークは、画像発生のビーム
部分のための開口の外側に配置された位置決め手段上に
位置が定められると共に、マスクに向けられた位置決め
手段の側面上に位置決めされる。好ましくは、位置合わ
せマークは、小板の表面上に形成されるもので、該小板
は、接着によって位置決め手段上に固定される。更に、
小板は、例えば溝等のシリコン小板の周面に対して異な
った高さの構造体として位置合わせマークが形成されて
いるシリコン小板とすることができる。

【００１３】好適な実施例は、ターゲットに対して所定
位置に位置決めされるようになっていて、また上記光学
画像を発生するビーム部分に寸法が相応した開口が設け
られると共に上記開口の外側に配置された位置合わせマ
ークが設けられた基準プレートから構成されている。ふ
さわしくは、基準プレートはゼロデュアのプレートとす
ることができる。

【００１４】位置合わせ機構のコンパクトな構成を得る
ために、本発明に係る装置には、更に、位置合わせマー
クから放出される二次電子流を計測するようになってい
る電極が設けられた各位置合わせマーク用に検出器手段
が用意されている。この場合、電極は対応した位置合わ
せマークに対して非対称に形成され、また二次電子を大
量に発生させるために位置合わせマークと周囲の構成要
素の電位に対して陽電気の電位に保持される。

【００１５】好ましくは、八つの位置合わせマークは、
第１レベルに位置決めされており、また四つの位置合わ
せマークは第２レベルに位置決めされている。

【００１６】粒子放射線、特にイオン放射線を使用する
ことで、個々の位置合わせ面間の重要な距離を数ミリメ
ータ、例えば５ｍｍまでにすることができる。ターゲッ
ト面上への投影に対して本発明によって得られる位置合
わせパラメータの信頼性を高めるために、二つの異なっ
たレベルの間の距離をターゲット面によって限定された
面からの位置合わせマークの距離の大きさに適切に選択
することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照して本発明をよ
り詳細に説明する。

【００１８】次のような説明をするために、デカルト座
標系が、光軸によって与えられる方向を意味しているＺ
と、他の二つの次元、即ちＺ−軸に直交した面を意味し
ているＸ、Ｙと共に使用される。

【００１９】図１の長手断面図を参照すると、イオン投
影の平版印刷機械１００の好適な実施例が示されてい
る。主要な構成要素は、順番に、イオン源１１２と、照
明システム１１３と、ステンシルのマスク１を有したマ
スク組立体１１４と、光学コラム３０１と、スキャナー
ブロックと基準プレートとを有したパターンロックシス
テム３０２と、ターゲットステージ４００となってい
る。供給部１１１から取り出されたイオン、この好適な
実施例ではＨ₂+又はＨｅ+ イオンは、イオン源１１２か
ら発生され、マスク上に幅広のイオンビーム１３０を投
影する照明システムを通過していくが、ビーム１３０
は、ほぼ光軸に平行になっている。

【００２０】ビームはマスク１を通過して行ってイオン
光学コラム３０１に入る。ビームは、それが減速されて
ほぼ光軸に平行され、またウェーハチャック４０２によ
ってターゲットステージ４００に取り付けられた回路基
板４０１上にマスク構造の画像を形成する前に、収斂し
てクロスオーバか、又はイオン源の画像を形成するよう
にイオン光学コラム３０１の第１電極によって加速され
る。イオン光学コラム３０１内部でのイオンビームのク
ロスオーバの背後には、適当な双極子電界を加えること
でビーム位置をＸ、Ｙ面で変更する二つの連続した多極
子から好ましくは構成されているパターンロック光学組
立体３が設けられている。大きさは等しいが符号が反対
の双極子電界を二つの多極子に加えることで、ビームは
その元の経路に平行になっていたのがその元の経路から
片寄らされることもある。これら片寄りの大きさは、位
置合わせビームから発生された信号に応答してパターン
ロック装置３０２によって制御されるが、例えば±５μ
ｍにも大きくできる。多極子は、いずれかの偶数倍の電
界を発生するのに使用される（例えば、双極子、４極
子、８極子等）。好適な実施例の実行に際しては、より
高いオーダの電界が、システムの歪みに対して修正を行
うために予め設定され、他方で片寄り用の双極子の電界
は重畳される。パターンロック光学組立体３は、更にパ
ターンロック装置３０２によって操縦される一つ以上の
ソレノイドを有している。ソレノイドを通るいずれの電
流も、ビーム、例えばイオン光学画像が光軸回りで回転
されるようにローレンツ（Ｌｏｒｅｎｔｚ）力をイオン
に発揮する磁界を発生する。

【００２１】ウェーハ４０１は、それが一つの位置から
もう一つ別の位置へ段階移動されるようにＸ、Ｙ及びＺ
の方向に対して正確な移動ができるようにするステージ
４００に搭載されており、また画像パターンの複製が、
ウェーハ上の異なった位置に形成される。更に、光軸に
沿ったウェーハの位置は、調節されることになる。

【００２２】ビームがウェーハに当る直前には、位置合
わせビームの検出器と検出器システムとから構成された
パターンロック構造３０２が配置されており、該パター
ンロック構造３０２は、ウェーハ上に形成された画像の
位置を監視し且つ光学エレメントの修正作用を不整合が
検出される範囲まで誘導する信号を発生するために使用
されている。

【００２３】図２は、最新のパターンロックシステムの
構成要素を示している。更に詳細には、読者は米国特許
第４，９６７，０８８号を参照される。マスク１は、イ
オン源１１２（図１）から到来する幅広のビームの光学
経路に配置されている。マスク１には、イオン投影シス
テムによって回路基板４０１（図１）上に作像されるこ
とになるマスクパターンフィールド上の構造３２が設け
られている。マスク構造３２の画像は、該マスク構造３
２の画像と例えば、回路基板上に事前に存在していた画
像との所定形状と相対位置とが得られて、露光中には一
定のままになっているように回路基板上に形成されるこ
とになる。マスク１には、位置合わせビーム３３を発生
する基準ビーム形成構造としての働きをする位置合わせ
開口１１が設けられており、また開口１１の画像は、位
置合わせマーク１６が設けられている基準プレート２上
に形成されている。位置合わせマーク１６は、例えば、
基準プレート２の別状態の平坦面に形成された溝として
実現されている。基準プレート２上のマスク１の開口１
１の画像は、各々の対応したマーク１６と一致するよう
に調節される。

【００２４】例えば８極子等の一つ又は二つの静電多極
子から構成されているパターンロック光学手段３と、例
えば一つ又は二つのソレノイド等の軸方向磁界を確立す
る手段とは、マスク１と基準プレート２との間の光学経
路に配設されている。図示の実施例では、基準プレート
２はウェーハに平行になっている。基準プレート２は、
ウェーハ上に形成されることになるマスクパターンフィ
ールドの構造３２の画像に寸法がほぼ相当した開口３１
を有している。基準プレート２上のマーク１６は、ウェ
ーハ上に画像を形成するパターンビーム３６のための光
学経路の外側に配置されている。

【００２５】象徴的にじょうろ状検出器７として図２に
示されている検出器は、基準プレート２近くに設けられ
ており、基準プレートから放射される二次電子を検出す
る。検出器の構成と機能を以下により詳細に説明する。
二次電子は、位置合わせビーム３３が基準プレート２に
当たっている位置合わせビームによるものである。片寄
りプレート４４によって、位置合わせビーム３３は基準
プレート２上の位置合わせマーク１６を横切って曲げら
れる。検出器７によって検出される二次放射線の量は、
位置合わせビーム３３が位置合わせマーク１６に当り始
めると劇的に変化し、かくして、制御装置（図示されて
いない）に供給されるようになっている検出器７からの
信号は、パターンロック光学組立体３を制御するために
使用される。パターンロック光学組立体３は、位置合わ
せの必要条件に応じてイオンビームを調節するためにイ
オン−光学修正エレメントとしての働きをする。イオン
ビームの制御によって、マスク１上のマーク１１の画像
は、基準プレート２上の各々の対応したマーク１６と一
致させられる。基準プレート２上の位置合わせマーク１
６を横切ってマスク１上のマーク１１の画像を曲げてい
る間、検出器７の信号から、基準プレート２上の位置合
わせマーク１６に対する位置合わせビーム３３の平均位
置が提供され、また対応した修正信号が、パターンロッ
ク光学組立体３と米国特許第４，９６７，０８８号に詳
細に説明されているような電極の電圧供給部とに与えら
れることになる。

【００２６】検出器は、市場で入手可能な電子増幅器チ
ャンネルから構成され、該電子増幅器チャンネルは、米
国特許第４，９６７，０８８号に説明されているように
続いた電子回路によって、到来する電子の割合に応じて
出力電圧を発生するものである。好ましくは、コンパク
トな検出器の構成を達成するために、検出器は、以下に
詳細に説明されているように連続した電流計測モードで
作動する二次電子流検出器として実現されている。

【００２７】図３は、本発明に係るパターンロック装置
３０２の一つの可能な構成を示している。そのパターン
ロック装置は、基準フレーム構造４０とスキャナーブロ
ック４８とから構成されている。図３に示されている変
形例では、基準フレーム構造４０は、静電式イオン−光
学コラム３０１の最後の電極３１１に搭載されており、
またスキャナーブロック４８は、検出器４７と基準ビー
ム３３用の片寄せプレート４４とから構成されており、
フレーム構造４０の主プレート４１上に固定されてい
る。

【００２８】パターンビーム３６は、ウェーハチャック
４０２によってターゲットステージ４００上に搭載され
た、例えばシリコンウェーハ４０１等のターゲット上へ
光学コラム３０１を通して投影される。ターゲットステ
ージ４００とパターンロック装置３０２との相対位置
は、ウェーハチャック４０２とパターンロックフレーム
４０とに各々搭載されたミラー３４０、３４１によって
干渉観測的に計測される。機械式シャッター４９は、基
準プレート４３とターゲット４０１を備えたターゲット
ステージ４００との間で位置決め可能となっており、露
光間隔間においてターゲットをイオンビーム３６への露
光から遮断するようになっている。

【００２９】米国特許第４，９６７，０８８号に更に詳
細に説明されているように、片寄せプレート４４は、基
準プレート４３上に設けられた位置合わせマーク１７
ａ、１７ｂを横切って基準ビーム３３（以下にも、時々
『ビームレット』と称されている）を走査するのに使用
される。マーク上に当たるビームレットから二次放射線
として発生される電子は、検出器４７によって検出され
る。検出器は全てのターゲットマークに対して用意され
ていると理解すべきである。検出器からの信号は、ウェ
ーハ４０１上のパターンビーム３６によって投影された
画像のＸ、Ｙにおける位置と向き、Ｚにおける位置及び
形状を決定するのに使用される。信号に応答して、修正
電界が光学エレメント３によって、また一つ以上のレン
ズ電極１１３に加えられる。

【００３０】図１のもののような平版印刷機械の光学系
では、ビーム３６は、光軸に対して或る角度で、所謂
『ビーム着地角度』でターゲット面に当っている。図示
の実施例では、ビーム３６の入射方向は、ターゲット面
に公称上直交している、即ち、ビーム着地角度は、実質
的に０度となっており、他の実施例では、それは、光学
系の設計に応じて更に別に選択されるものである。即
ち、ビームは、ターゲットで実質的に収斂状態になる
か、又は拡散状態になることができる。光学系の残留し
ている作像上の欠陥によって、理想角度から小さなずれ
βが存在しており、そのずれは、イオン投影システムの
一般的な場合には数ｍｒａｄ（ミリラジアン）のオーダ
となっている。図４は、ビーム着地角度βが、光軸でゼ
ロとなっていると、光軸からの距離によってどの程度左
右されるのかと言う一般的な場合を線図で示しており、
その場合、それは、光軸からの或る距離において、例え
ばマイナスの値（即ち、収斂する）から、例えば数ｍｒ
ａｄの最大（絶対の）値までを取ることができ、次に、
例えばゼロを通って再度増大し、外部半径でプラス（即
ち、拡散する）になる。

【００３１】公称角度からずれているビーム着地角度
は、システムの不整合、即ち、ターゲット面からの位置
合わせ計測面を表している基準プレートの距離によって
ターゲット上で画像の不整合を来すことは明らかであ
る。このことは、ターゲット４０１上の所望位置にパタ
ーン画像を発生する『理想的な』光学パラメータに対応
して、公称の形態３３、３６からずれたイオンビームの
形態３３’、３６’の例について図４に示されている。
位置合わせの原理に忠実に、基準ビーム３３’は、対応
した位置合わせマークに対して理想的でない光学パラメ
ータでもってその位置にロックされ、かくして、パター
ンビーム３６’は、シフトされたり又は歪められた画像
を発生することになろう。この不整合は、位置合わせ面
内における基準ビーム３３の不整合によるものではな
く、むしろ、それは、その公称値からの着地角度βのず
れによって惹起される。本発明に依れば、図４に示され
ているもののような不整合の作用を除外するために、異
なった位置合わせ面を用意することで角度β等のＺ−依
存の位置合わせパラメータの決定を可能にする。図４に
は、更にターゲット面Ｚｔと、位置合わせマーク１７が
本発明に従って位置決めされている二つの位置合わせ面
Ｚａ、Ｚｂとが示されている。

【００３２】基準ビーム３３を含めてイオンビーム３６
の方向βは、一般に、次のような等式によって位置の関
数Ｘ、Ｙにより説明される。 β＝ａ₁Ｘ＋ａ₂Ｙ＋ａ₁₁Ｘ²＋ａ₁₂ＸＹ＋ａ₂₂Ｙ² ＋・
・・・ 本発明は、例えば、光学コラム３０１の電極の静電位と
パターンロック光学手段３との適切な調節によって一定
に保たれる少なくとも第１オーダの係数ａ₁ 、ａ₂ の決
定ができるようにしている。

【００３３】ターゲットからの基準プレートの距離は、
焦点深さに相当した最大値に制限される。他方、イオン
−ビームシステムに関しては、開口数は、焦点深さ（Ｄ
ＯＦ）を非常に大きくする１０^-5のオーダに非常に小さ
く保持され、図１に係る一実施例では、例えばヘリウム
イオンに対しては、ＤＯＦは約５ｍｍとなっている。従
って、基準プレート４３をターゲット４０１から、例え
ばシャッター４９をターゲットの直前に設けられるよう
にする数ｍｍの距離に区切ることができる。しかし、こ
の区切りに関しては、ビーム着地角度ずれによる不整合
の危険が存在している。

【００３４】図３に示されている実施例では、基準フレ
ーム構造４０は、主プレート４１と中間プレート４２と
基準プレート４３とから構成されている。プレート４
１、４２と、基準プレート４３の本体とは、ゼロデュア
のブランクから別々に造られ、次いで組立られる。更
に、図５を参照すると、本発明に係る基準プレート４３
が光軸に沿って計測されるように、異なったＺ−面に、
即ちターゲット面の上方の異なったレベルに設置された
位置合わせマーク１７ａ、１７ｂを備えている。位置合
わせマークは、基準プレート４３を形成しているゼロデ
ュアのプレートに局部的に接着されたシリコン小板上に
溝として形成されている。シリコン小板の放射線損傷を
回避するために、保護層が上面上に加えられる。一実施
例では、基準マーク上に７５ｋｅＶのエネルギで衝突す
るＨｅ+ イオンに対して、シリコン小板は、５００ｎｍ
のプラチナによって被覆される。

【００３５】図５から理解されるように、各々が位置合
わせマーク７１７ａを備えた八つの小板は、第１レベル
に配置され、他方マーク１７ｂを備えた四つの小板は、
マスクに余り近くない第２レベルでプレート上に配置さ
れている。図５、特に図５ａにおいて特定されている線
Ａ−Ａに沿った長手断面を表している図５ｂは、検出器
４７ａ、４７ｂを配置することができるスキャナーブロ
ック４８の基準ビームチャンネル７０の端部も概略示し
ている。

【００３６】図５から更に理解されるように、八つのマ
ーク１７ａは、二重の十字状に向けられている。米国特
許第４，９６７，０８８号に既に詳細に説明されている
ように、これら八つのマークは、例えばＸとＹの位置
や、回転θや、尺度Ｍ_X 、Ｍ_Yや、不等辺四辺形の歪み
△_X、△_Y 等のターゲット上のパターン画像の位置と尺
度に関するパラメータの決定ができるようにしている。
しかし、これらのパラメータは、単一面に、即ちウェー
ハ面に平行なＸとＹの方向に制限されている。四つの付
加マーク１７ｂによって、もう一つ別の組のパラメータ
が、例えば、位置Ｘ’、Ｙ’及び尺度Ｍ'_X、Ｍ'_Y等のウ
ェーハ面に平行な異なった面を表しているパラメータが
計測されるが、その場合プライム符号は、これらの量が
異なったＺ面に関係していると言う事実を意味してい
る。イオンビームシステムに関しては、二つの面が、例
えば５ｍｍ等の数ミリメートルだけ間隔が取られてい
る。二つのＺ面における対応した量を一定に保つこと
は、更にビーム着地パラメータも第１のオーダに対して
一定に保つことになり、従ってターゲット面において安
定した画像を得ることができる。一実施例では、検出さ
れた倍率Ｍ、Ｍ’は、二つの異なった電極の電圧を制御
するのに使用され、ＭとＭ_X又はＭ_Y との間の差と、Ｍ'
とＭ'_X 又はＭ'_Y との間の差とは、パターンロック装
置３の多極子によって供給される四極子の電界を制御
し、不等辺四辺形の歪みは、マスクの照明器具内に設け
られた多極子に送られてマスクにおけるビームの方向を
変え、また回転θは、パターンロック装置３のソレノイ
ドを通る電流を制御する。

【００３７】付加マーク１７ｂは、マーク１７ａの個所
の間のＸ、Ｙの個所に配置されている。第２のＺ面にお
けるマーク１７ｂの配列は、第１面におけるマーク１７
ａの又はこれらマークのサブセットの配列には似ていな
い。対応した配列における異なった面にマークを配列す
ることは原則的に可能で、位置合わせパラメータの直接
比較を簡単にできて、かくして検出されるが、このこと
は、最初から空間が限定されているためにしばしば不可
能となる。むしろ、図示の実施例では、付加マーク１７
ｂは、パターンビーム３６の光学経路のための開口３１
の周りに正方形状配列に配置される。マーク１７ｂは、
二対の対向したマークでビーム画像のＸ及びＹの尺度を
計測できるようにするために、図５に示されているよう
に各々の半径に直交した向きに向けられている。

【００３８】このような幾何学的構成によって、マーク
１７ｂは各々の検出器の軸線と平行になっていない。も
し、電子倍増管検出器（又はチャンネルトロン）の公知
の検出器技術がこれらのマーク１７ｂと共に使用されれ
ば、検出された信号は非対称となる。だから、基準ビー
ムが位置合わせマークを表している溝に渡って走査され
ると、電子倍増管内に放出される二次電子の量が二つの
側面に対して異なることになる。しかし、非対称信号を
処理するのは難しく、位置合わせパラメータの決定を複
雑にする。更に、制限された空間によって、特に位置合
わせマークの数が増えている場合には、電子倍増管技術
は、それらのデリケートでスペースを取る構造によって
問題が大きくなり、だからと言って小形化するとかなり
コスト高になろう。さらには、チャンネルトロンや電子
倍増管検出器は、高い電圧供給を必要とし、かなりの電
力消費を負担することになる。

【００３９】本発明の更に別の形態では、位置合わせシ
ステムの検出器は、図５に示されているように各々の位
置合わせマークに渡って走査される基準ビームの衝撃か
ら発生される二次電子の連続した流れを計測するように
なっている。この解決法は、一連の事象として粒子を個
別に計測する代わりに電流を連続的に計測するように替
えている。

【００４０】図５から理解されるように、各位置合わせ
マーク１７ａ、１７ｂに対して二次放射電流検出器とし
ての働きをする検出器電極４７ａ、４７ｂが設けられて
いる。電極４７ａ、４７ｂは、対応した位置合わせマー
ク１７ａ，１７ｂに対して上と横において位置決めされ
ている。位置合わせマークから二次放射線として放射さ
れる電子の発生量を高めるために、周囲の構成要素の接
地電位と、基準マークが存在している小板の電位とに対
してプラスの電位に保持される。検出器電極に対する電
位差は、かくして、位置合わせマークから放射される二
次電子のための案内電界を形成する働きをする。実験で
は、例えば３０Ｖ又は４０Ｖ等の数十Ｖの検出器電極電
位Ｕ_D （図６）は、放射された電子の９８％よりも多い
高い発生量を得る上で十分であることが示された。

【００４１】電極検出器の更に別の重要な特徴は、電極
の形状及び位置である。形状及び位置は、流入して来る
基準ビームのビーム軸線に対する対称状態から十分に離
れていなければ成らないことが判った。だから、もし、
電極が、例えば基準ビームの経路の周りのリング状電極
として対称に形成されていれば、放射された電子の軌跡
も対称になり、またこれら軌跡のかなりの部分が、検出
器電極を打つ代わりに放射電極（即ち、位置合わせマー
ク小板）に戻って行くことになる。例えば、図４に示さ
れているように、検出器電極の非対称形状を選択するこ
とで、小板へ戻り移行する電子の部分は、２％未満の量
まで（９８％より多い上記発生量に対応して）削減され
る。

【００４２】電極の電位及び形状を適切に選択しても、
電極検出器によって検出される二次放射線の電流は小さ
いままで、即ちｐＡの範囲に留まっており、また更なる
処理の前に増幅される必要がある。図６に示されている
ような電位計増幅器は、小さな入力電流をｍＶ範囲の電
圧Ｕ_out へと変換するために本発明と共に使用されるも
のである。

【００４３】勿論、検出器電極４７に接続された入力線
は、迷い出た電界からのノイズを回避するために短くさ
れるべきである。増幅器回路は、例えば１００ＧΩの範
囲で非常に低いノイズにするために抵抗が非常に高くな
っているフィードバック抵抗Ｒ1 を有した、例えばバー
−ブラウン（Ｂｕｒｒ−Ｂｒｏｗｎ）のＯＰＡ１２９等
のオペアンプＡから成る在来の電位計回路をベースにし
ている。増幅器回路の入力キャパシタンスを補償し、回
路の瞬敏性を高めるためにＲＣグループＲｋＣｋから構
成された補償器エレメントが設けられている。補償装置
の抵抗器Ｒｋは、例えばｋΩの範囲であって、また補償
装置のコンデンサーＣｋは、ｐＦの範囲となっている。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本システムの光軸に沿った長手断面図にお
いて、本発明を実現するのに適したイオン−ビーム平版
印刷装置を示している。

【図２】 位置合わせシステムの原理を示している。

【図３】 長手断面において本発明に係る位置合わせ
システムを示している。

【図４】 光軸からの半径方向距離に対するビーム着
地角度の依存性を示している。

【図５】 図５ａは、図３の基準プレートの詳細と、
更に検出器の構成を示した頂面図であり、図５ｂは長手
断面図である。

【図６】 図５の電極検出器の増幅器回路を示してい
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゲルハルト ステングル オーストリア、アー−9241 ベルンベル ク、アウスジヒツベーク 20 (72)発明者 ハンス レシュナー オーストリア、 アー−1190 ウイーン、 フェーガガッセ ６ (72)発明者 ロベルト ノバーク オーストリア、 アー−1020 ウイーン、 ルエップガッセ 29Ａ (72)発明者 シュテファン エーダー オーストリア、 アー−1190 ウイーン、 フロトウガッセ 23／４／10 Ｆターム(参考） 2F067 AA01 AA15 CC16 HH08 JJ05 KK04 LL00 5F056 AA22 AA29 BA08 BB01 BD03 BD06 BD09 CC07 EA08 FA05 FA06

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 幅広の粒子ビームによってマスクに形成
   され且つターゲット上に作像される構造のパターンの光
   学画像の位置と形状とを計測するようになっている位置
   合わせシステムにおいて粒子投影平版印刷システムに使
   用する装置であって、本装置は、上記粒子ビームの放射
   線による照射時に二次放射線を発生するようになってい
   て且つ上記光学画像を発生するビーム部分のための開口
   が設けられている複数の位置合わせマークを有してお
   り、該位置合わせマークは、 − 上記画像を発生するビーム部分のための上記開口の
   外側に配置されていて、 − 上記光学画像がターゲット上に投影されている間
   に、マスク上に与えられる基準ビーム形成構造を通して
   投影される粒子基準ビームと一致する位置に配置されて
   いて、また − 各々の基準ビームの方向に沿って見て、ターゲット
   上方で少なくとも二つの異なったレベルに位置が定めら
   れていることを特徴としている位置合わせシステムにお
   いて粒子投影平版印刷システムに使用する装置。
2. 【請求項２】 粒子がイオンとなっているイオン投影平
   版印刷システムに使用するようになっている請求項１記
   載の装置。
3. 【請求項３】 位置合わせマークは、画像発生するビー
   ム部分のための開口の外側に配置された位置決め手段上
   に位置が定められており、またマスクに向けられた位置
   決め手段の側面上に位置決めされている請求項１記載の
   装置。
4. 【請求項４】 位置合わせマークは、小板の表面上に形
   成されており、該小板は、接着によって位置決め手段上
   に固定されている請求項３記載の装置。
5. 【請求項５】 小板は、位置合わせマークが、シリコン
   小板の周囲面に対して異なった高さの構造物として形成
   されているシリコン小板となっている請求項４記載の装
   置。
6. 【請求項６】 ターゲットに対して所定位置に位置決め
   されるようになっていて、また上記光学画像を発生する
   ビーム部分に寸法が相応した開口が設けられると共に上
   記開口の外側に配置された位置合わせマークが設けられ
   た基準プレートから構成されている請求項１記載の装
   置。
7. 【請求項７】 基準プレートは、ゼロデュアのプレート
   となっている請求項６記載の装置。
8. 【請求項８】 更に、位置合わせマークから放射される
   二次電子流を計測するようになっている電極が設けられ
   た各位置合わせマークに対して検出器手段が設けられて
   いる請求項１記載の装置。
9. 【請求項９】 電極は、対応した位置合わせマークに対
   して非対称に形成されると共に、位置合わせマークと周
   囲の構成要素の電位に対して陽電気の電位に保持されて
   いる請求項５記載の装置。
10. 【請求項１０】 八つの位置合わせマークは、第１レベ
    ルに位置決めされており、また四つの位置合わせマーク
    は、第２レベルに位置決めされている請求項１記載の装
    置。
11. 【請求項１１】 二つの異なったレベル間の距離は、タ
    ーゲット表面によって限定された面からの位置合わせマ
    ークの距離のオーダとなっている請求項１記載の装置。