JP3009749B2 - 電子ビーム露光機を用いた半導体デバイスの形成方法及びデバイスの形成装置 - Google Patents
電子ビーム露光機を用いた半導体デバイスの形成方法及びデバイスの形成装置Info
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- JP3009749B2 JP3009749B2 JP3061546A JP6154691A JP3009749B2 JP 3009749 B2 JP3009749 B2 JP 3009749B2 JP 3061546 A JP3061546 A JP 3061546A JP 6154691 A JP6154691 A JP 6154691A JP 3009749 B2 JP3009749 B2 JP 3009749B2
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Description
【０００１】
【技術分野】本発明は半導体デバイスプロセスに係る。
具体的には、電子ビームリソグラフィを含む製作法及び
電子ビームリソグラフィ用の装置に係る。
具体的には、電子ビームリソグラフィを含む製作法及び
電子ビームリソグラフィ用の装置に係る。
【０００２】
【発明の背景】より高容量又はより速い動作の電子シス
テムに対する消費者の要求は、半導体産業に対し、一般
に現在のＩＣより高密度又はより速い動作をする集積回
路（ＩＣ）の開発をかり立ててきた。これらの進んだ設
計のＩＣは、典型的な場合 .５μｍより小さい限界パタ
ーン長、即ち従来の光リソグラフィが典型的な場合その
動作限界になる長さをもつ。光リソグラフィというの
は、電磁スペクトルの光領域にある化学線作用の放射を
用い、典型的な場合薄い感光性ポリマであるフォトレジ
ストをパターン形成するための一般的な技術をさす。そ
の目的はＩＣ製作中、化学的又は物理的作用に対して下
の材料を選択的に保護するマスク層を形成することがあ
る。一般に、半導体産業におけるリソグラフィは、集積
回路のプロセスにおいて、マスク層として使用できる薄
膜（ここではレジスト材料又は簡単にレジストとして知
られる）中にパターンを生成する技術である。各リソグ
ラフィ技術は典型的な場合、特徴のある化学線作用の放
射を用いる。
テムに対する消費者の要求は、半導体産業に対し、一般
に現在のＩＣより高密度又はより速い動作をする集積回
路（ＩＣ）の開発をかり立ててきた。これらの進んだ設
計のＩＣは、典型的な場合 .５μｍより小さい限界パタ
ーン長、即ち従来の光リソグラフィが典型的な場合その
動作限界になる長さをもつ。光リソグラフィというの
は、電磁スペクトルの光領域にある化学線作用の放射を
用い、典型的な場合薄い感光性ポリマであるフォトレジ
ストをパターン形成するための一般的な技術をさす。そ
の目的はＩＣ製作中、化学的又は物理的作用に対して下
の材料を選択的に保護するマスク層を形成することがあ
る。一般に、半導体産業におけるリソグラフィは、集積
回路のプロセスにおいて、マスク層として使用できる薄
膜（ここではレジスト材料又は簡単にレジストとして知
られる）中にパターンを生成する技術である。各リソグ
ラフィ技術は典型的な場合、特徴のある化学線作用の放
射を用いる。
【０００３】ＩＣ中で得られる最小パターン長は、典型
的な場合レジストを露光するのに用いられる化学線作用
の放射の波長に依存する。 .５μｍより小さなパターン
長を得るためには、（ .５μｍより小さなパターン長を
生成できるプロセスは、ここではサブ−ハーフミクロン
プロセスとよばれる）一般に従来の光リソグラフィに用
いられるより小さな波長をもつ化学線作用の放射の使用
をリソグラフィに要求する。その結果、適切な小さな特
性波長をもつ放射を用いた革新的な光技術及び他のリソ
グラフィ技術が、これらの集積回路を生成させるために
開発されつつある。生まれつつある技術の中には、とり
わけ電子ビーム（ｅ−ビーム）直接描画リソグラフィ、
イオンビームリソグラフィ、レーザを基礎とした遠紫外
リソグラフィ及びＸ線リソグラフィが含まれる。これら
の技術の中で、ｅ−ビームリソグラフィは恐らく最も円
熟しており、直接描画ｅ−ビームリソグラフィの生産性
が比較的低いため、それはまだ集積回路の大量生産用と
しては受け入れられていないが、すでに少量ＩＣ生産及
びＩＣプロトタイプの作成に用いられている。いくつか
の生まれつつあるリソグラフィ技術について議論するた
めには、ピー・バーグクラフ（P. Burggraaf）、セミコ
ンダクター・インターナショナル（Semiconductor Inte
rnational）、第１０巻、第２号、４８−５５頁、１９
８７を参照のこと。
的な場合レジストを露光するのに用いられる化学線作用
の放射の波長に依存する。 .５μｍより小さなパターン
長を得るためには、（ .５μｍより小さなパターン長を
生成できるプロセスは、ここではサブ−ハーフミクロン
プロセスとよばれる）一般に従来の光リソグラフィに用
いられるより小さな波長をもつ化学線作用の放射の使用
をリソグラフィに要求する。その結果、適切な小さな特
性波長をもつ放射を用いた革新的な光技術及び他のリソ
グラフィ技術が、これらの集積回路を生成させるために
開発されつつある。生まれつつある技術の中には、とり
わけ電子ビーム（ｅ−ビーム）直接描画リソグラフィ、
イオンビームリソグラフィ、レーザを基礎とした遠紫外
リソグラフィ及びＸ線リソグラフィが含まれる。これら
の技術の中で、ｅ−ビームリソグラフィは恐らく最も円
熟しており、直接描画ｅ−ビームリソグラフィの生産性
が比較的低いため、それはまだ集積回路の大量生産用と
しては受け入れられていないが、すでに少量ＩＣ生産及
びＩＣプロトタイプの作成に用いられている。いくつか
の生まれつつあるリソグラフィ技術について議論するた
めには、ピー・バーグクラフ（P. Burggraaf）、セミコ
ンダクター・インターナショナル（Semiconductor Inte
rnational）、第１０巻、第２号、４８−５５頁、１９
８７を参照のこと。
【０００４】電子ビームリソグラフィに用いられる装置
は、典型的な場合、電子ビーム（ｅ−ビーム）露光機と
よばれる。ｅ−ビーム露光機は、一般にウエハとして知
られる半導体基板上の典型的な場合ポリマレジスト薄膜
又は多層薄膜構造中に、パターンを形成するため、焦点
を合わせた電子ビームを供給する。典型的な場合、電子
ビームの照射に応答して、ポジレジスト中の重合鎖切断
又はネガレジスト中の重合鎖交差結合のような微細構造
の変化の結果、パターンが形成される。微細構造の変化
により生じたレジスト薄膜中のパターンは、電子ビーム
露光パターンに対応して、異なる溶融速度をもつ。ウエ
ハ上の不要な材料層を除去することにより、所望のパタ
ーンを加工し、レジストマスク層を形成するため、適切
な溶剤が用いられる。Ｅ−ビームリソグラフィは０. ５
μｍより小さいパターンサイズを生成させるために使用
できる。
は、典型的な場合、電子ビーム（ｅ−ビーム）露光機と
よばれる。ｅ−ビーム露光機は、一般にウエハとして知
られる半導体基板上の典型的な場合ポリマレジスト薄膜
又は多層薄膜構造中に、パターンを形成するため、焦点
を合わせた電子ビームを供給する。典型的な場合、電子
ビームの照射に応答して、ポジレジスト中の重合鎖切断
又はネガレジスト中の重合鎖交差結合のような微細構造
の変化の結果、パターンが形成される。微細構造の変化
により生じたレジスト薄膜中のパターンは、電子ビーム
露光パターンに対応して、異なる溶融速度をもつ。ウエ
ハ上の不要な材料層を除去することにより、所望のパタ
ーンを加工し、レジストマスク層を形成するため、適切
な溶剤が用いられる。Ｅ−ビームリソグラフィは０. ５
μｍより小さいパターンサイズを生成させるために使用
できる。
【０００５】進んだＩＣを製作することに含まれるサブ
−ハーフミクロンプロセスにおいて、ＩＣ構造の異なる
レベルの調整、即ち前のレベルに中心を合わせることは
厳密さを要する。ｅ−ビーム露光機のための従来の調整
プロセスでは、ウエハ上に作られた位置合わせマークの
像を作るために、ｅ−ビーム機を走査電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）として用いる。各レベルを同じ位置合わせマークの
基準とすることにより、レベルは相互に合わせられる。
不幸にもウエハ位置合わせマークの像を作るため、ＳＥ
Ｍモードでｅ−ビーム露光機を用いると、電子ビームが
表面上の非金属材料と相互作用するため、しばしばウエ
ハ表面に電気的に電荷をもたせる。表面が電荷をもつ
と、典型的な場合像が歪み、一般に位置合わせの誤差を生
じる。
−ハーフミクロンプロセスにおいて、ＩＣ構造の異なる
レベルの調整、即ち前のレベルに中心を合わせることは
厳密さを要する。ｅ−ビーム露光機のための従来の調整
プロセスでは、ウエハ上に作られた位置合わせマークの
像を作るために、ｅ−ビーム機を走査電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）として用いる。各レベルを同じ位置合わせマークの
基準とすることにより、レベルは相互に合わせられる。
不幸にもウエハ位置合わせマークの像を作るため、ＳＥ
Ｍモードでｅ−ビーム露光機を用いると、電子ビームが
表面上の非金属材料と相互作用するため、しばしばウエ
ハ表面に電気的に電荷をもたせる。表面が電荷をもつ
と、典型的な場合像が歪み、一般に位置合わせの誤差を生
じる。
【０００６】電荷をもつ効果は位置合わせすべきウエハ
の部分上に導電性最上部層を形成することにより、本質
的に低減できるか、除くことができる。この層はウエハ
表面から過剰の電荷を除くための導電路を形成すること
により、電荷がたまることを防止する。しかし、この導
電層が存在するのは典型的な場合一時的で、堆積させ後
にそれを除去するために、余分のプロセスを含む。電荷
がたまることはまた、露光機を二次電子放出比が１であ
る電子エネルギー（典型的な場合１乃至２ＫｅＶ）で動
作させることにより、本質的に低減される。しかし、こ
のプロセスではウエハが適切に位置合わせされ配置され
る前に、放射に対してレジストを露出させることがあり
得て、そのことはレジスト材料中の不要な微細構造の変
化を起こさせることがある。
の部分上に導電性最上部層を形成することにより、本質
的に低減できるか、除くことができる。この層はウエハ
表面から過剰の電荷を除くための導電路を形成すること
により、電荷がたまることを防止する。しかし、この導
電層が存在するのは典型的な場合一時的で、堆積させ後
にそれを除去するために、余分のプロセスを含む。電荷
がたまることはまた、露光機を二次電子放出比が１であ
る電子エネルギー（典型的な場合１乃至２ＫｅＶ）で動
作させることにより、本質的に低減される。しかし、こ
のプロセスではウエハが適切に位置合わせされ配置され
る前に、放射に対してレジストを露出させることがあり
得て、そのことはレジスト材料中の不要な微細構造の変
化を起こさせることがある。
【０００７】
【発明の概要】広い観点からは、本発明はサブ−ハーフ
ミクロンデバイス形状をもつデバイスを生成できる電子
−ビームリソグラフィを含む半導体デバイスを生成する
方法である。本発明は個別半導体デバイスの生成及び半
導体デバイスの多数を含む集積回路の生成に適用でき
る。
ミクロンデバイス形状をもつデバイスを生成できる電子
−ビームリソグラフィを含む半導体デバイスを生成する
方法である。本発明は個別半導体デバイスの生成及び半
導体デバイスの多数を含む集積回路の生成に適用でき
る。
【０００８】より具体的には、本発明の方法は半導体基
体の光学的な位置合わせを含むｅ−ビームリソグラフィ
を含み、それによって従来技術のｅ−ビームリソグラフ
ィに付随してしばしば起こる上で述べた電荷の問題を克
服できる。
体の光学的な位置合わせを含むｅ−ビームリソグラフィ
を含み、それによって従来技術のｅ−ビームリソグラフ
ィに付随してしばしば起こる上で述べた電荷の問題を克
服できる。
【０００９】更により具体的には、本発明の方法は半導
体基体にプロセス層（ここではレジスト層ともよばれ
る）を形成する工程、基体の主表面上に少くとも１つの
位置合わせマークを形成する工程、基体をｅ−ビーム露
光機中に導入する工程、ｅ−ビーム露光機に付随した電
子ビーム基準軸に対して、基体を位置合わせする工程、
プロセス層の選択された部分を電子ビームに露出する工
程及びデバイス完成のために１ないし複数の工程を行う
ことを含む。ｅ−ビーム露光機は位置合わせ手段を含
み、ｅ−ビーム基準軸に対する基体の位置合わせは、光
位置合わせ手段に付随した光放射のビームに対して基体
を位置合わせすることを含み、光ビームはｅ−ビーム基
準軸から予め決められた距離にある。ｅ−ビーム基準軸
に対する位置合わせは更に、基体を移動させ、光ビーム
に対して位置合わせし、ｅ−ビーム露光機の中で、ｅ−
ビームに対し露出するよう選択された基体の一部を、ｅ
−ビーム基準軸に対して位置合わせするようにする。具
体的には、基体の選択された部分は、位置合わせマーク
をｅ−ビーム基準軸に合わせるため、光学的に位置合わ
せした基体を、予め決められた方向に、予め決められた
距離だけ動かし、露出すべき基体の選択された部分は、
位置合わせマークから、既に知られた方向に、既に知ら
れた距離にあるから、基体の選択された部分を電子ビー
ム基準軸に対して位置合わせするため、次に基体を既に
知られた方向に、既に知られた距離だけ移動させること
により位置合わせできる。好ましい実施例において、光
ビームからｅ−ビーム基準軸までの予め決められた距離
及び方向は、基準ベクトルを規定し、位置合わせマーク
から基体の選択された部分までの既知の距離及び方向
は、位置合わせベクトルを規定する。基準及び位置合わ
せベクトルのベクトル的な和は、半導体基体を光ビーム
に対して位置合わせされたその位置から、基体の選択さ
れた部分をｅ−ビームに対して露出するための位置へ移
動させる方向及び距離を決める。
体基体にプロセス層（ここではレジスト層ともよばれ
る）を形成する工程、基体の主表面上に少くとも１つの
位置合わせマークを形成する工程、基体をｅ−ビーム露
光機中に導入する工程、ｅ−ビーム露光機に付随した電
子ビーム基準軸に対して、基体を位置合わせする工程、
プロセス層の選択された部分を電子ビームに露出する工
程及びデバイス完成のために１ないし複数の工程を行う
ことを含む。ｅ−ビーム露光機は位置合わせ手段を含
み、ｅ−ビーム基準軸に対する基体の位置合わせは、光
位置合わせ手段に付随した光放射のビームに対して基体
を位置合わせすることを含み、光ビームはｅ−ビーム基
準軸から予め決められた距離にある。ｅ−ビーム基準軸
に対する位置合わせは更に、基体を移動させ、光ビーム
に対して位置合わせし、ｅ−ビーム露光機の中で、ｅ−
ビームに対し露出するよう選択された基体の一部を、ｅ
−ビーム基準軸に対して位置合わせするようにする。具
体的には、基体の選択された部分は、位置合わせマーク
をｅ−ビーム基準軸に合わせるため、光学的に位置合わ
せした基体を、予め決められた方向に、予め決められた
距離だけ動かし、露出すべき基体の選択された部分は、
位置合わせマークから、既に知られた方向に、既に知ら
れた距離にあるから、基体の選択された部分を電子ビー
ム基準軸に対して位置合わせするため、次に基体を既に
知られた方向に、既に知られた距離だけ移動させること
により位置合わせできる。好ましい実施例において、光
ビームからｅ−ビーム基準軸までの予め決められた距離
及び方向は、基準ベクトルを規定し、位置合わせマーク
から基体の選択された部分までの既知の距離及び方向
は、位置合わせベクトルを規定する。基準及び位置合わ
せベクトルのベクトル的な和は、半導体基体を光ビーム
に対して位置合わせされたその位置から、基体の選択さ
れた部分をｅ−ビームに対して露出するための位置へ移
動させる方向及び距離を決める。
【００１０】典型的な場合、位置合わせマークはしばし
ば回折格子とよばれる一連の平行線を含む。多くの場
合、以下で述べるように、２つの回折格子は相互に直角
をなす線を有し、ともにグループになっている。
ば回折格子とよばれる一連の平行線を含む。多くの場
合、以下で述べるように、２つの回折格子は相互に直角
をなす線を有し、ともにグループになっている。
【００１１】更に行う１乃至複数のプロセス工程の例
は、適切な“エッチング”技術によるプロセス層の部分
的な除去、イオン注入及び金属層堆積である。
は、適切な“エッチング”技術によるプロセス層の部分
的な除去、イオン注入及び金属層堆積である。
【００１２】更に別の視点からは、本発明は露光機を本
発明の方法を実施するために使用できるような光位置合
わせ手段を含む電子ビーム露光機である。本発明の具体
的で現在好ましい実施例においては、光位置合わせ手段
は光放射のビーム（例えば露光機の真空室の外側にある
ＨｅＮｅレーザ）を発生する手段及び電子ビーム露光機
のポールティップにマウントされた“オプティカルヘッ
ド”を含む。以下で詳細に述べるオプティカルヘッドの
新しい特徴により可能になったこの配置によって、著し
い大きさの移動が無くなり、半導体基体を保持したステ
ージは、もしオプティカルヘッドが別の位置にマウント
されていれば、半導体基体を光ビームに対して位置合わ
せされたその位置から、ｅ−ビーム露光のための所望の
位置まで移動させる。オプティカルヘッドがｅ−ビーム
とともに用いるのに必要な比較的大きな焦点深度を生じ
るのは重要なことである。従来の光リソグラフィシステ
ム中の位置合わせに用いるための光ビームの焦点深度
は、典型的な場合従来のｅ−ビーム露光機中のｅ−ビー
ムのそれより小さい。光ビームの焦点深度が比較的小さ
いため、凹凸の変化のある基体表面の像を作るために
は、基体表面と光学レンズ間の一定距離を保つため、レ
ンズ位置又は対象位置を移動させることにより、光ビー
ムの焦点を再度合わせる必要である。しかし、従来のｅ
−ビーム露光機中の電子ビームは、比較的大きな焦点深
度をもつ上、基体表面及びポールティップ間の一定距離
を保つ必要なく、電子レンズ中の電流又は電圧レベルを
変えることにより、再度焦点を合わせることができる。
従って、従来の電子レンズ筒のポールティップ上にマウ
ントされた光位置合わせシステムは、典型的な場合基体
表面と光位置合わせシステムのレンズ間の一定距離を保
たず、典型的な場合比較的大きな焦点深さを生み出すた
めの手段を含む必要はない。本発明の方法の現在好まし
い実施例においては、オプティカルヘッドは基体表面か
ら回折された光を空間的にろ波し、比較的大きな焦点深
さを供する。
発明の方法を実施するために使用できるような光位置合
わせ手段を含む電子ビーム露光機である。本発明の具体
的で現在好ましい実施例においては、光位置合わせ手段
は光放射のビーム（例えば露光機の真空室の外側にある
ＨｅＮｅレーザ）を発生する手段及び電子ビーム露光機
のポールティップにマウントされた“オプティカルヘッ
ド”を含む。以下で詳細に述べるオプティカルヘッドの
新しい特徴により可能になったこの配置によって、著し
い大きさの移動が無くなり、半導体基体を保持したステ
ージは、もしオプティカルヘッドが別の位置にマウント
されていれば、半導体基体を光ビームに対して位置合わ
せされたその位置から、ｅ−ビーム露光のための所望の
位置まで移動させる。オプティカルヘッドがｅ−ビーム
とともに用いるのに必要な比較的大きな焦点深度を生じ
るのは重要なことである。従来の光リソグラフィシステ
ム中の位置合わせに用いるための光ビームの焦点深度
は、典型的な場合従来のｅ−ビーム露光機中のｅ−ビー
ムのそれより小さい。光ビームの焦点深度が比較的小さ
いため、凹凸の変化のある基体表面の像を作るために
は、基体表面と光学レンズ間の一定距離を保つため、レ
ンズ位置又は対象位置を移動させることにより、光ビー
ムの焦点を再度合わせる必要である。しかし、従来のｅ
−ビーム露光機中の電子ビームは、比較的大きな焦点深
度をもつ上、基体表面及びポールティップ間の一定距離
を保つ必要なく、電子レンズ中の電流又は電圧レベルを
変えることにより、再度焦点を合わせることができる。
従って、従来の電子レンズ筒のポールティップ上にマウ
ントされた光位置合わせシステムは、典型的な場合基体
表面と光位置合わせシステムのレンズ間の一定距離を保
たず、典型的な場合比較的大きな焦点深さを生み出すた
めの手段を含む必要はない。本発明の方法の現在好まし
い実施例においては、オプティカルヘッドは基体表面か
ら回折された光を空間的にろ波し、比較的大きな焦点深
さを供する。
【００１３】新しい位置合わせ手段が、通常真空容器、
電子ビームを発生させる手段、ウエハステージ及び真空
容器中にウエハを設定する手段を含む多くの（恐らく全
ての）標準的なｅ−ビーム露光機の設計に導入できるこ
とは重要である。ｅ−ビーム露光機の電子ビームに付随
して、周知の固定軸があり、それはこれまでのところで
は電子ビーム基準軸とよんできた。典型的な場合、電子
ビームはｅ−ビーム基準軸のまわりに移動或いは走査で
きる。
電子ビームを発生させる手段、ウエハステージ及び真空
容器中にウエハを設定する手段を含む多くの（恐らく全
ての）標準的なｅ−ビーム露光機の設計に導入できるこ
とは重要である。ｅ−ビーム露光機の電子ビームに付随
して、周知の固定軸があり、それはこれまでのところで
は電子ビーム基準軸とよんできた。典型的な場合、電子
ビームはｅ−ビーム基準軸のまわりに移動或いは走査で
きる。
【００１４】本発明の方法及び装置は、ウエハに電荷を
ためることなく、かつウエハ上の材料層を位置合わせ前
に、電子ビームに露出することなく、ウエハの位置合わ
せのためのプロセスを実現することは重要である。
ためることなく、かつウエハ上の材料層を位置合わせ前
に、電子ビームに露出することなく、ウエハの位置合わ
せのためのプロセスを実現することは重要である。
【００１５】
【実施例の説明】具体的な実施例において、本発明の方
法は集積回路の製作に従来用いられているウエハから成
る半導体基体に適用される。本発明の方法は従来の半導
体ウエハへ適用することに限られないが、ここでの議論
は従来の半導体ウエハについて基本的に行う。
法は集積回路の製作に従来用いられているウエハから成
る半導体基体に適用される。本発明の方法は従来の半導
体ウエハへ適用することに限られないが、ここでの議論
は従来の半導体ウエハについて基本的に行う。
【００１６】ｅ−ビームリソグラフィプロセスにおい
て、ｅ−ビームに個々のウエハ位置を露出するためのウ
エハ位置合わせは、典型的な場合いくつかのプロセスの
うちの１つを用いて行える。位置毎（ダイ毎）の位置合
わせプロセスにおいて、ｅ−ビーム露光の出発位置は、
特定のウエハ位置における位置合わせマークに対して選
択され、各位置の位置合わせマークを加工する必要があ
る。厳密な全体的な位置合わせプロセスにおいて、ｅ−
ビーム露光の最初の位置は、加工している全ての位置に
対する２つの位置合わせマークに対して選択される。一
方、修正された全体的な位置合わせプロセスにおいて、
２つ以上の位置合わせマークが用いられるが、各ウエハ
位置に１つはない。
て、ｅ−ビームに個々のウエハ位置を露出するためのウ
エハ位置合わせは、典型的な場合いくつかのプロセスの
うちの１つを用いて行える。位置毎（ダイ毎）の位置合
わせプロセスにおいて、ｅ−ビーム露光の出発位置は、
特定のウエハ位置における位置合わせマークに対して選
択され、各位置の位置合わせマークを加工する必要があ
る。厳密な全体的な位置合わせプロセスにおいて、ｅ−
ビーム露光の最初の位置は、加工している全ての位置に
対する２つの位置合わせマークに対して選択される。一
方、修正された全体的な位置合わせプロセスにおいて、
２つ以上の位置合わせマークが用いられるが、各ウエハ
位置に１つはない。
【００１７】本発明の方法の具体的な実施例において、
ｅ−ビーム基準軸を有するウエハの特定の部分を位置合
わせするために、修正された形の全体的な位置合わせプ
ロセスが用いられる。しかし、ウエハとｅ−ビーム基準
軸を位置合わせする前に、典型的な場合、光ビーム及び
電子ビームの両方に位置合わせできるウエハステージ
（又はウエハカセット）上に設けられた標準的な基準マ
ークを用いて、ｅ−ビーム基準軸に対する光ビームの相
対的な位置が決められる。ウエハステージ（又はウエハ
カセット）上の基準マークは、最初従来のｅ−ビーム位
置合わせ技術を用いて、電子ビーム基準軸を規定する固
定された電子ビームに位置合わせされる位置まで、動か
される。次にウエハステージ（又はウエハカセット）は
マークが光ビームに位置合わせされるよう動かされる。
ウエハステージとして用いられる非常に精密な干渉ステ
ージを使ったステージ上の基準マークのｅ−ビーム基準
軸から光ビームへの移動は、基準ベクトルを規定するｅ
−ビーム基準軸に対する光ビームの相対的位置を決め
る。基準ベクトルはまた、ウエハステージ（又はウエハ
カセット）上の既知の距離だけ離れた２つのマークを用
いても決められる。この場合、１つのマークはｅ−ビー
ム基準軸に位置合わせされ、もう１つのマークは光学的
に位置合わせされる。もちろん、露光機又は光位置合わ
せ手段の要素が、ｅ−ビーム基準軸に対する光ビームの
位置を変えるように再配置されない限り、この相対的な
位置は典型的な場合ウエハ上のレジストを電子ビームに
露出する間変らず、ｅ−ビーム露光に対して各ウエハ位
置を合わせるために決める必要はない。
ｅ−ビーム基準軸を有するウエハの特定の部分を位置合
わせするために、修正された形の全体的な位置合わせプ
ロセスが用いられる。しかし、ウエハとｅ−ビーム基準
軸を位置合わせする前に、典型的な場合、光ビーム及び
電子ビームの両方に位置合わせできるウエハステージ
（又はウエハカセット）上に設けられた標準的な基準マ
ークを用いて、ｅ−ビーム基準軸に対する光ビームの相
対的な位置が決められる。ウエハステージ（又はウエハ
カセット）上の基準マークは、最初従来のｅ−ビーム位
置合わせ技術を用いて、電子ビーム基準軸を規定する固
定された電子ビームに位置合わせされる位置まで、動か
される。次にウエハステージ（又はウエハカセット）は
マークが光ビームに位置合わせされるよう動かされる。
ウエハステージとして用いられる非常に精密な干渉ステ
ージを使ったステージ上の基準マークのｅ−ビーム基準
軸から光ビームへの移動は、基準ベクトルを規定するｅ
−ビーム基準軸に対する光ビームの相対的位置を決め
る。基準ベクトルはまた、ウエハステージ（又はウエハ
カセット）上の既知の距離だけ離れた２つのマークを用
いても決められる。この場合、１つのマークはｅ−ビー
ム基準軸に位置合わせされ、もう１つのマークは光学的
に位置合わせされる。もちろん、露光機又は光位置合わ
せ手段の要素が、ｅ−ビーム基準軸に対する光ビームの
位置を変えるように再配置されない限り、この相対的な
位置は典型的な場合ウエハ上のレジストを電子ビームに
露出する間変らず、ｅ−ビーム露光に対して各ウエハ位
置を合わせるために決める必要はない。
【００１８】上で述べた基準ベクトルを決めた後、光位
置合わせマークを形成し、ウエハステージ上に置かれた
ウエハは、光ビーム下で動かされる。ウエハ位置合わせ
マークは光ビームに対して位置合わせされ、典型的な場
合当業者にはよく知られた方式で、ウエハの歪みが決め
られる。位置合わせマークを光学的に位置合わせした位
置から移動させることにより、基準ベクトルにより規定
された距離及び方向が、ウエハ位置合わせマークをｅ−
ビーム基準軸に位置合わせする。当業者はこの技術が修
正された全体的な位置合わせプロセスで使用することに
限られるだけでなく、位置毎の位置合わせ及び厳密に総
体的な位置合わせにも適用できることを認識するであろ
う。
置合わせマークを形成し、ウエハステージ上に置かれた
ウエハは、光ビーム下で動かされる。ウエハ位置合わせ
マークは光ビームに対して位置合わせされ、典型的な場
合当業者にはよく知られた方式で、ウエハの歪みが決め
られる。位置合わせマークを光学的に位置合わせした位
置から移動させることにより、基準ベクトルにより規定
された距離及び方向が、ウエハ位置合わせマークをｅ−
ビーム基準軸に位置合わせする。当業者はこの技術が修
正された全体的な位置合わせプロセスで使用することに
限られるだけでなく、位置毎の位置合わせ及び厳密に総
体的な位置合わせにも適用できることを認識するであろ
う。
【００１９】ウエハステージの移動を延ばすことなく、
ｅ−ビーム基準軸に対して光学的に位置合わせするため
には、光学システムはポールティップとウエハ間の狭い
間隙中で動作する必要がある。本発明の好ましい実施例
において、小さな光学要素から成るオプティカルヘッド
がポールティップの底部にマントされ、ポールティップ
の下からステージを移動させる必要がなくなる。光ビー
ムが一組の鏡からオプティカルヘッド内のレンズを通し
て、ウエハ上に反射される。レンズが光ビームに対して
垂直な方向で比較的小さくなるように、そのレンズは相
対的に大きなレンズからそれた一組であることは重要で
ある。一実施例において、鏡は４５°の角度で大きなプ
リズムからそれている。レンズと鏡のこの組合わせによ
り、高開口数が保たれ、長い操作距離が得られることは
有利である。これらの光学要素は小さな厚さに限定さ
れ、ポールティップとウエハ（又はもしウエハがカセッ
トの最上部からくぼむように、ウエハがカセット中に置
かれている場合にはカセット）間の空間が保たれる。開
口数は一般に .０５から１の範囲、より典型的な場合は
.１乃至 .５の範囲にあり、一方操作距離はウエハ（又
はウエハカセット）とポールティップ間の距離よりわず
かに大きく、典型的な場合 .５乃至 .７５cmである。
ｅ−ビーム基準軸に対して光学的に位置合わせするため
には、光学システムはポールティップとウエハ間の狭い
間隙中で動作する必要がある。本発明の好ましい実施例
において、小さな光学要素から成るオプティカルヘッド
がポールティップの底部にマントされ、ポールティップ
の下からステージを移動させる必要がなくなる。光ビー
ムが一組の鏡からオプティカルヘッド内のレンズを通し
て、ウエハ上に反射される。レンズが光ビームに対して
垂直な方向で比較的小さくなるように、そのレンズは相
対的に大きなレンズからそれた一組であることは重要で
ある。一実施例において、鏡は４５°の角度で大きなプ
リズムからそれている。レンズと鏡のこの組合わせによ
り、高開口数が保たれ、長い操作距離が得られることは
有利である。これらの光学要素は小さな厚さに限定さ
れ、ポールティップとウエハ（又はもしウエハがカセッ
トの最上部からくぼむように、ウエハがカセット中に置
かれている場合にはカセット）間の空間が保たれる。開
口数は一般に .０５から１の範囲、より典型的な場合は
.１乃至 .５の範囲にあり、一方操作距離はウエハ（又
はウエハカセット）とポールティップ間の距離よりわず
かに大きく、典型的な場合 .５乃至 .７５cmである。
【００２０】好ましい実施例において、大きな焦点深度
はウエハ位置合わせマークとして用いた回折格子から回
折された光を空間的にろ波し、０次の回折をとり除き、
もし０次の回折がろ波されないとき生じる像の周期の半
分の周期をもつ高いコントラストの回折格子像を生成す
る。位相回折格子の一次の回折のみを用いた（０次の回
折をとり除いた）空間的なろ波は、１００パーセントの
コントラスト（変調深さ）で位置合わせマーク像の正弦
波的変調を起こすことができる。そのような空間ろ波を
用いた光位置合わせ法は、光学的なステップ・アンド・
リピートカメラ用に開発されてきた。例えば、エス・ヴ
ィッテコエック（S. Wittekoek) ら、オプティカル・マ
イクロリソグラフィ（Optical Microlithography) IV,
プロシーディングス・オブ・エスピーアイイー（Procee
dings of SPIE)−ザ・インターナショナル・ソサイアテ
ィ・フォー・オプティカル・エンジニアリング（The In
ternational Society for Optical Engineerring) 第５
３８巻、２４−３１頁、１９８５及びエム・エイ・ファ
ン・デン・ブリンク（M. A. Van den Brink)ら、オプテ
ィカル・マイクロリソグラフィ（Optical Microlithogr
aphy) VI, プロシーディングス・オブ・エスピーアイイ
ー（Proceedings of SPIE)−ザ・インターナショナル・
ソサイアティ・フォー・オプティカル・エンジニアリン
グ（The International Society for Optical Engineer
ing）第７７２巻、１００−１１７頁、１９８７を参照
のこと。これらの光学的露光機においては、位置の露光
に用いられる同じレンズの部分は、位置合わせに用いる
ことができる。従来技術のプロセスは光学的なステップ
・アンド・リピートカメラによく適しているが、ｅ−ビ
ーム露光機とともに用いるのには適合しない。
はウエハ位置合わせマークとして用いた回折格子から回
折された光を空間的にろ波し、０次の回折をとり除き、
もし０次の回折がろ波されないとき生じる像の周期の半
分の周期をもつ高いコントラストの回折格子像を生成す
る。位相回折格子の一次の回折のみを用いた（０次の回
折をとり除いた）空間的なろ波は、１００パーセントの
コントラスト（変調深さ）で位置合わせマーク像の正弦
波的変調を起こすことができる。そのような空間ろ波を
用いた光位置合わせ法は、光学的なステップ・アンド・
リピートカメラ用に開発されてきた。例えば、エス・ヴ
ィッテコエック（S. Wittekoek) ら、オプティカル・マ
イクロリソグラフィ（Optical Microlithography) IV,
プロシーディングス・オブ・エスピーアイイー（Procee
dings of SPIE)−ザ・インターナショナル・ソサイアテ
ィ・フォー・オプティカル・エンジニアリング（The In
ternational Society for Optical Engineerring) 第５
３８巻、２４−３１頁、１９８５及びエム・エイ・ファ
ン・デン・ブリンク（M. A. Van den Brink)ら、オプテ
ィカル・マイクロリソグラフィ（Optical Microlithogr
aphy) VI, プロシーディングス・オブ・エスピーアイイ
ー（Proceedings of SPIE)−ザ・インターナショナル・
ソサイアティ・フォー・オプティカル・エンジニアリン
グ（The International Society for Optical Engineer
ing）第７７２巻、１００−１１７頁、１９８７を参照
のこと。これらの光学的露光機においては、位置の露光
に用いられる同じレンズの部分は、位置合わせに用いる
ことができる。従来技術のプロセスは光学的なステップ
・アンド・リピートカメラによく適しているが、ｅ−ビ
ーム露光機とともに用いるのには適合しない。
【００２１】図１は本発明の方法に従いウエハ上に光を
向け、ウエハから回折された光を空間的にろ波するため
の手段の概略上面図である。手段の部分的な側面図が図
２に概略的に描かれており、ウエハ上の光の向きを示
す。レーザ源（図示されていない）は上方レンズ（図示
されていない）によりｆ／１００の広がりをもつビーム
１を形成する光を供給する。ビームは４５°プリズムか
ら切断された一部である４５°ミラー２から、１２. ７
mmの焦点距離のレンズから切り出された約 .２５cmの厚
さの部分であるレンズ部分３に反射される。レンズ部分
はウエハ５から約１焦点距離だけ放して置かれる。ミラ
ー２と同様のもう１つの４５°ミラー４は光をレンズか
らウエハに向け、そこで光は例えば１２０μｍ径の領域
であるウエハの領域を照射する。照射領域が位置合わせ
マークよりほんの少しだけ大きくなるように、ウエハ位
置合わせマーク（図示されていない）は、約１００μｍ
の幅及び１００μｍの長さの回折格子の形で、ウエハ上
に形成される。レンズ及びミラーのこの形状により、約
１００μｍの焦点深さが得られる。典型的な場合、本発
明の光学的位置合わせ手段の焦点深さは、約５０乃至２
００μｍの範囲で、一方従来の光学的リソグラフィ位置
合わせシステム中の光学系は、典型的な場合約５μｍよ
り小さな焦点深さをもつ。先に述べた光学系及び位置合
わせマークは、ｘ−ｙ面中の一方向に位置合わせするた
めに用いられ、従って垂直方向のために光学系及び位置
合わせマークの相補的な組が、典型的な場合用いられる
ことが理解されるであろう。
向け、ウエハから回折された光を空間的にろ波するため
の手段の概略上面図である。手段の部分的な側面図が図
２に概略的に描かれており、ウエハ上の光の向きを示
す。レーザ源（図示されていない）は上方レンズ（図示
されていない）によりｆ／１００の広がりをもつビーム
１を形成する光を供給する。ビームは４５°プリズムか
ら切断された一部である４５°ミラー２から、１２. ７
mmの焦点距離のレンズから切り出された約 .２５cmの厚
さの部分であるレンズ部分３に反射される。レンズ部分
はウエハ５から約１焦点距離だけ放して置かれる。ミラ
ー２と同様のもう１つの４５°ミラー４は光をレンズか
らウエハに向け、そこで光は例えば１２０μｍ径の領域
であるウエハの領域を照射する。照射領域が位置合わせ
マークよりほんの少しだけ大きくなるように、ウエハ位
置合わせマーク（図示されていない）は、約１００μｍ
の幅及び１００μｍの長さの回折格子の形で、ウエハ上
に形成される。レンズ及びミラーのこの形状により、約
１００μｍの焦点深さが得られる。典型的な場合、本発
明の光学的位置合わせ手段の焦点深さは、約５０乃至２
００μｍの範囲で、一方従来の光学的リソグラフィ位置
合わせシステム中の光学系は、典型的な場合約５μｍよ
り小さな焦点深さをもつ。先に述べた光学系及び位置合
わせマークは、ｘ−ｙ面中の一方向に位置合わせするた
めに用いられ、従って垂直方向のために光学系及び位置
合わせマークの相補的な組が、典型的な場合用いられる
ことが理解されるであろう。
【００２２】位置合わせマークにより回析された光は、
レンズ部分３を通して戻り、典型的な場合、レンズにお
いて３つの小さな径のビームから成る。従って、軸から
ずれた球面収差のような特性が像を劣化させることはな
く、光学的に損なわれることなく、簡単なレンズを用い
ることができる。図１に示されるように、戻ったビーム
の中心部分１０、即ち０次回析光はレーザに戻り、失わ
れる。＋１及び−１次回析光９、８は長い接合レンズで
結合され、しばしば回析格子の二重像を形成する。当業
者には周知のように、これは結像システムであるため、
像の周期は拡大によって決まり、光の波長では決まらな
い。従って、ウエハ上の回析格子を含むか被覆する材料
レベルの全ての厚さに対し、強い信号を保障するため、
多波長ＨｅＮｅレーザを使用することができる。
レンズ部分３を通して戻り、典型的な場合、レンズにお
いて３つの小さな径のビームから成る。従って、軸から
ずれた球面収差のような特性が像を劣化させることはな
く、光学的に損なわれることなく、簡単なレンズを用い
ることができる。図１に示されるように、戻ったビーム
の中心部分１０、即ち０次回析光はレーザに戻り、失わ
れる。＋１及び−１次回析光９、８は長い接合レンズで
結合され、しばしば回析格子の二重像を形成する。当業
者には周知のように、これは結像システムであるため、
像の周期は拡大によって決まり、光の波長では決まらな
い。従って、ウエハ上の回析格子を含むか被覆する材料
レベルの全ての厚さに対し、強い信号を保障するため、
多波長ＨｅＮｅレーザを使用することができる。
【００２３】例えば、長い接合レンズの所に配置された
ロンキー格子６は、＋１及び−１次回析光を組合わせる
ために使用され、ロンキー格子の周期が、＋１及び−１
次回析光を組合わせることにより形成される回析像のそ
れと同じになるよう選択される。ロンキー格子はフォト
ダイオード７により検出するための明瞭な信号を供給
し、ｘ−ｙ面内のウエハの回析格子線に垂直な方向の動
きが、フォトダイオードから正弦波状の信号を発生する
ようにする。検出のこの方法は本来、曖昧である。即
ち、もしウエハが１格子線だけ動いても、信号は同一で
ある。この曖昧さは、回析格子の端部における最後の線
を検出することにより除けるかもしれない。しかし、当
業者には認識されるように、回析格子の端部における回
析効果による“リンギング”のため、この線は常によく
規定されるわけではない。代わりに、垂直方向のウエハ
回析格子中の線の端部で規定される回析格子パターンの
側面の位置は、検出できる可能性がある。図３は一組の
直交するウエハ回析格子を概略的に描き、それは回析格
子の最後の線と垂直方向の回析格子中の線の端部の関係
を示す。ｙ回析格子の端部はｘ回析格子中の最後の線と
位置合わせされ、一方ｘ回析格子の端部は、ｙ回析格子
中の最後の線と、既知の関係がある。しかし、信号は明
瞭で、曖昧さを解決するのに必要な分解能は、容易に得
られる。ｘ回析格子の端部はｙ方向の曖昧さを解決する
ために用いられ、またその逆でもあるから、回析格子を
追加する必要はない。しかし、比較的短い線から成る荒
い位相合わせ回析格子を追加して用いることは望まし
い。荒い位置合わせ用に使われる光学的に短い線の回析
格子は、例えば微細位置合わせ回析格子の近くに置か
れ、両方の光検出器により釣合いのとれた信号を発生さ
せ、夫々通常ウエハ移動の１つの方向に対して用いられ
る。
ロンキー格子６は、＋１及び−１次回析光を組合わせる
ために使用され、ロンキー格子の周期が、＋１及び−１
次回析光を組合わせることにより形成される回析像のそ
れと同じになるよう選択される。ロンキー格子はフォト
ダイオード７により検出するための明瞭な信号を供給
し、ｘ−ｙ面内のウエハの回析格子線に垂直な方向の動
きが、フォトダイオードから正弦波状の信号を発生する
ようにする。検出のこの方法は本来、曖昧である。即
ち、もしウエハが１格子線だけ動いても、信号は同一で
ある。この曖昧さは、回析格子の端部における最後の線
を検出することにより除けるかもしれない。しかし、当
業者には認識されるように、回析格子の端部における回
析効果による“リンギング”のため、この線は常によく
規定されるわけではない。代わりに、垂直方向のウエハ
回析格子中の線の端部で規定される回析格子パターンの
側面の位置は、検出できる可能性がある。図３は一組の
直交するウエハ回析格子を概略的に描き、それは回析格
子の最後の線と垂直方向の回析格子中の線の端部の関係
を示す。ｙ回析格子の端部はｘ回析格子中の最後の線と
位置合わせされ、一方ｘ回析格子の端部は、ｙ回析格子
中の最後の線と、既知の関係がある。しかし、信号は明
瞭で、曖昧さを解決するのに必要な分解能は、容易に得
られる。ｘ回析格子の端部はｙ方向の曖昧さを解決する
ために用いられ、またその逆でもあるから、回析格子を
追加する必要はない。しかし、比較的短い線から成る荒
い位相合わせ回析格子を追加して用いることは望まし
い。荒い位置合わせ用に使われる光学的に短い線の回析
格子は、例えば微細位置合わせ回析格子の近くに置か
れ、両方の光検出器により釣合いのとれた信号を発生さ
せ、夫々通常ウエハ移動の１つの方向に対して用いられ
る。
【００２４】重要なことは、ｘ及びｙチャネル用のレン
ズ及びミラーから成るオプティカルヘッドは、従来のｅ
−ビーム露光機のポールティップの底部にマウントする
ことが、典型的な場合できるということである。ポール
ティップ３０にオプティカルヘッドをとりつける例が、
（拡大して）図４に示されている。この図は光学要素
（オプティカルヘッド３１を一括してこうよび、全ての
要素が図４中で１つのブロックとして示されている）の
マウント３２は、典型的な場合、ウエハステージ３３の
少なくとも一部が、電子ビームの中心と一直線になるよ
うに作られる。典型的なオプティカルヘッドは、ウエハ
を運ぶステージの動きを妨げることなく、ポールティッ
プ下に適合するよう十分薄い。典型的な場合、断面でオ
プティカルヘッドは１mm 乃至１００mm平方で、５mm 乃
至２０mm平方が好ましい。オプティカルヘッドの各要素
はできるだけ小さな厚さをもつことが好ましく、約 .２
５cm かそれ以下が好ましく、一般に .００２５cm より
は大きい。勿論、オプティカルヘッドは正方形の断面に
は限られておらず、ｅ−ビームポールティップとウエハ
の間に置かれるなら、任意の適当な形状をもってよい。
ポールティップ及びウエハ間のオプティカルヘッドの位
置は、最初光ビームの焦点を合わせるように調整され
る。例えば、焦点の１００μｍの付加差以内での微細な
焦点合わせは、ｅ−ビーム露光機の真空容器中に挿入さ
れたプローブ内のバネで設定されたカムを、光ビームの
入力／出力のために使われるポートから回転させること
により実現される。
ズ及びミラーから成るオプティカルヘッドは、従来のｅ
−ビーム露光機のポールティップの底部にマウントする
ことが、典型的な場合できるということである。ポール
ティップ３０にオプティカルヘッドをとりつける例が、
（拡大して）図４に示されている。この図は光学要素
（オプティカルヘッド３１を一括してこうよび、全ての
要素が図４中で１つのブロックとして示されている）の
マウント３２は、典型的な場合、ウエハステージ３３の
少なくとも一部が、電子ビームの中心と一直線になるよ
うに作られる。典型的なオプティカルヘッドは、ウエハ
を運ぶステージの動きを妨げることなく、ポールティッ
プ下に適合するよう十分薄い。典型的な場合、断面でオ
プティカルヘッドは１mm 乃至１００mm平方で、５mm 乃
至２０mm平方が好ましい。オプティカルヘッドの各要素
はできるだけ小さな厚さをもつことが好ましく、約 .２
５cm かそれ以下が好ましく、一般に .００２５cm より
は大きい。勿論、オプティカルヘッドは正方形の断面に
は限られておらず、ｅ−ビームポールティップとウエハ
の間に置かれるなら、任意の適当な形状をもってよい。
ポールティップ及びウエハ間のオプティカルヘッドの位
置は、最初光ビームの焦点を合わせるように調整され
る。例えば、焦点の１００μｍの付加差以内での微細な
焦点合わせは、ｅ−ビーム露光機の真空容器中に挿入さ
れたプローブ内のバネで設定されたカムを、光ビームの
入力／出力のために使われるポートから回転させること
により実現される。
【００２５】ロンキー格子、フォトダイオード及びレー
ザ源は、ｅ−ビーム露光機の真空容器の外側にマウント
でき、入力光及び出力の回析光は透明部分を通して、ｅ
−ビーム露光機の真空室に入りかつ出る。或いは、用い
る光学的要素を適当に選択することにより、光を供給及
び検出する手段は、真空室の外部に対する電気的な接触
をもつ真空室の内部にマウントすることができる。加え
て、これらの外部要素の機能は、当業者にはすでに周知
の他の手段を用いて実現できる。例えば、フォトダイオ
ードは他の型の光検出デバイスで置き換えることがで
き、ロンキー格子及びフォトダイオード光検出器は単一
スリット開孔及びＴＶカメラで置き換えることができ
る。好ましい実施例の場合、レーザの方向性、輝度及び
狭いビーム幅の利点を生かす光ビーム源としてレーザが
用いられる。
ザ源は、ｅ−ビーム露光機の真空容器の外側にマウント
でき、入力光及び出力の回析光は透明部分を通して、ｅ
−ビーム露光機の真空室に入りかつ出る。或いは、用い
る光学的要素を適当に選択することにより、光を供給及
び検出する手段は、真空室の外部に対する電気的な接触
をもつ真空室の内部にマウントすることができる。加え
て、これらの外部要素の機能は、当業者にはすでに周知
の他の手段を用いて実現できる。例えば、フォトダイオ
ードは他の型の光検出デバイスで置き換えることがで
き、ロンキー格子及びフォトダイオード光検出器は単一
スリット開孔及びＴＶカメラで置き換えることができ
る。好ましい実施例の場合、レーザの方向性、輝度及び
狭いビーム幅の利点を生かす光ビーム源としてレーザが
用いられる。
【００２６】ウエハ上に形成された位置合わせ回析格子
は、小さく典型的な場合１００μｍ×２００μｍの面積
である。ｘ及びｙデータを得るため、垂直な組合せの位
置合わせ回析格子が必要である。加えて、ステージの移
動は回析格子の線に対して垂直である。ウエハは光ビー
ムが回析格子線を横切って効果的に走査するように移動
するにつれ、位置の情報はウエハ回析格子上の各種の点
から各方向へ移動する距離を決めることにより決められ
る。しかし、レーザビームが位置合わせマークから正規
のＩＣパターン（それは典型的な場合、２つの垂直方向
にある程度の規則性をもつ）上に漏れることにより生じ
る寄生的回析を最小にするため、回析線はＩＣパターン
の規則性の方向に対して斜めに作られる。基本的な実施
例において、回析格子は２６゜だけ斜めになっており、
パターンは容易に作られるが、ＩＣパターンの通常の形
状は現れにくいものである。
は、小さく典型的な場合１００μｍ×２００μｍの面積
である。ｘ及びｙデータを得るため、垂直な組合せの位
置合わせ回析格子が必要である。加えて、ステージの移
動は回析格子の線に対して垂直である。ウエハは光ビー
ムが回析格子線を横切って効果的に走査するように移動
するにつれ、位置の情報はウエハ回析格子上の各種の点
から各方向へ移動する距離を決めることにより決められ
る。しかし、レーザビームが位置合わせマークから正規
のＩＣパターン（それは典型的な場合、２つの垂直方向
にある程度の規則性をもつ）上に漏れることにより生じ
る寄生的回析を最小にするため、回析線はＩＣパターン
の規則性の方向に対して斜めに作られる。基本的な実施
例において、回析格子は２６゜だけ斜めになっており、
パターンは容易に作られるが、ＩＣパターンの通常の形
状は現れにくいものである。
【００２７】当業者には認識されるであろうが、本発明
の方法の実施例を実行するために用いられる手段の動作
性、即ち、ウエハ回析格子の寸法及び周期、オプティカ
ルヘッド要素の寸法及び光学的特性、ロンキー格子の寸
法及び周期、レーザの型及び波長及びフォトダイオード
の型などは、本発明の装置及び方法の具体的な用途にあ
うよう選択できる。
の方法の実施例を実行するために用いられる手段の動作
性、即ち、ウエハ回析格子の寸法及び周期、オプティカ
ルヘッド要素の寸法及び光学的特性、ロンキー格子の寸
法及び周期、レーザの型及び波長及びフォトダイオード
の型などは、本発明の装置及び方法の具体的な用途にあ
うよう選択できる。
【００２８】例１ 金属酸化物−半導体（ＭＯＳ）形構造のゲート長を規定
する０．２５μｍの最小パターン長で、ＶＬＳＩ回路が
製作される。プロセス中レジストは本発明のほうほうに
従い、ｅ−ビーム露光機でパターン形成される。ｅ−ビ
ーム露光機は、電子ビーム及び光ビームの両方に位置合
わせできる干渉ウエハステージ、加工すべきウエハをマ
ウント及び取り外しするための従来の手段を有する従来
の真空容器、オプティカルヘッドを維持するよう修正さ
れた従来の電子レンズコラム、オプティカルヘッド、真
空システムへの透明ポート、多波長ＨｅＮｅレーザを保
持する真空容器外のマウント具、ロンキー格子、シリコ
ンフォトダイオードを基本とした光検出器、ウエハ位置
合わせの程度を決定するため位置合わせデータを処理
し、位置合わせデータの処理に応答し、ステージの動き
を制御するための計算機手段を含む。
する０．２５μｍの最小パターン長で、ＶＬＳＩ回路が
製作される。プロセス中レジストは本発明のほうほうに
従い、ｅ−ビーム露光機でパターン形成される。ｅ−ビ
ーム露光機は、電子ビーム及び光ビームの両方に位置合
わせできる干渉ウエハステージ、加工すべきウエハをマ
ウント及び取り外しするための従来の手段を有する従来
の真空容器、オプティカルヘッドを維持するよう修正さ
れた従来の電子レンズコラム、オプティカルヘッド、真
空システムへの透明ポート、多波長ＨｅＮｅレーザを保
持する真空容器外のマウント具、ロンキー格子、シリコ
ンフォトダイオードを基本とした光検出器、ウエハ位置
合わせの程度を決定するため位置合わせデータを処理
し、位置合わせデータの処理に応答し、ステージの動き
を制御するための計算機手段を含む。
【００２９】オプティカルヘッドはＸ及びＹチャネル両
方に対する一組のミラー及びレンズを含む。図５は概略
的にオプティカルヘッドを描いたものである。ＨｅＮｅ
レーザ（図示されていない）からの光は真空容器（図示
されていない）に入り、２８. ２５゜ミラー２１及び４
５゜ミラー２３からの反射により偏向ビームスプリッタ
２２への光路４０に向けられる。ビームスプリッタ２２
はより大きな従来のビームスプリッタから切り出された
一部であり、入力光を２つのチャネル即ちＸ及びＹチャ
ネルに分ける。Ｙチャネル中に分けられた光は、ミラー
２３から反射され、レンズ２８に向けられ、レンズは４
５゜ミラー２７を通し、Ｙウエハ回析格子上に光の焦点
を合わせる。Ｙウエハ回析格子（図示されていない）は
幅２４０μｍ、長さ２４０μｍで、６μｍの周期を有す
る。ウエハ（図示されていない）から回析されたＹチャ
ネル光は、ミラー２７からレンズ２８を通して反射さ
れ、次にミラー２３から反射される。図５からわかるよ
うに、回析されたビームの中央部分、即ち０次回析光
は、実効的かつ空間的にろ波される。高次回析光の実質
的な部分は、それがミラー２１からＹ検出手段（図示さ
れていない）方向へ反射され、そこで回析された光が真
空容器（図示されていない）の外側で検出されるように
通過する。
方に対する一組のミラー及びレンズを含む。図５は概略
的にオプティカルヘッドを描いたものである。ＨｅＮｅ
レーザ（図示されていない）からの光は真空容器（図示
されていない）に入り、２８. ２５゜ミラー２１及び４
５゜ミラー２３からの反射により偏向ビームスプリッタ
２２への光路４０に向けられる。ビームスプリッタ２２
はより大きな従来のビームスプリッタから切り出された
一部であり、入力光を２つのチャネル即ちＸ及びＹチャ
ネルに分ける。Ｙチャネル中に分けられた光は、ミラー
２３から反射され、レンズ２８に向けられ、レンズは４
５゜ミラー２７を通し、Ｙウエハ回析格子上に光の焦点
を合わせる。Ｙウエハ回析格子（図示されていない）は
幅２４０μｍ、長さ２４０μｍで、６μｍの周期を有す
る。ウエハ（図示されていない）から回析されたＹチャ
ネル光は、ミラー２７からレンズ２８を通して反射さ
れ、次にミラー２３から反射される。図５からわかるよ
うに、回析されたビームの中央部分、即ち０次回析光
は、実効的かつ空間的にろ波される。高次回析光の実質
的な部分は、それがミラー２１からＹ検出手段（図示さ
れていない）方向へ反射され、そこで回析された光が真
空容器（図示されていない）の外側で検出されるように
通過する。
【００３０】ビームスプリッタ２１によりＸチャネルに
分けられた光は、４５゜ミラー２４から反射され、レン
ズ２９に向けられ、レンズは光を４５゜ミラー２５を通
してＸウエハ回析格子（図示されていない）上に焦点を
合わせ、Ｘウエハ回析格子の大きさはＹウエハ回析格子
と同じであるが、Ｘ回析格子線はＹ回析格子線に垂直で
ある。ウエハから回析されたＸチャネル光は、ミラー２
５から反射され、レンズ２９を通過する。図５からわか
るように、回析されたビームの中心部即ち０次回析光
は、実効的かつ空間的にろ波される。高次回析光の本質
的部分は、ミラー２４を通過し、２８. ２５゜ミラー２
６から反射され、回析光が真空容器の外側で検出される
ようｘ方向手段（図示されていない）に向けられる。
分けられた光は、４５゜ミラー２４から反射され、レン
ズ２９に向けられ、レンズは光を４５゜ミラー２５を通
してＸウエハ回析格子（図示されていない）上に焦点を
合わせ、Ｘウエハ回析格子の大きさはＹウエハ回析格子
と同じであるが、Ｘ回析格子線はＹ回析格子線に垂直で
ある。ウエハから回析されたＸチャネル光は、ミラー２
５から反射され、レンズ２９を通過する。図５からわか
るように、回析されたビームの中心部即ち０次回析光
は、実効的かつ空間的にろ波される。高次回析光の本質
的部分は、ミラー２４を通過し、２８. ２５゜ミラー２
６から反射され、回析光が真空容器の外側で検出される
ようｘ方向手段（図示されていない）に向けられる。
【００３１】Ｘ及びＹチャネル両方のオプティカルヘッ
ド内の光学系は、直径約１０cm、厚さ .３２cmのアルミ
ニウムプレート上にマウントされ、プレートはｅ−ビー
ム露光機のポールティップにボルトでとめられ、約.５c
mより厚い光学要素は含まない。光学系は約１００μｍ
の焦点深さをもつ。
ド内の光学系は、直径約１０cm、厚さ .３２cmのアルミ
ニウムプレート上にマウントされ、プレートはｅ−ビー
ム露光機のポールティップにボルトでとめられ、約.５c
mより厚い光学要素は含まない。光学系は約１００μｍ
の焦点深さをもつ。
【００３２】本発明に従うと、光ビームに対するｅ−ビ
ーム基準軸を規定する基準ベクトルは、ウエハステージ
上の位置合わせマークを用いて決められる。 .２５μｍ
ＶＬＳＩ回路用のダイを含むウエハは、いくつかの組の
回析格子が、修正された位置合わせ用マークとしてウエ
ハ上に形成され、従来の堆積技術を用いてｅ−ビーム露
光用に通常のレジスト材料でウエハが被覆された後、ウ
エハステージ上に置かれる。ウエハを光ビームに位置合
わせするため、垂直な一組のマークが用いられる。位置
合わせを確実にするため、他のいくつかのマークが形成
される。次に、ウエハステージは基準ベクトル及び位置
合わせマークに対する露光すべきウエハの領域の位置で
決まる方向に移動させる。次に、レジストマスク層を規
定する予め決められたパターン中で、電子ビームを走査
させる。標準的な半導体プロセス技術を用いてウエハは
更に加工される。
ーム基準軸を規定する基準ベクトルは、ウエハステージ
上の位置合わせマークを用いて決められる。 .２５μｍ
ＶＬＳＩ回路用のダイを含むウエハは、いくつかの組の
回析格子が、修正された位置合わせ用マークとしてウエ
ハ上に形成され、従来の堆積技術を用いてｅ−ビーム露
光用に通常のレジスト材料でウエハが被覆された後、ウ
エハステージ上に置かれる。ウエハを光ビームに位置合
わせするため、垂直な一組のマークが用いられる。位置
合わせを確実にするため、他のいくつかのマークが形成
される。次に、ウエハステージは基準ベクトル及び位置
合わせマークに対する露光すべきウエハの領域の位置で
決まる方向に移動させる。次に、レジストマスク層を規
定する予め決められたパターン中で、電子ビームを走査
させる。標準的な半導体プロセス技術を用いてウエハは
更に加工される。
【図１】ウエハへ光を向け、ウエハから回析された光を
空間的にろ波する手段の例の概略上面図である。
空間的にろ波する手段の例の概略上面図である。
【図２】ウエハ上に光を向けることを示す図１の手段の
例の部分的な概略側面図である。
例の部分的な概略側面図である。
【図３】一組の直交回析格子の例を概略的に示す図であ
る。
る。
【図４】電子ビーム露光機のポールティップに、オプテ
ィカルヘッドをマウントする例を、誇張して示す概略図
である。
ィカルヘッドをマウントする例を、誇張して示す概略図
である。
【図５】オプティカルヘッドの例の要素を概略的に示す
図である。
図である。
１ ビーム ２ ４５゜ミラー、ミラー ３ レンズ部分 ４ ４５゜ミラー ５ ウエハ ６ ロンキー格子 ７ フォトダイオード ８ −１次回析光 ９ ＋１次回析光 １０ 中心部分 ２１ ２８. ２５゜ミラー、ミラー ２２ ビームスプリッタ ２３ ４５゜ミラー、ミラー ２４ ４５゜ミラー ２５ ４５゜ミラー ２６ ２８. ２５゜ミラー ２７ ４５゜ミラー、ミラー ２８ レンズ ２９ レンズ ３０ ポールティップ ３１ オプティカルヘッド ３２ マウント ３３ ウエハステージ ４０ 光路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーチン フェルドマン アメリカ合衆国 70816 ルイジアナ, バートン ルージ，アパートメント ナ ンバー80，ブウルヴァード デプロヴィ ンス 1718 (72)発明者 ハーバート アトキン ワグナー アメリカ合衆国 07979 ニュージャー シィ，ポッタースヴィル， ボックス 154，キーツ ロード（番地なし) (56)参考文献 特開 昭63−69226（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20
Claims (9)
- 【請求項１】 ａ）半導体基体にプロセス層を、また基
体の主表面上に少くとも１つの位置合わせマークを形成
する工程； ｂ）電子ビーム基準軸を有する露光機中に、基体を誘導
する工程； ｃ）電子ビーム基準軸に対して基体を位置合わせする工
程； ｄ）露光機中でプロセス層の選択された部分を電子ビー
ムに露出させる工程；及び ｅ）半導体デバイスの完成に向けて行う１ないし複数の
工程を含む半導体デバイスの生成方法において、基体上
の位置合わせマークは回折格子を含み、電子ビーム露光
機は位置合わせ手段を含み、工程（ｃ）は、 ｆ）基体を位置合わせ手段に付随した光放射ビームに対
して合わせ、光放射ビームは電子ビーム基準から、あら
かじめ決められた距離とあらかじめ決められた方向にあ
る工程を含み、更に ｇ）プロセス層の選択された部分が電子ビーム基準軸に
対して位置合わせされるように、電子ビーム露光機中で
移動させる工程が更に含まれ、工程ｆ）は位置合わせマ
ークから光を回折させ、回折された光は＋１，０及び−
１次の回折光を含み、回折された光を空間的にろ波し、
空間的にろ波された光の＋１，−１回折光を検出するこ
とを含むことを特徴とする方法。 - 【請求項２】 空間的にろ波された光の＋１，−１次回
折光の検出は、ロンキー格子の少くとも一部を通過さ
せ、光を１ないし複数のフォトダイオードに向けること
を含み、ロンキー格子は基体上の位置合わせマークの像
の２倍の空間周波数をもつ請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 ａ）電子ビーム基準軸が付随した電子ビ
ームを生成するための手段； ｂ）電子ビーム基準軸の周囲で電子ビームを走査するた
めの手段； ｃ）半導体基体を保持するのに適した可動ステージを含
む電子ビーム装置において、装置は更に ｄ）ビームが表面の適切にパターン形成された部分上に
向けられた時、電磁放射は表面から反射され、反射され
た放射はそれぞれ−１，０及び＋１次の回折から成るよ
うに、可動ステージ上に置かれた半導体基体の主表面上
に電磁放射のビームを向けるためのオプティカルヘッ
ド、 ｅ）反射された放射の少くとも一部を、放射を検出する
ための手段に向ける手段、及び ｆ）０次の回折放射が、検出手段に向けられた放射から
本質的に除去されるように、回折された放射を空間的に
ろ波する手段が更に含まれることを特徴とする装置。 - 【請求項４】 ＋１及び−次の回折放射を結びつける手
段が更に含まれる請求項３記載の装置。 - 【請求項５】 可動ステージは真空容器の中に置かれ、
装置は更に電磁放射源を含み、源及び１乃至複数の検出
器は真空容器の外側に置かれる請求項４記載の装置。 - 【請求項６】 電子ビーム装置は電子レンズを含み、電
子レンズにはポールティップが付随し、それは可動ステ
ージに隣接しているが分離されており、オプティカルヘ
ッドは、上に半導体基体を有するステージの動きは電子
ビーム基準軸に垂直な平面内にあり、オプティカルヘッ
ドによって制限されないように、ポールティップ上にマ
ウントされる請求項３記載の装置。 - 【請求項７】 オプティカルヘッドは .００２５cm乃至
.５cmの厚さを有するレンズの一部の切断部分から成る
請求項６記載の装置。 - 【請求項８】 オプティカルヘッドには焦点深さが付随
し、焦点深さは１μｍ以上である請求項３記載の装置。 - 【請求項９】 電磁放射源は多波長ＨｅＮｅレーザから
成り、オプティカルヘッドは２つの垂直な方向から半導
体基体上に電磁放射を向けるビームスプリッタ、電磁放
射を基体上に焦点を合わせるための .００２５cm乃至 .
５cm間の厚さを有する光学レンズ、レンズから基体へ電
磁放射を向けるための４５°で切られたミラーを含み、
可動ステージは干渉ステージを含み、＋１及び−１次の
回折放射を結びつけるための手段はロンキー格子を含
み、ロンキー格子は真空容器の外側に置かれ、装置は更
に＋１及び−１次の結びつけられた回折放射を検出する
ためのフォトダイオードを含む請求項５記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US499,153 | 1990-03-26 | ||
| US07/499,153 US5025165A (en) | 1990-03-26 | 1990-03-26 | Method for producing a semiconductor device using an electron beam exposure tool and apparatus for producing the device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04223327A JPH04223327A (ja) | 1992-08-13 |
| JP3009749B2 true JP3009749B2 (ja) | 2000-02-14 |
Family
ID=23984064
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3061546A Expired - Lifetime JP3009749B2 (ja) | 1990-03-26 | 1991-03-26 | 電子ビーム露光機を用いた半導体デバイスの形成方法及びデバイスの形成装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5025165A (ja) |
| JP (1) | JP3009749B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JP3036081B2 (ja) * | 1990-12-01 | 2000-04-24 | 株式会社日立製作所 | 電子線描画装置及び方法、及びその試料面高さ測定装置 |
| JPH06333803A (ja) * | 1992-09-18 | 1994-12-02 | Sharp Corp | 投影型露光装置用フィルター |
| JPH07263308A (ja) * | 1994-03-18 | 1995-10-13 | Fujitsu Ltd | 電子ビーム露光方法及び装置 |
| US5771218A (en) * | 1996-09-27 | 1998-06-23 | Digital Optics Corporation | Passively aligned integrated optical head including light source, detector, and optical element and methods of forming same |
| US5912872A (en) | 1996-09-27 | 1999-06-15 | Digital Optics Corporation | Integrated optical apparatus providing separated beams on a detector and associated methods |
| US5886971A (en) * | 1996-09-27 | 1999-03-23 | Digital Optics Corporation | Optical head structures including support substrates adjacent transparent substrates and related methods |
| US8153957B2 (en) * | 1996-09-27 | 2012-04-10 | Digitaloptics Corporation East | Integrated optical imaging systems including an interior space between opposing substrates and associated methods |
| US20080136955A1 (en) * | 1996-09-27 | 2008-06-12 | Tessera North America. | Integrated camera and associated methods |
| KR20010033319A (ko) * | 1998-10-20 | 2001-04-25 | 롤페스 요하네스 게라투스 알베르투스 | 격자 및 적어도 일부분 리세스된 산화물 패턴이 제공되는표면을 가지는 실리콘 바디에서 반도체 장치를 제조하는방법 |
| US6979820B2 (en) * | 2003-07-29 | 2005-12-27 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | CD SEM automatic focus methodology and apparatus for constant electron beam dosage control |
| US20070110361A1 (en) * | 2003-08-26 | 2007-05-17 | Digital Optics Corporation | Wafer level integration of multiple optical elements |
| KR100671159B1 (ko) * | 2005-08-25 | 2007-01-17 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 디스크방식 임플란트 공정에서 이온빔에 대한 반도체웨이퍼의 배치 방법 |
| WO2007090537A2 (de) * | 2006-02-03 | 2007-08-16 | Carl Zeiss Nts Gmbh | Fokussier- und positionierhilfseinrichtung für ein teilchenoptisches rastermikroskop |
| KR100763397B1 (ko) | 2006-03-29 | 2007-10-05 | 엘지전자 주식회사 | 멤스를 이용한 디스플레이 장치 |
| DE102008001812B4 (de) * | 2008-05-15 | 2013-05-29 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Positioniereinrichtung für ein Teilchenstrahlgerät |
| US10578981B2 (en) | 2018-07-25 | 2020-03-03 | International Business Machines Corporation | Post-lithography defect inspection using an e-beam inspection tool |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL7904580A (nl) * | 1979-06-12 | 1980-12-16 | Philips Nv | Inrichting voor het schrijven van patronen in een laag op een substraat met een bundel elektrisch geladen deeltjes. |
| JPS5694742A (en) * | 1979-12-28 | 1981-07-31 | Jeol Ltd | Electronic beam exposure device |
| US4468565A (en) * | 1981-12-31 | 1984-08-28 | International Business Machines Corporation | Automatic focus and deflection correction in E-beam system using optical target height measurements |
| US4828392A (en) * | 1985-03-13 | 1989-05-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Exposure apparatus |
| US4728193A (en) * | 1986-12-11 | 1988-03-01 | Hughes Aircraft Company | Precision automatic mask-wafer alignment system |
-
1990
- 1990-03-26 US US07/499,153 patent/US5025165A/en not_active Expired - Lifetime
-
1991
- 1991-03-26 JP JP3061546A patent/JP3009749B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5025165A (en) | 1991-06-18 |
| JPH04223327A (ja) | 1992-08-13 |
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