JPH02165616A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は露光装置に関し、特に半導体装置のパターン
形成を荷電ビーム描画によって行うための荷電ビーム描
画装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来より、半導体装置の回路パターン形成を高精度に行
う方法として、電子ビームまたはイオンビーム等の荷電
ビーム描画技術がある。この技術は、光学的露光法に比
べて解像度が高く、またフォトマスクを使用しないので
小量多品種製品の製造に対して有利であるという利点を
持っている。

以下、従来の電子ビーム描画技術におけるアライメント
方法及びその問題点を、第６〜９図を用いて説明する。

第６図（ａｌは半導体ウェハ中でのチップのレイアウド
を示し、同図（ｂｌは１チツプ内のアライメントマーク
を示す。半導体ウェハ１８上に半導体装置のチップ１９
を形成するとき、電子ビーム描画を使用する場合は、電
子ビームと基板との位置合わせを行うためにアライメン
トマーク１２を形成しておく必要がある。電子ビーム描
画に先立ってこのマーク１２上を電子ビームによって走
査し、マーク１２の位置を求めることによって、下地と
精度良く重ね合わせて電子ビーム描画を行うことができ
る。

次に、マーク位置を求める方法を第７図を用いて説明す
る。第７図（ａ）は代表的なアライメントマークの断面
構造を示し、同図（ｂｌは該マークに対応するアライメ
ント信号を示す、一般にアライメントマークの構造は、
マーク部分の基板を掘り下げたもの、逆にマーク部分の
周辺を掘り下げたもの、またマークに異なる物質を用い
たもの等があるが、本例では、マーク部分の基板を掘り
下げたものについて述べる。

まず、レジスト１５で覆われたアライメントマーり１２
を横切るように電子ビーム走査を行い、その反射電子を
ＰＮ接合検出器等で検出すると、アライメント信号１６
が得られる。この信号１６はマークのエツジ部１２ａに
対応するピーク信号１７を持っており、このピーク信号
１７を測定することにより、電子ビームとアライメント
マーク１２の相対的な位置を知ることができる。このと
きの電子ビームは加速電圧２０ｋＶ、電流５０ｎＡ１直
径０．５μｍである。またアライメントマーク１２の深
さは１μｍ１巾は６μｍルジスト１５の膜厚は１μｍで
ある。アライメントマークのエツジ部１２ａでは反射電
子が多く発生するの、で信号のピーク１７が発生し、ま
た逆にアライメントマークのエツジ部１２ａの下の部分
１２ｂでは反射電子の発生が少ないのでアライメント信
号が小さくなる。

このようにして１μｍ以下の精度でアライメントマーク
１２の位置の検出を行い、高精度な描画を行うことがで
きるわけであるが、第８．９図のような場合は検出が著
しく困難になるという問題がある。

第８図（ａｌは、レジストの被覆状態が、マークのエツ
ジ部に対して非対称な場合のアライメントマーク断面を
示し、同図（ｂ）は該マークに対応するアライメント信
号を示す。レジストの粘度、塗布方法などによってこの
ように非対称になることは実際よくあることである。こ
の場合に得られるアライメント信号１６は非対称になる
が、これはマークのエツジ部１２ａと１２ａ′ではその
上のレジスト膜厚が異なるため、入射電子と反射電子の
透過率が異なることに起因する。この場合、マークエツ
ジ部１２ａ′のレジスト膜厚はマークエツジ部１２ａの
レジスト膜厚に比べて厚いので、アライメント信号１６
のピーク１７′は低いものになり、検出が困難になる。

第９図（ａｌはアライメントマーク上が三層レジスト構
造の場合の断面構造を示し、同図−）は該マークに対応
するアライメント信号を示す。

この三層レジスト構造は、例えば、基板１１上にＡ２１
３５０等の下層レジスト１３　（厚さ２μｍ）、ＳｉＯ
，膜１４（厚さ０．２　μｍ）　、ボ’）スチレン等の
上層レジスト膜１５　（厚さ０．５μｍ）をこの順に形
成したものである。レジスト膜１３．１５はスピン塗布
の後ベーキングを行って形成する。５ｉＯｚ膜１４は真
空蒸着によって形成するか、もしくはＳ　ＯＧ　（Ｓｐ
ｕｎ　Ｏｎ　Ｇｌａｓｓ）をスピン塗布して２００℃で
ベーキングを行って形成する。このような三層レジスト
構造は、まずレジスト層１５にパターンを形成し、この
レジストパターンをマスクにして中間層１４をドライエ
ツチングし、次に中間７１１４をマスクにして下層レジ
スト１３をエツチングすることによってレジストパター
ンを形成する。この方法によると、工程は複雑になるが
、最初のパターン形成を行うレジスト膜１５が比較的薄
くできることと、下層レジスト層１３が厚いので基板に
凹凸があってもパターン形成層１５は平坦にできること
から、非常に微細なパターンの形成に有利である。

このような三層レジスト構造を使用した場合、マーク１
２上のレジストが厚いことと表面が平坦になっているこ
とで、第９図（ｂｌに示すように、アライメント信号１
６のビーク１７はほとんど検出することができない。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のように、従来では、電子ビーム描画を行うときに
おいて、アライメントマーク上のレジストの被覆状態が
非対称な場合や、アライメントマークが三層構造の厚い
レジストに被覆されているような場合は、アライメント
マーク検出が非常に困難になり、その結果パターン描画
精度が著しく低下してしまうという問題点があった。

この発明は上記のような問題を解消するためになされた
もので、アライメントマーク上のレジスト被覆状態によ
らず良好なアライメント信号が検出でき、従って高精度
なパターン描画、即ち露光が可能な露光装置を得ること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る露光装置は、その試料室にレーザ照射機
構を備え、レーザ光の照射位置とアライメント光または
ビームの照射位置との距離をチップサイズの整数倍に調
整し、上記アライメント光またはビームによりアライメ
ントマークを検出すると同時に、次のチップのアライメ
ントマーク上のレジストをレーザ照射により除去するか
、またはその膜厚を減するようにし、あるいはさらに、
アライメントマークの材質に応じて、上記照射レーザの
パワーを調節可能としたものである。

〔作用〕

この発明に係る露光装置は、試料室にレーザ照射機構を
備え、アライメントマーク検出中に次のチップのマーク
上のレジストを除去するかまたはその膜厚を減するよう
にしたので、良好なアライメント信号検出が可能になり
、スループットを大きく減少させることなしに高精度な
パターン描画を行うことができる。また、アライメント
マークの材質に応じてレーザのパワーを調節するように
すれば、アライメントマークに損傷を与えることなく、
良好なアライメント信号を検出できる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図はこの発明の一実施例による電子ビーム描画装置
の試料台付近を示す図である。第１図において、１は試
料台、２はウェハ、３は電子ビームである。また、４は
ＡｒＦのエキシマレーザ（波長１９３　ｎｍ）を発生す
るレーザ発振器で、レーザ光５はスリット６を通った後
、ミラー７ａによってウェハ２の表面に向かって入射し
、レンズ８ａによってウェハ表面にスリット６の像を結
像するようになっている。また、照射位置のモニタリン
グのために、可視光源９から発する可視光１０をミラー
７ａ、７ｂを使ってレーザ光照射位置と同一場所に照射
させ、その反射光をレンズ３ａ。

８ｂを通してビデオカメラ２０に結像させ、レーザ光照
射位置の像が得られるようになっている。

また、レンズ８ａ、８ｂ、ミラー？ａ１ビデオカメラ２
０を移動させることによってレーザ光５の照射位置を水
平方向に２０ｍｍ程度移動させることができ・る。

次に描画手順について、第１図、第２図を用いて説明す
る。第２図は半導体ウェハ中でのチップのレイアウト図
である。

まず電子ビーム３とレーザビーム５の照射位置の間隔を
、描画すべきチップのチップサイズの整数倍になるよう
に正確に調整する。これには、試料台１の上に設けられ
た基準パターンを可視光１０と電子ビーム３によってモ
ニタする手段と、レーザ光５の照射位置を移動させる機
構、及び電子ビーム３を偏向させる機構を用いる。

次に、最初に描画を行うチップ（第２図におけるチップ
Ａ）の中の３ケ所のアライメントマーク１２に順次レー
ザ光５を３００ｍＪ／ｃｎｌのパワー密度で照射する。

次に、試料台を１チップ分右に移動して、チップＡの３
ケ所のアライメントマーク上を電子ビーム３によって走
査し、各アライメントマークの位置を測定し、チップＡ
と電子ビーム３の正確な相対位置を算出して、チップＡ
のパターンの描画を行う。

チップＡのアライメントマーク検出を行うのと同時に、
次に描画するチップＢのアライメントマーク位置にレー
ザ光５を照射する。このようにすることによって、レー
ザ光の照射時間によるスループットの低下を少なくする
ことができる。この作業を繰り返すことによって、全チ
ップの描画を終了する。

上記のように、レーザ光５をアライメントマークに照射
することによって、マーク上のレジストを除去するか、
もしくはその膜厚を減らすことができる。第３図ｔａ）
はＳｉ基板上のアライメントマーク上に三層レジストを
形成した場合の断面構造を示すものであるが、３００ｍ
Ｊ／ａＪのパワー密度でＡｒＦのエキシマレーザを照射
することにより、はぼ完全にレジストを除去することが
できる。

レジストを除去したのち電子ビームで走査すると、同図
（ｂ）に示すように、マークエツジ部１２ａに対応する
良好なピーク信号１７を持つアライメント信号１６を得
ることができ、高精度な描画を行うことができる。

第４図は上記実施例による電子ビーム描画装置に代えて
イオンビーム描画装置を用いた本発明の第２の実施例の
効果を示す図である。

従来どおりにイオンビーム描画を行うときは、アライメ
ントマーク上をイオンビーム走査したときに発生する二
次電子を検出して位置合わせを行うので、アライメント
マーク上のレジストの影響がより顕著である。

即ち、第４図（ａｌに示すように、例えば深さ１μｍ、
巾６μｍのＳｔ段差マーク１２の上に厚さ１μｍのレジ
スト１５が形成されている場合、２００ｋｅＶのＳＬイ
オンビームを用いて走査を行うと、同図価）に示すよう
に、アライメント信号１６にはほとんどピーク信号１７
が生じない、従って正確なマーク位置を求めることがで
きない、これは、マークエツジ部１２ａで発生した二次
電子のエネルギーが１００ｅＶ以下なので、レジスト表
面まで突き抜けることができないからである。

しかるに、本発明の第２の実施例においては、上記第１
の実施例の電子ビーム描画装置と同じ機構を持つイオン
ビーム描画装置を用いて、アライメントマーク１２にレ
ーザ光を照射し、第４図（Ｃ）に示すようにアライメン
トマーク１２上のレジスト１５を除去するようにすれば
、同図（ｄｌに示すように高いピーク信号１７を持つア
ライメント信号１６が得られ、高精度な描画を行うこと
ができる。

また、上記第１及び第２の実施例では、基板が融点の高
いＳｔなので、高いパワー密度を持っレーザ光を照射し
てレジストを完全に、除去しているが、基板がＡｌなど
の融点の低い物質から成っている場合は、高いパワー密
度のレーザ光照射を行った時、熱によってアライメント
マークが変形したり損傷するという問題がある。しかし
ながら、このようにＳｔ基以外材料のアライメントマー
クを使用することは、プロセス上の制約から実際よくあ
ることなので、以下、このような場合の本発明の第３の
実施例について、第５図を用いて説明する。

第５図（４）に示すように、アライメントマーク１２が
Ａｌ膜２１で覆われ、さらにその上が三層レジスト構造
の場合、加速電圧２ＱｋＶ、電流５゜ｎ　Ａ　ｓ直径０
．５μｍの電子ビームによってマーク検出を行ったとき
のアライメント信号１６ａは、小さなピーク信号１７ａ
しか生ぜず、高精度なアライメントは期待できない、マ
ーク近傍のレジストを３００ｍＪ／−のエキシマレーザ
によって照射すれば、レジストは除去されるが、第５図
（ｂ）に示すように、レーザが照射された場所では発生
した熱によってＡ１膜２１も損傷を受ける。この状態に
おけるアライメント信号１６ｂは、Ａ１１ｌ１２１の損
傷の影響で正常なピーク信号を示さず、精度の良いアラ
イメントは不可能である。

このような場合、照射レーザのパワー密度を調整する、
即ち弱めることによって、マークが損傷を受けない条件
を求め、該条件下でレーザ照射を行ってレジスト膜厚を
減少させることが有効である０例えば上記条件の場合、
２００ｍＪ／−のレーザを照射すると、Ａｊ！膜２１に
損傷を与えずに、レジスト表面を０．５μｍに減するこ
とができる（第５図（Ｃ））。この状態でアライメント
を行うと、比較的良好なピーク信号１７ｃを持ったアラ
イメント信号１６Ｃが得られ、アライメント精度を著し
く向上させることができる。

なお上記第１ないし第３の実施例では、電子ビームある
いはイオンビーム露光装置の場合について述べたが、本
発明は縮小投影露光装置等の光学的な露光装置にも適用
でき、上記と同様の効果を奏する。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明に係る露光装置によれば、試料
室にレーザ照射機構を付加し、アライメントマーク検出
中に次のチップのアライメントマーク上のレジストをレ
ーザ照射により除去するようにしたので、スループット
を大きく減少させることなしに高精度な描画を行える効
果がある。また、アライメントマークの材質に応じてレ
ーザのパワーを調節するようにすれば、アライメントマ
ークに損傷を与えることなく、上記高精度な描画を行う
ことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による電子ビーム描画装置
の試料台付近を示す図、第２図は第１図の装置による描
画方法を説明するためのチップレイアウト図、第３図は
第１図の装置を三層レジスト構造下のアライメントマー
ク検出に使用した本発明の第１の実施例の効果を示す図
、第４図は第１図の装置の機構をイオンビーム描画装置
とした本発明の第２の実施例の効果を示す図、第５図は
アライメントマークが低融点材料からなる場合の本発明
の第３の実施例による効果を示す図、第６図は従来の描
画方法を説明するためのチップレイアウト図、第７図は
代表的なアライメントマークの断面構造、及び該マーク
に対応するアライメント信号を示す図、第８図はアライ
メントマーク上のレジストが非対称な場合の断面構造、
及び該マークに対応するアライメント信号を示す図、第
９図はアライメントマーク上が三層レジスト構造の場合
の断面構造、及び該マークに対応するアライメント信号
を示す図である。 図において、１は試料台、２はウェハ、３は電子ビーム
、４はレーザ発振器、５はレーザ光、６はスリット、７
ａ、７ｂはミラー、８ａ、８ｂはレンズ、９は可視光源
、１０は可視光、１１はＳｉ基板、１２はアライメント
マーク、１３は下層レジスト、１４は中間層、１５はレ
ジスト、１６はアライメント信号、１７はアライメント
マークのエツジに対応するピーク信号、１８はウェハ、
１９はチップ、２０はビデオカメラ、２１はＡｌ膜を示
す。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 第 図 １　：　＊ｔ＃智 ２：りＩ／ノ ３：、ｆ−７と召

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）レジストが塗布された半導体基板に対し、該基板
   上のアライメントマークをアライメント光またはビーム
   により検出して位置合わせを行い、１チップあるいは数
   チップずつ半導体装置の回路パターンを露光していく露
   光装置において、レーザ光の照射位置がある程度の範囲
   で移動可能なエキシマレーザ照射装置と、 上記レーザ光の照射位置と上記アライメント光またはビ
   ームの照射位置との距離をチップサイズの整数倍に調整
   するための手段とを備え、 所望のチップのアライメントマーク上のレジストに上記
   レーザ光を照射して、該レジストを除去するか、あるい
   はその膜厚を減少させ、 上記チップのアライメントマークを上記アライメント光
   またはビームにより検出すると同時に、次に露光するチ
   ップのアライメントマーク上のレジストに上記レーザ光
   を照射し、該レジストを除去するか、あるいはその膜厚
   を減少させ、 この動作を順次繰り返すようにしたことを特徴とする露
   光装置。