WO2000046845A1 - Procede pour detecter une marque d'alignement dans un appareil d'exposition aux faisceaux de particules chargees - Google Patents

Description

明細書

荷電粒子線露光装置における位置合わせ用マークの検出方法 本出願は日本国特許出願平成 1 1年第 2 5 3 5 8号を基礎とし、 その内容は 引用文としてここに含まれる。 技術分野

本発明は、 荷電粒子線露光装置およびこの露光装置で使用され、 ウェハ一等 の被露光基板に設けられた位置合わせ用マークを確実に検出する方法に関する ものである。 背景技術

荷電粒子線露光装置においては、 レチクルやマスク （以下では、 レチクルと いう） に形成されたパターンの像を、 荷電粒子線によって、 ウェハ一等の被露 光基板 （単に基板という） に投影露光している。 この際、 レチクル像と基板の 相対位置を正確に合わせるために、 レチクルに位置合わせ用パターンが、 基板 に位置合わせ用マークが、 それぞれ設けられている。 そして、 レチクルの位置 合わせ用パターンを通過した荷電粒子線を基板の位置合わせ用マークに照射し てスキャニングし、 その際発生する 2次電子等を検出することにより、 位置合 わせを行う。

位置合わせ用マークが形成された基板の上にはレジストが全面に塗布されて おり、 位置合わせ用の荷電粒子線の照射により位置合わせ用マーク上のレジス トも露光される。 このレジストにポジ型レジストを使用した場合、 レジストを 現像した際に位置合わせ用マーク上のレジス卜が除去され、 続いて行われるェ ツチング等により位置合わせ用マークが破損してしまう。 そのため、 改めて位 置合わせ用マークを作成しなおす必要があった。

—方、 ネガ型レジストを使用した場合には、 逆にマーク検出の際の露光量が 不充分であると、 レジストを現像した際に位置合わせ用マーク上のレジス卜が 除去され、 続いて行われるエッチング等により位置合わせ用マークが損傷して しまう。 そのため、 描画方式の荷電粒子線露光装置においては、 この対策とし て位置合わせ用マークの領域を露光し、 現像時にレジス卜が除去されないよう にして位置合わせ用マークを保護している。 発明の開示

しかしながら、 改めて位置合わせ用マークを作成しなおす場合、 全体の工程 が複雑になると共に、 新たなマークを作るためのスペースを空けておく必要が あるため、 チップの有効面積が減少するという欠点があった。 また、 マーク形 成誤差のため重ね合わせ精度が低下することから良品度が低下し、 製造コス卜 の増加を招くとともに、 線幅の非常に小さな半導体デバイスを製造するのが困 難であった。 さらに、 ネガ型レジス卜において位置合わせ用マーク領域を露光 する方法の場合には、 スループットが低下するという問題があった。 特に、 被 露光領域を複数のス卜ライプに分割し、 各ス卜ライプの長手方向にレチクルと 基板を連続移動させながらレチクルから基板への転写を行う方式 （分割投影転 写方式） の荷電粒子線露光装置においては、 スループットを落とさずに位置合 わせ用マーク領域を露光する方式が開発されていないのが現状である。

本発明の目的は、 荷電粒子線露光装置で露光される基板上に設けられた位置 合わせ用マーク上のレジス卜が、 レジス卜現像により除去されるのを防止する ことができる位置合わせ用マークの検出方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、 スループットを落とさずに、 位置合わせ用マークを確 実に検出できる荷電粒子線露光装置を提供することにある。

さらに他の目的は、 線幅が細く、 集積度の高い半導体デバイス、 および、 そ のような半導体デバイスを製造できる半導体デバイス製造方法を提供すること にある。

上記目的を達成するため、 本発明による荷電粒子線露光装置およびその露光 装置に使用される位置合わせ用マークの検出法では、 ポジ型レジス卜が塗布さ れた基板上の位置合わせ用マークを荷電粒子線により走査して、 その位置合わ せ用マークを検出する際に位置合わせ用マーク領域に与えられる荷電粒子線の ドーズ量を、 上記基板上の回路パターンが露光されるパターン形成領域が受け るドーズ量よりも少なくするようにした。 このように、 位置合わせ用マーク領域の受けるドーズ量を、 ポジレジス卜の ァ値に応じて通常の露光面が受けるドーズ量よりも小さくすることにより、 レ ジス卜現像後にも位置合わせ用マーク上にレジス卜を残留させることができる。 その結果、 この残留したレジストにより、 位置合わせ用マークがエッチング等 により損傷するのを防止することができる。 また、 改めて位置合わせ用マーク を作成しなおす必要がないので、 工程の簡略化や重ね合わせ精度の向上を図る ことができる。

また、 位置合わせ用マークに与えられる荷電粒子線のドーズ量を、 パターン 形成領域が受けるドーズ量の 1 Z 2未満とするのが好ましい。 このようにする と、 ほとんどの種類のポジ型レジストに対して、 現像後のレジスト膜厚の減少 量を 15 %以下とすることができる。

さらに、 位置合わせ用マーク、 及びその上を走査される荷電粒子線は、 それ ぞれ複数のパターンで構成するのが好ましい。 この場合、 位置合わせ時の検出 信号 （例えば、 位置合わせ用マークに荷電粒子線が照射されたときに放出され る反射電子または 2次電子） を減少させることなく、 位置合わせ用マーク領域 が受けるドーズ量を少なくすることができる。

本発明による位置合わせ用マーク検出方法は、 基板上のパターン形成領域を 複数のストライプに分割し、 各ストライプの長手方向にレチクルと基板を連続 移動させながらレチクルから基板への投影を行う荷電粒子線露光装置に用いら れ、 ネガ型レジス卜が塗布された基板上の位置合わせ用マークを荷電粒子線に より走査して検出する方法に関するものであり、 位置合わせ用マークを検出す るためのパターンが形成された領域に近接してマーク保護用パターン領域が形 成されたレチクルを用い、 上記検出方法には、 マーク検出用露光の前又は後に、 マーク保護用パターンを通過した荷電粒子線により位置合わせ用マークを露光 する工程が含まれる。

この場合、 位置合わせ時のマーク検出用露光とは別に、 マーク保護用パター ンを通過した荷電粒子線により位置合わせ用マークを露光するため、 位置合わ せ用マーク上のネガ型レジス卜は充分な量の露光を受けることになる。 そのた め、 現像後も位置合わせ用マーク上にレジス卜が残存し、 エッチング等による マークの損傷を防止することができる。

また、 マーク保護用パターンを通過した荷電粒子線による位置合わせ用マー クの露光は、 パターン露光やマーク検出を行える程に試料台及びレチクルステ —ジの定速性が保証されていないときに行うのが好ましい。 この場合、 全体の 露光プロセスのスループットを下げることなく、 マーク保護用パターンを通過 した荷電粒子線による露光を行うことができる。

また、 半導体デバイス製造方法におけるリソグラフイエ程に、 上述したよう な荷電粒子線露光装置や位置合わせマーク検出方法を使用することにより、 線 幅が細く、 集積度の高い半導体デバイスを製造することができる。 図面の簡単な説明

図 1は、 半導体デバイス製造方法を示すフローチヤ一トである。

図 2は、 ウェハプロセッシング工程におけるリソグラフイエ程の内容を示す フローチャートである。

図 3は、 分割投影露光装置の概略構成を示すプロック図である。

図 4は、 ポジ型レジストを使用した場合の、 露光ドーズ量と残留レジスト膜 厚の関係を示す図である。

図 5は、 ドーズ量を減少した露光方法を説明する図であり、 位置合わせ用マ

—クと、 それに照射される電子線を示す図である。

図 6は、 分割投影転写方式の露光装置における分割露光の単位を示す図であ る。

図 7は、 分割投影露光装置における露光方式を示す図である。

図 8は、 分割投影露光装置に用いられるレチクルの一例を示す図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明の実施例について、 図を用いて説明する。 まず、 本発明による 位置合わせ用マークの検出方法を用いた荷電粒子線露光装置が適用される半導 体デバイス製造方法について説明する。 図 1は半導体デバイス製造方法を示す フローチャートであり、 主工程として、 ウェハ一を製造するウェハ一製造工程 S 1、 ウェハーにチップを形成するのに必要な加工処理を行うウェハプロセッ シング工程 S 2、 ウェハ一に形成されたチップを 1個づっ切り出して、 デバイ スとして動作可能な形態に組み立てるチップ組み立て工程 S 3、 完成したチッ プを検査するチップ検査工程 S 4、 およびウェハプロセッシング工程 S 2で使 用するマスクを製作するマスク製造工程 S 5を有している。

これらの工程の中で、 半導体デバイスの性能に決定的な影響を有する工程は ウェハプロセッシング工程 S 2である。 このウェハプロセッシング工程 S 2で は、 設計された回路パターンがウェハー上に順次積層形成され、 メモリ一や M P Uとして動作するデバイスチップがウェハー上に多数形成される。そのため、 ウェハプロセッシング工程 S 2には、 ① C V Dやスパッタリング等を用いて絶 縁層となる誘電体薄膜や、 配線部、 電極部を形成する金属薄膜等を形成する薄 膜形成工程、 ②ウェハー基板や薄膜形成工程で形成された薄膜層を酸化する酸 化工程、 ③薄膜層やウェハ一基板等を選択的に加工するために、 マスク （レチ クルとも呼ばれる） を用いてレジストパターンを形成するリソグラフイエ程、 ④レジストパターンを用いてドライエッチング等により薄膜層や基板を加工す るエッチング工程、 ⑤イオン '不純物注入工程、 ⑥レジスト剥離工程、 ⑦ゥェ ハ一を洗浄する洗浄工程、 ⑧加工されたウェハ一を検査する検査工程などが含 まれている。 なお、 ウェハプロセッシング工程 S 2は必要な層数だけ繰り返し 行われる。

図 2はウェハプロセッシング工程 S 2の中核を成すリソグラフイエ程の内容 を示すフローチャートである。 レジス卜塗布工程 S 1 1でウェハー上にレジス 卜を塗布したならば、 露光工程 S 1 2において、 マスク製造工程で作製された マスクを用いて露光装置によりレジス卜を露光する。 露光されたレジストを現 像工程 S 1 3で現像すると、 レジストのパターンが得られる。 このレジストパ ターンは、 続くァニール工程 S 1 4により安定化される。

上述した露光工程 S 1 2に、 本発明による位置合わせ用マークの検出方法を 適用した露光装置を用いることにより、 リソグラフイエ程のスループット， コ スト， 精度および良品度を大幅に改善することができる。 特に、 必要な最小線 幅、 およびそれに見合った重ね合わせ精度の実現に関係する工程はリソグラフ イエ程であって、 その中でも位置合わせ制御を含めた露光工程 S 1 2が重要で ある。 この露光工程 S 1 2に本発明を適用することにより、 今まで製造が不可 能であるとされていた半導体デバイスの製造が可能となる。

次に、 図 3を用いて荷電粒子線露光装置の概略構成について説明する。 電子 銃 2 1から出射された電子線 E Bは、 コンデンサーレンズ 2 2により平行ビー ム化される。 2 3はビームブラン力であり、 電子銃 2 1からコンデンサーレン ズ 2 2へ出射される電子線 E Bを制御アンプ 2 3 aの信号に基づいてオン ·ォ フするシャツ夕の働きをする。 コンデンサ一レンズ 2 2を通過した電子線 E B は、 副視野選択用偏向器 2 4により偏向されてレチクル 1 0 0のサブフィ一ル ドの一つに導かれる。

レチクル 1 0 0はレチクルステージ 2 5に装着されており、 レチクルステ一 ジ 2 5は駆動装置 2 6により X軸， y軸方向に水平駆動される。 レチクル 1 0 0を通過した電子線 E Bは、 偏向器 2 7により X軸方向および y軸方向に所定 量偏向されるたのち、 投影光学系 2 8によりウェハステージ 3 0上に装着され たウェハー Wの所定領域に投影される。 ウェハステージ 3 0は駆動装置 3 1に より X軸方向および y軸方向に水平駆動される。

レチクルステージ 2 5およびウェハステージ 3 0の X軸方向および y軸方向 の位置はレーザ干渉計等の位置検出器 3 2， 3 3でそれぞれ検出され、 それら の検出結果は制御装置 3 4へ出力される。 制御装置 3 4には予め露光条件等の データが入力されており、 それらのデータと位置検出器 1 2， 1 3からのステ —ジ位置情報とに基づいて偏向器 2 4 , 2 7による電子線 E Bの偏向量を演算 するとともに、 レチクルステージ 2 5およびウェハステージ 3 0の動作を制御 するのに必要な情報 （例えば、 位置および移動速度） を演算する。

偏向量の演算結果は偏向量設定器 3 5， 3 6に出力され、 各偏向器設定器 3 5 , 3 6によって偏向器 2 4 , 2 7の偏向量がそれぞれ設定される。 また、 ブ ラン力 2 3による電子線 E Bのオン ·オフの制御も制御装置 3 4の指令に基づ いてなされる。 レチクルステージ 2 5およびウェハステージ 3 0の動作に関す る演算結果はドライバ 3 8， 3 9にそれぞれ出力され、 ドライバ 3 8 , 3 9に よって駆動装置 2 6、 3 1の動作がそれぞれ制御される。 レチクル 1 0 0とウェハ一 Wとの位置合わせを行う際には、 レチクル 1 0 0 に設けられた位置合わせ用パターンを通過した電子線 E Bをウェハー上に設け られた位置合わせ用マークに照射して、 そのときに発生する 2次電子等を 2次 電子検出器 4 0により検出する。 2次電子検出器 4 0の検出信号は制御装置 3 4へ出力され、 制御装置 3 4はこの検出信号に基づいて偏向器 2 7を駆動して ビームの位置調整を行ってレチクル 1 0 0の像とウェハ一 Wとの位置合わせを 行う。

上述したように、 回路パターンを露光， 現像してエッチングするとき、 位置 合わせマーク上のレジストはある程度残存させる必要がある。 本発明は、 位置 合わせマーク上のレジス卜の露光量を制御してレジストを残存させるものであ る。 そこで、 まず、 露光ドーズ量と残存レジスト膜厚との関係について説明す る。

図 4は、ポジ型レジストを用いた場合の、電子線の露光ドーズ量（ C Z cm²) と、 残存レジスト膜厚との関係をレジスドの種類をパラメ一夕として示したも のである。 横軸は露光ドーズ量 （常用対数値）、 縦軸は現像前の膜厚に対する残 存レジス卜の膜厚の相対値を示す。図中の a〜cはレジス卜の種類に対応する。 a、 bのレジストは、 露光時のドーズ量が 6 i C / cm ) 以上であると現像 によりレジス卜が完全に除去され、 通常のパターン形成を行うことができる。 —方、 ドーズ量を 3 ( C Z cm²) 以下とした場合には、 aのレジストでは 86 %以上が、 bのレジス卜では 90 %以上が現像後に残存する。

よって、 位置合わせ用マークを検出する際の電子線のドーズ量を通常のパ夕 —ン形成に使用されるドーズ量の 1 / 2とすれば、 当初の膜厚の 86 %以上が残 存することになる。 同様のことは cのレジストについても、 数値は異なるが当 てはまり、 ほとんどのレジストに共通である。 従って、 位置合わせ用マークを 検出するときに照射する荷電粒子線のドーズ量を、 通常のパターン形成に使用 されるドーズ量の 1 2とすることにより、 現像後も位置合わせ用マーク上の レジス卜がなお残留しており、 位置合わせ用マークがエッチング等により破損 することがない。 なお、 ドーズ量の低减のさせかたは、 使用するレジストの γ 値や完成までのウェハーの露光回数に応じて最適になるように設定すれば良い。 図 5を参照して、 このようなドーズ量を減少した露光方法の一例を説明する。 図 5において、 1はウェハー Wに形成された位置合わせ用マークで、 図 5に示 す例では 3個形成されており、 その幅は A、 マーク 1同士のピッチは Bである。 2はレチクル 1 0 0に設けられた位置合わせ用パターン （図示せず） を通過し てウェハ一 W上に投影された電子線 E Bを示しており、 置合わせ用パターンの 像である。 位置合わせ用パターンも 3個設けられており、 ウェハー W上に投影 された像 2の幅は C、 ピッチは位置合わせ用マーク 1のピッチと同じ Bである。 像 2を形成する電子線 E Bは図 3の偏向器 2 7によって偏向され、 像 2はマー ク 1の並び方向 （図の左右方向） に等速度でスキャンされる。 このときの走査 時間を Tとすれば、 走査速度は B ZTである。

各位置合わせ用マーク 1に電子線 E Bが照射された際に放出される 2次電子 は、 2次電子検出器 4 0により検出され、 2次電子の数が最も多くなつたとき に、 各像 2が各位置合わせ用マーク 1に一致したと判断し、 この信号に基づい てレチクル 1 0 0の像とウェハ一 Wの位置合わせを行う。

通常のパターン部 （回路パターンが露光される領域） が露光される時間を T ' とし、 位置合わせの際にレチクル 1 0 0を照射する電子線 E Bの単位面積当 たりの強度が通常のパターン部の露光時と変わらないとすれば、 位置合わせの 際に位置合わせ用マーク 1上のレジス卜が受けるドーズ量は、 通常のパターン 部が受けるドーズ量の C T / { ( B + C ) T ' } 倍となる。 Cと Tを適当に選ぶ ことによりこの値を 1以下とすると、 位置合わせ用マーク 1上のレジス卜が受 けるドーズ量を通常のパターン部が受けるドーズ量より小さい任意の値にする ことができる。 通常、 走査時間 Tは露光時間 T ' と等しく設定される。

図 5において、 ウェハ一 W上の位置合わせ用マーク 1と、 レチクル 1 0 0上 の位置合わせ用パターンの数 （像 2の数） を複数としたのは、 位置合わせ用マ ーク 1が受ける電子線 E Bのドーズ量を小さくしても、 位置合わせに必要な量 の 2次電子が発生するようにするためである。 図 5に示す例では、 位置合わせ 用マーク 1と像 2の数は各々 3個である力 これらの数を多くすれば、 位置合 わせ用マーク領域が受ける電子線 E Bのドーズ量を増加させることなく多くの 2次電子を発生させることができる。 次に、 ネガ型レジストを使用した場合の位置合わせ用マークの保護について 説明する。 図 6は分割投影転写方式の露光方法を説明する図であり、 分割露光 の単位を示す図である。 まず、 基板 （通常はウェハ一である） W上には複数の チップ 3が形成され、 さらにチップ 3の領域は複数のストライプ 4に、 各スト ライプ 4は複数のサブフィールド Sにそれぞれ分割されている。 レチクル 1 0 0にはチップ 3の領域に転写されるパターンが形成されており、 このパターン は、 チップ 3のストライプ 4に対応してストライプ 1 0 (図 7参照） に分割さ れ、 さらにストライプ 1 0はス卜ライプ 4のサブフィールド Sに対応してサブ フィールド S ' に分割されている。

分割投影露光装置では、 通常、 図 7に示すような方法で露光が行われる。 図 7では、 ウェハ一 Wの 1つのストライプ 4と、 このストライプ 4に対応するス トライプ 1 0とを示した。 まず、 レチクルステージ 2 5とウェハステージ 3 0 とを、 ストライプ 4 , 1 0の中心に沿って縮小比に近い速度比で等速移動させ る。 レチクル 1 0 0上のサブフィールド S ' は電子線 E Bによって照明され、 サブフィールド S ' に形成されたパターンの像が投影光学系 2 8 (図 3を参照） によってウェハー Wの対応するサブフィールド S上に縮小投影される。

そして、 電子線 E Bをレチクルステージ 3 0の進行方向と略直角な方向に偏 向させ、 順次、 一列に配置されたサブフィールド S ' , Sの投影露光を行う。 一 列のサブフィールド S '， Sの投影露光が終了すると、 次の列のサブフィールド S Sの投影露光を開始するが、 その際、 図 7に示すように電子線 E Bの偏向 方向を逆にして、 ライン L '， Lのように順次サブフィールド S ' , Sの投影露 光を行うことにより、 スループットを上げるようにしている。

このような方法で露光が行われる分割投影露光装置を従来の荷電粒子線露光 装置と比較すると、 サブフィールド領域が一括露光され、 またレチクル 1 0 0 には露光すべきパターンが全て形成されているため、 非常にスループットを向 上させることができる。

この露光方式で使用するレチクル 1 0 0は、 光を使用した露光装置の場合と は異なり、 図 7に示すようにパターンが形成されるサブフィールド S ' とその 周辺の梁部 S Tに分割されている。 梁部 S Tは、 レチクル 1 0 0自体の強度を 保っために設けられたものである。

図 8は分割投影型の電子線露光装置に用いられるレチクル 1 0 0の一部を示 す図であり、 ウェハ一 Wに塗布されるレジス卜にはネガ型レジス卜が用いられ る。 図 8ではストライプ 1 0が X軸方向に複数形成されており、 1 1は隣り合 うストライプ 1 0の間に形成される梁部である。 1 2は転写パターンが形成さ れた一般のサブフィールド （図 6 , 7のサブフィールド S ' に対応する） を示 しており、 1 3は X方向位置合わせ用ビームを作るサブフィールド、 1 4は 方向位置合わせ用ビームを作るサブクイ一ルド、 1 5はマーク保護用のビーム を作るサブフィールドである。 サブフィールド 1 3には X軸方向位置合わせ用 パターン 1 6が形成され、 サブフィールド 1 4には y軸方向位置合わせ用パ夕 —ンが形成されている。 パターン 1 6 , 1 7はウェハ一 W上に図 5に示した像 2を形成するためのパターンである。

図 8に示したレチクルは、 ストライプ 1 0の長手方向すなわち y方向に移動 する。 ストライプ 1 0の y方向の各両端部には、 マーク保護用のビームを作る サブフィールド 1 5が図のように設けられ、 続いてその内側に、 X方向位置合 わせ用ビームを作るサブフィールド 1 3と、 y方向位置合わせ用ビームを作る サブフィールド 1 4とが、 X方向に交互に設けられている。 一方、 ウェハ一 W に関しても、 回路パターンが投影されるサブフィールド Sとは別に、 レチクル 1 0 0のサブフィールド 1 3 , 1 4に対応するサブフィールドが対応する位置 に形成されている。 なお、 図 8においては、 サブフィールド 1 3、 1 4、 1 5 は、 ストライプ 1 0の両側に設けられているが、 ストライプ 1 0が最初に露光 される方の側のみに設けてもよい。

露光の際のレチクル 1 0 0とウェハ一 Wとの位置合わせは、 一つのストライ プ 1 0に関する露光を行う度に行われる。 例えば、 図 8に示すレチクルを用い て露光を行う場合には、 ストライプ 1 0のサブフィールド 1 2の露光を開始す る前に、 図示上側のサブフィールド 1 3， 1 4を用いて位置合わせを行い、 ス トライプ 1 0の露光が終了した後にも、 図示下側のサブフィールド 1 3， 1 4 を用いて位置合わせを行う。 また、 上述したように、 ストライプ 1 0が最初に 露光される方の側 （図示上側） のみに位置合わせ用のサブフィールド 1 3 , 1 4が設けられている場合には、 ストライプ 1 0のサブフィールド 1 2の露光を 開始する前に位置合わせを行う。

次に、 ネガレジストが使用された場合のマーク保護について述べる。 まず、 照明光学系 （図 3のコンデンサ一レンズ 2 3 ) からの電子線 E Bを、 偏向器 2 4で偏向してサブフィールド 1 5の一つに照射する。 サブフィールド 1 5には 図 8に示すような穴パターンが形成されており、 この穴パターンを通過した電 子線 E Bを位置合わせ用マークが設けられたウェハ一 W上の対応するサブフィ 一ルド （サブフィールド 1 3 , 1 4に対応するサブフィールド） に照射する。 その際、 ウェハ一 Wの位置合わせ用サブフィールドの y方向位置は、 レチクル 1 0 0のサブフィールド 1 3、 1 4の y方向位置に対応しているので、 レチク ル 1 0 0に照射される穴パターンのビームを偏向器 2 7により y方向に 1サブ フィールド分だけ余分に偏向し、 サブフィールド 1 5の穴パターンの像が、 ゥ ェハー W側の位置合わせ用マークが形成されている領域全体に転写されるよう にする。 このような露光を図 8の X方向に並んだサブフィールド 1 5に対して 次々と行うことによって、 全ての位置合わせ用サブフィールドへの保護露光が 行われる。 これにより、 ウェハー Wの位置合わせ用サブフィールドには、 予め 十分な露光が行われることになる。なお、 ポジレジストが使用された場合には、 この露光は省略される。

続いて、 照明光学系からの電子線 E Bを偏向器 2 4で X方向に偏向して、 X 方向位置合わせ用ビームを作るサブフィールド 1 3および y方向位置合わせ用 ビームを作るサブフィールド 1 4に次々と照射し、 各サブフィールド 1 3 , 1 4のパターンによりパターン化された電子線 E Bをゥェハ一 W側の位置合わせ 用マークが設けられたサブフィールドに次々と照射する。 レチクル 1 0 0から ウェハ一 Wに照射される位置合わせ用ビームを偏向器 2 7で偏向することによ り、 ウェハ一 W上における各位置合わせ用ビームの走査が行われるが、 X軸方 向位置合わせ用マークを検出する場合には X軸方向に走査され、 y軸方向位置 合わせ用マークを検出する場合には y軸方向に走査される。

サブフィールド 1 3、 1 4を通過してパターン化された電子線 E B (位置合 わせ用ビーム） が、 ウェハ一 Wの位置合わせ用マークを照射すると、 位置合わ せ用マークから 2次電子が放出されるので、 これを検出器 4 0 (図 3参照） で 検出することにより、 レチクル 1 0 0とウェハー Wの相対位置関係を検出する。 そして、 検出された相対位置関係に基づいてレチクル 1 0 0の像とウェハ一 W の位置合わせを行い、 以後、 通常のサブフィールド 1 2の露光を実施する。 上述した検出方法によれば、 ウェハー Wの位置合わせ用マークが設けられて いるサブフィールド 1 3 , 1 4は、 サブフィールド 1 5に明けられた穴を通過 した電子ビームによって予め十分な露光を受けているので、 レジス卜現像後に もサブフィールド 1 3 , 1 4上のネガ型レジス卜は残留し、 その下にある位置 合わせ用マークがエツチング等により損傷することはない。

サブフィールド 1 5で形成された保護用ビームをウェハー Wの位置合わせ用 マークが設けられたサブフィールドに照射するためには、 前述のように、 通常 の y軸偏向の他に 1サブフィールド分 （たとえば 250 m程度） の y軸偏向を 保護用ビームに加えなけばならないが、 穴パターン像をマーク領域より十分大 きく作れば、 このマーク保護用の露光は数 a m程度位置がずれても特に問題は ないので、 収差の問題は特に気にしなくてもよい。 ところで、 上述したような 分割投影型の露光装置では、 ステージ 2 5 , 3 0を等速移動させながら一つの ス卜ライプ 4 , 1 0の露光が終了したら、 ステージ 2 5 , 3 0の移動方向を反 転させて次のストライプ 4 , 1 0の露光が行われる。 そこで、 保護用ビームの 露光位置が多少ずれても問題ないことから、 ストライプ 4 , 1 0の露光の度に 行われる保護露光を、 ストライプ 4 , 1 0の露光 （回路パターンの露光転写） が行われる前後のステージ加減速中等のステージの定速性が保証されていない 時に実施することにより、 スループットを低下させることなく保護露光を行う ことができる。

なお、 図 8に示すように、 X軸方向位置合わせ用パターン 1 6、 y軸方向位 置合わせ用パターン 1 7は、 各パターンの長さが長すぎると電子線照射によつ て熱的に不安定となるので、 10 〜 50 /x mのものを多数並べるようにすると良 い。 産業上の利用可能性 なお、 上述した実施例では電子線を用いた露光装置を例に説明したが、 ィォ ンビームを含む荷電粒子線を用いる露光装置に関して本発明は適用可能である。

Claims

請求の範囲 ポジ型レジス卜が塗布された基板上の位置合わせ用マークを荷電粒子線によ り走査して検出する、 荷電粒子線露光装置における位置合わせ用マークの検出 方法は、

位置合わせ用マークを検出する際に当該位置合わせ用マーク領域に与えられ る荷電粒子線のドーズ量を、 前記基板上のパターン形成領域が受けるドーズ量 よりも少なくする。

2 .

請求項 1に記載の位置合わせ用マークの検出方法において、

前記位置合わせ用マークを検出する際に当該位置合わせ用マーク領域に与え られる荷電粒子線のドーズ量を、 前記パターン形成領域が受けるドーズ量の 1 2未満とする。

3 .

請求項 1又は請求項 2に記載の位置合わせ用マークの検出方法において、 前記位置合わせ用マーク、 及びその位置合わせ用マーク上を走査される荷電 粒子線は、 各々、 パターン幅およびパターンピッチが前記ドーズ条件を満たす ように調整された複数のパターンからなる。

4 .

基板上のパターン形成領域を複数のストライプに分割し、 各ストライプの長 手方向にレチクルと基板とを連続移動させながら前記レチクルから前記基板へ の転写を行い、 ネガ型レジス卜が塗布された前記基板上の位置合わせ用マーク を荷電粒子線により走査して検出する、 荷電粒子線露光装置における位置合わ せ用マークの検出方法であって、

前記位置合わせ用マークを検出するためのパターンが形成された領域に近接 してマーク保護用パターン領域が形成されたレチクルを用い、前記検出方法は、 マーク検出用露光の前又は後に、 前記マーク保護用パターンを通過した荷電粒 子線により前記位置合わせ用マークを露光する工程を含む。

5 . 請求項 4に記載の荷電粒子線露光装置における位置合わせ用マークの検出方 法において、

前記位置合わせ用マークを露光する工程を、 前記基板が装着される試料台及 び前記レチクルが装着されるレチクルステージの定速性が保証されていない時 に行う。

6 .

パターンが形成されたレチクルに荷電粒子線を照射して、 前記パターンの像 をポジ型レジストが塗布された基板のパターン形成領域に投影するとともに、 前記レチクルの位置合わせ用パターンを通過した荷電粒子線を前記基板上に設 けられた位置合わせ用マークに照射して、 前記レチクルと前記基板との位置合 わせを行う荷電粒子線露光装置は、

前記レチクルが装着されるレチクルステージと、

前記基板が装着される試料台と、

前記レチクルを通過して前記基板上に照射される荷電粒子線を偏向する偏向 器と、

前記位置合わせ用マークに荷電粒子線が照射された際に生じる信号を検出す る検出器と、

前記検出器の検出信号に基づいて、 前記レチクルと前記基板との相対位置が 所定位置となるように前記レチクルステージおよび前記試料台の位置を制御す る第 1の制御装置と、

前記位置合わせ用パ夕一ンを通過した荷電粒子線が前記位置合わせ用マーク 上を走査するように偏向して、 位置合わぜ用マーク領域に与えられる荷電粒子 線のドーズ量が、 前記パターン形成領域が受けるドーズ量よりも少なくなるよ うに、 前記偏向器を制御する第 2の制御装置とを備える。

7 .

請求項 6に記載の荷電粒子線露光装置において、

前記第 2の制御装置は、 前記位置合わせ用マークに与えられる荷電粒子線の ドーズ量が、 前記パターン形成領域が受けるドーズ量の 1ノ 2未満となるよう に前記偏向器を制御する。

8 .

請求項 6又は請求項 7に記載の荷電粒子線露光装置において、

前記位置合わせ用マーク、 及びその位置合わせ用マーク上を走査される荷電 粒子線は、 各々、 パターン幅およびパターンピッチが前記ドーズ条件を満たす ように調整された複数のパターンからなる。

9 .

ネガ型レジス卜が塗布された基板上のパターン形成領域を複数のストライプ に分割し、 各ストライプの長手方向にレチクルと前記基板とを連続移動させな がら前記レチクルから前記基板への投影を行うとともに、 前記レチクルの位置 合わせ用パターンを通過した荷電粒子線を前記基板上に設けられた位置合わせ 用マークに照射して、 前記レチクルと前記基板との位置合わせを行う荷電粒子 線露光装置は、

前記レチクルが装着されるレチクルステージと、

前記基板が装着される試料台と、

前記レチクルを通過して前記基板上に照射される荷電粒子線を偏向する偏向 器と、

前記位置合わせ用マークに荷電粒子線が照射された際に生じる信号を検出す る検出器と、

前記検出器の検出信号に基づいて、 前記レチクルと前記基板との相対位置が 所定位置となるように前記レチクルステージおよび前記試料台の位置を制御す る第 1の制御装置と、

前記位置合わせ用パターンを通過した荷電粒子線が前記位置合わせ用マーク 上を走査され、 かつ、 前記位置合わせ用パターンに近接して設けられるマーク 保護用パターンを通過した荷電粒子線が、 前記位置合わせ用マークを照射され るように前記偏向器による荷電粒子線の偏向を制御する第 2の制御装置とを備 える。

1 0 .

請求項 9に記載の荷電粒子線露光装置において、

前記第 3の制御装置は、 マーク保護用パターンを通過した荷電粒子線の前記 位置合わせ用マークへの照射が、 前記試料台及び前記レチクルステージの定速 性が保証されていない時に行われるように制御する。

1 1 .

リソグラフィ工程を有する半導体デバイス製造方法であつて、

前記リソグラフィ工程に請求項 1〜請求項 5の何れかに記載のマーク検出方 法または請求項 6〜請求項 1 0の何れかに記載の荷電粒子線露光装置を使用す る。

1 2 .

請求項 1 1に記載の半導体デバイス製造方法により製造された半導体デバイ ス。