JPS583372B2 - デンシビ−ムオハンドウタイキタイトイチアワセスル ホウホウオヨビ ソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明の分野 この発明は、１９７２年７月２５日付で特許になったア
メリカ合衆国特許第３６７９４９７号および１９７３年
１月９日付で特許になったアメリカ合衆国特許第３７１
０１０１号の各明細書に記載された電子ビーム式回路パ
ターン製作装置および位置合わせ装置を改良したもので
ある。

従来技術 回路パターンを製作する装置では，プレーナ状ホトカソ
ード源（これは“エレクトロマスク”とも呼ばれる）は
、このホトカソード源から離れた所に在る基体の主面上
のエレクトロレジスト層（これは“電子感知層”とも呼
ばれる）に向けられるパターン化された電子ビームを発
生し、エレクトロレジスト層の照射された領域と、照射
されなかった領域との溶解度に差をつけさせる。

溶解度差のパターンは、窓パターンを形成するためにエ
レクトロレジスト層の溶解度が小さい部分を除去したの
ち、エレクトロレジスト層の現像された窓パターンを介
して回路部品層または基体を選択エッチングまたは選択
ドーピングするか、或はエレクトロレジスト層の窓パタ
ーンを介して例えば蒸着、スパッタリング、酸化または
エピタキシャル成長することによって回路部品層に沈着
することにより、回路部品層または基体のパターンに転
写される。

電子像投射装置の解像度例えば０．５ミクロンよりも小
さい解像度は、しかしながら、もし次々のホトカソード
源の位置合わせ、（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）中同一の解像
度を維持できないならば、回路部品パターンを同一場所
に何回も形成する際低下される。

集積回路装置を作るには、例えばエレクトロレジスト層
に少なくとも２個ないし１０個の異なる回路部品パター
ンを重ね合わせかつ照射する必要がある。

これらの回路部品パターンは、エッチング、ドーピング
または沈着により、その後回路部品層へ現像されかつ転
写される。

各パターン用の電子線は、第１のパターンに対して０．
５ミクロン以下の精度でもって各回ごとに主面の正確に
位置決めした領域と位置合わせされなければならない。

さもなければ、電子像投射装置の精度および経済性は最
終の集積回路装置で得られないだろう。

電子ビーム誘起導電度マーク（ＥＢＩＣ）を使って多数
の回路部品パターンを正確に並置するための装置が開発
された。

これについては，１９７３年１月９日付で特許になった
アメリカ合衆国特許第３７１０１０１号明細書を参照さ
れたい。

少なくとも一つそして望ましくは二つの小さなインデッ
クス用電子ビーム・パターン（これらは互に離れている
）また所定の断面形状のマークはホトカソード源に付け
られて位置合わせビーム部分を発生し、そして対応する
位置合わせビーム部分と同一の形状であることが望まし
い所定形状の検出マークは基体上の酸化膜に形成されか
つその上に金属層が置かれる。

各検出マークにおいて、直流電圧は、金属層と基体の間
の酸化膜の両端にかけられる。

端子間を流れる電流は、検出マークの、対応する位置合
わせビーム部分によって照射された部分すなわち面積に
相応して変る。

従って、検出マークの照射された面積に対応する電子誘
起電流を読み取ることにより、位置合わせビーム部分は
検出マークと正確に位置合わせすることができる流れる
電流は増幅器で処理され、もってサーボ機構を作動させ
てホトカソード源または基体を動かすか、或はホトカソ
ード源および基体を囲む集束電磁コイルおよび偏向電磁
コイルによって形成される磁界を変化させてパターン化
された電子ビームを位置合わせしかつ方向付け，その後
位置合わせビーム部分および対応する検出マークの自動
位置合わせを行なう。

この位置合わせ装置がぶつかる困難は、基体自体に検出
マークを作らなければならないことである。

これは或る種の例ではどんな妨げもなく達成できるが、
位置合わせ装置用の基体に検出マークを作るための別な
製作工程が必要になる。

更に、基体の、検出マークが形成される部分は、集積回
路では使用されないので、基体の大部分は無駄になる。

その上、位置合わせ装置は検出マークの両端間に回路を
提供することを要求し、これは高価でかつ煩わしいこと
になり、検出マークを遠く離れて読めなくする。

この発明の開示 例えば０．５ミクロン以下の所望精度で電子ビームを半
導体基体に位置合わせするための方法および装置が提供
される。

この発明は、電子像投射装置の位置合わせ装置を作るの
に従来必要であった諸製作工程を除去する。

その上、基体の主面の、検出マークが位置決めされる領
域は、或る種の例では製作される集積回路で使用するの
に有用であるように作られる。

そして、検出マークからの読みは、検出マークから遠く
離れた地点で取り出せる。

シリコン、シリコン・カーバイド、ゲルマニウムおよび
砒化ガリウムのような半導体基体が設けられ、この半導
体基体はカソードルミネセンスを発生する、このカソー
ドルミネセンスの強さは半導体基体の厚さに対応する。

基体は、周知の技術で作られた単結晶ウエーハでよい。

或は、基体はサファイアのような適当な支持基板上にエ
ピタキシャル成長された層でもよい。

どちらの場合も、所定形状の少なくとも一つ望ましくは
二つの間隔が広い検出マークを主面（こゝに集積回路や
その他の電子回路部品が形成される）の近くに形成する
ことにより、半導体基体は位置合わせ装置中で使用する
だめの用意がされる。

所定形状の各検出マークは、電子ビームによって照射さ
れた面積に対応して半導体基体の発生するカソードルミ
ネセンスに差をつけることができる。

検出マークの所定形状は、全部同じであることが望まし
く、かつ円、短形、三角形などのような規則正しい幾何
学的形状であることが望ましい。

所定形状の検出マークは種々の適当な実施例で作れる。

例えば、各検出マークは、半導体基体に所定形状のくぼ
みを作るだけで、形成できる。

従って、電子ビームは半導体基体の中へ入り込むことが
でき、そして半導体基体の反対側の主面にカソードルミ
ネセンス差を提供する。

或は、電子ビームを吸収ないし反射する金属層または絶
縁層は、主面の露出部分（これは所定形状をしている）
を区画するように、主面上に形成され得る。

更に、上述した実施例のネガは所望のカソードルミネセ
ンス差をまた提供し得る。

詳しく言えば、くぼみの代りに所定形状のメサを設ける
ことができる。

こうすることにより，電子ビームが検出マークの領域を
照射する時よりも検出マークを囲む領域を照射する時の
ほうが、より強いカソードルミネセンスが発せられるよ
うになる。

同様に、非透過性層は、所望の検出マークの形状で露出
した表面部分を区画することよりむしろ所定形状で主面
上に作られ得る。

電子ビームを半導体基体と位置合わせするために、位置
合わせされるべき電子ビームは、その位置合わせビーム
部分が対応する検出マークの近くで半導体基体の主面へ
投射されるように、配設される。

各位置合わせビーム部分は，所定の断面形状を有してお
り、かつその典形的な例では同一の幾何学的形状である
。

種々の実施例において位置合わせを簡単かつ正確にする
ために、各位置合わせビーム部分の断面形状は、対応す
る検出マークの所定形状と事実上同一の形状である。

どの実施例においても、ホトデイテクタのような検出体
は少なくとも検出マークの近くでの半導体基体の照射に
よって発生されだカソードルミネセンスを検出するため
に、半導体基体の反対側の主面に隣接して置かれる。

検出されたカソードルミネセンスが位置合わせビーム部
分と、対応する検出マークとの最適位置合わせを示すま
で検出を継続しながら、電子ビームは半導体基体に対し
て動かされる。

位置合わせビーム部分と検出マークは、もし両者の形状
が所定の形状であるならば，実施限界内で任意適当な相
対的サイズであってよい。

しかしながら、各位置合わせビーム部分は対応する検出
マークの所定形状と同一の断面形状を有し、検出体から
の電気信号の最大値または最小値を読み取るだけで位置
合わせを決定できるようにすることが望ましい。

さもなければ、電気信号を電気的に処理することが必要
になる。

その際、位置合わせビーム部分と、対応する検出マーク
との最適位置合わせを決定するために、位置合わせビー
ム部分は対応する検出マーク上で振動させられる。

この発明は、半導体基体の主面上のエレクトロレジスト
層または一連のエレクトロレジスト層に非常に正確に回
路部品パターンを作るのに特に有用である。

典型例では、走査電子ビームまたはホトカソード源が発
生したパターン化された電子ビームのどちらかでエレク
トロレジスト層を選択照射することにより、位置合わせ
は達成される。

選択照射のために走査電子ビームを使用する時には、半
導体基体の主面は隣接するフィールド（ｆｉｅｌｄ）に
分けられ、所定形状の検出マークはフィールドの境界で
対称的に配置されることが望ましい。

このようにして、電子ビームは順次各フィールドと位置
合わせされ、次いでフィールドは選択照射されることが
できる。

各フィールドが選択照射されたのち、半導体基体は他の
フィールドと走査電子ビームの位置合わせおよび選択照
射を行なうように動かされる。

電子像投射装置中でホトカソード源と半導体基体の主面
の正確に位置決めされた領域とを位置合わせする際、２
個の検出マークは集積回路の主面上で周辺沿いに互に反
対側で間隔をおいて配置されることが望ましく、かつ対
応する位置合わせビーム部分はホトカソード源が発生し
たパターン化された電子ビームの一部として提供される
。

検出体は、検出マークの近く望ましくは半導体基体の反
対側の主面に隣接して置かれることが望ましい。

位置合わせビーム部分が対応する検出マークに或はその
近くに当ることによって発生される光は対応する検出体
で検出され、この検出体は光の強さに対応する電気信号
を出す。

パターン化された電子ビームは、それから、検出された
カソードルミネセンスが位置合わせビーム部分と、対応
する検出マークとの最適位置合わせを示すまで、手動で
或は自動的に、半導体基体に対して動かされる。

検出体からの電気信号に応答し半導体基体に対してパタ
ーン化された電子ビームを動かすための電気回路により
、位置合わせは自動的に行なわれる。

電気回路はでこのために、検出マーク上で各位置合わせ
ビーム部分の動きを振動させるための変調手段は、この
変調手段に同期されることが望ましく、位置合わせビー
ム部分と、検出マークとの位置合わせからの誤差を直交
軸沿いに検出しかつこれに対応した電気信号を出すだめ
の位相検波器と、この位相検波器からの電気信号に応答
し、ホトカソード源からのパターン化された電子ビーム
を半導体基体へ向ける電磁手段への電気的入力を変える
ための作動手段と，を含むことが望ましい。

電気回路は、また、位置合わせビーム部分と対応する検
出マークとの最適位置合わせ時に作動手段による振動を
終らせるだめの終了手段を含むことが望ましい。

この発明は、添付図面についての以下の例示的な説明か
らもつと簡単に明らかとなるだろう。

実施例（電子像投射装置に適用した例） この発明を実施するのに適した電子像投射装置（ただし
、位置合わせ技術および位置合わせ装置は除く。

）は、アメリカ合衆国特許第３６７９４９７号および第
３７１０１０１号明細書に記載されている。

明細書中の説明を簡単かつ明瞭にするために、こゝでも
電子像投射装置についての説明を一部行なう）。

第１図は、電子像投射装置を示す。

非磁性体で作られかつハーメチツクシールされた室１０
は、諸部品を出し入れするために、取り外し可能な端キ
ャップ１１および１２を備える。

室１０がハーメチツクシールされたあとで室１０の中に
部分真空を作れるように、室１０の側壁には吸出し口１
３がまた設けられている。

円筒状のホトカソード源すなわちエレクトロマスク１４
と位置合わせ可能な半導体基体１５とは、事実上平行に
かつ間隔を置いて、室１０の内部に置かれる。

半導体基体１５はシリコンのような単結晶の半導体ウエ
ーハまたはサファイアのような支持基板上のエビタキシ
ャル層であって、その厚さに対応する強さのカソードル
ミネセンスを発生できる。

半導体基体１５は、あとでもつと詳しく説明するような
基体受け１６で支持される。

ホトカソード源１４、基体受け１６はそれぞれ環状のさ
ら形支持物１７、１８によって平行配列に置かれる。

ホトカソード源１４と基体受け１６は管状のスペーサ１
９によって正確に離される。

スペーサ１９は、支持物１７、１８の周辺の近くでそれ
ぞれガスケット２２、２３を介して溝付きフランジ２０
、２１と係合する。

これらの全アセンブリは、室１０内のホトカソード源１
４および半導体基体１５の位置替えを簡単にするために
、支持物１７で室１０の端キャップ１１から支持される
。

ホトカソード源１４は蔭極として作られかつ半導体基体
１５は陽極として作られ、ホトカソード源１４から放出
された電子を半導体基体１５に向けかつ加速する。

これを行なうために、基体受け１６並びに支持物１７お
よび１８は高導電性材料で作られ、そしてスペーサ１９
は高絶縁性材料で作られる。

例えば−１０キロボルトの電源１９Ａの電圧は支持物１
７，１８間に印加される。

すなわち電圧は支持物１７および１８並びに基体受け１
６を通してホトカソード源１４および半導体基体１５に
かけられる。

室１０のまわりには３組の電磁コイルが互に垂直に置か
れ、半導体基体１５に当る電子ビームを制御する。

すなわち、円筒状の電磁コイル２４１，２４２および２
４３は、ホトカソード層１４から半導体基体１５への電
子ビーム路沿いに軸方向に置かれ、電子がホトカソード
源から半導体基体までの距離を走行する時電子を旋回さ
せかつ半径方向に動かす。

これらの電磁コイルは、電子ビームを集束するために、
ホトカソード源から放出されたパターン化された電子ビ
ームの回転θおよびサイズＭを制御する。

短形の電磁コイル２５１および２５２並びに２６１およ
び２６２は、ヘルムホルソ対で互に垂直にかつ電磁コイ
ル２４１〜２４３とも垂直に対称配置され、電子がホト
カソード源から半導体基体までの距離を走行する時電子
を横に偏向させる。

これらの電磁コイルは、ホトカソード源から放出された
パターン化された電子ビームの方向（Ｘ座標およびＹ座
標の方向で）を制御する。

動作時、後に反射体２７Ａが在る水銀灯のような光源２
７は、ホトカソード源１４中のホトカソード層２８（例
えば金またはパラジウム）を照射する。

このホトカソード層２８は、所望の回路部品パターンの
ネガを含む層３０が上に在る石英のような事実上透明な
基板２９を通して照射される。

層３０は光を通さない材料（例えば二酸化チタン）で作
られる。

従って、ホトカソード層は、所望の回路部品パターンに
対応するパターン化された電子ビームを放出する材料で
作られる。

ホトカソード源１４から放出されたパターン化された電
子ビームの一部は、所定の断面形状（例えば３００ミク
ロン×３００ミクロン）を有する少なくとも一つ望まし
くは二つの比較的小さい位置合わせビーム部分４１およ
び４２（第３図）である。

これらの位置合わせビーム部分４１と４２は、その間隔
が広く、ホトカソード源からのパターン化された電子ビ
ームの周辺沿いのそれぞれ両端に位置することが望まし
い。

第２図に示すように、半導体基体１５は、基体受け１６
の中に物理的に許容できる限界内で正確に装架され、従
ってホトカソード源１４に対して正確に装架される。

半導体基体１５は平らな周辺部３１を有し、基体受け１
６は半導体基体１５が適合するくぼみ３２を有する。

基体受け１６は、くぼみ３２の周辺近くの各象限に位置
するピン３３，３４，３５および３６を有する。

半導体基体１５は、その平らな周辺部３１をピン３３お
よび３４で支えかつその曲った周辺部３７をピン３５で
支えることにより定置される。

従って、半導体基体は約２５ミクロン以下の精度で位置
決めされる。

圧縮ばね３８に取り付けられた可動ピン３６は、半導体
基体１５の曲った周辺部で押され半導体基体１５をしっ
かりと保持し従って半導体基体１５を正確に位置付ける
。

検出マークの第１例（第３図） 第３図に示すように、所定形状の検出マーク３９および
４０は、半導体基体１５に付けられ，電子ビームによっ
て照射された検出マーク面積に対応して半導体基体が発
生するカソードルミネセンスに差をつける。

所定形状の検出マーク３９および４０は、所定のプレー
ナ状半導体基体１５の中に望ましくは底が平らなくぼみ
を形成することにより付けられる。

ホトレジスト層またはエレクトロレジスト層（図示しな
い）中の所望のプレーナ状窓パターンを介して半導体基
体をエッチングもしくはイオン・ミリング（ｉｏｎｍｉ
ｌｌｉｎｇ）することにより、検出マーク３９および４
０は正確に形成できる。

図示のように、検出マーク３９および４０は、所定の断
面形状の位置合わせビーム部分４１および４２とほぼ同
一の形状であることが望ましい。

位置合わせビーム部分およびマークの断面形状は、従っ
て、正方形、短形または円のような任意適当な幾何学的
形状で良く、例えば一辺ａが約０．２５ｍｍ（１０ミル
）の正方形であることが望ましい。

半導体基体１５の厚さは、特に検出マーク３９および４
０がある所では、位置合わせ装置の動作にとって重要で
ある。

検出マークがある所での半導体基体１５の厚さは、電子
ビームが半導体基体１５の中へ入り込んでカソードルミ
ネセンスが基体１５の反対側の主面から発するように充
分薄くしなければならない。

許容できる厚さは電子ビームのエネルギー・レベルに依
存する。

例えば、１０キロボルトの電子ビームでは約１ミクロン
以下の厚さが必要であるが、３０キロボルトの電子ビー
ムでは約５ミクロン以下の厚さでよい。

半導体基体１５の主面１５Ａは、その上に図示しないエ
レクトロレジストの層（この層に正確な回路部品パター
ンが形成されるようになっている）が置かれる。

基体受け１６中の検出マーク３９および４０の後にはホ
トデイテクタのような検出体４３および４４が置かれる
。

各検出体４３、４４にはそれぞれリード線４５および４
６，４５Ａおよび４６Ａが接続され、これらのリード線
は室１０の真空シール４７を介して外部へ出ている。

検出体４３および４４は半導体基体によって発生された
カソードルミネセンス（これは半導体基体がシリコンの
場合には赤外線である）を検出するようになっており、
かつ半導体基体１５からのカソードルミネセンスが検出
マークの中またはその近くでたとえ分散、散乱されても
検出できるように、検出体はそのサイズが検出マーク３
９および４０よりもかなり大きくかつこれらを区画する
。

そのため、検出体４３および４４は検出マーク３９およ
び４０のきわめて近くに置かれ、その形状は検出マーク
と検出体の間で光信号の解像度従って位置合わせの精度
が低下しないようにするものである。

この点に関して注意していただきたいことは、或る種の
実施例では、反射されたカソードルミネセンスが検出さ
れるように、半導体元体１５のホトカソード源と同じ側
に検出体４３および４４を置くほうがよいことである。

しかしながら、検出体４３および４４は半導体基体１５
のホトカソード源１４とは反対側に置かれることが望ま
しい。

動作時、所定の断面形状をした位置合わせビーム部分４
１、４２は、所定形状のそれぞれ対応する検出マーク３
９、４０に当りかつ重なる。

電子ビームは、半導体基体１５へ突入して電子ビームの
突入深さに対応する強さの赤外線カソードルミネセンス
を生じる。

従って、光の強さを検出体４３および４４で観察するだ
けで位置合わせは正確に記録できる。

これと関係して注目されたいことは、瀘光体４８、４９
を半導体基体１５と検出体４３、４４との間に挿入する
ほうが望ましいことである。

従って、検出マーク３９および４０に当る位置合わせビ
ーム部分４１および４２によって提供される強い光だけ
が検出体に記録される。

位置合わせビーム部分と、対応する検出マークとが同一
の所定形状である場合には、検出されたカソードルミネ
センスの何処が半導体基体１５からのカソードルミネセ
ンスの最大の強さを示すかを検出するだけで最適位置合
わせが可能である。

第４図ないし第８図は、所定形状の検出マーク３９およ
び４０の諸変形例を示す。

検出マークの第２例（第４図） 第４図において、所定形状の検出マーク３９′および４
０′は、所定形状の半導体基体１５′にメサすなわち突
出部を形成することによって付けられる。

適当なホトマスクまたはエレクトロマスクの窓パターン
を介して半導体基体１５′中のメサのネガをエッチング
またはイオン・ミリングすることにより、各メサは高度
の正確さでまた形成できる。

この第１変形例は、第３図に示した実施例と事実上同じ
動作をする。

しかしながら、こゝでは、半導体基体の厚さは、検出マ
ーク３９′および４０′が付けられた所よりも検出マー
クを囲む部分のほうが重要である。

その理由は、検出されるものがカソードルミネセンスの
存在ではなくて不存在であるからである。

次いで，位置合わせビーム部分と、対応する検出マーク
とが同一の所定形状を有する場合には、カソードルミネ
センスの最小の強さが検知される所で最適位置合わせが
得られる。

検出マークの第３例（第５図） 所定形状の検出マーク３９″および４０“は、これらを
囲む領域中の半導体基体１５”の主面１５Ａ´´上に非
透過性層５を形成することにより、付けられる。

所定形状の検出マーク３９″および４０´´は、従って
主面１５Ａ″の露出した表面部分（所定形状をした）に
より、付けられる。

非透過性層５は普通の技術で簡単に作れる。

す々わち主面１５Ａ´´の表面領域全体に非透過性層を
形成し、その後この非透過性層をエッチング或はイオン
・ミリングすることによって主面１５″の表面部分を所
望の検出マークの形態で露出させるのである。

位置合わせ装置の残りは第１図ないし第３図について前
述したとおりである。

非透過性層５は、電子ビームを所望どうり吸収または反
射する金属または酸化物のような任意適当な材料で作っ
てよい。

この点に関して注意されたいことは、“非透過性層”と
は電子ビームを全部吸収または反射する層を意味するも
のではないことである。

“非透過性層”は、発生されたカソードルミネセンスに
認め得る程度の差をつけるのに足りる電子エネルギーを
吸収または反射することだけが必要である。

非透過性層は、もしこれが半導体基体１５″からのカソ
ードルミネセンスと認め得る程度違う光を発生するなら
ば、それ自体がカソードルミネセンス性であってよい。

動作は第３図について説明したように、最大の強さのカ
ソードルミネセンスを検出体４３″および４４″で読み
取ることによって位置合わせが行なわれる。

検出マークの第４例（第６図） 第６図に示すように、所定形状の検出マーク３９″およ
び４０´´は、これらの検出マークの領域中の、半導体
基体１５´´´の主面１５Ａ´´´上に非透過性層５を
形成することにより、付けられる。

非透過性層５は、所望の検出マークと同じ所定形状をし
ており、かつ第５図の非透過性層と同じ材料でしかも同
じやり方で形成される。

この変形例は、第５図に示した変形例のネガであり、か
つ位置合わせビーム部分４１″′，４２″′と検出マー
ク３９”´４０”´とがそれぞれ同一の所定形状である
場合の最適位置合わせを行なうために最小の強さのカソ
ードルミネセンスが検出される点の動作だけが違う。

検出マークの第５例（第７図） 第７図に示すように、所定形状の検出マーク３９””お
よび４０””は、第５図について述べたの１と大体同じ
ように付けられる。

材料および動作は半導体基体以外は、全く同じである。

すなわち、半導体基体１５″″は、カソードルミネセン
スを透過するサファイアのような適当な基板６で支持さ
れたエピタキシャル成長層である。

検出マークの第６例（第８図） 第８図において、所定形状の検出マーク３９″″′およ
び４０””´は、第６図について述べたのと大体同じよ
うに付けられる。

材料および動作もまた，半導体基体以外は、全く同じで
ある。

第８図において、半導体基体１５″″′は、カソードル
ミネセンスを透過するサファイアのような適当な支持基
板６上にエピタキシャル成長される。

電子ビームを半導体基体と位置合わせする方法実施例や
諸変形例とは無関係に、この発明はホトカソード源１４
によって発生されたパターン化された電子ビームを，半
導体基体１５の主面の正確に位置決めされた領域へ位置
合わせする方法を提供する。

更に、総てのパターン化された電子ビームが所望の精度
例えば１ミクロンの分数値以内で半導体基体に選択的に
当るように、同一の検出マークと、連続するホトカソー
ド源の同様な位置合わせビーム部分とを使用することに
より、半導体基体は連続するホトカソード源と同様に位
置合わせされ得る。

検出マークと、対応する位置合わせビーム部分を放出す
るホトカソード層とが整形されかつ空間的に位置決めさ
れ得る精度まで誤差は小さくされる。

これは、走査形電子顕微鏡および電子像投射装置をもっ
てすれぱどんな困難もない。

位置合わせビーム部分の所定の断面形状が対応する検出
マークの所定形状と異なる場合には、最適位置合わせを
決定するための検出体４３および４４の読みは、前述し
た読みとは少し違う。

最適位置合わせは、検出体からの信号の読みの最大値ま
たは最小値ではもはや示されない。

むしろ、位置合わせビーム部分と検出マークの幾何学的
形状のどんな差も考慮に入れてピーク状態中の或る点を
選択することにより、或は位置合わせビーム部分が対応
する検出マークの領域へ出入りする時検出体からの信号
の立上がりの或る点を選択することにより、信号の読み
はピーク状態に達しかつ最適位置合わせは達成される。

後者の位置合わせシーケンスは、検出マークの縁と位置
合わせさせる。

どの実施例や変形例も、後述するような電気信号処理回
路を有する手動または自動の位置合わせ装置に容易に使
用できる。

位置合わせ装置用の前述した実施例や変形例は、しかし
ながら、前述したような電子像投射装置での位置合わせ
におけるよりもむしろ後述するような走査電子ビーム装
置での位置合わせてのほうがもつと有用である。

検出体４３および４４から流れ出る電流は、適当な電子
増幅器およびサーボ機構で処理され、もってパターン化
された電子ビーム全体を半導体基体に対して自動的に移
行させ、かつ位置合わせビーム部分４１、４２をそれぞ
れ検出マーク３９，４０と一直線に正確に位置決めする
。

この目的のために、変調手段のような適当な手段を使っ
て電磁コイルへの電気的入力を振動させ、もって位置合
わせビーム部分４１および４２をして検出マーク３９お
よび４０上で振動させるか或は代表例では円を描かせる
。

従って、検出体４３および４４からの電気的出力は変調
されることになる。

電気回路（第９図） 第９図にブロック図で示す電気回路は、同一の所定形状
の検出マーク３９およぴ４０に対して位置合わせビーム
部分４１および４２を調節し、かつホトカソード源１４
からのパターン化された電子ビーム全体に対して半導体
基体１５を正確に位置合わせするためのものである。

赤外線検出体４３からの変調された電気信号はリード線
４６を通じて前置増幅器５０へ送られ、その後増幅され
た信号はリード線５１を通じて同調増幅器５２へ送られ
る。

同調増幅器５２の出力はリード線５３を通じて位相調節
器５４へ、その後リード線５５を通じて位相検波器５６
へ送られる。

ゲーテッド発振器５７は、それぞれリード線５８および
５９６０および６１を通じて互に９０°位相がずれた基
準信号を位相検波器５６へ供給する。

位相検波器５６の出力は従ってリード線６２を通じて送
られるＸ誤差信号とリード線６３を通じて送られるＹ誤
差信号とから成り、これらの誤差信号はゲート６４を通
ったのちリード線６５、６６によってそれぞれ積分器６
７，６８へ供給される。

積分器６７、６８はそれぞれ加算器６９、７０への直流
出力を有し、この場合直流出力はゲーテッド発振器５７
からそれぞれリード線７１、７２を通じて送られて来た
交流出力で変調される。

加え合わされた被変調信号は、電磁コイルこの例ではヘ
ルムホルツ対の電磁コイル２５１および２５２並びに２
６１および２６２に給電するために普通に使用される形
式の電力装置（図示しない）中の制御器へ送られる。

同様に、検出体４４からの被変調信号はリード線４６Ａ
を通じて前置増幅器７３へ送られ、その後リード線７４
を通じて同調増幅器７５へ、更にリード線７６を通じて
位相調節器７７へそしてリード線７８を通じて位相検波
器７９へ送られる。

ゲーテツド発振器５７または、上述した二つの基準信号
（位相が互に９０°違う）をそれぞれリード線８０，８
１により位相検波器７９へ供給する。

従って、位相検波器７９から二つの出力が発生される。

一方の出力はリード線８２を通じて送られるθ誤差信号
であって、これはゲート８３およびリード線８４を通し
てモータ被駆動精密ポテンシオメータ８６へ送られ、も
って電磁コイル２４への電流を増減することによってパ
ターン化された電子ビームの回転制御を行なう。

他方の出力はＭ誤差信号である。

このＭ誤差信号は、主集束磁界を調節するモータ被駆動
連動ポテンシオメータ８９でパターン化された電子ビー
ムのサイズを制御するために、リード線８７，ゲート８
３およびリード線８８を通して送られる。

リード線６２，６３，８２．８７を通じて送られる誤差
信号は、またそれぞれリード線９０，９１９２，９３を
通じて４入力遅延形零検出器９４へ電子的に交差供給さ
れる。

この零検出器９４の出力はリード線９５を通じてセット
−リセツト形フリツプフロツプ９６へ送られる。

このフリップフロツプ９６の動作は、スタート・シーケ
ンス・スイッチを作動することによって開始される。

フリツプフロツプ９６が動作を開始すると、電流はリー
ド線９７および９８を通って流れ始め、光源２７（第１
図）を附勢し、もってホトカソード源１４から電子ビー
ム（二つの位置合わせビーム部分４１および４２を含む
）を放出させる。

同様に電流はリード線９７および９９を通ってゲーテツ
ド発振器５７へ流れ、このゲーテツド発振器５７はリー
ド線５８および７１、６０および７２を通じてそれぞれ
加算器６９、７０へ位相が互に９０°違う正弦波の交流
出力を供給する。

位置合わせビーム部分４１および４２を含むパターン化
された電子ビーム全体は、例えば４５ヘルツの周波数で
直径６ミクロンの円を描くように振動させられる。

積分器６７、６８およびポテンシオメータ８６，８９の
動作によって位置合わせビーム部分４１，４２がそれぞ
れ検出マーク３９、４０に一度集中すなわち位置合わせ
されれば、リード線９０，９１９２および９３を流れる
誤差信号は零の値に達しこれは零検出器９４で検出され
る。

零検出器９４は、零を検出した時リード線９５を通じて
フリッフロツプ９６へ送られる電気信号を発生する。

これは、ゲーテツド発振器５７の動作を終らせ、かつリ
ード線１００，１０１を通じて送られる信号によりそれ
ぞれゲート６４、８３を閉じる。

この時半導体基体１５の全領域上のエレクトロレジスト
層の選択性電子ビーム露光時間シーケンスは開始されか
つエレクトロレジスト層が充分露光されるまで継続する
。

エレクトロレジスト層を電子ビーム充分処理し、もって
選択した溶剤に対する溶解度を適当に異ならせるのに適
切な期間は通常３秒ないし１０秒である。

ホトカソード源１４は位置合わせ期間中全放出領域から
パターン化された電子ビームを発生しているが、位置合
わせ期間が短いので半導体基体１５の全領域上のエレク
トロレジスト層は認め得る程度露光されなかつた。

実施例（走査形電子顕微鏡に適用した例）第１０図ない
し第１２図から明らかなように、走査電子ビーム１０２
を半導体基体１０３に位置合わせするのにこの発明を同
様に使用できる。

この発明に適用される走査形電子顕微鏡はアメリカ合衆
国特許第３６７９４９７号明細書に示されている。

検出マーク１０５は、各々同一の所定形状を有し、かつ
第１１図に示すように間隔が一定のパターンで主面１０
４上に間隔をおいて付けられることが望ましい。

そして、主面１０４を互に隣接した対称的なフィールド
（ｆｉｅｌｄ） に分けることが望ましい。

このように主面を幾つかのフィールドに分けるのは、半
導体基体１０３上のエレクトロレジスト層１１２を最小
の歪で選択照射するのに適しているからである。

各検出マーク１０５は、走査電子ビームと同一ないしは
これよりも大きい所定形状であることが望ましい。

これは、位置合わせ装置中の位置合わせビーム部分と全
く同じ動作をする。

回路部品パターンが正確に形成されるべきエレクトロレ
ジスト層がその後主面１０４上に作られる。

一連の検出体１０６は、基体受け１０７の中に望ましく
は半導体基体１０３の反対側の主面１０８に隣接して置
かれる。

各検出体１０６は、半導体基体１０３が照射されること
によって検出マーク１０５にかつこの近くに発生するカ
ソードルミネセンスを検出するために、検出マーク１０
５の近くに置かれる。

第１１図および第１２図に示すように、この構成は、半
導体基体の主面の正確に選択した領域を選択照射するた
めに、フィールドからフィールドへ、走査電子ビームを
半導体基体１０３の主面１０４と位置合わせするのに使
用できる。

半導体基体１０３は隣接するフィールドに分けられる。

フィールドは検出マーク１０５によって境界がつけられ
ることが望ましく、例えば検出マークは各フィールドの
交差点に在るか、或は各フィールドの各側面沿いの中心
に在り、そして検出体１０６は各検出用マーク１０５の
近くに置かれる。

走査電子ビーム１０２を例えばフィールド１０９と位置
合わせするために、走査電子ビーム１０２は、対角線上
の２個の検出マーク例えば１０５１、１０５２に順次重
なるように変調される。

検出体からの出力信号は陰極線管（ＣＲＴ）１１０へ供
給される。

これはまた、走査電子ビーム１０２を制御する電算機１
１１から入力される正確な位置合わせのために検出マー
クの意図した位置を有する。

検出マーク１０５１，１０５２にそれぞれ対応する２個
の検出体１０６からの信号が検出マーク１０５１，１０
５２の意図した位置従って位置合わせの重畳入力に集中
されるまで、走査電子ビーム１０２は半導体基体１０３
に対して動かされる。

その後、走査電子ビーム１０２は対角線上の他の２個の
検出マーク１０５３，１０５４に順次重なるように変調
され、これは検出マークに対応する検出体からの出力が
電算機１１１からの検出マーク１０５３および１０５４
のための重畳され意図された入力の範囲内でＣＲＴ１１
０上で一致するまで続く、走査電子ビーム１０２は、そ
の後位置合わせされかつ電算機１１１からの命令でフィ
ールドを選択照射するだめの用意をする。

フィールド１０９の照射の終りに、半導体基体１０３は
、走査電子ビームの走査フィールドが半導体基体１０３
上の次に選択照射されるべきフィールド１０９′と一致
するように、物理的に動かされる。

位置合わせシーケンスはそれから前述したように繰り返
される。

第１２図に示した位置合わせ装置は、オペレータがＣＲ
Ｔ上の読み取りに従って位置合わせの調節を行なえるの
で、当業者にとっては手動装置を意味する。

これは、位置合わせシーケンスを完了するために比較的
長い時間が必要であるので、望ましい装置ではない。

従って、検出マークは走査電子ビームと同一の所定形状
であり、かつＣＲＴ（手動調節）の代わりに第９図につ
いて説明したのと同様な自動装置を使用して走査電子ビ
ームをフィールド１０９と順次自動的に位置合わせする
ことが望ましい。

この発明の現在望ましいと思われる実施例を詳しく説明
したが、特許請求の範囲の記載内でこの発明を種々実施
しかつ使用し得ることを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を具体化した電子像投射装置の断面図
、第２図は第１図の線■−■沿いに見た正面図、第３図
は第２図の線■−■沿いに切った一部の断面斜視図、第
４図は第１変形例の断面斜視図、第５図は第２変形例の
断面斜視図、第６図は第３変形例の断面斜視図、第７図
は第４変形例の断面斜視図、第８図は第５変形例の断面
斜視図、第９図はこの発明に従ってパターン化された電
子ビームを自動的に位置合わせするために第１図に示し
た電子像投射装置用の電気回路のブロック図、第１０図
はこの発明に従って走査電子ビームを利用し半導体基体
上のエレクトロレジスト層に高精度の回路部品パターン
を作る態様を示す略図、第１１図はエレクトロレジスト
層をつけなかった場合の第１１図の半導体基体の一部の
頂面図、第１２図は第１０図に示したような走査電子ビ
ームを手動位置合わせするためにこの発明を利用した場
合の機能構成部品の相互関係を示す流れ図である。 １４はホトカソード層、１５，１０３は半導体基体、１
９はスペーサ、１９Ａは電源、２４１，２４２， ２４
３，２５１，２５２，２６１，２６２は電磁コイル、３
９，４０，１０５は検出マーク、４１、４２は位置合わ
せビーム部分、４３，４４１０６は検出体、１０２は走
査電子ビームである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体基体に回路パターンを製作するために、電子
   ビームを前記半導体基体の主面の選択した領域と正確に
   位置合わせする方法であって この方法は、 Ａ 半導体基体の厚さに対応した強さのカソードルミネ
   センスを発生できる前記半導体基体の主面に、前記半導
   体基体の厚さを変えることによって設けられた所定形状
   のくぼみ或は突出部から成る少なくとも二つの検出マー
   クを形成し、しかも前記検出マーク或は各検出マークが
   電子ビームで照射された検出マーク面積に対応して前記
   半導体基体の発生するカソードルミネセンスに差をつけ
   ることのできる工程と、 Ｂ 位置合わせされるべき前記電子ビームを前記半導体
   基体の主面に投射させ、しかも前記電子ビームが前記少
   なくとも二つの検出マークに対応する少なくとも二つの
   位置合わせビーム部分を有すると共に前記位置合わせビ
   ーム部分或は各位置合わせビーム部分が所定の断面形状
   を有する工程と、 Ｃ 前記位置合わせビーム部分或は各位置合わせビーム
   部分が対応する検出マークに重なってこれを照射する所
   およびその近くで前記半導体基体の発生するカソードル
   ミネセンスを外部検出体により検出すると共に前記半導
   体基体を通して伝える工程と、 Ｄ この工程Ｃを継続して前記位置合わせビーム部分に
   よる少なくとも一つの検出マークの照射を検出しながら
   前記電子ビームを前記半導体基体に対して動かす工程と
   、 Ｅ 検出されたカソードルミネセンスが前記位置合わせ
   ビーム部分と、対応する検出マークとの最適位置合わせ
   を示す所で前記電子ビームを前記半導体基体に対して位
   置決めする工程と、を含む、 電子ビームを半導体基体と位置合わせする方法。 ２ 回路パターンを製作するために、半導体基体の主面
   の正確に位置決めした領域を選択照射する装置であって
   、 Ａ 所定の断面形状の少なくとも一つの位置合わせビー
   ム部分を含むパターン化された電子ビームを発生するだ
   めのホトカソード源と、 Ｂ 各位置合わせビーム部分に対応する少なくとも一つ
   の検出マークを主面に隣接して有する半導体基体と、 Ｃ この半導体基体を前記ホトカソード源から離して位
   置決めするための手段と、 Ｄ 前記半導体基体と前記ホトカソード源の間に電圧を
   かけ、もって前記ホトカソード源からの電子を前記半導
   体基体の主面の或る部分へ向けてこの部分を選択照射す
   るだめの手段と、Ｅ 前記半導体基体の主面の正確に位
   置決めした領域に近い選択した部分を照射するように前
   記ホトカソード源からのパターン化された電子ビームを
   向け、かつ前記半導体基体の主面の、検出マークに近い
   表面部分のうちの選択した部分を照射するように各位置
   合わせビーム部分を向けるだめの電磁手段と、 Ｆ 前記半導体基体の、前記ホトカソード源とは反対側
   に置かれ、前記半導体基体によって少なくとも検出マー
   クのある所に或はその近くに発生されたカソードルミネ
   センスを検出し、かつ前記位置合わせビーム部分によっ
   て照射された検出マーク面積に対応する電気信号を発生
   するだめの検出手段と、 Ｇ 前記半導体基体に対して前記パターン化された電子
   ビームを動かすために、前記検出手段からの前記電気信
   号に応答して前記位置合わせビーム部分をそれぞれの検
   出マークと実質的に位置合わせし、もって前記半導体基
   体の主面の正確に位置決めした領域が前記パターン化さ
   れた電子ビームで選択照射され得るように前記半導体基
   体に対して前記ホトカソード源からのパターン化された
   電子ビームを位置決めしかつ方向付ける電気回路と、 を備え、 前記半導体基体がその厚さに対応した強さのカソードル
   ミネセンスを発生でき、各検出マークが所定の形状を有
   すると共に電子ビームで照射された検出マーク面積に対
   応して前記半導体基体の発生するカソードルミネセンス
   に差をつけれる、ことを特徴とする電子ビームを半導体
   基体と位置合わせする装置。