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JPS6246057B2 - - Google Patents
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JPS6246057B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6246057B2
JPS6246057B2 JP57092899A JP9289982A JPS6246057B2 JP S6246057 B2 JPS6246057 B2 JP S6246057B2 JP 57092899 A JP57092899 A JP 57092899A JP 9289982 A JP9289982 A JP 9289982A JP S6246057 B2 JPS6246057 B2 JP S6246057B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mark
electron beam
electron
signal
alignment
Prior art date
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Expired
Application number
JP57092899A
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Japanese (ja)
Other versions
JPS58210615A (en
Inventor
Tadahiro Takigawa
Yoshihide Kato
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority to JP57092899A priority Critical patent/JPS58210615A/en
Publication of JPS58210615A publication Critical patent/JPS58210615A/en
Publication of JPS6246057B2 publication Critical patent/JPS6246057B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/304Controlling tubes by information coming from the objects or from the beam, e.g. correction signals
    • H01J37/3045Object or beam position registration

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Electron Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、電子ビーム描画技術における位置合
わせに係り、詳しくは電子ビームを用いたマーク
位置測定方法の改良に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to alignment in electron beam drawing technology, and more particularly to an improvement in a mark position measuring method using an electron beam.

〔発明の技術的背景とその問題点〕[Technical background of the invention and its problems]

電子ビーム描画技術において、電子ビームと試
料との位置合わせはレジストレーシヨン技術とし
て良く知られている。第1図は従来の位置合わせ
方法を説明するための模式図であり、図中101
は〔100〕方位シリコンウエーハ、102は異方
性エツチング技術により作られたV字型の溝(マ
ーク)を示している。上記マーク102を電子ビ
ームで走査し、その反射信号を電子検出器等で検
出するとマーク102の形状に対応した反射電子
信号103が得られる。そして、この検出信号
(反射電子信号)103から電子ビームのマーク
102に対する位置が測定され、レジストレーシ
ヨンが行われる。
In electron beam lithography technology, alignment of an electron beam and a sample is well known as registration technology. FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the conventional positioning method, and 101
indicates a [100] oriented silicon wafer, and 102 indicates a V-shaped groove (mark) made by anisotropic etching technology. When the mark 102 is scanned with an electron beam and its reflected signal is detected by an electron detector or the like, a reflected electron signal 103 corresponding to the shape of the mark 102 is obtained. Then, the position of the electron beam relative to the mark 102 is measured from this detection signal (reflected electron signal) 103, and registration is performed.

ここで、上記検出信号103の最大レベル点1
04における最大反射電子強度をInax、最小レ
ベル点105における最小反射電子強度をInio
、マーク102のない場所106に対応する定
常反射電子強度をIavとすると、マーク102か
らの信号部分の大きさ、つまりマーク信号強度S
は S=Inax−Inioi …(1) で定義される。また、上記マーク信号強度Sの50
〔%〕強度に対応する電子ビーム位置をx1、x2
すると、マーク102の中心位置x0は x0=(x1+x2)/2 …(2) で与えられる。また、位置合わせする際の位置合
わせ精度Δxは次式で与えられることが既知であ
る。
Here, the maximum level point 1 of the detection signal 103 is
The maximum backscattered electron intensity at 04 is I nax , and the minimum backscattered electron intensity at minimum level point 105 is I nio
i and the steady reflected electron intensity corresponding to the location 106 where there is no mark 102 is Iav , then the size of the signal portion from the mark 102, that is, the mark signal strength S
is defined as S=I nax −I nioi (1). Also, 50 of the above mark signal strength S
[%] Letting the electron beam positions corresponding to the intensities be x 1 and x 2 , the center position x 0 of the mark 102 is given by x 0 =(x 1 +x 2 )/2 (2). Furthermore, it is known that the alignment accuracy Δx during alignment is given by the following equation.

Δx=N/S・D …(3) ただし、Nは検出信号のノイズの大きさ、Dは
最大レベル点104と最小レベル点105との間
の距離である。
Δx=N/S·D (3) where N is the noise level of the detection signal, and D is the distance between the maximum level point 104 and the minimum level point 105.

ところで、LSIを製造するためには、シリコン
ウエーハの表面を熱酸化したり、シリコンウエー
ハ上に酸化膜や窒化膜等を堆積させたりする工程
が必要である。第2図はシリコンウエーハ201
上に熱酸化膜207を形成した場合の反射電子信
号波形を示す模式図である。なお、図中201,
〜,206はそれぞれ第1図の101,〜,10
6に対応する。熱酸化によりマーク202の形状
が変形し、前記マーク信号強度Sは第2図に示す
如く低下する。これは、主に最大反射電子強度I
naxが定常反射電子強度Iavに近づくためであ
る。このため、プロセス工程が進むにつれマーク
位置測定精度が低下し、これに伴い電子ビームと
試料との位置合わせ精度が低下する等の問題があ
つた。また、上記問題を避けるため1つのプロセ
ス工程毎に位置合わせ用マークを形成することが
考えられるが、この場合複数回のマーク形成工程
が必要となりプロセス工程の煩雑化を招く。
Incidentally, in order to manufacture an LSI, steps are required to thermally oxidize the surface of a silicon wafer and to deposit an oxide film, a nitride film, etc. on the silicon wafer. Figure 2 shows a silicon wafer 201
FIG. 3 is a schematic diagram showing a reflected electron signal waveform when a thermal oxide film 207 is formed thereon. In addition, 201,
~, 206 are 101, ~, 10 in Fig. 1, respectively.
Corresponds to 6. The shape of the mark 202 is deformed due to thermal oxidation, and the mark signal strength S decreases as shown in FIG. This is mainly due to the maximum reflected electron intensity I
This is because nax approaches the steady reflected electron intensity Iav . For this reason, as the process progresses, the accuracy of mark position measurement decreases, resulting in problems such as a decrease in the accuracy of alignment between the electron beam and the sample. Further, in order to avoid the above-mentioned problem, it is conceivable to form a positioning mark for each process step, but in this case, a plurality of mark forming steps are required, resulting in complication of the process steps.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、位置合わせ用マーク上に酸化
膜等が形成された場合にあつてもマーク位置を精
度良く測定することができ、プロセス工程の経過
に伴う位置合わせを精度の低下を未然に防止し得
るマーク位置測定方法を提供することにある。
An object of the present invention is to be able to accurately measure the mark position even when an oxide film or the like is formed on the alignment mark, and to prevent a decrease in alignment accuracy as the process progresses. An object of the present invention is to provide a mark position measuring method that can prevent the above problems.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明者等は、プロセス工程が進むに伴い最大
反射電子強度Inaxが定常反射電子強度Iavに近
づき、これに起因してマーク位置測定精度が低下
することに着目し、予め最大反射電子強度Inax
と定常反射電子強度Iavとを略等しくし、かつこ
の状態で十分なマーク測定精度が得られれば、上
記プロセス工程に伴うマーク位置測定精度の低下
を防止できることを見出した。そして、本発明者
等の鋭意研究によれば、電子ビームのグルーンレ
ンジRGを適当に選択することによつてInax〓I
avとなることが判明した。
The present inventors focused on the fact that the maximum backscattered electron intensity I nax approaches the steady backscattered electron intensity I av as the process progresses, and the accuracy of mark position measurement decreases due to this. I nax
It has been found that if the constant backscattered electron intensity I av and I av are made substantially equal and sufficient mark measurement accuracy is obtained in this state, it is possible to prevent the mark position measurement accuracy from decreasing due to the process steps described above. According to intensive research by the present inventors, by appropriately selecting the Gruhn range R G of the electron beam, I nax 〓I
It turned out to be AV .

電子ビームのグルーンレンジRGは一般に次式
で定義される。
The Gruhn range R G of the electron beam is generally defined by the following equation.

G=4.6×10−6/ρE1.75〔cm〕 …(4) ただし、ρはマーク材料の密度、EはkeV単位
での電子ビームのエネルギである。Inax〓Iav
の条件では最大反射電子強度Inaxの値は熱酸化
工程を経たのちでも殆んど低下しない。それ故、
プロセス工程が進んでもマーク位置測定精度は殆
んど低下しないことになる。
R G =4.6×10 −6 /ρE 1 .75 [cm] (4) where ρ is the density of the mark material and E is the energy of the electron beam in keV units. I nax 〓I av
Under these conditions, the value of the maximum reflected electron intensity I nax hardly decreases even after the thermal oxidation process. Therefore,
Even if the process steps progress, the mark position measurement accuracy will hardly decrease.

第3図はマークの深さをhとしたときのΔI=
(Inax−Iav)/Sとh/RGとの関係を示す図
である。なお、図中〇印はプロセス工程前、●印
はプロセス工程後の場合を示している。この図か
らh/RGが1/6より小さくなると、プロセス工程
前および工程後に拘らずそれぞれのΔIが略等し
く、かつ0.25より小さくなることが判る。つまり
h/RG<1/6とすることによりプロセス工程前後
のマーク信号の劣化が極めて少ない。また、h/
G<1/6とした場合、Inax〓Iavとなり前記マ
ーク信号強度Sが小さくなるが、この場合前記距
離Dも小さくなることから、前記第3式で与えら
れる位置合わせ精度の低下は殆んど問題とならな
い。
Figure 3 shows ΔI= when the mark depth is h.
It is a figure which shows the relationship between ( Inax - Iav )/S and h/ RG . Note that in the figure, the ○ mark indicates the case before the process step, and the ● mark indicates the case after the process step. It can be seen from this figure that when h/R G becomes smaller than 1/6, the respective ΔIs are approximately equal regardless of whether before or after the process step and become smaller than 0.25. In other words, by setting h/R G <1/6, deterioration of the mark signal before and after the process step is extremely small. Also, h/
When R G <1/6, I nax = I av and the mark signal strength S becomes smaller, but in this case the distance D also becomes smaller, so the decrease in alignment accuracy given by the third equation is Almost no problem.

本発明はこのような点に着目し、試料上に形成
された位置合わせ用マークに電子ビームを照射
し、その反射電子を検出してマーク位置を測定す
る電子ビームを用いたマーク位置測定方法におい
て、上記マークの深さ若しくは高さをh、マーク
内の電子ビームのグルーンレンジをRGとすると
き、このグルーンレンジRGを h/R<1/6 が成立する値に設定するようにした方法である。
The present invention focuses on these points and provides a mark position measuring method using an electron beam, in which an electron beam is irradiated onto alignment marks formed on a sample, and the mark position is measured by detecting the reflected electrons. , when the depth or height of the above mark is h, and the Gruhn range of the electron beam within the mark is R G , set the Gruhn range RG to a value that satisfies h/ RG < 1/6. This is the method.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、マーク上に酸化膜等が形成さ
れてもマーク位置測定精度が低下することがない
ので、プロセス工程が進んでも位置合わせを精度
良く行うことができる。また、プロセス工程が進
んでも位置合わせ精度が低下しないので、プロセ
ス工程毎に位置合わせ用マークを形成する等の煩
雑な作業が不要となる。
According to the present invention, even if an oxide film or the like is formed on the mark, the mark position measurement accuracy does not deteriorate, so that alignment can be performed with high precision even as the process progresses. Further, since the alignment accuracy does not deteriorate even as the process progresses, complicated operations such as forming alignment marks for each process are unnecessary.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明の詳細を図示の実施例によつて説
明する。この実施例では、マークとして先の第1
図と同様なV字型溝を用いh/RGを1/10とし
た。このときの反射電子信号波形は第4図に示す
如く、Inax〓Iavとなり、第1図に存在してい
た肩のピークがない。なお、図中401,〜,4
05はそれぞれ第1図の101,〜,105に対
応するものである。
Hereinafter, details of the present invention will be explained with reference to illustrated embodiments. In this example, the first
Using a V-shaped groove similar to the one shown in the figure, h/R G was set to 1/10. The reflected electron signal waveform at this time is I nax =I av as shown in FIG. 4, and there is no shoulder peak that existed in FIG. 1. In addition, 401,~,4 in the figure
05 correspond to 101, . . . , 105 in FIG. 1, respectively.

次に、上記マークを設けたウエーハ上に熱酸化
膜等を形成するプロセス工程を経たのち、再びマ
ーク位置測定を行い、電子ビームとウエーハとの
位置合わせを行つた。このとき、反射電子信号波
形は第5図に示す如く前記第4図と殆んど変化し
ておらず、反射電子信号の劣化は極めて小さい。
これは、予めInax〓Iavとしたことにより反射
電子信号におけるマーク部の肩のピークをなくし
ているためである。なお、第5図中501,〜,
505は第4図の401,〜,405に対応し、
507は酸化膜を示している。
Next, after going through a process step of forming a thermal oxide film etc. on the wafer provided with the above mark, the mark position was measured again to align the electron beam and the wafer. At this time, the reflected electron signal waveform is almost unchanged from that shown in FIG. 4, as shown in FIG. 5, and the deterioration of the reflected electron signal is extremely small.
This is because the shoulder peak of the mark portion in the backscattered electron signal is eliminated by setting I nax =I av in advance. In addition, 501, ~, in FIG.
505 corresponds to 401 to 405 in FIG. 4,
507 indicates an oxide film.

したがつて、プロセス工程を経た後もマーク位
置の測定を精度良く行うことができ、これにより
プロセス工程の進行に伴う位置合わせ精度低下を
防止することができる。また、プロセス工程経過
後も精度良い位置合わせを行い得るので、プロセ
ス工程毎に新たなマークを形成する等の煩雑な工
程が不要となり、電子ビーム描画技術における有
用性は極めて大きい。
Therefore, it is possible to accurately measure the mark position even after the process steps have been completed, and thereby it is possible to prevent the positioning accuracy from decreasing as the process steps progress. In addition, since positioning can be performed with high precision even after the process has passed, complicated steps such as forming a new mark for each process are unnecessary, and the present invention is extremely useful in electron beam drawing technology.

なお、本発明は上述した実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々
変形して実施することができる。例えば、前記マ
ークはV字型の溝に限るものではなく、凸型のも
のであつてもよい。この場合、従来第6図aに示
す如きマークエツジに対応する肩のピークが大き
い反射電子信号を、h/RG<1/6とすることによ
り同図bに示す如くマークエツジに対する肩のピ
ークを極めて小さくでき、先の実施例と同様にマ
ーク位置測定誤差への寄与を小さくできる。ま
た、マークが溝の場合、その深さが1〔μm〕よ
り浅いと酸化膜被覆等の工程で溝が埋まり、良好
な反射電子信号が得られない。したがつて、通常
は溝の深さを1〔μm〕より深くしなければなら
ない。マークが凸部の場合も同様であり、凸部の
高さを1〔μm〕より高くする必要がある。
Note that the present invention is not limited to the embodiments described above, and can be implemented with various modifications without departing from the gist thereof. For example, the mark is not limited to a V-shaped groove, but may be a convex shape. In this case, conventionally, by setting h/R G <1/6 for a backscattered electron signal with a large peak at the shoulder corresponding to the mark edge as shown in FIG. 6a, the peak at the shoulder corresponding to the mark edge as shown in FIG. It can be made small, and the contribution to the mark position measurement error can be made small as in the previous embodiment. Further, when the mark is a groove, if the depth is shallower than 1 [μm], the groove will be filled in during a process such as coating with an oxide film, making it impossible to obtain a good reflected electron signal. Therefore, the depth of the groove must normally be made deeper than 1 [μm]. The same applies when the mark is a convex portion, and the height of the convex portion needs to be higher than 1 [μm].

また、前記グルーンレンジRGは第7図に示す
如き多層膜を用いる場合、 RG=R1+R2+…+Rn-1+R′n と定義する。ここで、R1からRn-1までは1番目
の層からm−1番目の層までの厚さ、Rn′はm番
目の層での電子の飛程である。ただし、Rn′は次
式で求められる。
Furthermore, when a multilayer film as shown in FIG. 7 is used, the Gruhn range R G is defined as R G =R 1 +R 2 +...+R n-1 +R' n . Here, R 1 to R n-1 is the thickness from the first layer to the m-1th layer, and R n ' is the range of electrons in the m-th layer. However, R n ' is determined by the following formula.

E1=E−(ρ・R/4.6×10−61/1.75 E2=E−(ρ・R/4.6×10−61/1.75 〓 〓 En-1=En-2−(ρn−1・Rn−1/4.6×10
−61/1.75 ∴Rn′=4.6×10−6/ρn-1 1.75 ただし、Rn′<Rnである。ここで、ρ、…、
ρnは各層の密度である。
E 1 = E-(ρ 1・R 1 /4.6×10 −6 ) 1/1 . 75 E 2 = E − (ρ 2・R 2 /4.6×10 −6 ) 1/1 . 75 〓 〓 E n-1 =E n-2 −(ρ n-1・R n-1 /4.6×10
−6 ) 1/ 1.75 ∴R n ′=4.6×10 −6n E n-1 1. 75However , R n ′<R n . Here, ρ 1 ,...
ρ n is the density of each layer.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図および第2図はそれぞれ従来例を説明す
るためのもので第1図は位置合わせ用マークとそ
れに対応する反射電子信号波形を示す模式図、第
2図はプロセス工程を経たのちのマークと反射電
子信号波形を示す模式図、第3図は本発明の概要
を説明するためのもので(Inax−Iav)/Sと
h/RGとの関係を示す特性図、第4図および第
5図はそれぞれ本発明の一実施例を説明するため
のもので第4図は位置合わせ用マークとそれに対
応する反射電子信号波形を示す模式図、第5図は
プロセス工程後のマークと反射信号波形を示す模
式図、第6図a,bは変形例を説明するための模
式図、第7図は多層膜構造を示す断面模式図であ
る。 101,201,401,501……シリコン
ウエーハ、102,202,402,502……
マーク、103,203,403,503……反
射電子信号、104,204,404,504…
…最大レベル点、207,507……酸化膜。
Figures 1 and 2 are for explaining conventional examples, respectively. Figure 1 is a schematic diagram showing the alignment mark and the corresponding reflected electron signal waveform, and Figure 2 is the mark after the process step. FIG. 3 is a schematic diagram showing the waveform of the reflected electron signal, and FIG. 3 is for explaining the outline of the present invention. FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between (I nax −I av )/S and h/ RG . and FIG. 5 are for explaining one embodiment of the present invention, respectively. FIG. 4 is a schematic diagram showing the alignment mark and the corresponding reflected electron signal waveform, and FIG. 5 is a schematic diagram showing the mark after the process step. FIGS. 6A and 6B are schematic diagrams showing a reflected signal waveform, FIGS. 6A and 6B are schematic diagrams for explaining a modification, and FIG. 7 is a schematic cross-sectional diagram showing a multilayer film structure. 101,201,401,501...Silicon wafer, 102,202,402,502...
Mark, 103, 203, 403, 503... Backscattered electron signal, 104, 204, 404, 504...
...Maximum level point, 207,507...Oxide film.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 試料上に形成された位置合わせ用マークに電
子ビームを照射し、その反射電子を検出してマー
ク位置を測定する電子ビームを用いたマーク位置
測定方法において、上記マークの深さ若しくは高
さをh、マーク内の電子ビームのグルーンレンジ
をRGとするとき、 h/R<1/6 となるようグルーンレンジRGを設定したことを
特徴とする電子ビームを用いたマーク位置測定方
法。
[Claims] 1. A mark position measuring method using an electron beam, in which an electron beam is irradiated onto a positioning mark formed on a sample, and the mark position is measured by detecting the reflected electrons. When the depth or height is h and the Groen range of the electron beam within the mark is R G , an electron beam characterized in that the Groen range R G is set so that h/R G <1/6 is used. Mark position measurement method.
JP57092899A 1982-05-31 1982-05-31 Mark position measuring method employing electron beam Granted JPS58210615A (en)

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