JP2000012455A - 荷電粒子線転写露光装置及び荷電粒子線転写露光装置におけるマスクと感応基板の位置合わせ方法 - Google Patents

荷電粒子線転写露光装置及び荷電粒子線転写露光装置におけるマスクと感応基板の位置合わせ方法

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JP2000012455A
JP2000012455A JP10193582A JP19358298A JP2000012455A JP 2000012455 A JP2000012455 A JP 2000012455A JP 10193582 A JP10193582 A JP 10193582A JP 19358298 A JP19358298 A JP 19358298A JP 2000012455 A JP2000012455 A JP 2000012455A
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charged particle
particle beam
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exposure apparatus
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Noriyuki Hirayanagi
徳行 平柳
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 マスク上の基準マークの位置精度が悪くなっ
た場合でも、確実にマスクと感応基板との位置合わせが
可能な荷電粒子露光転写装置を提供する。 【解決手段】 マスクステージ4を移動させて、マスク
光基準マークを光学的位置センサ9で検出することによ
り、マスク2の位置誤差や回転誤差を計測し、これを基
にマスク2のラフアライメントを行う。次に、マスクス
テージ1の位置の機械的な位置を操作することにより、
マスクEB基準マークを電子ビームEBの照射中心付近
に位置させて、電子ビームEBを照射する。すると、マ
スクEB基準マーク通過した電子ビームは、基準マーク
7で反射され、反射電子検出器8で検出される。この状
態で、電子ビームEBを偏向させてスキャンし、反射電
子検出器8の出力が最大になる点を検出することによ
り、マスク2とウェハステージ4の位置誤差や回転誤差
を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子線等の荷電粒
子線を用いてマスク(本明細書においてマスクとは、レ
チクルを含む概念である)上のパターンをウェハ等の感
応基板に転写する荷電粒子線転写露光装置に関するもの
であり、さらに詳しくは、マスクと感応基板の位置合わ
せが容易な荷電粒子線露光装置、及びこの荷電粒子線露
光装置における、マスクと感応基板の位置合わせ方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体の高集積化が進むにつれ、集積回
路の微細化が要求され、これに伴い、露光装置には、よ
り細いパターンを描くために、より高い解像度で描画で
きることが要求されてきている。その中で、電子線に代
表される荷電粒子線による転写露光装置は、このような
要求に応えることができるものとして注目されている。
【0003】荷電粒子線露光では、予め集積回路の回路
パターンを描いてあるマスクを荷電粒子線で照射し、回
路パターンをウェハー上に転写する。この際、マスクと
ウェハの位置をそれぞれ合わせる必要がある。そのため
には、まず、ウェハの位置を荷電粒子露光装置に対して
所定の位置に合わせることが行われている。ウェハの位
置を合わせることは、ウェハステージの機械的な位置を
所定位置に合わせることにより行われている。
【0004】また、必要に応じ、ウェハステージに荷電
粒子線を反射するマークを付け、そのマークを荷電粒子
線によって照射し、その反射荷電粒子を検出することに
よって当該マークを荷電粒子線の中心に合わせ、これを
基準にしてウェハステージの位置合わせを行うことも行
なわれている。
【0005】さらに、ウェハステージに光学的に検出で
きるマークを付け、前記荷電粒子線を利用した位置わせ
に先立って、光学顕微鏡により当該マークを検出して粗
い位置合わせを行う場合もある。
【0006】このようにして、ウェハステージの位置合
わせを行った後、今度はウェハ(ウェハステージ)位置
にマスクの位置を合わせる。この様子を、図4を用いて
説明する。図4は電子線転写露光装置の該要図であり、
EBは電子ビーム、1はマスクステージ、2はマスク、
3は電子レンズ、4はウェハステージ、5はウェハ、6
はマスクステージ上の基準マーク、7はウェハステージ
上の基準マーク、8は反射電子検出器である。
【0007】図示されない照明光学系により一様な照明
光とされた電子ビームEBは、マスクステージ1上に載
置されたマスク2を照射する。マスク2上のパターン
は、電子レンズ3により、ウェハステージ4上に載置さ
れたウェハ5上に結像し、ウェハ5上のレジストを感光
させる。マスク2とウェハ4の位置合わせのために、マ
スクステージ1上には基準マーク6が、ウェハステージ
4上には基準マーク7が設けられている。基準マーク6
は電子線を透過する細い穴であり、基準マーク7は電子
線を反射する微少な物体から形成されている。
【0008】マスク2とウェハ4の位置合わせを行うに
は、まず、ウェハステージ4の機械的な位置を操作する
ことにより、基準マーク7を電子ビームEBの照射中心
(電子光学鏡筒の中心)に合わせる。そして、マスクス
テージ1の位置の機械的な位置を操作することにより、
基準マーク6を電子ビームEBの照射中心付近に位置さ
せて、電子ビームEBを照射する。すると、基準マーク
6を通過した電子ビームは、基準マーク7で反射され、
反射電子検出器8で検出される。この状態で、電子ビー
ムEBを偏向させてスキャンし、反射電子検出器8の出
力が最大になった点で、マスクステージ1とウェハステ
ージ4の位置合わせが完了したとする。そして、以後の
露光転写においては、このときの電子ビームEBの偏向
量を基準として位置合わせのための偏向量を計算する。
なお、このようなマスクステージ1とウェハステージ4
との位置合わせは、ウェハ交換のたび毎に行う必要は必
ずしもない。
【0009】その後、実際のマスク2とウェハ4の位置
合わせを行う。その方法は、マスク2、ウェハ5にもそ
れぞれ基準マークを設け、マスクステージ1とウェハス
テージ4の位置合わせが完了した後、同様の方法で、マ
スク2の基準マークとウェハ5の基準マークの位置を合
わせることにより、マスク2とウェハ5同士の位置合わ
せを行うものである。そして、露光転写においては、こ
のときの電子ビームEBの偏向量を基準として位置合わ
せのための電子線ビームの偏向量、回転量を計算する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】前記のような、従来技
術におけるマスクとウェハの位置合わせ方法は、マスク
が小さい場合には問題を生じないが、マスクが大型化し
てくると、位置合わせが不可能になるという問題点を有
している。すなわち、マスクの大型化に伴い、マスクの
外形寸法が正確にならず、それに伴って、マスクの外形
に対する基準マークの位置精度が必然的に悪化してく
る。一方、電子線の照射範囲は非常に狭いため、前記の
ような方法で、マスク上の基準マークを電子ビームの中
心付近に位置させようとしても、それが電子ビームの照
射範囲を外れてしまうことが発生する。このような場合
には、マスクとウェハの位置合わせが不可能になる。
【0011】また、基準マークの位置精度の悪化は、電
子線の散乱を利用した薄膜タイプのマスクを使用する場
合にも発生する。この方式のマスクにおいては、薄膜以
外の場所に電子線を照射すると、電子線の吸収によって
マスクが発熱して熱変形する恐れがある。よって、基準
マークの付近の電子線が照射される部分を広範囲に薄膜
化する必要があり、薄膜化することにより基準マークの
位置精度が悪化する。よって、このようなマスクを使用
した場合にも、前述したことと同じ理由により、マスク
とウェハの位置合わせが不可能になるという問題が発生
する。
【0012】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、マスク上の基準マークの位置精度が悪くな
った場合でも、確実にマスクと感応基板との位置合わせ
が可能な荷電粒子転写露光装置、及びこの荷電粒子線露
光装置における、マスクと感応基板の位置合わせ方法を
提供することを課題とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第1の手段は、荷電粒子線を利用してマスク上のパタ
ーンをウェハ等の感応基板に転写する転写露光装置であ
って、光学系からなるマスク位置測定装置と、荷電粒子
線光学系からなるマスク位置測定装置とを有することを
特徴とする荷電粒子線転写露光装置(請求項1)であ
る。
【0014】本手段においては、光学系からなるマスク
位置測定装置(光学的マスク位置測定装置)が設けられ
ているため、マスク上の荷電粒子線用基準マークの直近
又は同一位置に光学的基準マークを設けておき、光学的
マスク位置測定装置によって光学的基準マークを検出す
ることにより、マスク位置の粗調整を行うことができ
る。マスク位置の粗調整を行った後、従来方法と同じ方
法により、荷電粒子線を利用してマスク位置と感応基板
位置の精密な調整を行う。このような方法によれば、光
学的マスク位置測定装置を利用したマスク位置の粗調整
が行われているので、荷電粒子線用基準マークが荷電粒
子線の照射範囲から外れることがない。よって、荷電粒
子線用基準マークの位置がマスク外形に対して正確でな
い場合でも、確実にマスクと感応基板の位置合わせを行
うことができる。
【0015】前記課題を解決するための第2の手段は、
前記第1の手段であって、前記光学系からなるマスク位
置測定装置のセンサ部が、荷電粒子光学鏡筒の外側に設
置されていることを特徴とするもの(請求項2)であ
る。
【0016】光学的マスク位置測定装置のセンサ部を、
荷電粒子光学鏡筒の外側に設けることにより、センサ部
のメンテナンスが容易になる。
【0017】前記課題を解決するための第3の手段は、
前記第1又は第2の手段であって、前記光学系からなる
マスク位置測定装置のセンサ部が、2次元センサである
ことを特徴とするもの(請求項3)である。
【0018】センサを2次元センサとすることにより、
視野が広くなると共に、平面で2次元方向の位置調整を
同時に行うことができるようになる。2次元センサとし
ては、2次元CCD、2次元PSD等が使用できる。
【0019】前記課題を解決するための第4の手段は、
前記第1の手段から第3の手段の内のいずれかであっ
て、前記光学系からなるマスク位置測定装置のセンサ部
の視野が、切り替え可能とされていることを特徴とする
もの(請求項4)である。
【0020】この手段においては、光学的マスク位置測
定装置のセンサ部の視野が段階的又は連続的に切り替え
られるので、例えば、光学的な基準マークの位置が大き
くずれ、定常的な視野に入らなくなったような場合で
も、自動又は手動により視野の範囲を広げて基準マーク
の位置を見つけて粗調整を行い、しかる後に定常的な視
野において粗調整を行うことができる。よって、このよ
うな場合でも、位置合わせが不能になることがない。
【0021】前記課題を解決するための第5の手段は、
前記第1の手段から第4の手段のうちいずれかにおい
て、マスクと感応基板の位置合わせを行う方法であっ
て、まず、光学系からなるマスク位置測定装置を用いて
粗い位置合わせを行い、続いて、荷電粒子線光学系から
なるマスク位置測定装置を用いて精密な位置合わせを行
うことを特徴とする荷電粒子線転写露光装置におけるマ
スクと感応基板の位置合わせ方法(請求項5)である。
【0022】この手段においては、光学的マスク位置測
定装置を用いて粗い位置合わせを行っているので、前記
第1の手段の説明において述べたように、荷電粒子線用
基準マークの位置がマスク外形に対して正確でない場合
でも、確実にマスクと感応基板の位置合わせを行うこと
ができる。
【0023】前記課題を解決するための第6の手段は、
前記第5の手段であって、マスクが複数基板から成り立
っている場合に、それぞれの基板毎に、光学系からなる
マスク位置測定装置を用いて粗い位置合わせを行い、続
いて荷電粒子線光学系からなるマスク位置測定装置を用
いて精密な位置合わせを行うことを特徴とする荷電粒子
線転写露光装置におけるマスクと感応基板の位置合わせ
方法(請求項6)である。
【0024】マスクが大型化した場合、1枚の基板で作
成することができず、複数基板に分けて作成し、それら
を隣り合わせてマスクステージに載置して露光転写を行
う場合がある。その際、それぞれのマスク基板毎に、光
学的マスク位置測定装置を用いて粗い位置合わせを行
い、その後、荷電粒子線光学系からなるマスク位置測定
装置を用いて精密な位置合わせを行うことにより、各基
板の位置が狂っている場合でも、全体として正確な位置
合わせを行うことができる。
【0025】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
1、図2を用いて説明する。図1は、本発明の実施の形
態の1例である電子線転写露光装置の概略図、図2は、
本発明の実施の形態に使用されるマスクステージの構成
例を示す概略図である。図1、図2において、1はマス
クステージ、2はマスク、3は電子レンズ、4はウェハ
ステージ、5はウェハ、6はマスクステージ上の基準マ
ーク、7はウェハステージ上の基準マーク、8は反射電
子検出器、9は光学的マスク位置測定装置のセンサ(光
学的位置センサ)、10はマスク上のパターン部、11
はマスクステージ光基準マーク、12はマスクステージ
EB(電子線)基準マーク、13はマスク光基準マー
ク、14はマスクEB基準マーク、EBは電子線であ
る。
【0026】図1において、図示されない照明光学系に
より一様な照明光とされた電子ビームEBは、マスクス
テージ1上に載置されたマスク2を照射する。マスク2
上のパターンは、電子レンズ3により、ウェハステージ
4上に載置されたウェハ5上に結像し、ウェハ5上のレ
ジストを感光させる。マスク2とウェハ4の位置合わせ
のために、マスクステージ1上には基準マーク6が、ウ
ェハステージ4上には基準マーク7が設けられている。
基準マーク6は電子線を透過する細い穴であり、基準マ
ーク7は電子線を反射する微少な物体から形成されてい
る。ここまでの構成は、図4に示した従来例と同じであ
る。図1に示す装置においては、これらに加え、光学的
位置センサ9が設けられているところが図4に示した装
置と異なる。
【0027】図2において、マスクステージ1上に設け
られた基準マーク6は、マスクステージ光基準マーク1
1とマスクステージEB基準マーク12とから成り立っ
ている。そして、マスクステージ1上に載置されたマス
ク2の、パターン部10以外の場所に、マスク光基準マ
ーク13、マスクEB基準マーク14が1組となって4
組設けられている。
【0028】この実施の形態において、マスクとウェハ
の位置合わせは以下のように行う。まず、光学的位置セ
ンサ9が、電子ビームEBの中心に対してどの位置にあ
るかを測定する。まず、マスクステージ光基準マーク1
1が光学的位置センサ9の視野に入るようにマスクステ
ージ4を移動し、マスクステージ光基準マーク11の中
心位置を測定する。
【0029】次に、ウェハステージ4の機械的な位置を
操作することにより、基準マーク7を電子光学鏡筒の中
心軸に合わせる。続いて、マスクステージEB基準マー
ク12を電子光学鏡筒の中心位置付近に移動し、電子ビ
ームEBを照射する。すると、マスクステージEB基準
マーク12を通過した電子ビームは、基準マーク7で反
射され、反射電子検出器8で検出される。この状態で、
電子ビームEBを偏向させてスキャンし、反射電子検出
器8の出力が最大になる点を見出すことにより、でマス
クステージ光基準マーク12の位置を測定する。
【0030】マスクステージ光基準マーク11とマスク
ステージEB基準マーク12の位置関係は予め分かって
いるので、以上の測定により、電子線EBの中心位置
(電子光学鏡筒の中心に置かれたウェハステージの基準
マーク7を照射する位置)と光学的位置9センサの中心
位置の差を測定することができる。これにより、光学的
位置センサ9が、電子線EB中心に対してどの位置にあ
るかが分かる。よって、以下に述べるウェハ位置の粗調
整は、この相対位置関係を考慮して行う。なお、マスク
ステージ光基準マーク11とマスクステージEB基準マ
ーク12は、互いの位置関係が分かっていれば別のもの
を用いてもよいが、同一のマークを用いることも可能で
ある。
【0031】なお、以上に述べた光学的位置センサ9の
位置の測定は、温度等の環境の変化により光学的位置セ
ンサ9の位置がずれた場合の誤差を補正するために行う
ものであり、ウェハの交換のたびに行う必要はない。
【0032】以下、図3に示すフローチャートに従っ
て、マスクの位置合わせのシーケンスを説明する。メイ
ンコントロールプログラムからマスクのロード命令が発
せられると、マスクローダによってマスク5のロードが
開始される(S1)。マスクローダにはプリアラメント
機構がついており、予め一定の精度までマスクの位置合
わせを行った後に(S2)、マスクステージ1上にマス
ク2が載置される(S3)。
【0033】マスクステージ1上に載置されたマスク2
には、光学的位置センサ9で検出するためのマスク光基
準マーク13が複数個(図2では4個)設けられてお
り、マスクステージ4を移動させて、このマスク光基準
マーク13を光学的位置センサ9で検出することによ
り、マスク2の位置誤差や回転誤差が計測される。そし
て、これらの誤差が無くなるようにマスクステージ1を
移動させることにより、マスク2のラフアライメントが
完了する(S4)。
【0034】次に、ウェハステージ4の機械的な位置を
操作することにより、基準マーク7を電子光学鏡筒中心
軸に合わせる。そして、マスクステージ1の位置の機械
的な位置を操作することにより、マスクEB基準マーク
14を電子ビームEBの照射中心付近に位置させて、電
子ビームEBを照射する。すると、マスクEB基準マー
ク14を通過した電子ビームは、基準マーク7で反射さ
れ、反射電子検出器8で検出される。この状態で、電子
ビームEBを偏向させてスキャンし、反射電子検出器8
の出力が最大になる点を検出することにより、ウェハス
テージ4とマスク2との相対位置関係を知ることができ
る。この測定を、複数箇所のマスクEB基準マーク14
について行い、マスク2とウェハステージ4の位置誤差
や回転誤差が計測される。そして、計測された誤差を補
正するように、電子ビームEBの偏向量や回転量を設定
することによりマスク2のファインアライメントが完了
する(S5)。これにより、マスクの露光準備が完了す
る(S6)。
【0035】以上の発明の実施の形態の説明において
は、光学的位置センサ9が、電子光学鏡筒の外部に設け
られている例について説明した。光学的位置センサ9
は、電子光学鏡筒の内部に設けてもよいが、外部に設け
た方がメンテナンスが容易であるという利点を有する。
【0036】また、光学的位置センサとしては、例えば
ビーム状の光線を走査光として放射し、その反射光を検
出して、その時点の走査方向より基準マークの位置を検
出するような方式のものでもよいが、2次元センサを用
いることにより、可動部も無く、広い視野を一度に検出
することができ、2次元方向の調整を同時に行うことが
できて効果的である。なお、2次元センサとしては、C
CDや2次元PSD等を使用することができる。
【0037】さらに、光学的光センサの視野を、切り替
え可能とすることにより、例えば、光学的な基準マーク
の位置が大きくずれ、定常的な視野に入らなくなったよ
うな場合でも、自動又は手動により視野の範囲を広げて
基準マークの位置を見つけて粗調整を行い、しかる後に
定常的な視野において粗調整を行うことができる。視野
の切換方法としては、異なったレンズ系を切り替えて使
用してもよいし、ズームレンズを使用してもよい。
【0038】また、以上の実施の形態の説明において
は、マスクが1枚の基板から成り立っている場合につい
て説明したが、マスクを複数基板に分けて作成し、それ
らを隣り合わせてマスクステージに載置して露光転写を
行う場合には、それぞれのマスク基板毎に光学的マスク
位置測定装置を用いて粗い位置合わせを行い、その後、
荷電粒子線光学系からなるマスク位置測定装置を用いて
精密な位置合わせを行うことにより、各基板の位置が狂
っている場合でも、全体として正確な位置合わせを行う
ことができる
【0039】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項1に係る発明においては、(光学的マスク位置測定装
置が設けられているため、マスク上の荷電粒子線用基準
マークの直近又は同一位置に光学的基準マークを設けて
おき、光学的マスク位置測定装置によって光学的基準マ
ークを検出することにより、マスク位置の粗調整を行う
ことができる。よって、荷電粒子線用基準マークが、荷
電粒子線の照射範囲から外れることがない。
【0040】請求項2に係る発明においては、光学的マ
スク位置測定装置のセンサ部を、荷電粒子光学鏡筒の外
側に設けることにより、センサ部のメンテナンスが容易
になる。
【0041】請求項3に係る発明においては、光学系か
らなるマスク位置測定装置のセンサ部が、2次元センサ
であるので、視野が広くなると共に、平面で2次元方向
の位置調整を同時に行うことができるようになる。
【0042】請求項4に係る発明においては、光学系か
らなるマスク位置測定装置のセンサ部の視野が、切り替
え可能とされているので、例えば、光学的な基準マーク
の位置が大きくずれ、定常的な視野に入らなくなったよ
うな場合でも、自動又は手動により視野の範囲を広げて
基準マークの位置を見つけて粗調整を行い、しかる後に
定常的な視野に置いて粗調整を行うことができる。
【0043】請求項5に係る発明においては、まず、光
学系からなるマスク位置測定装置を用いて粗い位置合わ
せを行い、続いて、荷電粒子線光学系からなるマスク位
置測定装置を用いて精密な位置合わせを行うので、荷電
粒子線用基準マークが、荷電粒子線の照射範囲から外れ
ることがない。
【0044】請求項6に係る発明においては、マスクが
複数基板から成り立っている場合に、それぞれの基板毎
に光学系からなるマスク位置測定装置を用いて粗い位置
合わせを行い、続いて、それぞれの基板毎に荷電粒子線
光学系からなるマスク位置測定装置を用いて精密な位置
合わせを行うので、各基板の位置が狂っている場合で
も、全体として正確な位置合わせを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の1例である電子線転写露
光装置の概略図である。
【図2】本発明の実施の形態に使用されるマスクステー
ジの構成例を示す概略図である。
【図3】マスクの位置合わせのシーケンスを示す図であ
る。
【図4】従来の電線線転写露光装置の該要図である。
【符号の説明】
1…マスクステージ、2…マスク、3…電子レンズ、4
…ウェハステージ、5…ウェハ、6…マスクステージ上
の基準マーク、7…ウェハステージ上の基準マーク、8
…反射電子検出器、9…光学的マスク位置測定装置のセ
ンサ(光学的位置センサ)、10…マスク上のパターン
部、11…マスクステージ光基準マーク、12…マスク
ステージEB(電子線)基準マーク、13…マスク光基
準マーク、14…マスクEB基準マーク、EB…電子線

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 荷電粒子線を利用してマスク上のパター
    ンをウェハ等の感応基板に転写する転写露光装置であっ
    て、光学系からなるマスク位置測定装置と、荷電粒子線
    光学系からなるマスク位置測定装置とを有することを特
    徴とする荷電粒子線転写露光装置。
  2. 【請求項2】 前記光学系からなるマスク位置測定装置
    のセンサ部が、荷電粒子光学鏡筒の外側に設置されてい
    ることを特徴とする請求項1に記載の荷電粒子線転写露
    光装置。
  3. 【請求項3】 前記光学系からなるマスク位置測定装置
    のセンサ部が、2次元センサであることを特徴とする請
    求項1又は請求項2に記載の荷電粒子線転写露光装置。
  4. 【請求項4】 前記光学系からなるマスク位置測定装置
    のセンサ部の視野が、切り替え可能とされていることを
    特徴とする請求項1から請求項3のうちいずれか1項に
    記載の荷電粒子線転写露光装置。
  5. 【請求項5】 請求項1から請求項4のうちいずれか1
    項に記載の荷電粒子線転写露光装置において、マスクと
    感応基板の位置合わせを行う方法であって、まず、光学
    系からなるマスク位置測定装置を用いて粗い位置合わせ
    を行い、続いて、荷電粒子線光学系からなるマスク位置
    測定装置を用いて精密な位置合わせを行うことを特徴と
    する荷電粒子線転写露光装置におけるマスクと感応基板
    の位置合わせ方法。
  6. 【請求項6】 請求項5に記載の荷電粒子線転写露光装
    置におけるマスクと感応基板の位置合わせ方法であっ
    て、マスクが複数基板から成り立っている場合に、それ
    ぞれの基板毎に、光学系からなるマスク位置測定装置を
    用いて粗い位置合わせを行い、続いて荷電粒子線光学系
    からなるマスク位置測定装置を用いて精密な位置合わせ
    を行うことを特徴とする荷電粒子線転写露光装置におけ
    るマスクと感応基板の位置合わせ方法。
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