JP2000182942A - 荷電ビーム露光方法及び荷電ビーム露光装置 - Google Patents

荷電ビーム露光方法及び荷電ビーム露光装置

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JP2000182942A JP10360714A JP36071498A JP2000182942A JP 2000182942 A JP2000182942 A JP 2000182942A JP 10360714 A JP10360714 A JP 10360714A JP 36071498 A JP36071498 A JP 36071498A JP 2000182942 A JP2000182942 A JP 2000182942A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】高精度な位置合わせ露光を可能とする。 【解決手段】試料２に電圧を印加し、試料２上に加速電
界を形成する工程と、該加速電界によって、電子銃９か
ら発せられた電子ビーム１０を加速し、前記試料２上に
形成された位置合わせマーク１２上を電子ビーム１０で
走査する工程と、該位置合わせマーク１２から発生した
反射電子及び２次電子を検出器１１で検出し、検出され
た信号波形に基づいて、該位置合わせマーク１２の位置
を求める工程と、試料２への印加電圧を変化させ、加速
電界を消去、もしくは減少させる工程と、位置合わせマ
ーク１２の位置情報に基づいて、電子銃９から発せられ
る電子ビーム１０でパターンを露光する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、荷電ビーム露光方
法及び荷電ビーム露光装置に関し、特に位置合わせ露光
に使用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】荷電ビーム、例えば電子ビームを用いた
露光に用いられる位置合わせ方法としては、下地基板に
形成されたマークを高加速の電子ビームで走査し、マー
クからの反射電子若しくは２次電子を検出する方法が一
般的である。この位置合わせのためのマークは段差構造
や反射電子放出効率の異なる材質で形成される。
【０００３】近年、レジスト感度の向上、近接効果の低
減、チャージアップを起こしにくいとの理由から１〜２
ｋＶの低エネルギー電子ビームによる露光の研究（例え
ばH.P.Chang et.al. :J.Vac.Sci.Technol.10(1992)274
3"Arrayed miniature electron beam columns for high
throughput sub-100nm lithography")が行われてい
る。しかしながら、低エネルギーの電子ビームの場合、
貫通能力が小さいという問題を抱えている。
【０００４】低エネルギー電子ビームによるマーク検出
の問題点を図１８を用いて説明する。図１８に示すよう
に、試料はＳｉ基板２１，Ｓｉ酸化膜２２，レジスト２
４の積層構造であり、位置合わせ用のマーク１２はＳｉ
基板２１上に形成され、レジスト２４の表面から深い位
置にある。低エネルギー電子ビームを用いた場合、レジ
スト２４表面から深い位置に形成された位置合わせマー
ク１２まで電子ビーム１０が到達せずに、反射電子信号
が得られないという問題があった。マーク検出用と露光
用に電子ビーム源を別途設ける方法（例えば特開平２−
３７７１０号公報、特開平７−１６９６６５号公報、特
開昭６３−２６３７２０号公報）も考案されているが、
装置が複雑になるという問題がある。
【０００５】反射電子信号が得られない問題点を解決す
るための手法として、図１９に示すマーク検出方法が考
案されている。図１９に示すように、レジスト表面１８
２にのみ、電子ビーム１０で走査してレジスト表面１８
２をチャージアップさせ、位置合わせマーク１２の像を
２次電子１８３で見る方法が考案されている。
【０００６】この方法は、マーク上とそれ以外の部分の
絶縁膜にかかる容量コントラスト１８４が異なるため
に、マーク１２直上の２次電子放出効率が異なることを
利用している。この方法により検出された位置合わせマ
ーク１２のパターン像及び検出波形を図２０に示す。図
２０（ａ）は位置合わせマーク１２のパターン像の上面
図を、図２０（ｂ）はパターン像の検出波形を示す。こ
こではレジスト膜を例に説明したが、絶縁膜はＳｉ酸化
膜等であっても同様である。
【０００７】しかしながら、上述のマーク検出方法にも
以下のような問題があった。レジストなどの絶縁膜に対
して電子ビーム露光を行う場合には、チャージアップに
よるビームの位置ずれが問題となる。従来、このチャー
ジアップを解決するためには図２１に示すように、レジ
スト２４の下層（若しくは上層）に、導電性膜２０１を
形成していたここで、導電成膜２０１はＳｉ基板１２と
同様にアース７に接地されている。このような場合、チ
ャージアップが生じないため位置ずれのない電子ビーム
露光が可能となるが、導電性膜２０１全体が同電位とな
るため、位置合わせマーク１２上とそれ以外の部分での
容量コントラストがつかずに、位置合わせマーク１２の
像検出が困難になるとの問題があった。
【０００８】また、試料と電子ビーム露光部の対物レン
ズとの傾きにより、位置合わせの精度が下がるという問
題点もある。図２２はこの問題点を説明するための図で
ある。図２２に示すように、試料２に電圧を印加する場
合、試料２が例えば対物レンズ２１１に対して傾いてい
ると、試料２と対物レンズ２１１間に電界２１２の不均
一が生じ、図２２に示すように、電子ビーム１０の軌道
を変えてしまうという問題があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
低エネルギー電子ビームを用いた露光方法では、電子ビ
ームの貫通能力の低さにより、簡便な装置構成による高
精度の位置合わせ露光を併せて行うことは困難であっ
た。容量コントラストを用いたマーク検出方法に対して
も、レジストの帯電防止策としてレジスト上層もしくは
下層に導電性膜を形成した場合、マーク検出ができない
との問題があった。また、電子ビームの進行方向と試料
表面の傾きとのずれが生じた場合には、高精度の位置合
わせを行うことが困難であった。
【００１０】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、その目的とするところは、簡便な構成により
高精度の位置合わせ及びパターン露光を可能とする荷電
ビーム露光方法及び荷電ビーム露光装置を提供すること
にある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
電子ビーム露光における荷電ビーム露光方法は、試料に
電圧を印加し、試料面上に加速電界を形成する工程と、
荷電粒子照射部から前記試料に向けて発せられる荷電ビ
ームを加速電界により加速し、前記試料中に形成された
位置合わせマークを該荷電ビームで走査する工程と、前
記試料からの荷電粒子を検出し、該検出された信号波形
に基づいて、前記位置合わせマークの位置を求める工程
と、前記試料への印加電圧を変化させ、加速電界を消去
若しくは減少させる工程と、前記位置合わせマーク位置
の情報に基づいて、前記荷電粒子照射部から発せられる
荷電ビームでパターンを露光する工程とを含むことを特
徴とする。
【００１２】本発明の望ましい形態を以下に示す。 （１）位置合わせマークの位置を求める工程は、該位置
合わせマークに荷電ビームが到達可能な少なくとも２種
類以上の異なる電圧を試料に印加し、それぞれの印加電
圧ごとに位置合わせマーク位置を求め、該求められた位
置合わせマーク位置と試料への印加電圧の関係に基づい
て、試料へのパターン露光を行う場合の印加電圧におけ
るマーク位置を求める工程からなり、パターン露光は、
求められたパターン露光を行う場合の位置合わせマーク
位置に基づいて、荷電粒子照射部から発せられる荷電ビ
ームでパターンを露光する。
【００１３】また、本発明の請求項３に係る荷電ビーム
露光装置は、試料に荷電ビームを照射する荷電ビーム照
射手段と、位置合わせ露光の際に選択的に前記試料に電
圧を印加して加速電界を形成する電圧印加手段と、位置
合わせ露光における荷電ビーム照射による前記試料から
の荷電粒子を検出して前記試料中に形成された位置合わ
せマーク位置の検出を行うマーク位置検出手段とを具備
してなることを特徴とする。
【００１４】また、本発明の請求項４に係る荷電ビーム
露光方法は、試料に電圧を印加し、試料面上に加速電界
を形成する工程と、荷電粒子照射部から前記試料に向け
て発せられる荷電ビームを加速電界により加速し、前記
試料中に形成された位置合わせマークを該荷電ビームで
走査する工程と、前記試料からの荷電粒子を検出し、該
検出された信号波形に基づいて、前記位置合わせマーク
の位置を求める工程と、前記位置合わせマーク上又はそ
の近傍の前記試料上に位置合わせパターンを露光する工
程と、前記試料への印加電圧を変化させ、前記加速電界
を消去若しくは減少させる工程と、前記荷電粒子照射部
から発せられる荷電ビームで、前記位置合わせパターン
を走査する工程と、前記位置合わせパターンからの荷電
粒子を検出し、検出された信号波形に基づいて該位置合
わせパターンの位置を求める工程と、前記位置合わせパ
ターンの位置の情報に基づいて、前記荷電粒子照射部か
ら発せられる荷電ビームでパターンを露光する工程とを
含むことを特徴とする。
【００１５】望ましくは、位置合わせパターンの位置検
出は、レジストの脱ガス反応によって生じる露光部と非
露光部の段差を検出する。
【００１６】また、本発明の請求項６に係る荷電ビーム
露光方法は、試料に第１の電圧を印加し、試料面上に加
速電界を形成する工程と、荷電粒子照射部から前記試料
に向けて発せられる荷電ビームを加速電界により加速
し、前記試料中に形成された位置合わせマークを該荷電
ビームで走査する工程と、前記試料からの荷電粒子を検
出し、該検出された信号波形に基づいて、該位置合わせ
マークの位置を求める工程と、前記位置合わせマーク上
若しくはその近傍の前記試料上に位置合わせパターンを
露光する工程と、前記試料に第２の電圧を印加し、試料
面上に減速電界を発生させる工程と、前記減速電界によ
って、前記荷電粒子照射部から発せられる荷電ビームを
減速し、前記位置合わせパターンを走査する工程と、前
記位置合わせパターンからの荷電粒子を検出し、検出さ
れた信号波形に基づいて、該位置合わせパターンの位置
を求める工程と、前記試料への第２の印加電圧を変化さ
せ、前記減速電界を消去、もしくは減少させる工程と、
前記位置合わせパターンの位置の情報に基づいて、前記
荷電粒子照射部から発せられる荷電ビームでパターンを
露光する工程とを含むことを特徴とする。
【００１７】また、本発明の請求項７に係る荷電ビーム
露光方法は、試料に第１の電圧を印加し、試料面上に加
速電界を形成する工程と、荷電粒子照射部から前記試料
に向けて発せられる荷電ビームを加速電界により加速
し、前記試料中に形成された位置合わせマークを該荷電
ビームで走査する工程と、前記位置合わせマークからの
荷電粒子を検出し、検出された信号波形に基いて、該位
置合わせマークの位置を求める工程と、前記位置合わせ
マーク位置の情報に基づいて、該位置合わせマーク上若
しくはその近傍に位置合せパターンを露光する工程と、
前記試料への印加電圧を変化させ、前記加速電界を消
去、若しくは減少させる工程と、前記位置合わせマーク
位置の情報に基づいて、前記荷電粒子照射部から発せら
れる荷電ビームで所望パターンを露光する工程と、前記
試料に第２の電圧を印加し、試料面上に減速電界を生じ
せしめる工程と、前記減速電界によって、前記荷電粒子
照射部から発せられる荷電ビームを減速し、前記位置合
わせパターンと前記所望パターンを走査する工程と、前
記位置合わせパターン及び所望パターンからの荷電粒子
を検出し、検出された信号波形に基いて、該位置合わせ
パターンと所望パターンの位置ずれを求める工程とを含
む事を特徴とする。
【００１８】また、本発明の請求項８に係る荷電ビーム
露光装置は、試料に荷電ビームを照射する荷電ビーム照
射手段と、位置合わせ露光の際に選択的に前記試料に複
数の異なる電圧を印加する電圧印加手段と、位置合わせ
露光における荷電ビーム照射による前記試料からの荷電
粒子を検出して前記試料中に形成された位置合わせマー
ク位置の検出を行うマーク位置検出手段と、前記マーク
位置検出手段により検出された印加電圧の変動による位
置合わせマーク位置のばらつきが低減するように前記試
料の傾きを調整する傾き調整手段とを具備してなること
を特徴とする。
【００１９】望ましくは、印加電圧変化手段は、印加電
圧を連続的に、若しくは周期的に変化させる。
【００２０】また、本発明の請求項１０に係る荷電ビー
ム露光方法は、試料の傾きを調整する第１の工程と、前
記試料に電圧を印加する第２の工程と、荷電ビームを走
査して、前記試料に形成された位置合わせマーク位置の
検出を行う第３の工程と、試料への印加電圧を変化させ
る第４の工程と、印加電圧の変動による位置合わせマー
ク位置の変動を検出する第５の工程とを含み、前記位置
合わせマーク位置の変動が許容範囲となるまで、前記第
１から第５の工程を少なくとも１回以上繰り返すことを
特徴とする。
【００２１】望ましくは、試料への印加電圧を変化させ
る工程は、該印加電圧を連続的に、若しくは周期的に変
化させる工程である。
【００２２】（作用）本発明では、試料に電圧を印加す
ることにより、試料面上に加速電界を発生させ、加速し
た荷電ビームにより位置合わせマークを検出する。この
ため、低エネルギー荷電ビームを用いた場合でも、試料
表面から深い位置にあるマークの検出が可能となる。ま
た、従来の低エネルギー荷電ビームによる位置合わせ方
法では困難であったレジスト下層に導電性膜が設けられ
ている場合であっても、高精度の位置合わせマークの検
出が可能となる。また、加速電界を減少又は消滅させて
荷電ビーム露光を行うことにより、低加速荷電ビーム露
光での近接効果の低減、チャージアップの防止等の利点
を有した露光が可能となる。さらに、この高加速ビーム
による位置合わせと、低加速ビームによる露光を、試料
に対する印加電圧の変動により切り替えるため、高加速
荷電粒子照射機構を別途設けることなく簡便な装置で済
む。
【００２３】また、位置合わせマークの検出に際し、異
なる加速電圧を印加して各印加電圧における位置合わせ
マーク位置のずれを検出し、パターン露光を行う場合の
印加電圧におけるマーク位置を算出することにより、荷
電粒子照射部の対物レンズに対し、試料が傾いている場
合であっても、その傾きを補正したマーク位置が求ま
り、より高精度の位置合わせ露光が可能となる。
【００２４】また、高加速ビームによる位置合わせマー
クの検出を行った後に試料上に位置合わせパターンを露
光し、さらにこの位置合わせパターンを低加速ビームに
より走査することにより、実際のパターン露光と同じエ
ネルギーにより位置合わせが可能となる。従って、試料
と対物レンズ間に傾きが生じることによる位置合わせ時
とパターン露光時の荷電ビームの加速電圧の差によるビ
ームずれを回避することが可能となる。
【００２５】さらに、位置合わせパターン露光を行った
後にさらに所望パターンを露光し、これら位置合わせパ
ターンと所望パターンの相対位置ずれを求めることによ
り、レジストの現像工程を行う前に露光パターンの合わ
せずれを測定することが可能となり、現像工程前に許容
精度を満たす試料を選別できるため、無駄な処理を省略
し、生産性を向上させることができる。
【００２６】また、試料に電圧を印加した状態で、マー
クの位置検出やパターン露光を行う荷電ビーム露光装置
において、試料と対物レンズ間に傾きがあり、試料−対
物レンズ間に不均一な電界が生じた場合でも、試料への
印加電圧を変化させることによって生じるマーク位置変
動を検出することによって、試料と対物レンズ間の傾
き、若しくは試料−対物レンズ間の不均一な電界を検知
することが可能となる。
【００２７】また、マーク位置変動を検出した場合に
は、試料面傾きを再度調整し、試料への印加電圧を変化
させた場合のマーク位置変動が許容範囲内に収まるよう
にすることによって、試料の傾きや試料−対物レンズ間
に不均一な電界を補正することが可能となる。この結
果、試料面の傾きが調整され、高精度なパターン露光が
可能となる。また、レジストの潜像や位置合わせマーク
像を検出する際にも、正確なマーク位置を求めることが
でき、高精度な位置合わせ露光が可能となる。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態を説明する。
【００２９】（第１実施形態）図１は本発明の第１実施
形態に係る電子ビーム露光装置の全体構成を示す図であ
る。図中１はステージであり、このステージ１の上に試
料２が載置される。ステージ１の移動は予め入力された
露光データ及び手順によって定まるもので、露光データ
及び手順の入力された制御計算機３から制御信号が制御
回路４に出力され、この制御回路４の制御によりステー
ジ１が駆動される。
【００３０】ステージ１及び試料２は試料室５内に配置
されており、真空中なのでパーティクルは関係ない。試
料２の端部は試料印加用の電源６を介してアース７によ
り接地されている。試料室５の上部には鏡筒８が設けら
れ、この鏡筒８内に電子銃９が配置されている。この電
子銃９より試料２に対して電子ビーム１０が出射され
る。また、試料室５内には、試料２に対向して検出器１
１が設置されている。この検出器１１は、試料２に形成
された位置合わせマーク１２から発生した反射電子及び
２次電子１３を検出するもので、例えばシンチレータ等
が用いられる。
【００３１】この電子ビーム露光装置は、可変成形ステ
ージ連続移動型の電子ビーム露光装置であり、静電偏向
による主副２段偏向である。電子ビーム１０の加速電圧
は５ｋＶで、主偏向幅及び副偏向サイズはそれぞれ１５
００μｍ幅、５０μｍ角である。本装置を用いた場合、
レジスト膜厚を０．１５μｍ以下とすると、電子銃９か
ら発せられる電子ビーム１０の加速電圧が５ｋＶ程度で
あっても垂直な断面形状を持つレジストパターンを形成
することが可能である。
【００３２】試料２が試料室５内に搬入されると、図示
しない露光データ及び露光手順が制御計算機３を通して
制御回路４に送られ、所望パターンが電子ビーム１０に
よって露光される。試料印加用の電源６は、ステージ１
を通して試料２に電圧を印加できるようになっている。
【００３３】本実施形態における試料２への印加電圧は
±１０ｋＶである。露光用の電子ビーム１０の加速電圧
が５ｋＶであるから、試料用電源６から試料２に１０ｋ
Ｖを印加すれば、電子ビーム１０の試料２へのランディ
ング・エネルギーは１５ｋＶとなる。逆に、試料２に４
ｋＶを印加すれば、電子ビーム１０の試料２へのランデ
ィング・エネルギーは１ｋＶとなる。
【００３４】電子ビーム１０で試料２上の位置合わせマ
ーク１２を走査すると、２次電子及び反射電子１３が発
生する。発生した２次電子及び反射電子１３を検出器１
１で検出することでマーク位置を特定することができ
る。
【００３５】本実施形態で用いる試料２の詳細な構成を
図２に示す。Ｓｉ基板２１上に、タングステンからなる
位置合わせマーク１２が形成されている。マーク１２の
形成されたＳｉ基板２１上にはＳｉ酸化膜２２が１μｍ
厚で成膜されており、さらにこのＳｉ酸化膜２２上に、
ポリシリコン２３が０．２μｍ厚とレジスト２４が０．
１５μｍ膜厚で積層して形成されている。ポリシリコン
２３は、Ｓｉ基板２１と同様に、電源６を通じてアース
７に接続されている。
【００３６】本実施形態に係る荷電ビーム露光方法を図
３のフローチャートに沿って説明する。
【００３７】図１に示す位置合わせマーク１２の試料２
上の位置は、予め制御計算機３に入力されており、この
情報に基づいてステージ１を移動させ、位置合わせマー
ク１２はビーム直下に移動する（３１）。そして、試料
２に電源６から１０ｋＶの電圧を印加して試料２上に加
速電界を形成する（３２）。
【００３８】位置合わせマーク１２上にＳｉ酸化膜２２
等の厚い膜が成膜されているため、低加速電子ビームで
は位置合わせマーク１２まで電子が到達しない。従っ
て、位置合わせマーク１２検出の際に、試料２に電圧を
印加し、試料２へのランディング・エネルギーを大きく
する。上記のように、試料２に１０ｋＶの電圧を印加し
た場合の試料２付近でのマーク検出動作を図４に示す。
図４に示すように、試料２には電源６により加速電圧が
印加されているため、Ｓｉ基板２１上には加速電界４１
が形成される。これにより、入射電子ビーム１０の電圧
が５ｋＶの場合、試料２へのランディング・エネルギー
は１５ｋＶとなる。１５ｋＶの電子のＳｉ中での飛程は
３μｍ程度である。この結果、電子ビーム１０は下地の
位置合わせマーク１２に到達することが可能となり、マ
ーク１２からの反射電子信号が得られ、マーク位置を検
出することが可能となる。
【００３９】図４に示すように、電子ビーム１０をマー
ク１２上に走査して、マーク１２から発生した２次電子
及び反射電子１３を検出器１１で検出する。検出器１１
で検出された信号波形は図１に示す制御回路４を通し
て、制御計算機３に送られ、マーク位置を計算する（３
３）。図５には、ここで得られたマーク像（図５
（ａ））及びマーク波形（図５（ｂ））を示す。
【００４０】以上に示したステージ移動〜マーク位置算
出までの工程を各位置合わせマーク１２それぞれについ
て繰り返す。そして、全てのマーク位置を検出した場合
（３５ａ）には、試料２への電圧印加を中止し、試料２
をアースに接地して実際のパターン露光と同じ加速電圧
に戻す作業を行う（３６）。全てのマーク位置を検出し
ていない場合には、検出していないマーク位置の検出を
行うべく、ステージ移動の工程３１に再度戻り（３５
ｂ）、異なる位置合わせマーク１２を検出する。
【００４１】全てのマーク位置を検出した場合（３５
ａ）、本実施形態では電圧の印加を中止することによ
り、パターン露光を行う場合と同じ加速電圧に戻す。位
置合わせマーク１２の検出時には、試料２に１０ｋＶの
電圧を印加していたが、パターン露光を行うために試料
２に印加する電圧をゼロにし、パターン露光の加速電圧
を５ｋＶとする。
【００４２】次いで、以上の工程により得られた位置合
わせマーク１２の位置情報に基づいて、加速電圧５ｋＶ
でパターン露光を行う（３７）。
【００４３】本実施形態では、試料に電圧を印加し、試
料面上に加速電界を生じさせることによって、電子ビー
ムを加速している。このため、低エネルギー電子ビーム
でも試料面上から深い位置にある位置合わせ用マークを
検出することが可能となる。また、反射電子を検出して
いるため、レジスト２４下層に導電性を有するポリシリ
コン２３があっても、マーク検出を行うことができる。
【００４４】また、パターン露光の際には、試料２に印
加する電圧を小さくするか、又はなくすことによって、
試料２へのランディング・エネルギーを小さくしてい
る。この結果、パターン露光の際の近接効果の低減が可
能になるほか、レジスト感度が向上するため、露光スル
ープットが向上する。
【００４５】なお、本発明は、図２に示す試料２の基板
構成に制限されるものではない。上記実施形態では、レ
ジスト下層に導電性を有するポリシリコンを用いたが、
レジスト上層に導電性塗布膜を用いた場合においても本
発明を適用できる。また、上記実施形態では、位置合わ
せマークをタングステンマークで形成しているが、本発
明は位置合わせマークの材質に限定されるものではな
い。他の物質、例えばポリシリコン等で位置合わせマー
クを形成した場合であっても、本発明を適用することが
可能である。
【００４６】また、本発明は、試料の印加電圧に制限さ
れるものではない。上記実施形態では、加速電圧を５ｋ
Ｖとしてるが、パターン露光の際の加速電圧は、５ｋＶ
以下の低エネルギー電子ビームでもよい。同様に、加速
電圧５ｋＶ以上でパターン露光を行う場合にも本発明を
適用できる。
【００４７】また、本発明は、試料への印加電圧に制限
されるものではない。上記実施形態では、試料への印加
電圧を−１０ｋＶとしているが、位置合わせマークに、
電子ビームが到達するのであれば、他の印加電圧を適用
してもよい。
【００４８】（第２実施形態）図６及び図７は本発明の
第２実施形態に係る電子ビーム露光方法を説明するため
の図である。図６は本実施形態に係る電子ビーム露光方
法のフローチャートであり、第１実施形態とほぼ同様の
構成をとるが、第１実施形態で得られるマーク位置につ
いて、さらにその補正を行う形態に関する。なお、第１
実施形態と同様に図１に示す電子ビーム露光装置及び図
２に示す試料２を用いる。以下の実施形態の説明では、
第１実施形態と重複する部分についての詳細な説明は省
略する。本実施形態では、異なるいくつかの電圧を試料
２に印加しつつ、図６に示す流れで位置合わせを行う。
【００４９】以下図６のフローチャートに沿って本実施
形態を説明する。
【００５０】まず、予め制御計算機に入力されたマーク
の試料上の位置に基づいてステージを移動させ、マーク
をビーム偏向領域中心に移動する（６１）。次いで、試
料２に電源６から−１０ｋＶの電圧を印加して試料２上
に加速電界を形成する（６２）。入射電子ビーム１０の
電圧が５ｋＶであるから、試料２へのランディング・エ
ネルギーは１５ｋＶとなる。
【００５１】次いで、マーク１２に電子ビーム１０を走
査してマーク位置を検出する（６３）。そして、得られ
た検出波形に基づき、制御計算機でマーク位置を計算す
る（６４）。
【００５２】以上に示した６１〜６４の走査を各位置合
わせマーク１２について行い、全てのマーク位置を検出
した場合次の工程に進む。まだ検出していない位置合わ
せマーク１２がある場合、工程６１に戻る（６５）。
【００５３】全ての位置合わせマーク位置を検出する
と、試料２への印加電圧を１０ｋＶから８ｋＶに変えて
マーク位置検出を行う。このとき、入射電子ビーム１０
の電圧が５ｋＶであるから、試料２へのランディング・
エネルギーは１３ｋＶとなる。この電圧を印加した状態
で上記６１〜６４の工程を繰り返し、全てのマーク位置
を検出した場合、さらに異なる印加電圧に変更する。
【００５４】具体的には、試料２への印加電圧を６ｋＶ
に変更してマーク位置検出を行う。このとき、入射電子
ビーム１０の電圧が５ｋＶであるから、試料２へのラン
ディング・エネルギーは１１ｋＶとなる。
【００５５】試料２が対物レンズ面に対して傾いている
と、試料２への印加電圧によって検出したマーク位置が
ずれる。図７（ａ）はマーク座標と印加電圧との関係を
示す図であり、横軸はマーク座標、縦軸は信号の強度を
示す。図７（ａ）に示すように、本実施形態では試料２
へ印加する電圧が−６，−８，−１０ｋＶであるため、
ランディング・エネルギーはそれぞれ１１，１３，１５
ｋＶとなる。それぞれのランディング・エネルギーの信
号波形からマーク座標を比較すると、マーク座標にずれ
が生じていることが分かる。試料２が対物レンズに対し
て傾いた状態で試料２に電圧を印加するために生じるも
ので、印加電圧により、試料−対物レンズ間で生じた不
均一な電界に起因するものである。このような場合、パ
ターン露光を行った時に下地パターンと露光パターンの
間にずれが生じる可能性がある。このようなずれが生じ
る場合、位置合わせマーク検出時の電子ビームのランデ
ィング・エネルギーがパターン露光時のランディング・
エネルギーに等しくなるようにマーク位置を補正する必
要がある。
【００５６】図７（ｂ）は、マーク位置の補正方法を説
明するための図であり、上記工程により求めたマーク座
標をプロットしたものである。横軸は試料２への印加電
圧、縦軸はマーク座標を示す。上記工程により求めたマ
ーク座標を座標系にプロットし、線形補間によりパター
ン露光時の印加電圧をかけた場合のマーク座標を算出す
る。本実施形態ではパターン露光時には試料２へ印加す
る電圧は０ｋＶであるため、試料２への印加電圧が０ｋ
Ｖにおけるマーク座標を求める。従って、図７（ｂ）で
は×印がパターン露光時のマーク座標となる。
【００５７】この後、実際のパターン露光と同じ加速電
圧５ｋＶに戻す作業を行う。上記マーク位置検出工程
（６１〜６６）では、試料２に６〜１０ｋＶの電圧を印
加していたが、試料２に印加する電圧をゼロにする。
【００５８】次いで、補正により求まったマーク位置の
情報に基づき、加速電圧５ｋＶでパターン露光を行う。
【００５９】このように本実施形態によれば試料２に異
なる電圧を印加し、各印加電圧によってマーク位置の検
出を行うことによって図７（ｂ）に示すように、試料２
と対物レンズ面にかかる電界に依存する、試料２に対す
る電子ビーム１０のずれを補正することが可能になる。
【００６０】この結果、例えば試料２が対物レンズに対
して傾いた状態で、試料２に電圧を印加した場合のマー
ク位置がずれている場合でも、パターン露光を行う際の
正確なマーク位置を求めることが可能となる。
【００６１】（第３実施形態）図８及び図９は本発明の
第３実施形態に係る電子ビーム露光方法を説明するため
の図であり、図８は本実施形態に係る電子ビーム露光方
法のフローチャート、図９は露光方法の動作を示す図で
ある。本実施形態では、第１，２実施形態と同様に、図
１に示す電子ビーム露光装置及び図２に示す試料２を用
い、異なる複数の電圧を試料２に印加して下地位置合わ
せマークの位置検出を行う。以下、図８のフローチャー
トに沿って本実施形態を説明する。
【００６２】まず、予め制御計算機３に入力されたマー
クの試料２上の位置に基づいてステージ１を移動させ、
位置合わせマーク１２をビーム偏向領域中心に移動する
（８１）。次いで、試料２に電源６から１０ｋＶの電圧
を印加する（８２）。入射電子ビーム１０の電圧が５ｋ
Ｖであるから、試料２へのランディング・エネルギーは
１５ｋＶとなる。次いで、位置合わせマーク１２に電子
ビーム１０を走査し、マーク位置を検出する（８３）。
次いで、得られた検出波形に基づき、制御計算機３でマ
ーク位置を計算する（８４）。全てのマーク１２につい
て、以上の操作を行う（８５）。ここまでの動作は第
１，２実施形態と同様であり図９（ａ）に示す装置で行
われる。さらに本実施形態では、図９（ｂ）〜（ｃ）に
示すように位置合わせパターンを用いる。
【００６３】次いで、図９（ｂ）に示すように、計算さ
れた位置合わせマーク位置に基づき、試料２に電圧を印
加したままでマーク１２上、若しくはその近傍のレジス
ト２４に位置合わせ用パターン９１を露光する（８
６）。仮に、試料２が対物レンズに対して傾いており、
試料−対物レンズ間で不均一な電界が生じている場合で
も、マーク検出時の試料２へのランディング・エネルギ
ーと位置合わせ用パターン露光時のランディング・エネ
ルギーが同じであるならば、位置合わせ用パターン９１
の位置は下地マーク１２の位置に対してずれることはな
い。
【００６４】この位置合わせ用パターン９１の露光を全
ての位置合わせマークについて行う。露光された位置合
わせパターン部のレジストは、露光により脱ガス反応を
起こし、へこみ９２ができる。例えば、ポリ（ｔ−ｂｏ
ｃスチレン）とオニウム塩の２成分レジストにエネルギ
ー線を照射すると、エネルギー線によってオニウム塩か
ら生じた酸によって、ポリマー側鎖のｔ−ブトキシ・カ
ルボキシ基は分解して水酸基になり、ＣＯ2 とＣ4 Ｈ8
を放出する。
【００６５】電子ビーム露光は真空中で行われるため、
十分な露光量で露光を行えば、露光後加熱を行わずと
も、脱ガスによるへこみ９２が生じる。へこみ９２の深
さはレジスト膜厚０．１５μｍの約１０％となるため、
１５ｎｍ深さのへこみパターンを形成できることにな
る。この位置合わせ用パターンのへこみ若しくは段差
を、パターン露光と同じ低いランディング・エネルギー
で走査すれば、マーク位置を検出することが可能とな
る。
【００６６】この後、実際のパターン露光と同じ加速電
圧５ｋＶに戻す作業を行う（８７）。上記マーク検出及
び位置合わせパターン露光の工程では、試料２に１０ｋ
Ｖの電圧を印加していたが、試料２に印加する電圧をゼ
ロにする。
【００６７】次いで、加速電圧５ｋＶの電子ビーム１０
によって、位置合わせ用パターン９１にできたへこみ９
２を走査し、位置合わせ用パターン９１の位置検出を行
う（８８）。位置合わせ用パターン９１のへこみ９２も
しくは段差を電子ビーム１０によって走査する場合に
は、ビーム走査自体でレジストが露光されてへこみや段
差が生じる。しかしながら、レジスト露光部にへこみ９
２が生じるまでには十分な露光量が必要であるため、実
際には、電子ビーム１０の走査による段差やへこみ９２
が生じる以前に、位置合わせ用パターン９１のへこみ９
２の位置を検出することは可能である。位置合わせ用パ
ターン９１のへこみ９２若しくは段差は試料２の表面に
形成されているため、パターン露光と同じ低いランディ
ング・エネルギーで走査することでマーク位置を検出す
ることが可能となる。
【００６８】マーク位置の計算は位置合わせマーク１２
の検出動作と同様に行う。試料２上に形成されている全
ての位置合わせ用パターン９１の位置を検出（８９）し
た後、この位置情報に基づき、加速電圧５ｋＶでパター
ン露光を行う（９０）。
【００６９】このように本実施形態によれば、パターン
露光時の電子ビームランディング・エネルギーと、位置
合わせ時の電子ビームのランディング・エネルギーは同
じであるため、試料２と対物レンズ面にかかる電界に依
存する、試料２に対する電子ビームのずれは生じない。
この結果、例えば試料２が対物レンズに対して傾いた状
態で、試料２に電圧を印加した場合のマーク位置がずれ
ている場合でも、パターン露光を行う際の正確なマーク
位置を求めることが可能となる。
【００７０】（第４実施形態）図１０は本発明の第４実
施形態に係る電子ビーム露光方法のフローチャートであ
る。本実施形態では、第１実施形態と同様の電子ビーム
露光装置及び試料２を用いる。ここでは、試料２に電圧
を印加して試料２へのランディング・エネルギーを大き
くした状態でマーク検出を行い、マーク位置を検出した
後、マーク上、もしくはその近傍のレジストに対して、
大きなランディング・エネルギーのまま位置合わせパタ
ーンの露光を行う。以下に、図１０及び図１１を用いな
がら、マーク位置検出の動作を説明する。
【００７１】まず、予め制御計算機３に入力されたマー
クの試料上の位置に基づいてステージを移動させ、位置
合わせマーク１２をビーム偏向領域中心に移動する（１
０１）。次いで、図１１（ａ）に示すように、試料２に
電源６から−１０ｋＶの電圧を印加して試料２上に加速
電界４１を形成する（１０２）。入射電子ビーム１０の
電圧が５ｋＶであるから、試料２へのランディング・エ
ネルギーは１５ｋＶとなる。次いで、位置合わせマーク
１２で電子ビーム１０を走査し、マーク位置を検出する
（１０３）。次いで、検出された波形に基づき、制御計
算機３でマーク位置を計算する（１０４）。全ての位置
合わせマーク１２について、以上の走査を行う（１０
５）。次いで、図１１（ｂ）に示すように、計算された
マーク位置に基づき、位置合わせマーク１２上に位置合
わせ用パターン９１を露光する（１０６）。
【００７２】これらの動作は第３実施形態と共通する。
以降の工程については、本実施形態では次のように行
う。
【００７３】上記操作における印加電圧とは正負逆に、
試料２に４ｋＶの電圧を印加し、試料２へのランディン
グ・エネルギーを１ｋＶとする（１０７）。この減速電
界４２を生じさせた状態で、図１１（ｃ）に示すよう
に、ランディング・エネルギー１ｋＶの電子ビーム１０
に露光した位置合わせ用パターン９１の潜像を検出する
（１０８）。潜像検出は、レジスト２４の露光部・未露
光部で生じるレジスト段差及び容量コントラストの差を
利用する。本実施形態で用いたような化学増幅型レジス
トを用いた場合、露光により、レジスト露光部の導電性
が変化することが知られている（平成１０年春期 第４
５回応用物理学関係連合講演会予稿集Ｎｏ．２，２８ａ
−ＳＺＤ−６「イオン性酸発生剤を用いた化学増幅型レ
ジストの帯電緩和効果」中杉他）。すなわち、露光され
た位置合わせ用パターン部のレジストは、露光によりレ
ジスト２４の導電性が向上する。本実施形態で用いたレ
ジスト２４の場合、露光によって、表面抵抗は１０17Ω
から１０12Ωまで低下した。この結果、露光された位置
合わせパターン部及び未露光部で容量コントラストに差
が生じる。
【００７４】容量コントラストが異なると、各部位で２
次電子の放出効率が異なるために、下地構造を観察する
ことが可能となる。ここでは、減速電界４２を用いてい
るため、レジスト表面１８２にのみ電子ビーム１０が露
光される。このため、第３実施形態で述べたような電子
ビーム１０の走査によるへこみや段差が生じにくい。こ
れにより、図５と同様のマーク像を観察することができ
る。試料２上に形成されている全ての位置合わせ用パタ
ーン９１の位置を検出した後（１０９）、得られたマー
ク位置情報に基づき、パターン露光を行う（１１０）。
【００７５】このように本実施形態では、試料２の下地
に形成された位置合わせマーク１２上に２２〜２４等の
厚い膜が成膜されている場合、低加速電子ビームではマ
ーク１２まで電子が到達しないが、本発明では、マーク
検出の際に試料２に電圧を印加し、試料２へのランディ
ング・エネルギーを大きくした状態で、マーク検出及び
位置合わせ用パターンの露光を行っている。
【００７６】この結果、レジスト潜像を検出することに
よって、マーク位置を検出することが可能となる。仮
に、試料２に印加する電圧によって、マーク位置がずれ
る場合には、第２実施形態と同様に複数の異なる加速電
圧でマーク検出を行い、マーク位置の補正を行うことに
よって、正確なマーク位置を求めることが可能となる。
【００７７】（第５実施形態）図１２は本発明の第５実
施形態に係る荷電ビーム露光方法を説明するための図で
ある。本実施形態では、上記第３，第４実施形態におい
て、レジストを現像する前に合わせずれ測定を行う方法
について説明する。ここでは、第３実施形態の８１〜８
６と同様にマーク検出及び位置合わせパターンの露光を
行う場合を示す（図１２（ａ），（ｂ））。
【００７８】まず、加速電界を生じさせた状態で検出し
た位置合わせマーク１２（図１２（ａ））の位置に基づ
いて、位置合わせ用パターン９１を露光する（図１２
（ｂ））。ここまでは第３実施形態と同様である。次い
で、露光した位置合わせ用パターン９１の位置を検出し
た後、この検出情報に基づいて、加速電圧５ｋＶで所望
パターン９２を露光し（図１２（ｃ））、マーク検出時
に露光した位置合わせ用パターン９１と所望パターン９
２との相対的な合わせずれを測定する（図１２
（ｄ））。測定に際しては、試料２に減速電界４２を生
じせしめ、レジスト表面１８２にのみ電子ビーム１０を
走査し、レジスト２４中の潜像を検出する。以上の工程
によれば、レジスト２４を現像する前に、露光パターン
の合わせずれ測定を行うことができる。この合わせずれ
測定において、予め所定の許容値を定め、許容値内に適
合した試料２のみを露光後の現像工程にまわし、適合し
ない試料２は再度パターン露光を行う等のやり直しを行
えば、無駄な処理を省くことができ、生産性を向上させ
ることができる。
【００７９】（第６実施形態）図１３は本発明の第６実
施形態に係る電子ビーム露光装置の全体構成を示す図で
ある。本実施形態に係る電子ビーム露光装置のうち、ス
テージ１〜位置合わせマーク１２までの構成は第１実施
形態の図１に示したものと同様の構成をとる。本装置
は、可変成形ステージ連続移動型の電子ビーム露光装置
であり、主副２段変更である。本装置の加速電圧は５ｋ
Ｖで、主偏向幅及び副偏向サイズはそれぞれ１５００μ
ｍ幅、５０μｍ角である。この点も図１に示す露光装置
と同様である。
【００８０】１２１は予備室であり、この予備室１２１
内で試料２の傾きを調整する。１２２は試料２の傾き測
定器であり、１２３は試料傾きの調整機構を有するホル
ダ、１２４は試料印加電圧に連続的な変化を発生させる
ための交流電源を示す。
【００８１】次いで、各部の機能を説明する。試料２
は、まず予備室１２１内にあるホルダ１２３上に搬入さ
れる。試料傾き測定器１２２は、レーザ光照射部１２２
ａと受光部１２２ｂから構成されており、照射部１２２
ａからのレーザ光を試料面に照射し、反射したレーザ光
の位置を受光部１２２ｂで読みとることにより、試料面
の傾きを測定する。
【００８２】ホルダ１２３は、測定された試料面の傾き
に基づいて試料面の傾きを調整するためのピエゾ素子を
有しており、予め設定された基準面に合わせて試料２の
傾きを調整することができる。ホルダ１２３により傾き
調整を行った試料２はホルダ１２３とともに試料室５の
ステージ１上に搬送される。
【００８３】試料印加用の電源６は、ステージ１を通し
て試料２に電圧を印加する。この電源６の印加可能な電
圧は±１０ｋＶである。露光用の電子ビーム１０の加速
電圧が５ｋＶであるから、試料用電源６から試料２に−
４．５ｋＶを印加すれば、電子ビーム１０の試料２への
ランディング・エネルギーは０．５ｋＶとなる。１２４
は±２００Ｖの範囲で変化する交流電源である。電源６
により試料２に印加した電圧が５ｋＶである場合、交流
電源１２４を用いることにより、４．８〜５．２ｋＶの
範囲で印加電圧を連続的に変化させることが可能とな
る。
【００８４】制御計算機３には、図示しない露光データ
及びこの露光データに対応したマーク位置情報が入力さ
れる。露光データ及びマーク位置情報は、制御回路４に
送られる。送られたマーク位置情報に基づいてステージ
１が移動し、これに伴い試料２上に形成された位置合わ
せマーク１２が電子ビーム１０の偏向領域内に移動し、
マーク位置検出が行われる。電子ビーム１０を試料２上
のマーク１２を走査することにより発生する２次電子及
び反射電子１３を検出器１１で検出することでマーク位
置を特定する。
【００８５】本実施形態で用いる試料２の詳細な構成を
図１４に示す。Ｓｉ基板２１上に、ポリシリコンで形成
された位置合わせマーク１２が形成されている。位置合
わせマーク１２には、１μｍ厚のＳｉ酸化膜２２が成膜
されており、さらにこのＳｉ酸化膜２２の上にレジスト
２４が０．１５μｍ膜厚で形成されている。
【００８６】次に、本実施形態に係る電子ビーム露光方
法を図１５に示すフローチャートに沿って説明する。
【００８７】まず、試料２が予備室１２１内のホルダ１
２３上に搬入される。試料傾き測定器１２２のレーザ光
照射部１２２ａは試料２に対してレーザ光を照射し、反
射したレーザ光を受光部１２２ｂで読みとることにより
試料面の傾きを測定する。次いで、試料面傾きの測定結
果に基づいて、試料２の傾きを基準面に対して調整する
（１４１）。試料面の傾き調整は、試料ホルダ１２３に
取り付けられた図示しない傾き調整機構を用いる。これ
により、試料面は図示しない対物レンズと平行となる。
【００８８】次いで、予め制御計算機３に入力されたマ
ーク位置に基づいてステージ１を移動させ、位置合わせ
マーク１２をビーム偏向領域内に移動させる（１４
２）。そして、試料２に試料印加用電源６を用いて電圧
を印加する（１４３）。具体的には、−４．５ｋＶの電
圧を試料２に印加する。露光用の電子ビーム１０の加速
電圧が５ｋＶであるから、電子ビーム１０の試料２への
ランディング・エネルギーは０．５ｋＶとなる。
【００８９】次いで、電子ビーム１０を走査してマーク
位置検出を行う（１４４）。電子ビーム１０が試料２上
に走査された場合、チャージアップによる位置合わせマ
ーク１２上とそれ以外の部分での電圧コントラストによ
り生じる２次電子の放出効率の差を利用して位置合わせ
マーク１２の潜像を検出することによりマーク位置検出
を行う。
【００９０】次いで、電子ビーム１０によってマーク１
２を走査しながら、試料２への印加電圧を変化させる
（１４５）。試料２への印加電圧の変化の様子を図１６
に示す。横軸は時間、縦軸は印加電圧である。基板電圧
印加ＯＮ（１５１）と同時に印加電圧は４．５ｋＶまで
上がり、４．５ｋＶで安定したところでマーク位置検出
を行う（１５２）。そして、マーク位置検出が終了した
ところで印加電圧を脈動させて試料面の傾きをチェック
する（１５３）。交流電源１２４による電圧変化は±２
００Ｖで正弦波形であり、試料２へのランディング・エ
ネルギーは３００ｅＶから７００ｅＶの間で変化する。
【００９１】試料２が対物レンズに対して傾きをもって
いる状態で試料２に電圧を印加した場合には、図２２に
示したように、試料−対物レンズ間に不均一な電界が生
じ、ビーム位置に変動が生じる。一方、試料−対物レン
ズ間の傾きが無視できるほど小さく、電界の不均一が生
じない場合には、試料２への印加電圧変動に伴うビーム
位置変動及びマーク位置変動は起きない。
【００９２】試料面が対物レンズに対して傾いている場
合の位置合わせマーク１２の位置変動を図１７に示す。
横軸は位置、縦軸は信号強度であり、マーク座標は矢印
の位置で示される。実線は試料面が傾きをもたない場
合、破線が傾きをもつ場合であり、試料面が傾きを持つ
ことによりマーク位置が変動していることが分かる。こ
こでは、電圧の周期変動に同期して位置合わせマーク１
２のピーク位置を検出する。ここでは、マーク位置変動
の許容値を５ｎｍと設定する。
【００９３】マーク位置変動が検出され、位置変動が設
定された許容値を超えている場合には位置変動の情報を
試料傾き調整機構にフィードバックし、上記工程を繰り
返し行う。マーク位置変動が設定された許容値以下であ
る場合には、マーク位置検出を行う（１４８）。このよ
うにして得られたマーク位置に基づいて位置合わせ露光
を行う（１４９）。
【００９４】以上説明したように本実施形態によれば、
印加電圧を変化させることで、マーク位置変動を検出で
きる。また、マーク位置変動を検出した場合には、上記
実施形態で述べた通り、試料面傾きを再度調整し、マー
ク位置変動が許容範囲内に収まるようにしている。
【００９５】このようにすれば、試料２の傾き等を正確
に補正することが可能となり、結果として高精度なパタ
ーン露光が可能となる。また、試料２に電圧を印加し
て、レジストの潜像や下地マーク１２の潜像を検出する
際にも、正確なマーク位置を求めることができ、高精度
な位置合わせ露光が可能となる。
【００９６】なお、上記実施形態では全ての位置合わせ
マーク１２について、試料２への印加電圧変動に伴うマ
ーク位置変動を調べたが、予め選択したチップ及びマー
クについてのみ、マーク位置変動の確認を行っても良
い。予め選択したチップ及びマーク１２についてのみ、
マーク位置変動の確認を行うようにすれば、マーク位置
検出に要する時間を短縮できる。
【００９７】また、本発明はパターン露光の際の加速電
圧に制限されるものではない。上記実施形態では、パタ
ーン露光の際の加速電圧を５ｋＶとしたが、パターン露
光の際の加速電圧は５ｋＶ以下の低エネルギー電子ビー
ムでもよい。また、同様に加速電圧５ｋＶ以上でパター
ン露光を行う場合にも本発明を適用することが可能であ
る。
【００９８】また、本発明はパターン露光時に試料２に
電圧を印加することを制限するものではない。試料２に
電圧を印加して、試料２に対して所望のランディング・
エネルギーを設定し、パターン露光を行ってもよい。こ
の場合も上記実施形態と同様に、正確なマーク位置検出
が可能となる。
【００９９】また、本発明は電子ビーム露光装置の種類
に制限されるものではない。例えば部分一括露光型電子
ビーム露光装置や可変成形電子ビーム露光装置、マルチ
ビーム型電子ビーム露光装置、丸ビーム型電子ビーム露
光装置、一括露光型電子ビーム露光装置でも、本発明を
適用することが可能である。その他、本発明の本旨を逸
脱しない範囲で種々変形して使用することが可能とな
る。
【０１００】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、試
料に印加する電圧を変化させることにより位置合わせと
パターン露光とで荷電ビームの試料へのランディング・
エネルギーを制御するため、高加速荷電粒子照射機構を
別途設けることなく簡便な装置構成により高精度な位置
合わせ露光が可能となる。
【０１０１】また、試料への印加電圧を変化させて位置
合わせマークを検出することにより、試料と対物レンズ
間の傾き、若しくは試料と対物レンズ間の不均一な電界
を検出し、検出結果に基づいて傾きを補正することがで
きる。従って、高精度なパターン露光が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電子ビーム露光装
置の全体構成を示す図。
【図２】同実施形態における電子ビーム露光に用いられ
る試料の詳細な構成を示す横断面図。
【図３】同実施形態における電子ビーム露光方法のフロ
ーチャート。
【図４】同実施形態におけるマーク検出方法を説明する
ための図。
【図５】同実施形態における電子ビーム露光方法による
位置合わせマークのパターン像及び検出波形を示す顕微
鏡写真。
【図６】本発明の第２実施形態に係る電子ビーム露光方
法のフローチャート。
【図７】同実施形態におけるマーク位置のずれ及び補正
方法を示す図。
【図８】本発明の第３実施形態に係る電子ビーム露光方
法のフローチャート。
【図９】同実施形態における電子ビーム露光方法の動作
を示す図。
【図１０】本発明の第４実施形態に係る電子ビーム露光
方法のフローチャート。
【図１１】同実施形態における電子ビーム露光方法の動
作を示す図。
【図１２】本発明の第５実施形態に係る電子ビーム露光
装置の全体構成を示す図。
【図１３】本発明の第６実施形態に係る電子ビーム露光
装置の全体構成を示す図。
【図１４】同実施形態における電子ビーム露光に用いら
れる試料の詳細な構成を示す横断面図。
【図１５】同実施形態における電子ビーム露光方法のフ
ローチャート。
【図１６】同実施形態における試料への電圧印加方法を
説明するための図。
【図１７】同実施形態における印加電圧変動に対するマ
ーク位置のずれを示す図。
【図１８】従来の低エネルギー電子ビームによるマーク
検出法を説明するための図。
【図１９】従来のマーク検出法により検出された位置合
わせマークのパターン像及び検出波形を示す顕微鏡写
真。
【図２０】従来の位置合わせパターンの検出法により検
出された位置合わせマークのパターン像及び検出波形を
示す顕微鏡写真。
【図２１】従来のチャージアップを解決するための電子
ビーム露光方法を示す図。
【図２２】従来の試料と対物レンズの傾きにより生じる
問題点を説明するための図。
【符号の説明】
１…ステージ ２…試料 ３…制御計算機 ４…制御回路 ５…試料室 ６…電源 ７…アース ８…鏡筒 ９…電子銃 １０…電子ビーム １１…検出器 １２…位置合わせマーク １３…２次電子及び反射電子 ２１…Ｓｉ基板 ２２…Ｓｉ酸化膜 ２３…ポリシリコン ２４…レジスト ４１…加速電界 ４２…減速電界 ９１…位置合わせパターン ９２…へこみ １１１…予備室 １１２…傾き測定器 １１３…ホルダ １１４…交流電源
フロントページの続き (72)発明者 阿部 秀昭 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Ｆターム(参考） 2H097 AA03 KA13 LA10 5C033 GG03 5F056 BA08 BB01 BD06 CB02 CB40 CC08 DA25

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 試料に電圧を印加し、試料面上に加速電
    界を形成する工程と、 荷電粒子照射部から前記試料に向けて発せられる荷電ビ
    ームを加速電界により加速し、前記試料中に形成された
    位置合わせマークを該荷電ビームで走査する工程と、 前記試料からの荷電粒子を検出し、該検出された信号波
    形に基づいて、前記位置合わせマークの位置を求める工
    程と、 前記試料への印加電圧を変化させ、加速電界を消去若し
    くは減少させる工程と、 前記位置合わせマーク位置の情報に基づいて、前記荷電
    粒子照射部から発せられる荷電ビームでパターンを露光
    する工程とを含むことを特徴とする荷電ビーム露光方
    法。
  2. 【請求項２】 前記位置合わせマークの位置を求める工
    程は、該位置合わせマークに前記荷電ビームが到達可能
    な少なくとも２種類以上の異なる電圧を試料に印加し、
    それぞれの印加電圧ごとに位置合わせマーク位置を求
    め、該求められた位置合わせマーク位置と試料への印加
    電圧の関係に基づいて、前記試料へのパターン露光を行
    う場合の印加電圧におけるマーク位置を求める工程から
    なり、前記パターン露光は、前記求められたパターン露
    光を行う場合の位置合わせマーク位置に基づいて、前記
    荷電粒子照射部から発せられる荷電ビームでパターンを
    露光することを特徴とする請求項１に記載の荷電ビーム
    露光方法。
  3. 【請求項３】 試料に荷電ビームを照射する荷電ビーム
    照射手段と、 位置合わせ露光の際に選択的に前記試料に電圧を印加し
    て加速電界を形成する電圧印加手段と、 位置合わせ露光における荷電ビーム照射による前記試料
    からの荷電粒子を検出して前記試料中に形成された位置
    合わせマーク位置の検出を行うマーク位置検出手段とを
    具備してなることを特徴とする荷電ビーム露光装置。
  4. 【請求項４】 試料に電圧を印加し、試料面上に加速電
    界を形成する工程と、 荷電粒子照射部から前記試料に向けて発せられる荷電ビ
    ームを加速電界により加速し、前記試料中に形成された
    位置合わせマークを該荷電ビームで走査する工程と、 前記試料からの荷電粒子を検出し、該検出された信号波
    形に基づいて、前記位置合わせマークの位置を求める工
    程と、 前記位置合わせマーク上又はその近傍の前記試料上に位
    置合わせパターンを露光する工程と、 前記試料への印加電圧を変化させ、前記加速電界を消去
    若しくは減少させる工程と、 前記荷電粒子照射部から発せられる荷電ビームで、前記
    位置合わせパターンを走査する工程と、 前記位置合わせパターンからの荷電粒子を検出し、検出
    された信号波形に基づいて該位置合わせパターンの位置
    を求める工程と、 前記位置合わせパターンの位置の情報に基づいて、前記
    荷電粒子照射部から発せられる荷電ビームでパターンを
    露光する工程とを含むことを特徴とする荷電ビーム露光
    方法。
  5. 【請求項５】 前記位置合わせパターンの位置検出は、
    レジストの脱ガス反応によって生じる露光部と非露光部
    の段差を検出するものであることを特徴とする請求項４
    に記載の荷電ビーム露光方法。
  6. 【請求項６】 試料に第１の電圧を印加し、試料面上に
    加速電界を形成する工程と、 荷電粒子照射部から前記試料に向けて発せられる荷電ビ
    ームを加速電界により加速し、前記試料中に形成された
    位置合わせマークを該荷電ビームで走査する工程と、 前記試料からの荷電粒子を検出し、該検出された信号波
    形に基づいて、該位置合わせマークの位置を求める工程
    と、 前記位置合わせマーク上若しくはその近傍の前記試料上
    に位置合わせパターンを露光する工程と、 前記試料に第２の電圧を印加し、試料面上に減速電界を
    発生させる工程と、 前記減速電界によって、前記荷電粒子照射部から発せら
    れる荷電ビームを減速し、前記位置合わせパターンを走
    査する工程と、 前記位置合わせパターンからの荷電粒子を検出し、検出
    された信号波形に基づいて、該位置合わせパターンの位
    置を求める工程と、 前記試料への第２の印加電圧を変化させ、前記減速電界
    を消去、もしくは減少させる工程と、 前記位置合わせパターンの位置の情報に基づいて、前記
    荷電粒子照射部から発せられる荷電ビームでパターンを
    露光する工程とを含むことを特徴とする荷電ビーム露光
    方法。
  7. 【請求項７】 試料に第１の電圧を印加し、試料面上に
    加速電界を形成する工程と、 荷電粒子照射部から前記試料に向けて発せられる荷電ビ
    ームを加速電界により加速し、前記試料中に形成された
    位置合わせマークを該荷電ビームで走査する工程と、 前記位置合わせマークからの荷電粒子を検出し、検出さ
    れた信号波形に基いて、該位置合わせマークの位置を求
    める工程と、 前記位置合わせマーク位置の情報に基づいて、該位置合
    わせマーク上若しくはその近傍に位置合せパターンを露
    光する工程と、 前記試料への印加電圧を変化させ、前記加速電界を消
    去、若しくは減少させる工程と、 前記位置合わせマーク位置の情報に基づいて、前記荷電
    粒子照射部から発せられる荷電ビームで所望パターンを
    露光する工程と、 前記試料に第２の電圧を印加し、試料面上に減速電界を
    生じせしめる工程と、 前記減速電界によって、前記荷電粒子照射部から発せら
    れる荷電ビームを減速し、前記位置合わせパターンと前
    記所望パターンを走査する工程と、 前記位置合わせパターン及び所望パターンからの荷電粒
    子を検出し、検出された信号波形に基いて、該位置合わ
    せパターンと所望パターンの位置ずれを求める工程とを
    含む事を特徴とする荷電ビーム露光方法。
  8. 【請求項８】 試料に荷電ビームを照射する荷電ビーム
    照射手段と、 位置合わせ露光の際に選択的に前記試料に複数の異なる
    電圧を印加する電圧印加手段と、 位置合わせ露光における荷電ビーム照射による前記試料
    からの荷電粒子を検出して前記試料中に形成された位置
    合わせマーク位置の検出を行うマーク位置検出手段と、 前記マーク位置検出手段により検出された印加電圧の変
    動による位置合わせマーク位置のばらつきが低減するよ
    うに前記試料の傾きを調整する傾き調整手段とを具備し
    てなることを特徴とする荷電ビーム露光装置。
  9. 【請求項９】 前記電圧印加手段は、印加電圧を連続的
    に、若しくは周期的に変化させるものであることを特徴
    とする請求項８に記載の荷電ビーム露光装置。
  10. 【請求項１０】 試料の傾きを調整する第１の工程と、
    前記試料に電圧を印加する第２の工程と、荷電ビームを
    走査して、前記試料に形成された位置合わせマーク位置
    の検出を行う第３の工程と、試料への印加電圧を変化さ
    せる第４の工程と、印加電圧の変動による位置合わせマ
    ーク位置の変動を検出する第５の工程とを含み、前記位
    置合わせマーク位置の変動が許容範囲となるまで、前記
    第１から第５の工程を少なくとも１回以上繰り返すこと
    を特徴とする荷電ビーム露光方法。
  11. 【請求項１１】 前記試料への印加電圧を変化させる工
    程は、該印加電圧を連続的に、若しくは周期的に変化さ
    せる工程であることを特徴とする請求項１０に記載の荷
    電ビーム露光方法。
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