JP2002075826A

JP2002075826A - 荷電粒子線露光装置

Info

Publication number: JP2002075826A
Application number: JP2000256777A
Authority: JP
Inventors: Kenji Morita; 憲司守田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-08-28
Filing date: 2000-08-28
Publication date: 2002-03-15

Abstract

(57)【要約】【課題】荷電粒子線の照射状態を長期にわたって正確
に検出することができるよう改良を加えた荷電粒子線露
光装置を提供する。【解決手段】反射電子検出器カバー５１の中心部に
は、細長い円筒部分５３が存在する。円筒部分５３の下
端には、円形の平板状をしたカバー板５５が固定されて
いる。カバー板５５の電子ビームの通路孔５５ａの四方
には、四角い反射電子通路孔５５ｂが４個貫通するよう
に設けられている。反射電子検出器カバー５１を駆動装
置６５で回動し、反射電子通路孔５５ｂを通過した反射
電子３３が反射電子検出器２２に当たるように調整し、
マーク位置の確認を行う。また、そこから約４５度だけ
回動し、反射電子３３が反射電子検出器２２に当たらな
いように調整し、露光を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路な
どのリソグラフィーに用いられる荷電粒子線露光装置に
関する。特には、荷電粒子線の照射状態を長期にわたっ
て正確に検出することができるよう改良を加えた荷電粒
子線露光装置に関する。なお、ここでいう荷電粒子線に
は電子線やイオンビーム等を含む。

【０００２】

【従来の技術】現在のところ、半導体集積回路のリソグ
ラフィーにおける各ウェハ（感応基板）への露光は、紫
外線を用いるいわゆるステッパーによるものが主流であ
る。電子線露光は、ステッパーにパターン原版として装
着されるマスクの描画には用いられているが、ウェハの
量産リソグラフィー工程にはまだ用いられていない。し
かし、最近では、より高集積・超微細のパターンを露光
するため、各ウェハの露光にも電子線転写露光を用いる
との提案がなされている。

【０００３】ところで、電子線露光はスループットが低
いのが欠点とされており、その欠点を解消すべく様々な
技術開発がなされてきた。現在では、セルプロジェクシ
ョン、キャラクタープロジェクションあるいはブロック
露光と呼ばれる図形部分一括露光方式が実用化されてい
る。図形部分一括露光方式では、繰り返し性のある回路
小パターン（ウェハ上で５μm 角程度）を、同様の小パ
ターンが複数種類形成されたマスクを用いて、１個の小
パターンを一単位として繰り返し転写露光を行う。しか
し、この方式でも、繰り返し性のないパターン部分につ
いては可変成形方式の描画を行う。そのため、ウェハの
量産リソグラフィー工程で望まれる程度のスループット
は得られない。

【０００４】図形部分一括露光方式よりも飛躍的に高ス
ループットをねらう電子線転写露光方式として、一個の
半導体チップ全体の回路パターンを備えたマスクを準備
し、そのマスクのある範囲に電子線を照射し、その照射
範囲のパターンの像を投影レンズにより縮小転写する電
子線縮小転写装置が提案されている。

【０００５】この種の装置では、マスクの全範囲に一括
して電子線を照射して一度にパターンを転写しようとす
ると、精度良くパターンを転写することができない。ま
た、原版となるマスクの製作が困難である。そこで、最
近精力的に検討されている方式は、１ダイ（ウェハ上の
チップ）又は複数ダイを一度に露光するのではなく、光
学系としては大きな光学フィールドを持つが、パターン
は小さな領域（サブフィールド）に分割して転写露光す
るという方式である（ここでは分割転写方式と呼ぶこと
とする）。この際この小領域毎に、被露光面上に結像さ
れる前記小領域の像の焦点やフィールドの歪み等の収差
等を補正しながら露光する。これにより、ダイ全体の一
括転写に比べて、光学的に広い領域にわたって解像度並
びに精度の良い露光を行うことができる。

【０００６】このような電子線露光装置では装置の電子
光学系のキャリブレーションやウェハのアライメントの
ために、照射した電子線により生じるウェハ面（あるい
はステージに設置したフィジシャルマーク面）からの反
射電子や２次電子を検出する検出器を、ウェハ面上方に
設置するのが一般的である。このような検出器によっ
て、ウェハ面やステージ上に設置したマークと照射ビー
ムの相対位置やビームの大きさ・傾き・形状、ビームの
ボケ具合などを検出する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】露光中には、ビームの
エネルギによりレジストが蒸発して検出器の表面に付着
する。そのため、露光装置を長時間使用すると、検出器
の表面にコンタミネーションがたまってしまう。これに
より、反射電子の検出精度が低下し、パターン形成精度
が低下してしまう。また、このような汚れを取り除くた
めに、従来は露光装置を分解して汚れた部分を洗浄し、
再組立を行う方法がとられていた。しかし、特に、検出
器は分解・洗浄・再組立が容易ではない。

【０００８】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであって、荷電粒子線の照射状態を長期にわたっ
て正確に検出することができるよう改良を加えた荷電粒
子線露光装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明の荷電粒子線露光装置は、レジストを塗布
したウェハ等の感応基板に荷電粒子線を選択的に照射し
てパターンを形成する荷電粒子線露光装置であって；
前記感応基板に照射される荷電粒子線の作用により該基
板が発する物理作用を検出する検出器を備え、該検出
器と前記感応基板との間に、開閉式の保護シャッターが
設けられていることを特徴とする。保護シャッターによ
り、検出器に付着するコンタミネーションを低減するこ
とができる。その結果、検出器の洗浄や取り替え等のメ
ンテナンスの手間を省くことができる。また、長期にわ
たって荷電粒子線の正確なコントロールが可能となる。

【００１０】上記荷電粒子線露光装置においては、前
記検出器を用いて前記荷電粒子線の調整やアライメント
を行う際には前記シャッターを開としておき、前記感応
基板にパターン形成する際には前記シャッターを閉とし
ておくことが好ましい。コンタミネーションの多い露光
中はシャッターで検出器をカバーしておき、アライメン
ト等の時のみ検出器を露出させるので検出器の汚れを低
減できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ説明す
る。まず、分割転写方式の電子線投影露光技術の概要を
図面を参照しつつ説明する。以下では、レチクル転写露
光方式の場合で説明を進めるが、本発明の大部分の基本
的手法はレチクルを用いずに直接露光する方式にも適用
される。

【００１２】図４は、分割転写方式の電子線投影露光装
置の光学系全体における結像関係及び制御系の概要を示
す図である。図５は、反射電子検出器の平面図である。
光学系の最上流に配置されている電子銃１は、下方に向
けて電子線を放射する。電子銃１の下方には２段のコン
デンサレンズ２、３が備えられており、電子線は、これ
らのコンデンサレンズ２、３によって収束されブランキ
ング開口７にクロスオーバーC.O.を結像する。

【００１３】二段目のコンデンサレンズ３の下には、矩
形開口４が備えられている。この矩形開口（照明ビーム
成形開口）４は、レチクル（マスク）１０の一つのサブ
フィールド（露光の１単位となるパターン小領域）を照
明する照明ビームのみを通過させる。この開口４の像
は、レンズ９によってレチクル１０に結像される。

【００１４】ビーム成形開口４の下方には、ブランキン
グ偏向器５が配置されている。同偏向器５は、必要時に
照明ビームを偏向させてブランキング開口７の非開口部
に当て、ビームがレチクル１０に当たらないようにす
る。ブランキング開口７の下には、照明ビーム偏向器８
が配置されている。この偏向器８は、主に照明ビームを
図４の横方向（Ｘ方向）に順次走査して、照明光学系の
視野内にあるレチクル１０の各サブフィールドの照明を
行う。偏向器８の下方には、照明レンズ９が配置されて
いる。照明レンズ９は、レチクル１０上にビーム成形開
口４を結像させる。

【００１５】レチクル１０は、実際には光軸垂直面内
（Ｘ−Ｙ面）に広がっており、多数のサブフィールドを
有する。レチクル１０上には、全体として一個の半導体
デバイスチップをなすパターン（チップパターン）が形
成されている。もちろん、複数のレチクルに１個の半導
体デバイスチップをなすパターンを分割して配置しても
良い。レチクル１０は移動可能なレチクルステージ１１
上に載置されており、レチクル１０を光軸垂直方向（Ｘ
Ｙ方向）に動かすことにより、照明光学系の視野よりも
広い範囲に広がるレチクル上の各サブフィールドを照明
することができる。レチクルステージ１１には、レーザ
干渉計を用いた位置検出器１２が付設されており、レチ
クルステージ１１の位置をリアルタイムで正確に把握す
ることができる。

【００１６】レチクル１０の下方には投影レンズ１５及
び１９並びに偏向器１６が設けられている。レチクル１
０の１つのサブフィールドを通過した電子線は、投影レ
ンズ１５、１９、偏向器１６によってウェハ２３上の所
定の位置に結像される。ウェハ２３上には、適当なレジ
ストが塗布されており、レジストに電子線のドーズが与
えられ、レチクル上のパターンが縮小されてウェハ２３
上に転写される。

【００１７】レチクル１０とウェハ２３の間を縮小率比
で内分する点にクロスオーバーC.O.が形成され、同クロ
スオーバー位置にはコントラスト開口１８が設けられて
いる。同開口１８は、レチクル１０の非パターン部で散
乱された電子線がウェハ２３に到達しないよう遮断す
る。

【００１８】ウェハ２３の直上には反射電子検出器２２
が配置されている。反射電子検出器２２は、図５に示す
ように、電子ビームの通路孔２１の周りの図の上下左右
に計４個配置されている。この反射電子検出器２２は、
ウェハ２３の被露光面やステージ上のマークで反射され
る電子の量を検出する。例えばレチクル１０上のマーク
パターンを通過したビームでウェハ２３上のマークを走
査し、その際のマークからの反射電子を検出することに
より、レチクル１０と２３の相対的位置関係を知ること
ができる。

【００１９】ウェハ２３は、静電チャック（図示され
ず）を介して、ＸＹ方向に移動可能なウェハステージ２
４上に載置されている。上記レチクルステージ１１とウ
ェハステージ２４とを、互いに逆の方向に同期走査する
ことにより、投影光学系の視野を越えて広がるチップパ
ターン内の各部を順次露光することができる。なお、ウ
ェハステージ２４にも、上述のレチクルステージ１１と
同様の位置検出器２５が装備されている。

【００２０】上記各レンズ２、３、９、１５、１９及び
各偏向器５、８、１６は、各々のコイル電源制御部２
ａ、３ａ、９ａ、１５ａ、１９ａ及び５ａ、８ａ、１６
ａを介してコントローラ３１によりコントロールされ
る。また、レチクルステージ１１及びウェハステージ２
４も、ステージ制御部１１ａ、２４ａを介して、コント
ローラ３１により制御される。ステージ位置検出器１
２、２５は、アンプやＡ／Ｄ変換器等を含むインターフ
ェース１２ａ、２５ａを介してコントローラ３１に信号
を送る。また、反射電子検出器２２も同様のインターフ
ェース２２ａを介してコントローラ３１に信号を送る。

【００２１】コントローラ３１は、ステージ位置の制御
誤差を把握し、その誤差を像位置調整偏向器１６で補正
する。これにより、レチクル１０上のサブフィールドの
縮小像がウェハ２３上の目標位置に正確に転写される。
そして、ウェハ２３上で各サブフィールド像が繋ぎ合わ
されて、レチクル上のチップパターン全体がウェハ上に
転写される。

【００２２】電子ビームを照射したウェハから発せられ
る反射電子を反射電子検出器により検出する様子につい
て説明する。図６（Ａ）は、電子ビームを照射したウェ
ハから発せられる反射電子を反射電子検出器により検出
する様子を示す模式図であり、図６（Ｂ）は、図６
（Ａ）に示す反射電子検出器によって検出された反射電
子の信号強度とビーム照射位置との関係を示すグラフで
ある。

【００２３】図６（Ａ）の上方には、２つの反射電子検
出器２２が示されている。反射電子検出器２２として
は、ｐｎ接合やｐｉｎ接合の半導体を使用した半導体反
射電子検出器を用いるのが一般的である。この反射電子
検出器２２は、荷電粒子線露光装置に内蔵される。

【００２４】反射電子検出器２２の下方には、シリコン
等の軽元素からなるウェハ２３が示されている。ウェハ
２３上には、金、タンタル等の重元素からなるマーク３
５が形成されている。ウェハ２３表面に電子ビームＥＢ
を入射し、このＥＢを矢印３７のようにスキャンする。
マーク３５に入射した電子は、反射電子（後方散乱電
子）３３を発生させる。この反射電子３３は反射電子検
出器２２により検出される。

【００２５】反射電子検出器２２の内部において、入射
された反射電子３３がそのエネルギに応じた増幅率で増
幅され、図６（Ｂ）に示すように、それに応じた検出信
号が発生する。ここで、反射電子３３の強度は、ウェハ
２３上の物質によって異なる。つまり、ウェハ２３上を
電子ビームでスキャンした際、電子ビームで照射される
物質が変化すると、そこから発生する反射電子の強度も
変化することとなる。この性質を利用することにより、
ウェハ２３上のマークを検出することができる。これに
より、荷電粒子線露光を行う前に、ウェハ２３上のマー
ク３５を反射電子検出器２２によって検出することによ
りウェハ２３の位置合わせを行うことができる。

【００２６】次に、本発明の実施の形態に係る荷電粒子
線露光装置について説明する。図１は、本発明の第１の
実施の形態に係る荷電粒子線露光装置の概略を示す全体
構成図である。図２は、同露光装置に用いる反射電子検
出器カバーの全体構成を示す斜視図である。図１には、
本発明の第１の実施の形態に係る荷電粒子線露光装置４
１が示されている。荷電粒子線露光装置４１には、上方
から順に、電子銃１、コンデンサレンズ２、３、レチク
ル１０、投影レンズ１５、１９等が示されている。荷電
粒子線露光装置４１の下部には、ウェハチャンバー４３
が設けられている。ウェハチャンバー４３の下部には、
ウェハステージ２４が設置されており、ウェハ２３が載
置されている。ウェハ２３上には、マーク３５が形成さ
れている。ウェハ２３の上方には、反射電子検出器２２
が設けられている。ウェハ２３からの反射電子３３が反
射電子検出器２２により検出される。

【００２７】この実施の形態においては、レチクル１０
の下方からウェハ２３の上方にかけて、反射電子検出器
カバー５１が設けられている。反射電子検出器カバー５
１は、磁気レンズ等に影響の無い非磁性体であるリン青
銅等からなる。なお、反射電子検出器カバー５１は、図
示せぬベアリング等により露光装置４１内に回動可能に
固定されている。

【００２８】図２に詳しく示すように、反射電子検出器
カバー５１の中心部には、細長い円筒部分５３が存在す
る。円筒部分５３の下端には、円板状をしたカバー板５
５が固定されている。カバー板５５の中央部には、円形
の電子ビームの通路孔５５ａが貫通するように開けられ
ている。円筒部分５３及び電子ビームの通路孔５５ａ内
を電子ビームが通過する。カバー板５５の電子ビームの
通路孔５５ａの四方には、四角い反射電子通路孔５５ｂ
が４個貫通するように設けられている。反射電子通路孔
５５ｂは、反射電子検出器カバー５１をある角度だけ回
転した際に、そこを通過した反射電子３３が反射電子検
出器２２に当たるような位置に配置されている。円筒部
分５３の上方には、ギア５７が設けられている。

【００２９】ギア５７の図の左方には、ギア６１が配置
されており、ギア５７と噛み合っている。ギア６１に
は、軸６３を介して、光学系のチャンバー室の外部に設
けられたモータ等の駆動装置６５が接続されている。軸
６３の光学系のチャンバー室を貫通する部分には、シー
ル６３ａが施されており、チャンバー室内を高真空に保
っている。

【００３０】反射電子検出器カバー５１の動作について
説明する。図３は、反射電子検出器カバー５１のカバー
板５５を下方から見た図である。図３（Ａ）はマーク検
出時の状態を示し、図３（Ｂ）は露光時の状態を示す。
図３には、円形のカバー板５５の下面が示されている。
カバー板５５には、中央に電子ビームの通路孔５５ａ、
その周りに反射電子通路孔５５ｂが示されている。ま
た、カバー板５５の上方に存在する４個の反射電子検出
器２２が示されている。

【００３１】図３（Ａ）においては、反射電子検出器カ
バー５１を駆動装置６５で回動し、反射電子通路孔５５
ｂを通過した反射電子３３が反射電子検出器２２に当た
るように調整されている。この状態でマーク位置の確認
を行うことができる。図３（Ｂ）においては、図３
（Ａ）の状態から反射電子検出器カバー５１を駆動装置
６５で約４５度だけ回動し、反射電子通路孔５５ｂを通
過した反射電子３３が反射電子検出器２２に当たらない
ように調整されている。この状態で露光を行えば、レジ
スト蒸発物等のコンタミネーションが反射電子検出器２
２に付着するのを防ぐことができる。

【００３２】この実施の形態においては、４個の反射電
子検出器２２を用いたが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、その数や位置関係等において様々な変更を
加えることができる。それに応じて、反射電子検出器カ
バー５１の形状や反射電子通路孔５５ｂの数や位置関係
等、並びに、反射電子検出器カバー５１の回動角度等に
おいて様々な変更を加えることができる。

【００３３】次に、本発明の第２の実施の形態に係る反
射電子検出器カバーについて説明する。図７は、本発明
の第２の実施の形態に係る反射電子検出器カバーを示す
図である。この実施の形態の特徴は、反射電子検出器カ
バーの駆動装置を露光装置内に配置したことである。

【００３４】図７には、本発明の第２の実施の形態に係
る反射電子検出器カバー７１が示されている。反射電子
検出器カバー７１は、第１の実施の形態と同じように、
円筒部分７３とカバー板７５を有する。この実施の形態
においては、カバー板７５の側面は、ギアとなってい
る。また、円筒部分７３の中央付近にＸＹ平面に広がる
円板状のベース板７４が設けられている。ベース板７４
は、端部に設けられたベアリング７２を介して、露光装
置に回動可能に固定されている。ベース板７４の図の右
方には、後述する軸８３を通すための円弧状の孔７４ａ
が貫通するように開けられている。

【００３５】円筒部分７３の図の右方には、駆動装置８
５が示されている。駆動装置８５は、ブラケット８６を
介して、露光装置に固定されている。駆動装置８５の下
方には、軸８３を介して、ギア８１が設けられている。
ギア８１は、カバー板７５と噛み合っている。

【００３６】この実施の形態においては、駆動装置８５
によりギア８１が回動すると、カバー板７５と円筒部分
７３及びベース板７４が一体となって回動する。これに
より、図３（Ａ）の状態と図３（Ｂ）の状態の切り替え
を行うことができる。

【００３７】以上図１〜図７を参照しつつ、本発明の実
施の形態に係る荷電粒子線露光装置について説明した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、様々な変
更を加えることができる。

【００３８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、荷電粒子線の反射電子を長期にわたって正確
に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る荷電粒子線露
光装置の概略を示す全体構成図である。

【図２】同露光装置に用いる反射電子検出器カバーの全
体構成を示す斜視図である。

【図３】反射電子検出器カバー５１のカバー板５５を下
方から見た図である。図３（Ａ）はマーク検出時の状態
を示し、図３（Ｂ）は露光時の状態を示す。

【図４】分割転写方式の電子線投影露光装置の光学系全
体における結像関係及び制御系の概要を示す図である。

【図５】図５は、反射電子検出器の平面図である。

【図６】図６（Ａ）は、電子ビームを照射したウェハか
ら発せられる反射電子を反射電子検出器により検出する
様子を示す模式図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に
示す反射電子検出器によって検出された反射電子の信号
強度とビーム照射位置との関係を示すグラフである。

【図７】本発明の第２の実施の形態に係る反射電子検出
器カバーを示す図である。

【符号の説明】

１電子銃２，３コンデ
ンサレンズ４照明ビーム成形開口５ブランキ
ング偏向器７ブランキング開口８照明ビー
ム偏向器９コンデンサレンズ１０レチクル
（マスク）１１レチクルステージ１２レチクル
ステージ位置検出器１５第１投影レンズ１６像位置調
整偏向器１８コントラスト開口１９第２投影
レンズ２１電子ビームの通路孔２２反射電子
検出器２３ウェハ２４ウェハス
テージ２５ウェハステージ位置検出器３１コントロ
ーラ３３反射電子３５マーク３７スキャン方向４１荷電粒子線露光装置４３ウェハチ
ャンバー５１反射電子検出器カバー５３円筒部分５５カバー５５ａ電子ビ
ームの通路孔５５ｂ反射電子通路孔５７ギア６１ギア６３軸６５駆動装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｊ 37/305 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５４１Ｕ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レジストを塗布したウェハ等の感応基板
に荷電粒子線を選択的に照射してパターンを形成する荷
電粒子線露光装置であって；前記感応基板に照射される荷電粒子線の作用により該基
板が発する物理作用を検出する検出器を備え、該検出器と前記感応基板との間に、開閉式の保護シャッ
ターが設けられていることを特徴とする荷電粒子線露光
装置。
【請求項２】前記検出器を用いて前記荷電粒子線の調
整やアライメントを行う際には前記シャッターを開とし
ておき、前記感応基板にパターン形成する際には前記シ
ャッターを閉としておくことを特徴とする請求項１記載
の荷電粒子線露光装置。