JP4637684B2 - 荷電粒子線応用装置 - Google Patents

Description

本発明は半導体プロセスにおいて用いられる、半導体製造装置および半導体検査装置に係り、特に高速且つ高精度な荷電粒子線応用装置に関する。

半導体基板上にLSIのパターンを形成する主要な工程の一つとして、感光性材料を塗布したウェハ上に電子ビームを照射することによって回路パターンを形成する、電子ビーム描画が挙げられる。この電子ビーム描画装置においては、真空内でウェハの保持・矯正を行うために静電吸着装置が使用されている。

図１には、従来の電子ビーム描画装置で用いられている典型的な静電吸着電極の断面図を示す。101は試料である半導体ウェハ（以下、ウェハ）、102はアルミナを主材とした誘電体、103は誘電体102に埋設した吸着電極である。吸着電極103はスイッチ104を介して直流電源105の(+)側と接続されている。ウェハ101は表面を押さえ治具106によって浮き上がらないよう抑えられている。一方、裏面には鋭利な針の形状を持った接触端子（以下、アースピン）107が押し付けられており、ウェハはこれを介して接地電位に接続されている。ベースパレット108もまた、接地電位に接続されている。

即ち、ウェハ101、吸着電極103を対の電極として、この対の電極間の誘電体102に静電吸着用の直流電圧を印加して、誘電体に誘電分極による電荷を発生させることにより静電吸着力を確保している。この静電吸着装置は試料が所定の位置からずれないよう試料保持を行う機能のほか、成膜等のプロセスを経て数十mmもの凸型若しくは凹型に沿った形状になっているウェハの反りを平坦な吸着面に矯正する機能を持つ。

尚、図１ではアースピンがウェハの裏面に接触しているが、表面から接触している場合も、同様の機能を持つ。また吸着電極は電源の(+)側に接続されているが、(-)側であっても、吸着する機能は同様である。

ここで、ウェハ101はアースピン107により接地電位に接続されている。しかし、厳密に言えば、ウェハに流れ込む電流が、ウェハ101とアースピン107の接触部に形成される接触抵抗を流れることにより、ウェハ101と接地電位の間には電位差が生じる。ウェハに流れ込む電流とは、吸着電極103から誘電体102を経由してウェハ101に流れるリーク電流、および描画のためのビーム電流である。例えば、ウェハ101に流れ込む電流が50 mA、アースピン107とウェハ101の間の接触抵抗が200 kWであるとすると、ウェハ101は1 Vの電位を持つことになる。

このようにウェハ101が接地電位に保たれていない場合、荷電粒子である電子の軌道が乱れ、描画精度の低下が生じる。M. Miyazaki, J. Phys. E: Sci. Instrum. 14, 194 (1981) には、照射される電子の偏向量がウェハの電位によって変化するため、描画パターンの位置ずれが発生することが開示されている。また、ウェハ101が接地電位に保たれていない場合、接地電位に保たれているベースパレット108との間に電位差が生じる為、ウェハ端部付近に、ウェハに照射される電子ビームの軌道を歪ませる電場が生じる。以上により、電子ビーム描画装置において高い描画精度を得るためには、静電吸着装置において、ウェハ101を接地電位に保つことが必要であるといえる。

特開2001-257158号公報の図４には、静電吸着装置の吸着電極を2つに分割し、各々に直流電源を接続し、かつ当該直流電源と接地電位の間に直列に電流計を接続した構造の静電吸着装置が開示されている。直流電源の一方は、可変直流電源である。分割した吸着電極に電圧を印加し、2つの電流計の指示値が等しくなるように可変直流電源の印加電圧を調整することで、2つの電極が閉回路をなすようにする。これは両吸着電極と試料の間に発生するリーク電流がアースピンを経由して接地電位へ流れる電流量を低減することを目的とする。

一方、特開平11-111599号公報の図１及び図３には、表面電位計を用いてウェハ表面の電位を測定し、アースピンあるいは吸収電極に印加する補正用電圧の値を決定する発明が開示されている。この方法においては、ウェハの電位を直接測定するため、原理的には誘電体内部のリーク電流のみならずビーム電流によるウェハの電位を検出することが可能である。

また、特開平11-111599の図２には、吸着電極から流れる電流値を測定し、当該測定値に基づきアースピンに印加する補正電圧の値を決定する発明が開示されている。更に、特開平11-111599の図４には、ウェハに2本のアースピンを配置し、一方のアースピンと接地電位間の電位差を測定し、測定結果に基づき、他方のアースピンへ印加する補正電圧の値を決定する技術が開示されている。特開平11-111599号公報に記載された発明によれば、原理的にはウェハ電位を低減することが可能である。
特開2001-257158号公報 特開平11-111599号公報 J. Phys. E: Sci. Instrum. 14, 194 (1981)

特開2001-257158号公報および特開平11-111599公報の図２に記載の発明では、直流電源と吸着電極、ないし直流電源と接地電位間に電流計が設置されている。すなわち、ウェハから誘電体を経由して吸着電極に流れる電流値を測定している。一方、ウェハと吸着電極間の抵抗には誘電体により高抵抗に保たれているのに対して、ウェハとアースピンの間の接触抵抗ははるかに小さいため、ウェハ上に照射される荷電粒子ビームのうち大部分は、アースピンに流れ込む。上記の発明においては、このウェハからアースピンに流れる電流を測定していないため、測定した電流値を基に補正電圧を計算しても正しい値は得られない。

一方、特開平11-111599公報の図１, 3に記載のように、表面電位計測計を使用すれば、ウェハの表面電位を直接測定することが可能である。しかし、高精度の表面電位計はビーム電流の描画中における変動に比べて応答が遅いため、補正電圧を高速に計算することは困難である。すなわち、描画中にウェハ電位を動的に補正するといった高速補正は、表面電位計の使用によっては不可能である。

特開平11-111599公報の図４のように、ウェハに接触させた2本のアースピンのうち1本を電位測定に用いて、他方に補正用の電源を接続しても、原理的にはウェハの表面電位を補正することが可能であるが、この方法は2本のアースピンの抵抗が共に低いことが前提としており、一方、アースピンとウェハ間の接触抵抗は機差が大きく、再現性も保証されていないことから、この方法で常にウェハの電位を正しく補正するのは困難である。

近年、ウェハの大面積化に伴うリーク電流の増大や、スループット向上のためのビーム電流の増加などの理由により、ウェハ帯電の可能性は高まっている。一方、精度向上のためには、ウェハ電位の低減がより一層求められている。

本発明の目的は、従来よりもウェハの電位を低減することが可能な静電吸着装置、および当該静電吸着装置を搭載した荷電粒子線応用装置を実現することにある。

前記課題を解決するため、本発明の荷電粒子線応用装置に用いられる静電吸着装置の一例は、吸着用電極と、当該吸着用電極に直流電圧を印加する電源と、試料に接触する接触端子と、当該接触端子と接地電位の間に、試料から接触端子を経由して接地電位に流れる電流を測定する手段と、前記吸着電極ないし接触端子に補正用電圧を印加するウェハ電位補正用電源とを備えることを特徴とする。吸着電極の形状は、単極型であると双極型であるとを問わず、接触端子を経由して接地電位に流れ込む電流を測定する手段を備えていればよい。これにより、ビーム電流およびリーク電流双方に起因して発生するウェハからの電流値を従来よりも正確に測定することが可能となる。よって、補正用電圧の値を、従来よりも正確に算出することが可能となる。

ウェハ電位補正用電源は、単極型の場合はアースピンに接続する。双極型の場合には、アースピンあるいは双極型の一方の吸着電極のいずれかに接続することが出来る。

荷電粒子線応用装置の静電吸着装置において、試料処理中も、試料の電位を補正することにより、荷電粒子線の照射位置精度を向上させることが出来る。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。

図２には、電子ビームウェハ描画装置の全体構成の模式図を示す。熱電子源201から放出された電子ビームは、アノード電極202に向かって加速された後、第一マスク203を直接照射する。第一マスクには単一の矩形開口が設けられており、照射された電子ビームにより開口像が得られる。第一マスクの開口像は成形レンズ204により第二マスク206上に形成される。第二マスクには可変成形照射法を行うための矩形開口および一括図形照射法を行うための成形開口が設けられている。第二マスク上の結像位置はビーム成形用偏向器205により制御され、これにより電子ビームの形状および面積が決定される。第二マスクの開口を通過した電子ビームは縮小レンズ207と対物レンズ208により試料であるウェハ210上に投影される。対物レンズ内には偏向器209が設置されており、この偏向器により試料上における電子ビームの結像位置が決められる。

本実施例における描画対象であるウェハ210はパレット211を介してステージ212上に設置されている。パレット211は静電吸着装置を兼ねており、静電力によりウェハ210をパレット211上に固定する。さらにパレット211をステージ212上に固定することにより、描画中、ウェハ210はステージ212と共に高精度且つ高速で移動することが出来る。成形レンズ204やビーム成形用偏向器205を始めとする全ての光学素子、および、検出器（図示せず）、ステージ212は、描画するべき回路パターンに基づき、制御回路213により制御されている。図示されていないが、制御回路213には、モニタ画面等の表示手段とキーボード等の入力手段が備えられており、描画装置の制御に必要な種々の情報を、装置ユーザが入力手段を介して装置に入力することが可能である。

次に、図３に示した模式図を用いて本実施例における静電吸着装置について説明する。本実施例における静電吸着装置は、吸着電極が二つに分割された、いわゆる双極型である。静電吸着装置の筐体内部には誘電体102が配置されており、誘電体102の表面がウェハの載置面をなしている。筐体の外縁部には貫通孔が設けられ、ウェハを接地するためのアースピン107が配置されている。誘電体102に埋設された吸着電極301および302にはスイッチ104を介して直流電源303および304が電気的に接続され、接地電位との間にそれぞれ電位差V1およびV2が与えられる。直流電源304は可変式直流電源である。なお、図３では、直流電源303は、可変式直流電源として表示されているが、固定式の直流電源であっても良い。

ビーム電流を考慮せずにリーク電流のみを考慮すると、2つの吸着電極301および302からウェハ101に流れる電流の和が、ウェハ101からアースピン107を経由して接地電位に流れる。この時、ウェハ101とアースピン107の間に接触抵抗が形成されるため、ウェハ101が接地電位に対して電位差を持ってしまう。

図４(a)は、ウェハ101が接地電位に対して電位差を持った時の、ウェハ端部付近の電場分布を示したものである。ウェハとパレットの電位差によって、本来ウェハ面に対して平行であるべき等電位線が歪み、これにより、電場ベクトルはビームの進行方向に対して垂直な成分を持つ。これにより電子ビームの軌道が曲げられ、理想的な軌道から外れてしまう。つまり、ウェハ端部の描画パターンに位置ずれが生じる。図４(b)には、ウェハに1Vの電位が発生した場合、ウェハに到達する電子ビームがどれだけずれるかを計算したシミュレーション結果である。横軸が電子ビームの照射位置のウェハの中心から半径方向への距離、縦軸が電子ビームの位置ずれ量をそれぞれ示す。図４(b)の縦軸は、ウェハの外側へずれる量を正、ウェハの内側へのずれ量を負として示している。ウェハ直径は、直径200 mmを想定している。図４(b)より、ウェハ端部ほどずれ量が大きくなることが判る。

そこで、従来は、特開2001-257158号公報の図４あるいは特開平11-111599公報の図１，3に記載のように、双極電極の双方に直流電源を接続し、2つの電極間で閉回路を作って、吸着電極からウェハ101に流れる電流値を低減することを図っている。しかしながら、従来の方法では、ウェハ電位を正確に測定することは困難で、従って、正しい補正用電圧を与えることが出来ず、リーク電流を充分に低減できない場合がある。

本実施例では、アースピン107と接地電位の間に電流計305等の電流計測手段を設ける。フィードバック回路306は、描画装置全体の制御回路213の制御を受け、電流計305で計測された電流の絶対値が最小になるように、直流電源304の出力を調整する。ウェハ101からアースピン107を経由して接地電位に流れる電流を直接測定するため、ウェハ電位を従来よりも正確に計測できるようになり、双方の吸着電極間に、従来よりも完全な閉回路を形成することができる。また、特開2001-257158号公報の図４に記載の方法では、ゲインおよびオフセットが揃った2つの電流計が必要であるのに対して、本実施例では、必要な電流計は１台のみであるのに加え、電流計305のゲインの精度が多少悪くても、オフセットさえ調整されていれば、2つの吸着電極301からウェハ101に流れる電流の和が最小になる条件を探ることが出来る。このため、比較的安価で精度の低い電流計を使用できる。

本実施例により描画前にウェハの電位の補正を行うことにより、吸着電極からウェハに流れる電流の総和を最小にすることが出来た。これにより、ウェハ端部のチップにおいても良好な位置精度を保つことが出来たため、1ウェハ辺りのチップ取得数を向上させることが出来た。

本実施例により、吸着電極からウェハに流れる電流の総和を従来よりも低減することが可能となるため、描画前に行なうウェハの電位補正をより効果的にすることが出来る。また、本実施例の静電吸着装置を搭載した電子ビーム露光装置を用いることにより、ウェハ端部のチップにおいても良好な位置精度を保つことが出来るので、1ウェハ辺りのチップ取得数を向上させることが出来る。

実施例１では、双極電極の双方に直流電源を接続し、2つの電極間で閉回路を作って、吸着電極からウェハに流れる電流値の低減を図った。しかし実際には、ウェハには吸着電極からのリーク電流に加えて、ビーム電流が照射される。この電子ビームのうちの大部分はアースピンを経由して接地電位へ流れ込む。ウェハと吸着電極間の抵抗には誘電体により高抵抗に保たれているのに対して、ウェハとアースピンの間の接触抵抗ははるかに小さいためである。

したがって、描画前に実施例1による方法で、吸着電極からウェハに流れるリーク電流の総和を低減しても、ビーム電流の照射が開始されると、ウェハと接地電位の間には電位差が生じてしまう。そこで、本実施例では、描画中のビーム電流によるウェハ電位を補正するために、吸着電極に接続する直流電源に加えて、補正用電源を用いる。なお、以下の説明では、本実施例の静電吸着装置は図２に示した電子ビーム描画装置に実装されているものとする。

図５(a)に示した模式図を用いて本実施例における静電吸着装置について説明する。本実施例における静電吸着装置は、吸着電極が二つに分割された、いわゆる双極型である。誘電体102に埋設された吸着電極301および302にはスイッチ104を介して直流電源503および504が接続され、接地電位との間にそれぞれ電位差V1およびV2が与えられる。

ウェハ101の裏面に押し付けられたアースピン107には電流計505およびウェハ電位補正用電源506を介して接地電位に接続されている。ここでウェハ電位補正用電源506は接地電位とアースピン107の間に直流で電位差V3を与え、電流計505はウェハ101からアースピン107を経由して接地電位に流れ込む電流を測定する。

本実施例の静電吸着装置を実装した荷電粒子線応用装置は、装置ユーザあるいは描画装置の制御プログラムから描画開始の指示が出されると、以下の手順に従い、アースピン107とウェハ101の間の接触抵抗の測定が実行される。

（１）ウェハ電位補正用電源の出力を0 Vにした上で、描画装置全体の制御回路213は、電流計505によりウェハ101からアースピン107を経由して接地電位に流れ込む電流I3を測定しながらI3が0になるよう、吸着電極301に印加する電圧V1、および吸着電極302に印加する電圧V2のうち少なくとも一方を調整する。これにより、吸着電極からウェハに流れる電流の総和を最小にする。

（２）次にウェハ電位補正用電源506により接地電位とアースピン107の間に直流で電位差V3を与える。この時、電流計505はウェハ101からアースピン107を経由して接地電位に流れ込む電流I3を測れば、アースピン107とウェハ101の間の接触抵抗R3は次の式により求めることが出来る。
R3 = V3 / I3
以上の手順でアースピン107とウェハ101の間の接触抵抗R3を求めた上で、描画を開始する。求めたR3の値は、制御装置213内のメモリや外部記憶装置などの記憶手段に格納する。

図５(b)は、描画開始後のビーム電流と補正用電源の電圧V3およびウェハ電位の関係を示したタイムチャートである。

描画開始後、描画すべきパターンに応じて、電子ビームの偏向量・形状が変化する。これに伴いビーム電流は変化する。従来は、ウェハからアースピンを経由した電流が直接、接地電位に接続されていたので、ウェハの電位は、図５(b)中で、点線で示したように、ビーム電流の変動に対してゆっくりと追従していた。ウェハと吸着電極との間に形成された静電容量、およびウェハとアースピンの間に生じた接触抵抗により、RC回路が形成されるためである。これにより、必要な精度をもった描画を実現するためのウェハ電位の上限値を超えることがあった。

一方、本実施例では、電流計505を用いてウェハ101からアースピン107を経由して接地電位に流れ込む電流I3をモニターし、ウェハ電位補正用電源506によりウェハ101の電位を補正する。即ち、フィードバック回路507は描画装置全体の制御回路213の制御を受け、ウェハ電位補正用電源507に印加する電圧V3を以下の様に設定する。
V3 = - I3 × R3
ここで、R3は描画に先立ち予め測定したアースピン107とウェハ101の間の接触抵抗である。

実際には図５(b)に示したように、ウェハ電位補正用電源507に印加する電圧V3をある一定の時間間隔毎に変化させる。電流計の応答時間と同程度の間隔を置いて、ウェハ電位を補正する。これにより、図５(b)に示したように、ウェハ電位の変動を従来よりも小さく保ちながら描画を続行することが出来た。

なお、補正の頻度を下げたい場合は、図２(b)に示したようなウェハの電位と位置ずれの関係からウェハ電位の許容値を予め定めておき、I3×R3が許容値を越えた時のみ補正を行えばよい。この場合、ウェハ電位の上限値を制御装置213内の記憶手段に格納される。あるいは、補正を行なう頻度を示す時間情報を制御装置213に格納し、格納された情報に基づいた頻度で補正を実行しても良い。

本実施例により、描画中を通じてウェハの電位の補正を行い、ウェハに流れ込むビーム電流によるウェハ電位を低減することが出来た。また、本実施例の静電吸着装置では、実施例1による吸着電極からウェハに流れるリーク電流の低減のみを実施した場合に比べて、大きなビーム電流を用いて描画を行うことが出来るようになったため、1ウェハ辺りの描画時間が短縮され、スループットの向上につながった。

尚、本実施例において、必要なアースピンの本数は1本だけである。これはウェハとアースピンの接触に伴う異物の発生の可能性を考えるとメリットである。2本以上のアースピンを用いた場合でも、それぞれのアースピンとウェハの間の接触抵抗を同様の方法で求めた上で、合成抵抗を求めた上で1本のアースピンと同様に用いれば、本実施例と同様の効果を挙げることが出来る。また、本実施例の静電吸着装置は、図２に示した描画装置だけではなく、測長ＳＥＭなど、他の荷電粒子線応用装置へも実装可能である。

本実施例における静電吸着装置を図６の模式図を用いて説明する。また、本実施例の静電吸着装置も、実施例１と同様に、図２に示した電子ビーム描画装置に実装されているものとする。

本実施例は、アースピンを複数用いた実施例である。誘電体102に埋設された吸着電極103にはスイッチ104を介して直流電源105が接続され、接地電位との間に電位差V1が与えられる。本実施例においてはウェハ101の裏面には2つのアースピン601および602が押し付けられている。それぞれのアースピンには電流計603, 604をそれぞれ介してウェハ電位補正用電源605, 606が接続されている。ウェハ電位補正用電源605および606は接地電位とアースピンの間にそれぞれ電位差V3, V4を直流で与え、電流計603および604はウェハ101からアースピン601または602を経由して接地電位に流れる電流を測定する。

フィードバック回路607は描画装置全体の制御回路213の制御を受け、電流計603により計測された電流の値が予め設定された値になるようにウェハ電位補正用電源605を調整する。同様にフィードバック回路608は描画装置全体の制御回路213の制御を受け、電流計604により計測された電流の値が予め設定された値になるようにウェハ電位補正用電源606を調整する。なお、図示されてはいないが、実際には、スイッチ104及び609の開閉動作も制御回路213により制御されている。

本実施例の静電吸着装置を実装した荷電粒子線応用装置は、装置ユーザあるいは描画装置の制御プログラムから描画開始の指示が出されると、以下の手順に従い、アースピン601および602とウェハ101の間の接触抵抗の測定が実行される。

描画装置全体の制御回路213は、ウェハ101からアースピン602を経由して接地電位に流れ込む電流I4が0になるような電圧をウェハ電位補正用電源606に与える指示をフィードバック回路608に出力する。フィードバック回路608は、電流計604により測定された電流値I4を基にウェハ電位補正用電源605に印加する電圧を計算し、ウェハ電位補正用電源606の電圧V4を調整する。

この時、ウェハ電位はV4であり、またウェハ101に流れ込む電流は全てアースピン601を経由して接地電位に流れ込むことになるから、電流計603により計測される電流I3と電位補正用電源605の電圧V3から、アースピン601とウェハ101の間の接触抵抗R3は次の様に求めることが出来る。求めた接触抵抗値R3は描画装置内の記憶装置に格納される。
R3 = (V4−V3)/I3
以上の手順でアースピン601とウェハ101の間の接触抵抗R3を求めた上で、描画中を開始する。尚、描画時には、ウェハ101の電位を決めるためのアースピンは一本で充分なので、スイッチ609を開放する。アースピン602をウェハ101から離してもよい。この場合、アースピン602を駆動するための駆動手段が必要となる。

ウェハ101の電位のモニターおよび補正は実施例2と同様の方法で行う。即ち、電流計603を用いてウェハ101からアースピン601を経由して接地電位に流れ込む電流I3をモニターし、ウェハ電位補正用電源605によりウェハ101の電位を補正する。即ち、フィードバック回路607は、描画装置全体の制御回路213の制御を受け、ウェハ電位補正用電源605の出力電圧V3を以下の様に設定する。
V3 = − I3 × R3
本実施例により描画を通じてウェハの電位の補正を行うことにより、実施例２と同様の効果をあげることが出来た。

本実施例は、実施例２と異なり、吸着電極が単極の場合も双極の場合も実施することが出来る。

尚、本実施例では描画中は2本のアースピンをうち1本のみを使用していたが、ウェハとアースピンの間の接触抵抗を出来るだけ低減したい場合は、2本のアースピンを共にウェハに接触させた上で、並列に電流計603に接続してもよい。また、本実施例の静電吸着装置は、図２に示した描画装置だけではなく、測長ＳＥＭなど、他の荷電粒子線応用装置へも実装可能である。

本実施例における静電吸着装置を図７の模式図を用いて説明する。本実施例の静電吸着装置も、実施例１と同様に、図２に示した電子ビーム描画装置に実装されているものとする。

誘電体102に埋設された吸着電極103にはスイッチ104を介して直流電源105が接続され、接地電位との間に電位差V1が与えられる。本実施例においてはウェハ101の表面に3つのアースピン701, 702および703が押し付けられている。

本実施例の静電吸着装置を実装した荷電粒子線応用装置は、装置ユーザあるいは描画装置の制御プログラムから描画開始の指示が出されると、以下の手順に従い、アースピン701, 702, 703とウェハ101の間の接触抵抗の測定が実行される。

まず、始めにアースピン701に接続された端子708とアースピン702に接続された端子709の間の電気抵抗R12をテスターにより測定する。同様に、アースピン702に接続された端子709とアースピン703に接続された端子710の間の電気抵抗R23、および、アースピン703に接続された端子710とアースピン701に接続された端子708の間の電気抵抗R31もテスターを用いて測定する。

この時、アースピン701とウェハ101との間の接触抵抗をR1、アースピン702とウェハ101との間の接触抵抗をR2、アースピン703とウェハ101との間の接触抵抗をR3とすると、以下の式が成り立つ。
R12 = R1＋R2
R23 = R2＋R3
R31 = R3＋R1
すなわち、R12, R23, R31を測定により求めれば、上の式からR1, R2, R3を求めることが出来る。

より一般的には、ウェハに接触させるアースピンが3本以上あれば、未知数である個々のアースピンとウェハとの間の接触抵抗の数に比べて、測定により得られるパラメータの数が多くなるため、各々のアースピンとウェハの間の接触抵抗を独立に求めることが出来る。

以上の手順でアースピン701, 702, 703とウェハ101の間の接触抵抗R1, R2, R3を独立に求めた上で、描画中を開始する。描画時には、ウェハ101の電位を決めるためのアースピンは一本で充分なので、スイッチ704は描画装置全体の制御回路213の制御を受け端子708から710のうち一つを選択する。ウェハとアースピンの間の接触抵抗を出来るだけ低減したい場合は、2本以上を選択し、ウェハからスイッチ704までの合成抵抗を計算すればよい。

描画中のウェハ101の電位のモニターおよび補正は実施例2と同様の方法で行う。即ち、電流計705を用いてウェハ101から選択されたアースピンを経由して接地電位に流れ込む電流I3をモニターし、ウェハ電位補正用電源706によりウェハ101の電位を補正する。即ち、フィードバック回路707は描画装置全体の制御回路213の制御を受け、ウェハ電位補正用電源706に印加する電圧V3を以下の様に設定する。
V3 = − I3 × R3
本実施例により描画を通じてウェハの電位の補正を行うことにより、実施例2と同様の効果をあげることが出来た。

本実施例も、実施例3と同様に、吸着電極が単極の場合も双極の場合も実施することが出来る。

また、本実施例においてはアースピンとウェハの間の接触抵抗を直接測定するため、実施例2および3のような間接的な測定に比べて高い精度が得られる場合がある。

尚、実施例2から4においては、電流計を用いて電子ビームの照射量をモニターし、ウェハ電位の補正を行ったが、描画すべきパターンデータを元に、逐次電子ビームの照射量を計算し、このデータを元に、ウェハ電位の補正を行っても同様の効果が得られる。

また、本実施例の静電吸着装置は、図２に示した描画装置だけではなく、測長ＳＥＭなど、他の荷電粒子線応用装置へも実装可能である。

実施例１から４では、アースピンに流れる電流値を計測することにより補正電圧を算出したが、表面電位計によりウェハの表面電位を直接測定して補正電源に与える電圧を算出してもよい。しかしながら、表面電位計は、応答が遅いため、高速補正はできないという問題がある。そこで、本実施例では、表面電位計を用いて実用的な静電吸着装置を実現する方法を説明する。

本実施例における静電吸着装置を図８ (a)の模式図を用いて説明する。本実施例の静電吸着装置も、実施例１と同様、図２に示した電子ビーム描画装置に実装されているものとする。誘電体102に埋設された吸着電極103にはスイッチ104を介して直流電源105が接続され、接地電位との間に電位差V1が与えられる。本実施例においてはウェハ101の裏面にはアースピン107が押し付けられている。アースピン107にはウェハ電位補正用電源803が接続され、接地電位との間に電位差V3を与えられている。表面電位計801によりウェハ101の電位をモニターする。フィードバック回路802は表面電位計801の測定値が許容範囲内に収まるように、ウェハ電位補正用電源803の出力を調整する。804はウェハの電位応答速度を調整するための可変抵抗である。

ここで、可変抵抗804の役割を図８(a)の電気的な等価回路である図８ (b)を用いて説明する。C1は静電吸着装置の静電容量、R1は静電吸着装置のリーク抵抗、Reはアースピン107とウェハ101の間の接触抵抗である。R3は可変抵抗804の抵抗を意味する。また、Ibはビーム電流、Vwはウェハ101電位の電位、GNDは接地電位を意味する。

このような回路においては、Ib, V1, V3の値が変化した時に、Vwの応答速度Tは次の式で表される。
T = R0×C1
但し、R0はR1, Re, R3の合成抵抗であり、次の式で定義される。
1/R0 ≡ 1/R1 ＋ 1/(Re＋R3)
ここで、R1は静電吸着装置の材質および形状にも依るが10の8乗Ωのオーダーであり、C1は100 nFのオーダーである。一方、Reはアースピンとウェハの接触抵抗であり、再現性が得にくいパラメータではあるが、10の4乗Ωのオーダーである。したがって、可変抵抗804を設けない場合、即ちR3 = 0の時、応答速度Tは1 msecのオーダーとなる。一方、表面電位計801の応答速度は、測定精度にも依るが100 msecのオーダーである。即ち、描画中、ビーム電流はMHzかそれ以上の周波数で変動を繰り返し、ウェハ電位はそれに対して1 msecのオーダーで追従するのに対して、ウェハの電位の補正は早くて100 msecの周期であり、描画中にウェハの電位を所望の値に保つことは困難であることを意味する。

一方、R3に適切な抵抗値を選べば、Vwの応答速度Tを調整することが可能である。即ち、R3に10の6乗Ω程度の抵抗を選べば、Vwの応答速度Tは100msecのオーダーとなり、表面電位計801の応答速度と等しくなる。つまり、ウェハの電位の変動が充分にゆっくりとなり、表面電位計による測定でも追いつくことが可能となる。

一方、系全体の時定数を調整するもう一つのパラメータは静電容量であるから、例えば、図８(c)に示したように、静電吸着電源に対して直列に適切な可変容量805を接続すればよい。吸着電極とウェハ間の電位差を得るためには、可変容量805に対して並列に、吸着装置の内部抵抗R1に比べて充分に小さい抵抗806を設ける必要がある。

なお、本実施例においては表面電位計によりウェハ電位の測定を行ったが、実施例1から3のように電流計によるウェハ電位の測定においても、同様の方法をとることが出来る。電流計の応答速度は1μsecから100 msecのオーダーであり、ウェハ電位の応答速度よりも遅い場合があるからである。このような場合には、本実施例と同様に、可変抵抗804に適切な抵抗値を選び、ウェハの電位の応答速度と測定器の応答速度をほぼ等しくすることにより、描画中にウェハの電位を所望の値に保つことが出来る。

また、ウェハの電位の補正にはウェハ電位補正用電源803を用いたが、例えば、双極型の静電吸着装置を用いて一方の吸着用電源の電圧により調整しても同様の効果を挙げることが出来る。また、本実施例においては可変抵抗を用いてウェハ電位の応答速度の調整を行ったが、測定器の応答速度は一定である場合が多いので、所望の抵抗値に固定された電気抵抗を用いても同様の効果を得ることが出来る。

本方式は実施例1から4までと異なり、表面電位計を使用し、ウェハ電位を直接測定している。したがって、アースピンとウェハの間の接触抵抗に関わらず、本方式を実施することが出来る。アースピンの本数も1本で充分である。なお、本実施例の静電吸着装置は、図２に示した描画装置だけではなく、測長ＳＥＭなど、他の荷電粒子線応用装置へも実装
可能である。

実施例２から５においては、電流計または表面電位計によりウェハ電位のモニターを行った。

これに対し、本実施例においては電気的な測定によらず、ウェハ上に形成された校正用マークの観測によってウェハ電位のモニターを行うものである。

本実施例における静電吸着装置を図９(a)の模式図を用いて説明する。また、以下の説明においては、本実施例の静電吸着装置が実装される荷電粒子線応用装置として図２に示した電子ビーム描画装置を用いる。熱電子源から放出され、加速・集束された電子ビーム901が偏向器（図示せず）によりウェハ101上に走査されると、ウェハ上に形成された校正用マークの電子反射率に応じて反射電子902が発生する。反射電子検出器903はこれを検出
・増倍して、反射電子信号として計算機904に伝送する。計算機904は反射電子信号を元に、校正用マークの反射電子像の位置を計算する。

図４(a)に示したとおり、ウェハが接地電位に保たれていない場合、ウェハとパレットの電位差によって、本来ウェハ面に対して平行であるべき等電位線が歪み、これにより、電場ベクトルはビームの進行方向に対して垂直な成分を持つ。これにより電子ビームの軌道が曲げられ、理想的な軌道から外れてしまう。このような状態で、ウェハ上に形成された校正用マーク上を走査すると、反射電子像は本来の位置とずれて観測されることになる。このずれ量は、図４(b)に示したように、電子ビームの照射位置に依存する。

本実施例においては、ウェハ中心部に形成された校正用マーク（以下、マークA）、ウェハ端部に形成された校正用マーク（以下、マークB）の反射電子像の位置を元にウェハ電位の補正を行う。マークAとマークBの距離L1は予め精度よく測定されている必要がある。

図１０(a)には、ウェハ電位補正時における、描画装置の実行動作のフローチャートを示す。この実行動作の手順は以下の通りである。

（１）静電吸着装置の吸着電源105に電圧を印加する。

（２）ウェハ電位補正用電源905の電圧を設定する。

（３）電子ビームがマークAを照射するよう、ステージ211を移動させる。

（４）マークAの反射電子像を取得し、この時のビーム中心に対するマークの相対位置（X1）を求める。この値を制御回路213内のメモリに格納する。

（５）電子ビームがマークBを照射するよう、ステージ211を移動させる。この時のステージの移動量をL2とし、この値を制御回路213内のメモリに格納する。

（６）マークBの反射電子像を取得し、この時のビーム中心に対するマークBの相対位置（X2）を求める。この値を制御回路213内のメモリに格納する。

（７）電子ビームにより計測されたマークAとマークBの距離（L3）を
L3 = L2+(X2-X1)
により計算する。

（８）L3とL1の差（dL）を計算する。

（９）dLが許容値を越えるかどうかを判定する。

（１０）許容値以下であれば、描画を開始する。

（１１）許容値を上回っている場合は、ウェハ電位補正用電源905の設定値を変える。

以上の方法により、反射電子像が本来あるべき位置に見えるようにウェハ電位補正用電源905の電圧を調整することにより、ウェハ電位を補正する。なお、上記（１）〜（１１）のステップは、全て、制御回路213により実行される。

本実施例は、実施例1〜5と異なり、電流計や表面電位計などの、ウェハ表面電位の測定のための特別な計測器を必要としない。校正用マークやビーム検出器は、電子ビーム描画装置に従来から用いられている。したがって、本方式は従来の電子ビーム描画装置の構成を大きく変化させずに実施することが出来る。

尚、本実施例においては、反射電子像が本来あるべき位置に見えるようになるまで、ウェハ電位補正用電源905の電圧値を変化させたが、図４(b)のように予め位置ずれ量とウェハ電位の関係を求めておき、適正なウェハ電位補正用電源の電圧を設定すれば、繰り返しの回数を減らすことが出来る。

尚、ウェハ上に形成された校正用マークを用いずに、図９(b)に示したように、パレット上のウェハ近傍に基準マーク906を設けて、これを観測することによっても同様の効果を得ることが出来る。この場合は、基準マーク906の反射電子取得中にウェハを吸着させる必要はないため、以下（１）〜（９）の手順により、ウェハ電位の補正を行うことが出来る。図１０(b)は手順をフローチャートにしたものである。

（１）ウェハ電位補正用電源905の電圧を設定する。

（２）吸着電源に充分に小さい電圧を設定する。

（３）基準マークの反射電子像を取得し、この時のビーム中心に対する基準マークの相対位置（X1）を求める。この値を制御回路213内のメモリに格納する。

（４）吸着電源に描画時に必要な電圧を設定する。

（５）基準マークの反射電子像を取得し、この時のビーム中心に対する基準マークの相対位置（X2）を求める。この値を制御回路213内のメモリに格納する。

（６）X1とX2の差（dX）を計算する。

（７）dXが許容値を超えるかどうかを判定する。

（８）許容値以下であれば、描画を開始する。

（９）許容値を上回っている場合は、ウェハ電位補正用電源905の設定値を変える。

この方法は描画中に行うことが可能であるから、描画中にビーム電流を大きく変化させる場合など、ウェハ電位が変動する可能性が高い場合に、ウェハ電位補正用電源905の再度調整することが可能である。なお、本実施例の静電吸着装置は、図２に示した描画装置だけではなく、測長ＳＥＭなど、他の荷電粒子線応用装置へも実装可能である。

本実施例では測長SEMへの適用を行った。測長SEM内に図５(a)に示す静電チャックを設置している。測長SEMでは電子ビームの電流が10 pA程度と描画装置に比べて低い。従ってアースピン107の接触抵抗が比較的大きくても測定への影響は少なくなるが、静電チャックのアースピンへのリーク電流が大きいと、このメリットを生かすことが出来ない。本実施例では双極型の静電チャック501, 502とアースピン107へ接続した電流計506を用いた。電流が決められた値以下になるようにチャックの電圧503,504を調整することにより、アースピンへのリーク電流の低減を図ることが出来た。これによりアースピンの接触抵抗依存性を緩和することができ、結果としてアースピンのウェハ101への押し付け圧力の低減が可能となった。これはごみの発生などの副作用を抑えるために大きな利点となる。

本電流計506は十分な精度を持ち、本静電チャックによりアースピンへのリーク電流はチャックの吸着電流10μAの1/1000000以下である10pA以下となった。表面電位も0.1V以下となり、ウェハによる測定バラツキを1nm以下とすることが出来た。

また、本実施例によれば、ウェハの電位を接地電位だけでなく、任意の電位に制御することが可能である。電位コントラストを用いた検査装置などにおいて、ウェハを所望の電位に帯電させることにより、高速かつ高精度に検査を実施することが出来る。

従来の静電吸着装置の模式図である。 電子ビーム描画装置全体の構成図である。 本発明の第1の実施例を説明するための静電吸着装置の模式図である。 (a)は1 Vの電位を持ったウェハ端部の近傍の電位分布を示す図、(b)はウェハの電位が1Vの場合の、ウェハ端部のビーム位置ずれを示す図である。 (a)は本発明の第2の実施例を説明するための静電吸着装置の模式図、(b)は本発明の第2の実施例を説明するためのタイムチャートである。 本発明の第3の実施例を説明するための静電吸着装置の模式図である。 本発明の第4の実施例を説明するための静電吸着装置の模式図である。 (a)は本発明の第5の実施例を説明するための静電吸着装置の模式図、(b)は等価回路図、(c)は本発明の第5の実施例を説明するための静電吸着装置の模式図である。 (a)は本発明の第6の実施例を説明するための静電吸着装置の模式図、(b)は本発明の第6の実施例を説明するための静電吸着装置の模式図である。 (a)は本発明の第6の実施例を説明するためのフローチャート、(b)は本発明の第6の実施例を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

101―ウェハ、102―誘電体、103―吸着電極、104―スイッチ、105―直流電源、106―押さえ治具、107―アースピン、108―ベースパレット、
201―熱電子銃、202―アノード電極、203―第一マスク、204―成形レンズ、205―成形用偏向器、206―第二マスク、207―縮小レンズ、208―対物レンズ、209―偏向器、210―ウェハ、211―パレット、212―ステージ、213―制御回路、
301―吸着電極、302―吸着電極、303―吸着用電源、304―吸着用電源、305―電流計、306―フィードバック回路、
503―吸着用電源、504―吸着用電源、505―電流計、506―電流計、507―ウェハ電位補正用電源、508―フィードバック回路、
601―アースピン、602―アースピン、603―電流計、604―電流計、605―ウェハ電位補正用電源、606―ウェハ電位補正用電源、607―フィードバック回路、608―フィードバック回路、609―スイッチ
701―アースピン、702―アースピン、703―アースピン、704―スイッチ、705―電流計、706―ウェハ電位補正用電源、707―フィードバック回路、
801―表面電位計、802―フィードバック回路、803―ウェハ電位補正用電源、804―可変抵抗、805―可変容量、806―抵抗、
901―電子ビーム、902―反射電子、903―反射電子検出器、904―計算機、905―ウェハ電
位補正用電源、906―基準マーク。

Claims (9)

1. 試料を保持する試料ステージと、該試料ステージ上の試料に対して荷電粒子線を照射する手段と、前記試料ステージ上に保持された静電吸着装置とを有し、
   該静電吸着装置は、
   試料を載置する載置面を備えた誘電体と、
   該誘電体内部に設けられた複数の電極と、
   前記試料を接地電位にするための接触端子と、
   前記複数の電極に電気的に接続され、該複数の電極の数に応じた複数の直流電源と、
   前記複数の電極に電気的に接続される可変直流電源と、
   該可変直流電源に付与する電圧を制御するための制御手段と、
   前記接触端子と接地電位との間に配置された電流計測手段とを備え、
   前記可変直流電源は、前記電流計測手段と接地電位との間、ないしは前記接触端子と前記電流計測手段との間に配置され、
   前記制御手段は、該電流計測手段の測定結果を基に、前記可変直流電源に与える電圧を計算することを特徴とする荷電粒子線応用装置。
2. 試料を保持する試料ステージと、該試料ステージ上の試料に対して荷電粒子線を照射する手段と、前記試料ステージ上に保持された静電吸着装置とを有し、
   該静電吸着装置は、
   試料を載置する載置面を備えた誘電体と、
   該誘電体内部に設けられた電極と、
   前記試料を接地電位にするための複数の接触端子と、
   前記電極に電気的に接続され、前記電極と接地電位との間に配置される直流電源と、
   前記電極に電気的に接続される可変直流電源と、
   該可変直流電源に付与する電圧を制御するための制御手段と、
   前記接触端子と接地電位との間に配置された電流計測手段とを備え、
   前記可変直流電源は、前記電流計測手段と接地電位との間、ないしは前記接触端子と前記電流計測手段との間に配置され、
   前記制御手段は、該電流計測手段の測定結果を基に、前記可変直流電源に与える電圧を計算することを特徴とする荷電粒子線応用装置。
3. 請求項２に記載の荷電粒子線応用装置において、前記電極及び電流計測手段を複数備えたことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
4. 請求項１に記載の荷電粒子線応用装置において、
   前記接触端子を３つ以上備えたことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
5. 試料を保持する試料ステージと、該試料ステージ上の試料に対して荷電粒子線を照射する手段と、前記試料ステージ上に保持された静電吸着装置とを有し、
   該静電吸着装置は、
   試料を載置する載置面を備えた誘電体と、
   該誘電体内部に設けられた電極と、
   前記試料を接地電位にするための接触端子と、
   前記電極に電気的に接続される可変直流電源および直流電源と、
   該可変直流電源に付与する電圧を制御するための制御手段と、
   前記試料の電位を計測する電位計測手段と、
   試料電位の応答速度を調整する調整手段とを備え、
   前記可変直流電源は、前記接触端子と接地電位との間に配置され、
   前記制御手段は、該電位計測手段の計測結果を基に、前記可変直流電源に与える電圧を計算することを特徴とする荷電粒子線応用装置。
6. 請求項５に記載の荷電粒子線応用装置において、
   前記調整手段が、前記接触端子と接地電位との経路上に設けられた電気抵抗であることを特徴とする荷電粒子線応用装置。
7. 請求項６に記載の荷電粒子線応用装置において、
   前記調整手段が、前記電極と接地電位間に配置されたＲＣ回路であることを特徴とする荷電粒子線応用装置。
8. 請求項７に記載の荷電粒子線応用装置において、
   前記ＲＣ回路の抵抗及びコンデンサは、前記可変直流電源と電極に対して並列に配置されていることを特徴とする荷電粒子線応用装置。
9. 荷電粒子銃と、前記荷電粒子銃から放出された荷電粒子を試料上に集束させるレンズと、試料処理中に移動可能なステージを備え、前記ステージ上に、試料保持部材が誘電体より成り、前記保持部材上に搭載された試料に接触する接地電極と、前記誘電体を挟んで前記接地電極に対向する吸着電極とを有し、前記接地電極と前記吸着電極の間に静電力を発生させこの静電力により前記試料を前記保持部材に吸着する静電吸着装置を備えた荷電粒子線応用装置であって、
   前記試料に隣接した基準マークと、
   前記試料または前記基準マークに対する荷電粒子線の照射位置の相対位置を検出する手段と、前記接地電極と接地電位の間に、前記試料の電位を調整するための直流電源を備えることを特徴とする荷電粒子線応用装置。

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