JPH01220442A - 光電子転写露光方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔目　次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術　　　　　　　　　（第７．８図）発明が解
決しようとする課題 課題を解決するための手段 作用 実施例 本発明の一実施例　　　　　（第１〜６図）発明の効果 〔概　要〕 光電子転写露光方法およびその装置に関し、マスク・ウ
ェハ間の位置合せが可能で基板からの散乱電子の影響の
少ないレジスト露光を行うことのできる光電子転写露光
装置の転写露光方法およびその装置を提供することを目
的とし、光電子転写露光方法は光電マスクと所定の位置
合わせマークが形成された試料とを所定距離を隔てて平
行に配置し、光電マスクに光源から光を照射して光電子
を放出させるとともに、光電マスクと試料との間に所定
の電圧を印加して電場および磁場を形成し、光電子を電
場および磁場により加速・偏向して試料上に露光により
所定のマスクパターンを転写する光電子転写露光方法に
おいて、露光に先だって前記電圧として第１の電圧を印
加する第１の電圧印加工程と、第１の電圧印加工程によ
り加速された電子ビームに基づいて試料上に形成された
位置合せマーク部からの反射電子信号を走査し、該位置
合せマークを検出するマーク検出工程と、前記位置合せ
マークの検出結果に基づいてビーム位置を調整する調整
工程と、調整工程終了後、前記電圧として第１の電圧よ
りは低い第２の電圧を印加する第２の電圧印加工程と、
第２の電圧印加工程により形成された電場および磁場に
より光電子を加速・偏向して試料上に露光により所定の
マスクパターンを転写する転写露光工程と、を含み構成
する。

また、光電子転写露光装置は光電マスクと所定の位置合
わせマークが形成された試料と所定距離を隔てて平行に
配置し、光電マスクに光源から光を照射して光電子を放
出させるとともに、光電マスク試料との間に所定の電圧
を印加して電場および磁場を形成し、光電子を電場およ
び磁場により加速・偏向して試料上に露光により所定の
マスクパターンを転写する光電子転写露光装置において
、試料上に形成された位置合わせマークを検出するマー
ク検出時を判別する判別手段と、マーク検出時と露光時
とで前記電圧を変える電圧制御手段と、を設けた構成と
する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、光電子転写露光方法およびその装置に係り、
詳しくは、電子ビームを用いて試料（ウェハ）上に光電
マスクのパターンを転写する光電子転写露光方法および
その装置に関する。

一般に、ＩＣの製造工程における露光技術はＳｉ　（シ
リコン）ウェハ上にレジストＭＷ（感光性波Ｖ！、）を
塗布し、集積回路を構成する１層分のパターンを描画（
露光）、現像することにより、Ｓｉウェハ上にレジスト
パターンを形成するものである。描画あるいは露光の方
法には光、電子ビーム（電子線）、Ｘ線、イオンがある
。そして、露光技術の本質は要求される寸法、精度を確
保しつつウェハ上に形成し、いかに制御するかにあり、
ＬＳｔの歩留りを向上させるためにはパターン欠陥の少
ないことが重要となる。

近年、集、積回路の高密度化に伴り、長年、微細パター
ン形成技術の主流をなしてきたホトリングラフィ　（光
食刻）に代わり、電子ビームやＸ線を用いる新しい、リ
ソグラフィ技術が進歩しつつあリ、その中の１つに光電
子転写技術がある。これは、試料ウェハに対し平行に配
置した光電マスクに照射し、励起、放出された光電子を
マスター試料間に印加した電場・磁場でかつ加速・偏向
し、所望のパターンを試料に転写する技術である。

〔従来の技術〕

従来のこの種の光電子転写装置としては、例えば第７図
に示すようなものがある。第７図は光電子転写装置の概
略構成図であり、この図において、ｌは転写室を構成す
る真空槽である。真空槽１内は真空ポンプ２により所定
の真空度に維持されており、真空槽１内の下方には支持
部材３を介してステージ機構４が設けられている。ステ
ージ機構４上には転写パターンの露光対象である試料（
ウェハ）５がｉｌ！置されており、ステージ機構４はウ
ェハ５を保持しその露光位置を変更可能である。

ウェハ５の露光面５ａには感光性のレジストが塗布され
ており、レジストは露光すると化学反応を起こして現像
液に溶けなくなるもの（例えば、ネガ形レジスト）ある
いは、露光すると化学反応を起こして現像液に溶けやす
くなるもの（例えば、ポジ形レジスト）が用いられる。

一方、真空槽ｌ内の上方にはウェハ５と平行に対向する
光電マスク６が設けられており、光電マスク６は保持ａ
横７に保持される。光電マスク６には電源回路８から所
定の高電圧が印加されるとともに、真空槽１の外方に配
置された一対のコイル９ａ、９ｂにより光電マスク６〜
ウエハ５方向に磁場が付与される。光電マスク６とウェ
ハ５の間にはウェハ５と略平行に中間極板１０が設けら
れており、中間極板ｌＯは光電マスク６とウェハ５の中
間部分の電場を一様にする機能を有するとともに、反射
電子信号検出器を兼ねている。なお、中間極板１０にも
電源回路８ら所定電圧が印加される。

真空槽１の土壁部には窓１１が設けられており、窓１１
の上方にはシャッタ機構１２を介して光源１３が配置さ
れている。光源１３としては、例えば紫外線を所定の強
度で放射するものが用いられ、シャッタ機構１２はこの
紫外線を露光可能な十分な時間だけ光電マスク６に照射
するための露光時間の制御を行う。光電マスク６は第８
図に詳細を示すように、光（紫外線）を通過する基板６
ａと、基板６ａの下方に形成された光吸収材（金属）か
らなるパターン６ｂと、光を受けて光電子を放出する光
電膜６ｃとから構成される。光電マスク６の上記パター
ン６ｂは、例えばＬＳＩの回路要求を基にレイアウト設
計を行い、アートワーク作業を通してパターンジェネレ
ータ用あるいは電子ビーム描画用Ｍ／Ｔを製作し、この
データ（Ｍ／Ｔ）を基にマスクパターンとして形成する
。また、光電膜６Ｃの材料としては、例えば光に反応し
て一定強度の光電子を放出するＣｓ１（よう化セシウム
）、ＣｓＴｅ　　（テルルイ化セシウム）　、Ｃｓ　３
　Ｓ　ｂ　（セシウムアンチモン）等が用いられる。こ
れらの材料は空気中の水分に触れると溶ける性質がある
ため、真空中で露光処理が行われる。

このような光電子転写装置にあって、光源１３の発する
光をシャッタ機構１２をＯＮして光電マスク６に照射す
ると、パターン６ｂに対応して光電子が光電膜６Ｃから
放出される。すなわち、パターン６ｂの部分は光が遮断
されて光電膜６Ｃに到達しないから光電子が放出されず
、パターン６ｂの無い部分において光−光電子の変換が
光電膜６Ｃにより行われて、ここから外部に光電子が放
出される。この光電子は保持機構７〜ウ工ハ５間に印加
された電場および磁場により加速・偏向されてウェハ５
の露光面５ａで収束し、該露光面５ａに塗布された感光
性電子線レジストを感光し、ウェハ５上に所望のパター
ンが転写される。

ところで、光電子像転写や電子線描画など電子ビームを
用いたレジスト露光では、入射電子はレジスト中で散乱
され、また基板から後方散乱をうけ、ＤＯ３Ｅ　（露光
量）はレジスト中、入射地点以外の部分にも分布するい
わゆる近接効果が生じる。すなわち、電子ビームは、レ
ジスト上の１点に入射した後、電子がレジスト内を通過
するに従い、散乱されて分布が広がる（前方散乱）。次
に、一部の電子はレジスト内やシリンコ基板内で９０゜
以上の散乱を受け、反射されて入射方向に戻る（後方散
乱）。結果として、入射電子は照射点以外の周辺も感光
させてしまう。換言すると、パターン上のある点の露光
量を考えるとき、その点に直接入射する電子だけでなく
、周辺の露光領域から回り込んでくる電子も加える必要
がある。電子の拡がり範囲は、入射点を中心として前方
散乱は０．１μｍ以下であるが後方散乱は１〜２μｍ以
上に達する。したがって、近接効果では後者の寄与が大
きい。このような近接効果による散乱電子の影響はパタ
ーン精度の低下や歪の原因となり、特に１μｍ以下の微
細パターン形成には重大な障害を与えるので、適切な補
正が必要となる。

この散乱電子の影響（近接効果）に対する対策として、
基本的には、次の２ｉｍりの方針が考えられる。

１）散乱電子の影響も含め、結果的にレジスト各部に所
定量のＤＯ３Ｅが与えられるように、予め照射量をパタ
ーン形状に応じて補正しておく。

２）電子ビームの入射条件を、散乱電子の影響が出来る
かぎり少なくなるように選ぶ。

また、光電子像転写装置で、上記方針（１）に従って近
接効果補正法がすでにいくつか提案されている（特開昭
６２−２２２６２号、特開昭６２−１９０４８号各公報
参照）。しかし、これらの方法は、マスク作成時の負担
が大きい、スルーブツト（１時間当りに何枚のウェハに
転写ができることを示す）の低下を招く恐れがある等の
理由により必ずしも適切なものとはいえない。

したがって、光電子像転写装置では、上記方式（２）に
従い、電子ビームの入射条件を適正比することにより近
接効果の影響を少なくすることが望ましく、その場合方
法は２通りある。１つはビームエネルギーの高加速電圧
化（Ｅ≧５０ＫｅＶ）、もう１つは低加速電圧化（Ｅ≦
１０ＫｅＶ）、である。前者のように電子ビーム加速電
圧を高くとると、前方散乱による電子ビーム広がりが狭
くなると同時に、後方散乱電子が広範囲に広がってその
密度が低下し、近接効果が低減されるが、反面、放電、
レジスト感度低下、基板に対するダメージ等の問題があ
る。したがって、高電圧化ではなく、低加速電圧化によ
り、近接効果の影響を小さくすることが望ましい。低加
速の電子ビームを用いると電子は基板まで達せず、いわ
ゆる後方散乱の影響をなくすことができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、以上のような理由で採用された低加速の
光電子転写露光装置にあっては、次のような問題点があ
った。

すなわち、電子ビーム加速電圧が低いため、従来例で指
摘した近接効果の影響を適切に解消できるものの、電子
ビームが基板まで達しないことから、基板にミゾ等のマ
ーク構造を作り、基板からの２次電子や反射電子が、こ
の構造で変調されるのを測定し、マーク・基板の位置合
せをする通常のマーク検出法を行うことが困難になる。

そこで本発明は、マスク・ウェハ間の位置合せが可能で
基板からの散乱電子の影響の少ないレジスト露光を行う
ことのできる光電子転写露光装置の転写露光方法および
その装置を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による光電子転写露光方法は上記目的達成のため
、光電マスクと所定の位置合わせマークが形成された試
料とを所定距離を隔てて平行に配置し、光電マスクに光
源から光を照射して光電子を放出させるとともに、光電
マスクと試料との間に所定の電圧を印加して電場および
磁場を形成し、光電子を電場および磁場により加速・偏
向して試料上に露光により所定のマスクパターンを転写
する光電子転写露光方法において、露光に先だって前記
電圧として第１の電圧を印加する第１の電圧印加工程と
、第１の電圧印加工程により加速された電子ビームに基
づいて試料上に形成された位置合せマークを走査し、該
位置合せマーク部からの反射電子信号を検出するマーク
検出工程と、前記位置合せマークの検出結果に基づいて
ビーム位置を調整する調整工程と、調整工程終了後、前
記電圧として第１の電圧よりは低い第２の電圧を印加す
る第２の電圧印加工程と、第２の電圧印加工程により形
成された電場および磁場により光電子を加速・偏向して
試料上に露光により所定のマスクパターンを転写する転
写露光工程と、を含んでいる。

また、本発明による光電子転写露光装置は上記目的達成
のため、光電マスクと所定の位置合わせマークが形成さ
れた試料と所定距離を隔てて平行に配置し、光電マスク
に光源から光を照射して光電子を放出させるとともに、
光電マスク試料との間に所定の電圧を印加して電場およ
び磁場を形成し、光電子を電場および磁場により加速・
偏向して試料上に露光により所定のマスクパターンを転
写する光電子転写露光装置において、試料上に形成され
た位置合わせマークを検出するマーク検出時を判別する
判別手段と、マーク検出時と露光時とで前記電圧を変え
る電圧制御手段と、を設けている。

〔作　用〕

本発明では、基板上に形成された位置合せマークを検出
するマーク検出時が判別され、マーク検出時と露光時と
では光電マスクおよび試料間の印加電圧が変えられる。

したがって、マスク・ウェハ間の位置合せが可能となり
、かつ基板からの散乱電子の影♂は適切に除去される。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１〜６図は本発明に係る光電子転写露光方法およびそ
の装置の一実施例を示す図であり、本実施例の説明にあ
たり第３図に示した従来例と同一構成部分には同一符号
を付してその説明を省略する。

まず、構成を説明する。第１図において、光電マスク６
とステージ機構４との間には電源回路（電圧印加手段）
２１から所定の電圧が印加されており、この電源回路２
１は制御回路２２からの出力に基づいて前記印加電圧を
位置合せマーク検出時（このときの印加電圧をＶ□、と
する）と露光時（このときの印加電圧をＶとする）とに
より切り換え、位置合せマーク検出時と露光時とで電子
ビーム加速電圧が異なるように設定する。具体的には、
位置合せマーク部検出時の出力をＶ　ＭＩＩＫとしたと
きにレジスト露光時の加速電圧の出力値ＶをＶ□、の１
／４．１／９．４／９・・・・・・などの値、すなわち
−船釣に （−）　”　Ｖ）Ｈｘ　　（但し、ｎ＞ｍ＞１なる整数
）なる値に、高速で変えられる機能を持つ。また、中間
極板１０は従来例と同様に光電マスク６とウェハ５の中
間部分の電場を一様にする機能を有するとともに、反射
電子信号検出器を兼ねており、シリコン段差、酸化膜段
差等によりウェハ５上に形成された位置合せマークを電
子ビームで走査したときの反射電子や２次電子を検出し
て検出信号を制御回路２２に出力する。制御回路２２は
判別手段および電圧制御手段としての機能を有し、位置
合せマークを走査したときのマーク断面と検出信号の位
置関係に基づいて上記検出信号が判定闇値を横切る点を
マークエツジとみなし、２つのマークエツジの中点をマ
ーク位置とする（マーク凸部は塗布レジストが薄いので
反射電子数が多くなる）。

このようなマーク走査を何回か繰返し、その平均を最終
的なマーク位置座標とする。制御回路２２は上述のマー
ク検出を行っているときは電源回路２１から光電マスク
６に電圧Ｖ　Ｍｌｌｌが印加されるようにし、また、実
際の露光時には電圧Ｖが印加されるように電源回路２１
に所定の制御信号を出力する。

次に、作用を説明するが、最初に本発明の基本原理を述
べる。

従来例で指摘した低加速電圧（■≦１０ＫｅＶ）電子像
転写装置の問題点は、次の手段により解決することがで
きる。すなわち、マーク検出時と露光時とでは加速電圧
をかえるようにする。例えば、マーク検出時Ｅ　＝３６
ＫｅＶとすれば、比較的厚くレジストに覆われた基板マ
ークも検出可能であるし、露光時にＥ　＝　９　ＫｅＶ
とすれば、近接効果の少ない露光が可能である。しかし
、この加速電圧の値は任意に選ぶわけにはいかない。そ
の理由を第２図を用いて説明する。第２図においζ、マ
スク・ウェハ間の距離ｄ、電子線を収束させるためにマ
スク・ウェハ方向に印加した磁場強度Ｂとしたとき、マ
スクからほぼ初速ｑＱで任意の方向に放出された電子が
加速され、ウェハ上で再び収束されるためには、加速電
圧Ｖが次式〇の関係を満たさなければならない。

但し、ｅ：素電荷 ｍ：電子質量 ここで、ｎは電子がマスク・ウェハ間で何回ラセン運動
（マスク・ウェハ方向軸を中心とした回転運動）を行う
かの回数である。例えば、ｎ＝１の条件のもとで、マー
ク検出を行い、ｎ＝２の条件で露光を行えば、ｄ、Ｂ等
を変えることなく、位置合せと露光を収束条件を保った
まま行える。

なお、位置合せ時と、露光時でＢ、ｄの値を変えるよう
にした場合、Ｅのとれる値は必ずしもｄｉｓｃｒｅ　ｔ
ｅなものではなくなるが、要するに、マーク検出時と、
露光時でＥを切り換えるものであればよい。

以上の構成において、まず、第３図に示すように電源回
路２１から光電マスク６およびウェハ５間に電圧■。、
が印加されると（第１の電圧印加工程）、光電マスク６
から打ち出された光電子ｅ−は光電マスク６およびウェ
ハ５間に印加された電圧Ｖ　ＭＲＫにより加速されて位
置合せマーク近傍をＸ軸、Ｙ輪画方向に走査する。そし
て、中間極板（検出器）１０および信号検出回路２３に
より反射電子信号（第４図参照）が検出され、制御回路
２２で位置合せマークが検出される（マーク検出工程）
。

次いで、マーク検出工程により検出された位置合せマー
クに基づいてパターン描画のビーム位置が調整される（
調整工程）。調整工程が終了すると、第５図に示すよう
に制御回路２２から電源回路２１に制御信号が出力され
、電源回路２１では印加電圧を■ｌ４ＲＫからＶに切り
換え”ζ光電マスク６およびウェハ５に電圧Ｖを印加す
る（第２の電圧印加工程）。そして、この電圧Ｖにより
光電子ｅ−が加速されてウェハ５の露光面５ａで収束し
、該露光面５ａに塗布されたレジストを感光してウェハ
５に所望のパターンが転写される（転写露光工程）。

第６図はこのときの反射電子信号を示す。以上の方法に
より、マスク・ウェハ間の位置合せ可能な、低加速電圧
の電子像転写装置を構成することができ、基板からの散
乱電子の影響の少ないレジスト露光を可能にすることが
できる。

〔効　果〕

本発明によれば、位置合せマークを検出するマーク検出
時を判別し、マーク検出時と露光時とでは光電マスクお
よび試料間の印加電圧を変えているので、マスク・ウェ
ハ間の位置合せを可能としつつ、基板からの散乱電子の
影響を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１〜６図は本発明に係る光電子転写露光方法およびそ
の装置の一実施例を示す図であり、第１図はその概略図
、 第２図はその基本原理を説明するための図、第３図はそ
の印加電圧Ｖ　ＭＩＬＫを説明するための図、 第４図はその電圧ＶＭＩＩＫを印加したときの反射電子
信号を示す図、 第５図はその印加電圧Ｖを説明するための図、第６図は
その電圧■を印加したときの反射電子信号を示す図、 第７．８図は従来の光電子転写装置を示す図であり、 第７図はその概略図、 第８図はその光電マスクの断面図、 である。 ５・・・・・・試料（ウェハ）、 ６・・・・・・光電マスク、 １０・・・・・・中間極板、 ２１・・・・・・電源回路（電圧印加手段）、２２・・
・・・・制御回路（判別手段、電圧制御手段）、２３・
・・・・・信号検出回路。 特許出願人　富士通株式会社、・パ− −ニー ２２：ＩＪ＃″′ｌ″　　−＊施、」。ヨ。図第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 Ｉ−へｒ＾−一一一 一プど方匿伯へｈ力ｔａＶｍｍ乞卯加しＵきのル４ｔセ
酪ント慴２チ２オζ１≦コ第６図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光電マスクと所定の位置合わせマークが形成され
   た試料とを所定距離を隔てて平行に配置し、 光電マスクに光源から光を照射して光電子を放出させる
   とともに、 光電マスクと試料との間に所定の電圧を印加して電場お
   よび磁場を形成し、 光電子を電場および磁場により加速・偏向して試料上に
   露光により所定のマスクパターンを転写する光電子転写
   露光方法において、 露光に先だって前記電圧として第１の電圧を印加する第
   １の電圧印加工程と、 第１の電圧印加工程により加速された電子ビームに基づ
   いて試料上に形成された位置合せマークを走査し、該位
   置合せマーク部からの反射電子信号を検出するマーク検
   出工程と、 前記位置合せマークの検出結果に基づいてビーム位置を
   調整する調整工程と、 調整工程終了後、前記電圧として第１の電圧よりは低い
   第２の電圧を印加する第２の電圧印加工程と、 第２の電圧印加工程により形成された電場および磁場に
   より光電子を加速・偏向して試料上に露光により所定の
   マスクパターンを転写する転写露光工程と、 を含むことを特徴とする光電子転写露光方法。
2. （２）光電マスクと所定の位置合わせマークが形成され
   た試料と所定距離を隔てて平行に配置し、光電マスクに
   光源から光を照射して光電子を放出させるとともに、 光電マスク試料との間に所定の電圧を印加して電場およ
   び磁場を形成し、 光電子を電場および磁場により加速・偏向して試料上に
   露光により所定のマスクパターンを転写する光電子転写
   露光装置において、 試料上に形成された位置合わせマークを検出するマーク
   検出時を判別する判別手段と、 マーク検出時と露光時とで前記電圧を変える電圧制御手
   段と、 を設けたことを特徴とする光電子転写露光装置。