JPH02241022A - 電子ビーム露光装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電子ビーム露光装置の描画パターン精度の改善
に利用する。特に、描画されたパターンのつなぎ部分の
誤差の改善に関する。

〔概　要〕

本発明は、試料の位置に応じて電子ビームの偏向振幅を
調整する手段を備えた電子ビーム露光装置において、 試料およびまたは試料ホルダにマークを設けておき、こ
のマークによる反射電子を測定して描画パターンを補正
することにより、 試料の高さ方向のずれにより生じる描画パターンの誤差
を削減するものである。

〔従来の技術〕

電子ビーム露光装置は、従来の光学的な方法では不可能
な非常に微細なパターンの描画が可能であり、半導体素
子をさらに集積化するうえで重要な技術となっている。

電子ビーム露光装置では、電子ビームの制御精度その他
の理由から、精度よく描画できる範囲が数１０μｍない
し１．５ｍｒｎ角程度に限られている。そこで、数１０
０μω〜数ｍｍ角またはそれ以上のパターンを描画する
には、パターンをフィールドと呼ばれる小面積の領域に
分割し、試料を移動させて描画する。このため、隣接す
るフィールドのパターン間に「つなぎ部」が存在する。

このつなぎ部は、パターンが微細であることから、試料
の位置が少しずれただけでも大きな配線ずれが生じ、極
端な場合には断線してしまう。

このような描画誤差を補正するためには、試料の位置を
検出し、その位置に対応して、試料表面における描画パ
ターンがあらかじめ定められた大きさとなるように電子
ビームの偏向角を調整することが必要である。

試料の位置を検出する方法として、従来は、試料が載置
された試料ステージの位置をレーザ干渉測長器により測
定していた。試料は試料ステージ上の試料ホルダにより
保持される。レーザ干渉測長器は、５ｎｍの精度で試料
ステージの位置を検出できる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、試料ホルダへの試料の取り付は精度は１０μ■
程度であり、試料ステージの高さを測定しても、実際の
試料の高さには１０μ■程度の誤差が生じる欠点があっ
た。第１表に、現在使用されている試料ホルダで試料を
保持した場合の試料の高さをマイクロメータで測定した
値を示す。実際の試料の高さは、第１表に示した値に露
光室内に挿入したときの高さの変動が付加される。

（以下本頁余白） 第　　　１　　　表 例えば、電子ビームの出射端と試料との間隔がｌＱｍｍ
程度であり、描画しようとするフィールドの一辺の長さ
が８０μのとすると、１０μ■の高さの誤差で４０ｎｍ
のつなぎ誤差が生じる。この値は、光素子、例えば回折
格子を製造する場合に、無視できる値ではない。

第２表に、つなぎ部の誤差を走査電子顕微鏡により測定
した例を示す。この表は、３つの試料について、それぞ
れ２０箇所のつなぎ部の平均つなぎ誤差を示す。表中で
「＋」はフィールドどうしが重なることを示し、「−」
はフィールドどうしが離れていることを示す。

第２表 本発明は、以上の問題点を解決し、試料の高さのずれを
補正して正しい寸法のパターンを描画できる電子ビーム
露光装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の電子ビーム露光装置は、位置検出手段として、
試料ホルダとその試料ホルダに保持された試料との少な
くとも一方に設けられたマークからの反射電子を検出す
る反射電子検出手段と、この反射電子検出手段の出力と
電子ビームの偏向角とからマークの位置を求める演算手
段とを備えたことを特徴とする。

同時に複数のマークを用い、電子ビームの出射端を基準
としてそれぞれのマークの方位角を求めることにより、
試料の高さずれが補正されるように電子ビームの偏向角
を設定できる。

しかし、小さいフィールド内に複数のマークが存在する
ためには、微小なマークを多数設ける必要があり望まし
いことではない。しかも、マークの寸法精度は電子ビー
ム露光の精度より劣っているのが一般的である。

そこで、一つのフィールド内で一個のマークを移動させ
、これにより高さの変化による誤差を補正することが望
ましい。すなわち、試料およびその試料を保持する試料
ホルダを水平方向に移動させる移動手段を備え、演算手
段は、移動手段によるマークの移動量をそのときの偏向
角で描画されるパターンの長さとして求める描画長測定
手段を含み、偏向角調整手段は、位置検出手段により測
定されたマークの移動量と描画長測定手段により得られ
る長さとが一致するように電子ビームの偏向角を調整す
る手段を含むことが望ましい。

位置検出手段は、試料ホルダまたはそのホルダが載置さ
れた試料ステージの位置を測定するレーザ測長器を備え
ることが望ましい。

マークとしては、下地の材料と異なる金属により形成さ
れたもの、または下地の材料が削られた段差を用いるこ
とができる。

本明細書では、電子ビームが鉛直方向に供給されるもの
と仮定する。したがって、「高さ方向」とは電子ビーム
が入射する方向をいい、「水平方向」とは高さ方向と直
交する方向をいう。

〔作　用〕

電子ビームの照射によって生じるマークからの反射電子
を検出する場合に、測定される値は電子ビームの照射角
に関連する値であり、マークの水平方向および高さ方向
の位置について正確に測定することはできない。しかし
、マークの間隔が既知であれば、これを基準として、試
料に光面されるパターンの寸法を容易に設定できる。

例えば二つのマークが間隔ａで設けられている場合に、
この間に長さａのパターンが描画されるように電子ビー
ムの偏向角を調整する。これにより、少なくとも二つの
マークを結ぶ方向について、高い寸法精度でパターンを
描画できる。さらに、四つのマークを用いれば、すべて
の方向について寸法精度を高めることができる。また、
一つのマークを移動させ、その移動量を例えば光学的に
測定しても同様のことが可能である。

本発明で用いるマークは高さのずれを補正するためのも
のであり、従来から用いられる水平方向の位置合わせを
行うためのマークとは異なる。

〔実施例〕

第１図は本発明実施例電子ビーム露光装置のブロック構
成図である。

この装置は、露光室２内に試料４を保持する試料ホルダ
５を備え、この試料ホルダに保持された試料の位置を検
出する位置検出手段としてレーザ測長器８を備え、この
レーザ測長器８の検出出力にしたがって試料表面におけ
る描画パターンがあらかじめ定められた大きさとなるよ
うに電子ビームの偏向角を調整する偏向角調整手段とし
て、制御計算機２４、偏向アンプ２６および走査電極３
を備える。

電子ビーム発生部１にはビーム源および収束レンズ（図
示せず）が設けられ、この電子ビーム発生部１で生成さ
れた電子ビームは、偏向電極３により偏向されて試料４
に入射する。

露光室２には試料４を保持する試料ホルダ５およびこの
試料ホルダ５を載置する試料ステージ６が設けられ、さ
らに、この試料ステージ６を水平方向に移動させるステ
ッピングモータ７右よび試料ステージ６の水平方向の位
置を測定するレーザ測長器８が設けられる。

レーザ測長器８の測定結果は制御計算機２４に出力され
る。制御計算機２４は、偏向アンプ２６を介して偏向電
極３の電圧を制御することにより、電子ビームの走査範
囲を設定する。試料ステージ６の位置が走査範囲外のと
きには、モータ駆動回路９を介して試料ステージ６を水
平方向に移動させる。

これにより、電子ビーム露光装置の露光室２内における
試料４の水平位置を検出し、この位置に対応して、試料
面における描画パターンがあらかじめ定められた大きさ
となるように電子ビームの偏向角を調整することができ
る。

ここで本実施例の特徴とするところは、位置検出手段と
してさらに、試料ホルダ５とその試料ホルダ５に保持さ
れた試料４との少なくとも一方に設けられたマークから
の反射電子を検出する反射電子検出手段として反射電子
検出器１０．１１を備え、この反射電子検出器１０．１
１の出力と電子ビームの偏向角とからマークの位置を求
める演算手段として、切替器１２．１３、減算器１４、
加算器１５、微分回路１６、切替器１７、可変利得アン
プ１８、絶対値アンプ１９、波形形成回路２０、波形メ
モリ２２、信号処理回路２３、制御計算機２４およびマ
ーク検出走査信号発生回路２５を備えたことにある。

さらに、試料４およびその試料４を保持する試料ホルダ
５を水平方向に移動させる移動手段としてステッピング
モータ７およびモータ駆動回路９を備える。制御計算機
２４は、ステッピングモータ７によるマークの移動量を
そのときの偏向角で描画されるパターンの長さとして求
める描画長測定手段と、レーザ測長器８により測定され
たマークの移動量と描画長測定手段により得られる長さ
とが一致するように電子ビームの偏向角を調整する手段
とを制御プログラムとして備える。

第２図は試料４および試料ホルダ５の平面図である。

試料４および試料ホルダ５の少なくとも一方、この例で
は双方に、十字型のマークが設けられる。

マークの寸法としては、例えば「十」の字の四つのアー
ムの幅を３μｍ１長さを２０μｍとする。

マークとしては、下地の材料と異なる金属により形成さ
れた異種金属マーク、例えばＳｉウェハに金を蒸着した
ものや、下地の材料が削られた段差を用いた段差マーク
、例えばＧａＡｓウェハをエツチングしたものが用いら
れる。

第３図および第４図は第１図に示した実施例装置の各部
の信号波形を示す。第３図は段差マークを用いた場合の
信号波形を示し、第４図は異種金属マークを用いた場合
の信号波形を示す。

段差マークを用いる場合には、切替器１２．１３および
１７を減算器１４側に接続し、反射電子検出器１０．１
１の出力を減算器１４に接続するとともに、減算器１４
の出力を可変利得アンプ１８に接続する。

反射電子検出器１０．１１は、第３図（ａ）に示すよう
なマークのエツジＭａＳＭｂからの反射電子信号を検出
し、第３図（５）および（Ｃ）に示す検出信号を出力す
る。減算器１４はこれらの信号の差をとり、第３図（６
）に示す信号を出力する。可変利得アンプ１８は、規定
の波高値がモニタ装置２１に表示できるように、減算器
１４の出力信号を増幅し、第３図（（至）に示す信号を
出力する。絶対値アンプ１９は、可変利得アンプ１８の
出力の絶対値を求め、第３図（社）に示す信号を出力す
る。波形形成回路２０は、第３図（１）に示すように、
絶対値アンプ１８の出力波形の二つのビーク幅に対応す
るパルス波形を形成する。

モニタ装置２１は、可変利得アンプ１８、絶対値アンプ
１９および波形形成回路２０のそれぞれの出力波形を画
面に表示する。

マーク検出走査信号発生回路２５は、マーク幅以上の長
さに相当する距離だけ電子ビームが移動するような走査
信号を発生し、偏向アンプ２６を介して、第３図（ｊ）
に示す走査信号を偏向電極３に印加する。

信号処理部２３は、波形形成回路２０の出力から、マー
ク検出走査の開始点からマークのエツジＭａ。

Ｍｂに相当する波高値の位置までの距離を’ｌ、　５ｎ
ｍ単位で出力する。例えば、往走査でそれぞれＡｌＢの
値が得られ、復走査でそれぞれＣ，Ｄの値が得られたと
する。制御計算機２４は、信号処理部２３の出力から、
マークの中心位置Ｍを Ｍ＝　（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）／４ として求める。

異種金属マークを用いる場合には、切替器１２．１３お
よび１７を加算器１５側に接続し、反射電子検出器１０
．１１の出力を加算機１５に接続するとともに、加算器
１５の出力を微分回路１６を介して可変利得アンプ１８
に接続する。

異種金属マークの場合には、マークのエツジからだけで
なく、全体から下地と異なる反射電子信号が得られる。

このため、反射電子検出器１０．１１の検出信号は、第
４図（５）および（Ｃ）に示す波形となる。この信号を
加算器１５により加算し、微分回路１６で微分すること
により、第４図（ｆ）に示すように、減算した場合と同
様の信号が得られる。以下の信号処理は、段差マークの
場合と同等である。

以上の測定で求められるマークの位置は、試料４の実際
の位置ではなく、電子ビームの偏向角から求められる値
である。この値は描画されるパターンの長さに対応して
いる。そこで、電子ビームの偏向振幅を調整し、実際の
マークの位置と反射電子から構成される装置とを一致さ
せる。これにより、試料４の高さについて考慮する必要
なしに、試料４の表面に所望の寸法のパターンを描画す
ることができる。

第５図は電子ビームの偏向振幅を調整する方法を示す。

まず、試料ステージ６を移動させることにより、マーク
５１をフィールド５２内の４箇所の点ＡＳＢ。

ＣＳＤに移動させる。このとき、試料ステージ６の移動
量をレーザ測長器８により測定するとともに、各点で反
射電子検出器１０．１１による位置検出を行う。

レーザ測長器８による測定値は実際の移動量を示し、反
射電子検出器１０．１１による測定値はその移動量に対
して描画されるパターンの所望の長さを示す。例えば、
レーザ測長器８による測定値がａ、であり、反射電子検
出器１０．１１による測定値がａ２であるとすると、そ
のままでは、長さａ。

パターンを描画しようとしても°長さａｌのパターンが
描画されることになる。そこで、二つの測定値が一致す
るように、電子ビームの偏向振幅を調整する。

偏向振幅を調整した後に再びマークを移動させ、二つの
測定値が一致するまで測定を繰り返す。

以上の測定では、レーザ測長器の分解能が５ｎｍであり
、測定値に±２．５ｎｍの誤差がある。また、マーク検
出の精度も±２．５ｎｍである。したがって、±５ｎｍ
の誤差は残る。しかし、この値は従来の値に比較して十
分に小さく、つなぎ誤差が大きく改善される。

マークの個数は試料毎に一個でもよいが、試料上に形成
されるチップ毎に一個のマークを設けてもよい。チップ
毎に設けることにより、反り、凹み、傾斜その他の試料
の変形について補正できる。

第６図はチップ毎にマークを設けた場合の試料の例を示
す。

この試料６１には、チップ６２毎に一個のマーク６３が
設けられる。個々のチップ６２は、数フィールド６４に
わたる露光により形成される。第６図では、−個のチッ
プ６２について、それが四つのフィールドに分割されて
露光されることを示す。このようなチップ６２を露光す
るには、フィールド内で偏向振幅の調整を行う。次のチ
ップ６２についても同様に偏向振幅を調整する。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の電子ビーム露光製蓋は、
試料挿入時の高さのばらつきを補正して正確な寸法のパ
ターンを描画でき、パターンのつなぎ部分の誤差を小さ
くすることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１１！Ｉは本発明実施例電子ビーム露光装置の構成図
。 第２図は試料および試料ホルダの平面図。 第３図は段差マークを用いた場合における実施例装置の
各部の信号波形を示す図。 第４図は異種金属マークを用いた場合における実施例装
置の各部の信号波形を示す図。 第５図は電子ビームの偏向振幅を調整する方法を示す図
。 第６ｒｌ！Ｊはチップ毎にマークを設けた場合の試料の
例を示す図。 １・・・電子ビーム発生器、２・・・露光室、３・・・
偏向電極、４．６１・・・試料、５・・・試料ホルダ、
６・・・試料ステージ、７・・・ステッピングモータ、
８・・・レーザ測長器、９・・・モータ駆動回路、１０
．１１・・・反射電子検出器、１２．１３．１７・・・
切替器、１４・・・減算器、１５・・・加算器、１６・
・・微分回路、１８・・・可変利得アンプ、１９・・・
絶対値アンプ、２０・・・波形形成回路、２１・・・モ
ニタ装置、２２・・・波形メモリ、２３・・・信号処理
回路、２４・・・制御計算機、２５・・・マーク検出走
査信号発生回路、２６・・・偏向アンプ、５Ｌ　６３・
・・マーク、５２．５４・・・フィールド、６２・・・
チップ。 特許出願人　光計測技術開発株式会社 代理人　弁理士　井　出　直　孝 （ｂ）７検出温号Ａ −」−］−一 （ｃｌ）差信ｇ８力 （Ａ　−Ｂ） （す）数分 菖 菖

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、露光室内に試料を保持する試料ホルダと、この試料
   ホルダに保持された試料の位置を検出する位置検出手段
   と、 この位置検出手段の検出出力にしたがって試料表面にお
   ける描画パターンがあらかじめ定められた大きさとなる
   ように電子ビームの偏向角を調整する偏向角調整手段と を備えた電子ビーム露光装置において、 上記位置検出手段は、 上記試料ホルダとその試料ホルダに保持された試料との
   少なくとも一方に設けられたマークからの反射電子を検
   出する反射電子検出手段と、この反射電子検出手段の出
   力と電子ビームの偏向角とから上記マークの位置を求め
   る演算手段とを含む ことを特徴とする電子ビーム露光装置。 ２、試料およびその試料を保持する試料ホルダを水平方
   向に移動させる移動手段を備え、 演算手段は、上記移動手段によるマークの移動量をその
   ときの偏向角で描画されるパターンの長さとして求める
   描画長測定手段を含み、 偏向角調整手段は、位置検出手段により測定されたマー
   クの移動量と上記描画長測定手段により得られる長さと
   が一致するように電子ビームの偏向角を調整する手段を
   含む 請求項１記載の電子ビーム露光装置。 ３、マークは下地の材料と異なる金属により形成された
   請求項１または２に記載の電子ビーム露光装置。 ４、マークは下地の材料が削られた段差である請求項１
   または２に記載の電子ビーム露光装置。