JPH04130622A - 電子ビーム描画方法及び装置 - 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】 【概要】

Ｘ線マスクや半導体ウェ、−ハ等の試料に電子ビームを
照射してパターンを描画する電子ビーム描画方法及び装
置に関し、 微細パターンを高精度で描画することを目的とし、 可動ステージ上に試料を載置し、測長器で該可動ステー
ジの位置を検出し、該検出位置に基づいて該可動ステー
ジを目標位置に移動させ、該試料に電子ビームを照射し
てパターンを描画するものであって、該可動ステージに
位置検出用マークを配置し、該試料に対する電子ビーム
露光開始的及び電子ビーム露光中の設定時間経過後に、
該位置検出用マークに該電子ビームを照射して照射点か
ら放出された２次電子を検出し、該２次電子検出信号を
処理して該位置検出用マークの位置を検出し、該検出位
置に基づいて該目標位置を補正するための補正量を算出
し、実質的に該目標位置を該補正量で補正するように構
成する。

【産業上の利用分野】

本発明は、Ｘ線マスクや半導体ウェーハ等の試料に電子
ビームを照射してパターンを描画する電子ビーム描画方
法及び装置に関する。

【従来の技術】

電子ビーム描画装置は、サブミクロンの微細パターンを
描画可能であるので、高精度で試料（描画対象物）を位
置決めする必要がある。 第６図は従来の電子ビーム描画装置を示す。 ｘ−Ｙステージ１０上には、試料ホルダ１２を介して半
導体ウェーハ１４が載置されている。ＸＹステージ１０
の上板側面には、長手方向を図示Ｘ方向及びＹ方向に垂
直な方向にして、移動鏡１６Ｘ及び１６Ｙが固着されて
いる。ｘ−ＹステージＩＯの位置座標を精密測定するた
めに、固定側にはレーザ干渉測長器１８が配置されてい
る。 レーザ干渉測長器１８は、構成要素２０〜３０を備えて
いる。レーザ２０から射出されたレーザビームは、平面
鏡２２で折り曲げられ、ビームスプリッタ２４で反射光
と透過光とに２分割され、この反射光はマイケルソン干
渉器２６Ｘに入射し、透過光はマイケルソン干渉器２６
Ｙに入射する。 マイケルソン干渉器２６Ｘは、不図示のビームスプリッ
タと固定鏡とを備えており、このビームスプリッタで２
分割された一方の光束が該固定鏡で反射され、他方の光
束が移動鏡＋６Ｘで反射され、両光束が該ビームスプリ
ッタ上で合波干渉し、検出器２８Ｘに投射されてその光
強度が検出される。 ｘ−Ｙステージ１０のＹ方向位置を検出するためのマイ
ケルソン干渉器２６Ｙ及び検出器２８Ｙについても、前
記マイケルソン干渉器２６Ｘ及び検出器２８Ｘと同一で
ある。検出器２８Ｘ及び２８Ｙで検出された信号は、信
号処理装置３０へ供給され、信号処理装置３０は、ｘ−
Ｙステージ１０の基準位置からの移動量、すなわちｘ−
Ｙステージ１０の位置座標（Ｘ、Ｙ）を求め、これをＸ
Ｙステージコントローラ３２へ供給する。 一方、電子ビーム露光装置３４からｘ−Ｙステージコン
トローラ３２へＸ−Ｙステージ１０の目標位置座標（Ｘ
、、ＹＯ）を供給する。ｘ−Ｙステージコントローラ３
２は、Ｘ−Ｙステージ１０を移動させて検出位置塵ｍ　
（Ｘ、Ｙ）をこの目標位置塵！（Ｘｏ、Ｙｏ）に一致さ
せ、一致信号を電子ビーム露光装置３４へ供給する。電
子ビーム露光装置３４はこれに応答して、電子ビームを
振らして半導体ウェーハ１４上の局所領域を設計データ
に基づき露光させる。 上記構成のレーザ干渉測長器１８の測定精度は、例えば
０．０１μｍと高く、サブミクロンの微細パターンを電
子ビーム露光装置３４で描画するのに適している。

【発明が解決しようとする課題】

しかしながら、電子ビーム露光装置３４から放出された
電子ビームを半導体ウエーノ＼１４上に照射すると、半
導体ウェーハ１４が熱せられ、この熱が試料ホルダ１２
及びＸ−ＹステージｌＯに伝導してＸ−Ｙステージ１０
の温度が上昇する。また、電子ビームの軌跡を制御する
ために電子ビーム露光装置３４に内蔵されたコイルに電
流を流すと、この時発生する熱によりｘ−Ｙステージｌ
Ｏ及び試料ホルダ１２が熱せられてこれらの温度が上昇
する。このため、Ｘ−Ｙステージ１０は熱膨張により、
例えば２点鎖線で示す如く変形する。 例えば、アルミニュームの熱膨張率は２５×１０−”？
ＦアＦ）、３０ｃｍのアルミニューム板は温度が１度上
昇すると７．５μｍも伸びる。したがって、固定側に対
する半導体ウェーハ１４の位置が同一であっても、信号
処理装置３０から出力される検出位置座標（Ｘ、Ｙ）が
χ−Ｙステージ１０の温度に応じて異なり、サブミクロ
ンの微細パターンを正確に描画するためには、精度の高
いレーザ干渉測長器１８を使用したのみでは不十分であ
る。 本発明の目的は、このような問題点に鑑み、微細パター
ンを高精度で描画することができる電子ビーム描画方法
及び装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段及びその作用】第１図は本
発明に係る電子ビーム描画装置の原理構成を示す。 図中、１は可動ステージであり、位置検出用マーク２が
配置されており、試料３、例えば半導体ウェーハ又はＸ
線マスクが載置される。 ４は測長器であり、可動ステージ１の位置を検出する。 ５はステージ制御装置であり、該検出位置に基づいて可
動ステージ１を目標位置に移動させる。 ６は電子ビーム露光装置であり、試料３に電子ビームを
照射してパターンを描画する。 この電子ビーム露光装置６は、位置検出用マーク２に電
子ビームを照射した際に照射点から放出された２次電子
を検出する２次電子検出器６ａと、該２次電子検出信号
を処理して位置検出用マーク２の位置を検出するマーク
位置検出手段６ｂと、該検出位置に基づいて該目標位置
を補正するだめの補正量を算出する補正量算出手段６ｃ
とを有し、実質的に該目標位置を該補正量で補正する。 「実質的に」とは、測長器３による検出位置を見かけ上
補正することにより、又は電子ビームを振らせる範囲を
シフトさせることにより、実質的に該目標位置を補正す
るのを含むことを意味する。 ここで、電子ビームを試料３に照射すると試料３が熱せ
られてこの熱が可動ステージ１に伝導し、また、電子ビ
ーム露光装置６に内蔵されたコイルに電流を流した時に
発生する熱により可動ステージ１が熱せられて、可動ス
テージ１の温度が徐々に上昇する。このため、可動ステ
ージ１は熱膨張により変形する。この変形は、測長器４
による可動ステージ１の位置検出値に影響するので、微
細パターンを描画する場合には無視できない。一方、試
料３に対する電子ビーム描画時間は通常数時間である。 しかし、本装置発明では、設定時間経過する毎に、可動
ステージｌの熱膨張による変形を、高精度測定が可能な
、対物レンズを備えた電子ビーム露光装置６で検出し、
可動ステージ１の目標位置座標を実質的に補正している
ので、微細パターンを高精度で描画することができる。 また、一般に電子ビーム露光装置６に備えられている２
次電子検出器６ａを用いて可動ステージ１の変形を検出
しているので、特別な高精度検出器を用いる必要がない
。 上記構成において、例えば、可動ステージｌはＸ−Ｙス
テージであり、測長器４はマイケルソン干渉計を用いた
レーザ干渉測長器であり、該Ｘ−Ｙステージには該マイ
ケルソン干渉計を構成する移動鏡が備えられている。こ
の場合、位置検出用マーク２を該移動鏡の近くに配置す
れば、上記補正量が正確になる。 また、該移動鏡と可動ステージ１との熱膨張の差が比較
的大きい等の理由により、可動ステージ１の温度変動で
該移動鏡に熱応力が働き、該移動鏡が可動ステージｌに
対して歪み、これが無視できない場合には、位置検出用
マーク２を該移動鏡の基板上端に配置することにより、
上記補正量がより正確になる。 本方法発明では、可動ステージ１上に試料３を載置し、
測長器４で可動ステージ１の位置を検出し、該検出位置
に基づいて可動ステージ１を目標位置に移動させ、試料
３に電子ビームを照射してパターンを描画する電子ビー
ム描画方法において、可動ステージｌに位置検出用マー
ク２を配置し、試料３に対する電子ビーム露光開始前及
び電子ビーム露光中の設定時間経過後に、位置検出用マ
ーク２に該電子ビームを照射して照射点から放出された
２次電子を検出し、該２次電子検出信号を処理して位置
検出用マーク２の位置を検出し、該検出位置に基づいて
該目標位置を補正するだめの補正量を算出し、実質的に
該目標位置を該補正量で補正する。 本方法発明の作用効果は上述の本装置発明のそれと同一
である。

【実施例】

以下、図面に基づいて本発明に係る電子ビーム描画方法
及び装置の実施例を説明する。 （１）第１実施例 第２図は電子ビーム描画装置の構成を示す。第６図と同
一構成要素には同一符号を付してその説明を省略する。 この電子ビーム描画装置は、Ｘ−Ｙステージ１０の上面
に、移動鏡１６Ｘの長手方向に沿って等間隔で５つの矩
形孔を形成し、それぞれの孔に位置検出用マーク３６１
〜３６５を嵌合接着し、同様に、移動鏡１６Ｙの長手方
向に沿って等間隔で４つの矩形孔を形成し、それぞれの
孔に位置検出用マーク３６６〜３６９を嵌合接着してい
る。位置検出用マーク３６１〜３６９は互いに同一形状
であり、第３図に示す如く、タンタル等の金属製矩形板
上に溝が刻設されている。すなわち、位置検出用マーク
３６ｉ　　（ｉ−１〜９）は、Ｘ方向位置を検出するだ
めのマーク３６ＸとＹ方向位置を検出するためのマーク
３６Ｙとからなり、マーク３６Ｘは図示Ｙ方向に平行に
溝が形成され、マーク３６Ｙは図示Ｘ方向に平行に溝が
形成されている。これら溝により突出した複数のバー３
６ａ、３６ｂの幅は、ある基準に従って変化している。 電子ビーム露光装置３４から射出された電子ビーム３８
をマーク３６Ｙ上に照射すると、照射点から２次電子４
０が放出され、不図示のグリッドで検出器４２側に導か
れてその量が検出器４２で検出される。検出器４２の検
出信号はアンプ４４で増幅された後、２値化回路４６で
２値化され、画像メモリ４８に格納される。画像メモリ
４８は、電子ビーム３８の走査信号に基づいてアドレス
指定される。画像処理回路５０は、画像メモリ４８に格
納された画像を処理して、電子ビーム照射装置３５の中
心線（無偏向時の電子ビーム経路の中心線）に対する、
例えばマーク３６Ｘの中央に位置するバー３６ａのＸ方
向位置ｄｘｌ及びマーク３６Ｙの中央に位置するバー３
６ｂのＹ方向位置ｄＹｔを検出して、これらを電子ビー
ム露光制御装置５２へ供給する。電子ビーム露光制御装
置５２は位置検出用マーク３６ｉの位置塵ｇ（ｄｘ＋。 ｄＹｔ　）に基づいてＸ−Ｙステージ１０の目標位置（
Ｘ、、Ｙ、）を補正する。 第４図はこの補正量の算出手順を示す。なお、本案では
半導体ウェーハ１４の熱膨張を考慮していない（本案と
は別の手段で解決される）のでこれを無視する。 （６０）予め設定した時間が経過しているかどうかを判
定する。この設定時間は、描画開始前の時点と、この時
点から例えば１時間間隔の時点である。設定時間を経過
していなければ、（６２）半導体ウェーハ１４に対し、
設計データに基づいて電子ビーム露光処理を行う。 （６４）設定時間を経過しておれば、この設定時間を次
の設定時間に更新し、また、位置検出用マーク３６ｉの
ｉを１に初期設定する。 （６６）描画装置調整の際に予め測定して定められた位
置検出用マーク３６ｉの位置座標（Ｘｌ、。 Ｙ、。）をｘ−Ｙステージコントローラ３２へ供給して
、位置検出用マーク３６ｉを電子ビーム照射装置３５の
略中心線上に位置させる。Ｘ−Ｙステージコントローラ
３２から一致信号を受は取ると、上述の如く位置検出用
マーク３６ｉ上を電子ビーム３８で走査して、電子ビー
ム照射装置３５の中心線に対する位置検出用マーク３６
ｉの位置座標（ｄｘ＋　、　ｄｙ＋　）を検出し、これ
をメモリに記憶しておく。 （６８）ｉの値をインクリメントする。 （７０）ｉの値が位置検出用マーク３６１の個数ｎ（本
実施例の場合、ｎ−９）以下であれば、上記ステップ６
６へ戻って処理を繰り返す。 ｉｎｎとなった場合には、 （７２）ステップ７２を通るのが初回、すなわち描画開
始前であれば、上記ステップ６０へ戻る。 （７４）初回でなければ、位置検出用マーク３６ｉ　　
（ｉ＝１〜ｎ）の、初回検出した位置座標と今回検出し
た位置座標との差（Δｄｘ＋　、　　Δｄｙ＋　）を求
め、これらの値から、ｘ−Ｙステージ１０をステップ駆
動して停止させる目標位置（χ。。 Ｙ、）の補正量（Δｘｏ、△Ｙ０）を算出する。 補正量は、温度分布や熱応力分布の不均一により第１図
２点鎖線で示すように必ずしも歪みが均一とは限らない
ので、目標位置（Ｘ、、Ｙｏ）により異なる。補正量の
算出は、例えば、マイケルソン干渉器２６Ｘから射出さ
れたレーザビームが、第２図に示すように位置検出用マ
ーク３６３と３６４をに：（１−ｋ）に内分する点に相
当する移動鏡１６Ｘ上に当たる場合には、 △Ｘｏ　＝　（ｌｋ）Δｄｘａ＋にΔｄｘａを求める。 ｋの値は目標位置（ＸＯ，Ｙ、）から定まる。ΔＹの算
出についてもΔＸの算出と同様である。補正量（ΔＸ　
Ｏ＋　ΔＹ、）をより正確に算出するには、実際に補正
量を測定し実験式を用いればよい。 この補正量は、上記ステップ６２での処理において、電
子ビーム露光装置３４からＸ−Ｙステージコントローラ
３２へ供給される目標位置座標（Ｘ、、Ｙ、）に加えら
れる。 （２）第２実施例 第２図において、移動鏡１６Ｘ、１６ＹとＸＹステージ
１０との間に働く熱応力により、ＸＹステージ１０に対
し移動鏡１６Ｘ及び１６Ｙが無視できない程度変形する
場合には、ｘ−Ｙステージ１０上に位置検出用マーク３
６１〜３６９を配置しても上述の補正を正確に行うこと
ができない。そこで、本実施例では、第５図に示す如く
、移動鏡１６Ｘの上端面に等間隔で５つの矩形孔を形成
し、それぞれの孔に位置検出用マーク３６１〜３６５を
嵌合接着させている。他の点は上記第１実施例と同一で
ある。

【発明の効果】 以上説明した如く、本発明に係る電子ビーム描画方法及
び装置では、設定時間経過する毎に、可動ステージの熱
膨張による変形を、高精度測定が可能な、対物レンズを
備えた電子ビーム露光装置で検出し、可動ステージの目
標位置座標を実質的に補正しているので、微細パターン
を高精度で描画することができるという効果を奏する。 また、一般に電子ビーム露光装置に備えられている２次
電子検出器を用いて可動ステージの変形を検出している
ので、特別な高精度検出器を用いる必要がないという効
果も奏する。 さらに、可動ステージをＸ−Ｙステージとし、測長器を
マイケルソン干渉計を用いたレーザ干渉・測長器とし、
ｘ−Ｙステージにマイケルソン干渉計を構成する移動鏡
を備えた場合には、位置検出用マークを移動鏡の近（に
配置することにより、上記補正量が正確になるという効
果を奏する。 また、移動鏡と可動ステージとの熱膨張の差が比較的大
きい等の理由により、可動ステージの温度変動で該移動
鏡に熱応力が働き、該移動鏡が可動ステージに対して歪
み、これが無視できない場合には、位置検出用マークを
移動鏡の基板上端に配置することにより、上記補正量が
より正確になるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電子ビーム描画方法及び装置の原
理構成を示すブロック図である。 第２図乃至第４図は本発明に係る電子ビーム描画方法及
び装置の第１実施例に係り、 第２図は電子ビーム描画装置の全体構成図、第３図は、
位置検出用マークに電子ビームを照射している状態を示
す、電子ビーム露光装置の要部構成図、 第４図はステージ目標位置補正量算出手順を示すフロー
チャートである。 第５図は本発明に係る第２実施例の電子ビーム描画装置
で用いられる位置検出用マークの配置を示す斜視図であ
る。 第６図は従来の電子ビーム描画装置の全体構成図である
。 図中、 ｌＯはｘ−Ｙステージ １２は試料ホルダ １４は半導体ウェーハ １６Ｘ、１６Ｙは移動鏡 １８はレーザ干渉測長器 ２４はビームスプリッタ ２６Ｘ、２６Ｙはマイケルソン干渉器 ３５は電子ビーム照射装置 ６１〜３６９は位置検出用マーク ８は電子ビーム ０は２次電子 ２は検出器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）、可動ステージ（１）上に試料（３）を載置し、測
   長器（４）で該可動ステージの位置を検出し、該検出位
   置に基づいて該可動ステージを目標位置に移動させ、該
   試料に電子ビームを照射してパターンを描画する電子ビ
   ーム描画方法において、 該可動ステージに位置検出用マーク（２）を配置し、 該試料に対する電子ビーム露光開始前及び電子ビーム露
   光中の設定時間経過後に、該位置検出用マークに該電子
   ビームを照射して照射点から放出された２次電子を検出
   し、 該２次電子検出信号を処理して該位置検出用マークの位
   置を検出し、 該検出位置に基づいて該目標位置を補正するための補正
   量を算出し、 実質的に該目標位置を該補正量で補正することを特徴と
   する電子ビーム描画方法。 ２）、試料（３）が載置される可動ステージ（１）と、
   該可動ステージの位置を検出する測長器（４）と、該検
   出位置に基づいて該可動ステージを目標位置に移動させ
   るステージ制御装置（５）と、該試料に電子ビームを照
   射してパターンを描画する電子ビーム露光装置（６）と
   を有する電子ビーム描画装置において、 該可動ステージには位置検出用マーク（２）が配置され
   、 該電子ビーム露光装置（６）は、 該位置検出用マークに該電子ビームを照射した際に照射
   点から放出された２次電子を検出する２次電子検出器（
   ６ａ）と、 該２次電子検出信号を処理して該位置検出用マークの位
   置を検出するマーク位置検出手段（６ｂ）と、 該検出位置に基づいて該目標位置を補正するための補正
   量を算出する補正量算出手段（６ｃ）とを有し、 実質的に該目標位置を該補正量で補正することを特徴と
   する電子ビーム描画装置。 ３）、前記可動ステージ（１）はＸ−Ｙステージであり
   、 前記測長器（４）はマイケルソン干渉計を用いたレーザ
   干渉測長器であり、 該Ｘ−Ｙステージには該マイケルソン干渉計を構成する
   移動鏡が備えられ、 前記位置検出用マーク（２）は該移動鏡の近くに配置さ
   れていることを特徴とする請求項２記載の装置。 ４）、前記位置検出用マーク（２）は前記移動鏡の基板
   上端に配置されていることを特徴とする請求項３記載の
   装置。