JPH06275502A - 荷電粒子ビーム露光装置のチャージアップ物質付着量測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】チャージアップ物質の付着程度を定量的に把握
し、矩形スリットやブロックマスクの交換時期を的確に
測定して、露光途中の交換作業を回避し、以て露光動作
の連続性を確保することにある。 【構成】本発明は、矩形スリット又は異形スリットを形
成したスリット部材に第１の定電圧を印加しながら該矩
形スリット又は異形スリットを通過した荷電粒子ビーム
の試料上における照射位置を測定する第１のステップ
と、前記スリット部材に第１の定電圧とは異なる大きさ
の第２の定電圧を所定時間印加する第２のステップと、
前記スリット部材に第１の定電圧を印加しながら再び荷
電粒子ビームの試料上における照射位置を測定する第３
のステップと、前記２つの測定値の差に基づいて前記矩
形スリット又は異形スリットに付着するチャージアップ
物質の付着程度を測定する第４のステップと、を含むこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、荷電粒子ビーム露光装
置に関し、詳細には、可変矩形スリットや各種の異形ス
リットを用いて粒子ビームを成形し、該成形後の粒子ビ
ームを試料表面に照射して該試料上に所望形状の微細パ
ターンを描画する荷電粒子ビーム露光装置のチャージア
ップ物質付着量測定方法に関する。

【０００２】電子ビームやイオンビームあるいはＸ線を
用いた荷電粒子ビーム露光では、ビームをきわめて先鋭
に絞り込むことができるため（例えば電子ビームで数オ
ングストローム）、今までの光を用いた露光に比べて遥
かに微細なパターン（例えば０．３μｍ以下）の描画が
可能で、近時の高密度化した半導体集積回路に好適な露
光技術として注目されている。

【０００３】しかし、かかる半導体集積回路にあって
は、その膨大なパターン情報に対応して露光時間が長い
という欠点があり、実用化の観点でより一層のスループ
ット向上が求められている。

【０００４】

【従来の技術】第１の従来例 図５は荷電粒子ビーム露光装置（以下「露光装置」）の
概念構成図である。この図において、電子銃１から発射
された荷電粒子ビーム（ここでは「電子ビーム」）は、
第一矩形スリット２によってその断面形状が矩形状に成
形され、レンズ３を通過した後、スリット偏向器４によ
って適宜の偏向操作を受けながら第二矩形スリット５を
通過する。ここで、第二矩形スリット５を通過後の荷電
粒子ビームの断面形状は、スリット偏向器４による偏向
量に応じて適宜に変化する可変矩形であり、最終的に、
この可変矩形と相似の縮小パターンが試料６（例えばウ
エハ）の表面に露光される。

【０００５】なお、７は縮小レンズ、８は絞りアパーチ
ャ、９は第１の投影レンズ、１０は第２の投影レンズ、
１１は試料偏向器、１２_X 、１２_Y は試料６を載置した
ステージ（図示略）をＸ−Ｙ方向に自在に移動するステ
ージ移動機構である。これによれば、露光パターン情報
に基づいてスリット偏向器４の偏向量を制御することに
より、様々な大きさの可変矩形パターンを試料６に露光
できるものの、可変矩形パターンをつなぎ合わせて所望
のパターンを形成するため、露光時間が長くスループッ
トの向上を望めないという欠点がある。

【０００６】第２の従来例 かかる欠点を解決した他の従来例として、ブロックマス
クを用いた荷電粒子ビーム露光装置が知られている。こ
の装置は、複雑な露光パターンも単純な何種類かのパタ
ーンの繰返しで形成されることが多いことに着目し、こ
の繰返しパターンと同形状の異形スリットを形成したブ
ロックマスクを用い、ショット的に露光を行うようにし
たものである。

【０００７】これによれば、例えば、ブロックマスクを
いくつかのエリアに分け、それぞれのエリアに所要形状
の異形スリットを形成し（図１参照）、パターン情報に
基づいて選択した異形スリットと相似の縮小パターンを
試料表面にショット露光するため、可変矩形をつなぎ合
わせるやり方（第１の従来例）よりも露光時間を短縮で
き、スループットを向上できる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、露光中、常
に荷電粒子ビームに晒され続ける矩形スリットや異形ス
リットには、汚損物質（いわゆる「チャージアップ物
質」）が付着し易く、この物質に帯電した電荷の影響で
荷電粒子ビームの光軸が微妙に曲げられてしまうため、
矩形スリットやブロックマスクを交換しなければならな
いが、コストの点から、かかる矩形スリットやブロック
マスクの交換時期をできるだけ先に延ばして限界まで使
用することが求められる。こうした背景から、上記第１
又は第２の従来例にあっては、荷電粒子ビームの光軸の
ずれが許容値以上となったときに、交換作業を行うよう
にしていた。

【０００９】しかしながら、『荷電粒子ビームの光軸の
ずれが許容値以上となるとき』は、当然、露光作業の途
中にも起り得るから、この場合、露光作業の連続性が損
なわれてしまうという問題点がある。 ［目的］そこで、本発明の目的は、チャージアップ物質
の付着程度を定量的に把握し、矩形スリットやブロック
マスクの交換時期を的確に予測して、露光途中の交換作
業を回避し、以て露光動作の連続性を確保することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、矩形スリット又は異形スリットを形成し
たスリット部材に第１の定電圧を印加しながら該矩形ス
リット又は異形スリットを通過した荷電粒子ビームの試
料上における照射位置を測定する第１のステップと、前
記スリット部材に第１の定電圧とは異なる大きさの第２
の定電圧を所定時間印加する第２のステップと、前記ス
リット部材に第１の定電圧を印加しながら再び荷電粒子
ビームの試料上における照射位置を測定する第３のステ
ップと、前記２つの測定値の差に基づいて前記矩形スリ
ット又は異形スリットに付着するチャージアップ物質の
付着程度を測定する第４のステップと、を含むことを特
徴とする。

【００１１】

【作用】チャージアップ物質に蓄積される電荷量は、そ
の付着程度と矩形スリット又は異形スリットへの印加電
圧（第１の定電圧と第２の定電圧の電位差；一定）によ
ってほぼ決まり、また、電荷量はステップ１とステップ
３におけるビーム位置測定値の差でよく表される。

【００１２】従って、当該測定値の差から矩形スリット
又は異形スリットを形成したスリット部材の次回の交換
時期を予測することができ、例えば、差が大きい場合に
は、露光動作に先立って交換作業を行っておくと、露光
途中の交換作業を回避して露光動作の連続性を確保でき
る。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１〜図３は本発明に係る荷電粒子ビーム露光装
置のチャージアップ物質付着量測定方法の一実施例を示
す図である。なお、図５と共通の構成要素には、同一の
符号を付すとともに、その説明を省略する。

【００１４】図１において、２０は複数のエリア（図で
はＡ、Ｂの２つ）のそれぞれに各種の異形スリット（以
下「ブロックパターン」）Ａ_i 、Ｂ_i （ｉは１、２、
３、４、……）を形成したブロックマスク（スリット部
材）、２１は１つのブロックパターン内の異形スリット
を選択するためのマスク副偏向器、２２ａ〜２２ｄはブ
ロックパターンを選択するためのマスク主偏向器、２３
_X 、２３_Y はブロックマスク２０のエリアを選択するた
めのマスク移動機構である。

【００１５】図２はブロックマスク２０の平面図、図３
は断面図である。ブロックマスク２０は、シリコン（Ｓ
ｉ）等の半導体基板２０ａに、様々な形状の異形スリッ
ト（図では代表してＡ₁ 〜Ａ₄ ）を表裏貫通で形成する
とともに、一方の面に絶縁膜（Ｓ_i Ｎ₂ 又はＳ_i Ｎ等）
２０ｂと金属膜２４_Ai、２４_Bi（但し、Ａ、Ｂはエリア
番号、ｉはブロック番号）とを層状に被着して構成す
る。金属膜２４_Ai、２４ _Biは、エリアＡ、Ｂ毎又はブロ
ックパターンＡ_i 、Ｂ_i 毎（図示の例では、ブロックパ
ターン毎）に電気的に独立しており、それぞれの金属膜
２４_Ai、２４_Biの先は、図外の電圧印加部に接続されて
いる。なお、金属膜２４_Ai、２４_Biの材料は、例えば、
金（Ｃｕ）、タンタル（Ｔａ）又はタングステン（Ｗ）
あるいはこれらを含む合金が望ましい。

【００１６】このような構成において、本実施例では、
露光作業に先立って以下のステップを含む測定シーケン
スを順次に実行する。ステップ１ まず、任意のブロックパターン（以下、便宜的にＡ₁ ）
を選択し、そのパターンＡ₁ の配線膜２４_A1に第１の定
電圧（好ましくグランド電位の電圧）を印加する。そし
て、このときの試料６の表面上における荷電粒子ビーム
の照射位置（座標）を測定する。便宜的にこのときの測
定値を「α」とする。なお、測定の仕方としては、試料
６の表面に基準マークを形成しておき、その基準マーク
から照射位置までの距離と方向を測定するようにしても
よい。

【００１７】ステップ２ 次いで、ブロックパターンＡ₁ の配線膜２４_A1に、第１
の定電圧とは異なる第２の定電圧を所定時間印加し続け
る。これにより、ブロックパターンＡ₁ のチャージアッ
プ物質に、第１の定電圧と第２の定電圧との電位差（第
１の定電圧をグランド電位とすると第２の定電圧の電位
そのもの）を電源とする電荷が蓄積され、且つ、その蓄
積量はチャージアップ物質の付着程度に相関する。

【００１８】ステップ３ 次に、ブロックパターンＡ₁ の配線膜２４_A1に、ステッ
プ１と同じ第１の定電圧を印加しながら、このときの試
料６の表面上における荷電粒子ビームの照射位置（座
標）を再び測定し（便宜的にこのときの測定値を「β」
とする）、ステップ１における測定値αと今ステップに
おける測定値βとの差Δを演算する。

【００１９】ステップ４ そして、この差Δに基づいてブロックパターンＡ₁ に付
着したチャージアップ物質の付着程度を測定し、この付
着程度から次回のブロックマスク２０の交換時期を予測
する。例えば、差Δが小さければ、蓄積電荷量が少な
く、従ってチャージアップ物質の付着程度も少ないか
ら、次回のブロックマスク２０の交換時期はまだ先であ
ると予測され、一方、差Δが大きければ、蓄積電荷量が
多く、従ってチャージアップ物質の付着程度も多いか
ら、次回のブロックマスク２０の交換時期が近いと予測
される。

【００２０】その結果、交換時期が近く、しかもその時
期がこれから行おうとする露光期間に入ってしまう場合
には、当該露光作業に先立ってブロックマスク２０を交
換しておけば、露光途中の交換作業を回避でき、露光動
作の連続性を確保することができる。なお、実施例で
は、ブロックパターンＡ_i 、Ｂ_i 毎に電気的に独立した
配線膜２４_Ai、２４_Biを設けているが、これに限るもの
ではなく、エリアＡ、Ｂ毎に設けてもよく、又は、
ブロックマスク２０全体で１つの配線膜を設けてもよ
い。エリア単位又はブロックマスク単位に、チャージア
ップ物質の付着程度を測定できる。

【００２１】また、実施例では、半導体基板２０ａの一
方面に絶縁膜２０ｂを介して配線膜２４_Ai、２４_Biを形
成しているが（図３参照）、例えば、図４に示すよう
に、絶縁膜を介さずに半導体基板２０ａに直接、配線膜
２４_Ai、２４_Biを形成するようにしてもよい。こうする
と、絶縁膜内への２次電子の捕捉（これも一種のチャー
ジアップ現象）がなくなり、露光精度の点でより好まし
いものとすることができる。この場合のブロックパター
ン間の電気的絶縁は、基板２０ａが半導体（好ましくは
Ｓｉ）であるため、第２の定電圧が１０〜１００Ｖ程度
であれば、隣接するブロックパターン間にきわめて微小
な電流が流れる程度で、帯電することはなく動作上の支
障はない。

【００２２】また、実施例では、ブロックマスク方式の
荷電粒子ビーム露光装置への適用例を示したが、冒頭の
第１の従来例のような可変矩形スリット方式の荷電粒子
ビーム露光装置にも適用できるのは勿論である。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、チャージアップ物質の
付着程度を定量的に把握して矩形スリットやブロックマ
スクの交換時期を的確に予測できる。従って、露光途中
の交換作業を回避し、以て露光動作の連続性を確保する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の全体構成図である。

【図２】一実施例のブロックマスクの部分平面図であ
る。

【図３】一実施例のブロックマスクの部分断面図であ
る。

【図４】一実施例の他のブロックマスクの部分断面図で
ある。

【図５】可変矩形スリット方式の荷電粒子ビーム露光装
置の全体構成図である。

【符号の説明】

Ａ_i 、Ｂ_i ：ブロックパターン（異形スリット） ５：第二矩形スリット（矩形スリット） ６：試料 ２０：ブロックマスク（スリット部材）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】矩形スリット又は異形スリットを形成した
   スリット部材に第１の定電圧を印加しながら該矩形スリ
   ット又は異形スリットを通過した荷電粒子ビームの試料
   上における照射位置を測定する第１のステップと、 前記スリット部材に第１の定電圧とは異なる大きさの第
   ２の定電圧を所定時間印加する第２のステップと、 前記スリット部材に第１の定電圧を印加しながら再び荷
   電粒子ビームの試料上における照射位置を測定する第３
   のステップと、 前記２つの測定値の差に基づいて前記矩形スリット又は
   異形スリットに付着するチャージアップ物質の付着程度
   を測定する第４のステップと、を含むことを特徴とする
   荷電粒子ビーム露光装置のチャージアップ物質付着量測
   定方法。
2. 【請求項２】前記第１の定電圧は、グランド電位の電圧
   であることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム
   露光装置のチャージアップ物質付着量測定方法。