JPH09251941A

JPH09251941A - 荷電粒子ビーム露光方法及びその装置

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Publication number: JPH09251941A
Application number: JP8058661A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Kawakami; 研一川上; Hiroshi Yasuda; 洋安田; Akio Yamada; 章夫山田; Tatsuro Okawa; 達朗大川; Mitsuhiro Nakano; 光浩中野
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1996-03-15
Filing date: 1996-03-15
Publication date: 1997-09-22
Anticipated expiration: 2016-03-15
Also published as: JP3460769B2

Abstract

(57)【要約】【課題】スループットを上げるために荷電粒子ビーム量
を高くして短時間で露光する場合に、ウエハが膨張して
位置ずれが生じるのを防止する。【解決手段】露光データに基づいて露光パターンの形状
にした荷電粒子ビームを試料上の所望の位置に偏向して
照射する荷電粒子ビーム露光方法において、試料に照射
された荷電粒子ビーム量に基づいて、荷電粒子ビームの
照射に伴う該試料の膨張率を求める工程と、膨張率に基
づいて、照射位置のずれを補正量として求める工程と、
補正量を加えた偏向量で荷電粒子ビームを偏向して試料
に照射する工程とを有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビーム等の荷
電粒子ビームを利用して露光を行なう荷電粒子ビーム露
光方法にかかり、短時間でウエハ表面を露光する場合に
発生するウエハの熱膨張に伴う露光位置の補正を行うこ
とができる荷電粒子ビーム露光方法及びその装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】荷電粒子ビーム露光方法の一つである電
子ビーム露光方法（以下簡単の為に電子ビーム露光方法
を例にして説明する。）は、高解像度とパターン生成能
力を兼ね備えたリソグラフィツールであり、レチクルの
露光や半導体ウエハへの直接露光等に用いられている。
しかしながら、一般に電子ビーム露光方法は、描画する
バターンについての電子データに基づいて所望の描画パ
ターン演算し、そのパターンの電子ビームをレチクルや
ウエハ等に次々に照射しながら露光を行う。しかも、一
回の照射で露光できる領域は比較的に狭く、１つのチッ
プ領域を露光する為には、チップを複数に分割したフィ
ールド内に所定パターンで照射するステップを複数回繰
り返す必要がある。従って、露光に長時間を要し、光を
利用したステッパ露光方法に比べてスループットが悪い
という欠点を持つ。

【０００３】従って、現在では、電子ビーム露光方法
は、レチクルの露光工程で利用されたり、新デバイスの
試作の露光工程で利用されるのが主である。そして、そ
のようにして作成されたレチクルマスクを利用して、光
を利用したステッパ露光方法により大量のウエハに対し
て露光を行い、半導体装置の大量生産を可能にしている
のが現状である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
装置、例えば大容量のＤＲＡＭ（ダイナミック・ランダ
ム・アクセスメモリ）等は、将来においてより高密度、
微細化が要求され、従来のステッパ露光方法では解像度
の点で対応できなくなることが予想される。

【０００５】そこで、２５６ＭビットのＤＲＡＭを製造
する為には、微細化の観点から電子ビーム露光方法によ
りウエハを直接露光する技術が必要不可欠になってきて
いる。その為、前述した従来のスループットの悪さを克
服する必要があり、またスループットを上げるに伴い露
光精度の改善も更に克服すべき課題である。

【０００６】電子ビームをウエハに直接露光する技術を
半導体量産技術として考えると、例えば、８インチのウ
エハ１枚を５分程度で描画することが必要条件となる。
このような短時間での露光を実現する為には、従来から
提案されているブロック露光方法やブランキング・アパ
ーチャー・アレイ方法などが利用されと考えられる。こ
の方法は、可変矩形ビームを数ショット分組み合わせた
汎用パターンを１ショットで露光するものであり、数倍
のスループットの改善が見込まれる。しかしながら、そ
の一方で、単位時間あたりにウエハに照射される電子ビ
ームの量も数倍になる。

【０００７】ところで、電子ビーム電流は、電子間のク
ーロン相互作用によって像がぼけることが制限となり、
例えば０．２μｍを解像するためには２−４μＡが限界
と言われている。それ以上のビーム電流にするとビーム
中の電子間の反発により照射像がぼけてしまう。従っ
て、例えば０．２μｍ程度のビーム電流が解像度の観点
から限界と言える。そこで、加速電圧を５０ｋＶとする
と、０．１−０．２Ｗのエネルギーがウエハに照射され
ることになり、５分間（３００秒）では３０−６０Ｊ
（ジュール）の熱エネルギーをウエハに供給することに
なる。ウエハから装置のホルダーにこの熱エネルギーの
５０％が伝導して消滅するとしても、８インチのウエハ
の熱容量が約１６Ｊ／Ｋとすると、ウエハには１−２℃
の温度上昇が起こることになる。Ｓｉウエハの場合、線
膨張係数が２．６ppm/K とすると、膨張率が３−５ppm
（point per meter,１ｍ当たりに膨張するμｍ) の熱膨
張が発生する。

【０００８】今仮に、８インチ（約１５ｃｍ）のウエハ
を考えると、３−５ppm の膨張率では実際に発生する熱
膨張によるずれは、０．４５−０．７５μｍ程度とな
る。中心からのずれ量としても、その半分の約０．３μ
ｍ程度となるので、０．２μｍ程度の線幅を要求される
２５６ＭＤＲＡＭの製造では、無視出来ない問題であ
る。

【０００９】そこで、従来から行なわれている位置合わ
せ用のマークを検出してどの程度膨張しているかを認識
し、その分補正を加えることも考えられるが、わずか１
ウエハに対して５分程度の露光を行なうのに、その間で
複数回のマーク検出工程を挿入することはスループット
の向上に反するものであり、現実的な解とはいえない。

【００１０】そこで、本発明の目的は、高集積度を有す
る半導体集積回路を量産するに際しての露光工程とし
て、荷電粒子ビームをウエハに直接照射して露光パター
ンを描画することができる荷電粒子ビーム露光方法及び
その装置を提供することにある。

【００１１】また、本発明の目的は、量産工程で使用で
きる程度にスループットを向上させた荷電粒子ビーム露
光方法及びその装置を提供することにある。

【００１２】また、本発明の目的は、量産工程で使用で
きる程度にスループットを向上させても荷電粒子ビーム
の照射による熱膨張の影響を補正することができる荷電
粒子ビーム露光方法及びその装置を提供することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、本発明に
よれば、露光データに基づいて露光パターンの形状にし
た荷電粒子ビームを試料上の所望の位置に偏向して照射
する荷電粒子ビーム露光方法において、該試料に照射さ
れた荷電粒子ビーム量に基づいて、該荷電粒子ビームの
照射に伴う該試料の膨張率を求める工程と、該膨張率に
基づいて、前記の照射位置のずれを補正量として求める
工程と、前記補正量を加えた偏向量で荷電粒子ビームを
偏向して該試料に照射する工程とを有することを特徴と
する荷電粒子ビーム露光方法を提供することにより達成
される。

【００１４】露光工程のスループットを上げる為に、照
射ビーム量を最大限に大きくするとそれに伴いウエハ等
の試料の温度が上昇して熱膨張を発生する。かかる熱膨
張は、照射されるビーム量に基づいて再現性を持って発
生する。従って、照射ビーム量を監視することで、発生
する膨張率を検出することができる。そして、照射位置
毎の熱膨張分のズレ量を補正量として加えて、ビームの
偏向を行なうことで、正確な露光工程を実現することが
できる。

【００１５】照射された荷電粒子ビーム量は、荷電粒子
発生部からのビーム密度と、前記露光パターンの密度か
ら演算して求めることができる。また、荷電粒子ビーム
の照射に伴って試料を保持したホルダーから流出する電
流量に基づいて求めることもできる。更に、荷電粒子ビ
ームの照射に伴って試料から反射する電子量に基づいて
求めることもできる。

【００１６】前記の膨張率を求める工程では、該試料の
熱容量、該試料を保持するホルダーの熱容量及び該試料
とホルダーとの間の熱伝導率、及び前記照射された荷電
粒子ビーム量に基づく熱エネルギーから該膨張率が求め
られる。

【００１７】また、上記の目的は、別の発明によれば、
露光データに基づいて露光パターンの形状にした荷電粒
子ビームを試料上の所望の位置に偏向して照射する荷電
粒子ビーム露光方法において、該試料に照射された荷電
粒子ビーム量に基づいて、該荷電粒子ビームの照射に伴
う該試料の膨張率を求める工程と、熱膨張に基づく該試
料の移動量と回転量を求める工程と、該膨張率、移動
量、回転量に基づいて、前記の照射位置のずれを補正量
として求める工程と、前記補正量を加えた偏向量で荷電
粒子ビームを偏向して該試料に照射する工程とを有する
ことを特徴とする荷電粒子ビーム露光方法を提供するこ
とにより達成される。

【００１８】熱膨張に伴い、ウエハの中心位置等も移動
し回転する。かかる位置の移動量と回転量を求めること
で正確な位置にビームを照射することができる。

【００１９】熱膨張に基づく試料の移動量と回転量を求
める工程では、あからじめ膨張率に対応して発生する試
料の移動量及び回転量を測定し、前記試料の移動量と回
転量を、該膨張率に対応する該測定済の移動量及び回転
量に従って求める。

【００２０】或いは、前記熱膨張に基づく試料の移動量
と回転量を求める工程は、該試料に形成したマークの位
置を検出して、該試料の前記移動量と回転量を求める。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。しかしながら、本発明
の技術的範囲はかかる実施の形態に限定されない。ま
た、以下電子ビーム露光方法を例にして説明するが、本
発明は電子ビームに限定されず荷電粒子ビームであれば
いずれでも適用することができる。

【００２２】［本発明の基本的な原理］図１は、本発明
者らが実際に電子ビーム露光装置を用いてシリコンウエ
ハに対して６分間の電子ビーム照射と６分間のビームオ
フを交互に行なった場合のウエハ膨張率を測定した結果
である。加速電圧は５０ｋＶで、電流量は３μＡの電子
ビームをシリコンウエハの中央部に照射した。この実験
結果から明らかな通り、６分間の照射中にシリコンウエ
ハは約４ppm 前後膨張し、６分間の照射オフの間に同程
度収縮することが、図１より明らかである。上述した通
り、８インチウエハでは、ウエハ中心から考えても約
０．３μｍの膨張になり、好ましくない。０．２μｍ程
度の線幅を実現する為には、せいぜいその１０−２０分
の１程度のずれにする必要があり、図１の例では、例え
ば０．２ppm 程度に熱膨張を抑える必要がある。

【００２３】本発明での電子ビーム露光は、大電流を用
いて５分程度で１枚のウエハを描画しなければならない
ため、その間では電子ビーム照射による熱的影響が支配
的になる。そこで、照射した電子ビームの電流量を主に
考慮すれば、試料であるウエハの膨張を精度良く予測す
ることができる。そこで、その予測した膨張に従ってビ
ームの照射位置を補正することで、高精度の重ね合わせ
露光を行なうことが可能になる。

【００２４】図２は、５０ｋＶ，３μＡの電子ビームを
６分間にわたってシリコンウエハの中心部分に照射した
時に生じたウエハ各部の位置ずれを示すグラフである。
横軸は各マークのＸまたはＹ座標で、縦軸はそれぞれの
位置ずれ量を示す。

【００２５】図３は、上記図２の実験に使用したシリコ
ンウエハ１０上のマークを示す図である。Ｘ方向に９
個、Ｙ方向に９個のマークが十文字状に配置して設けら
れている。

【００２６】図２に戻って、黒点で示されたほうが図３
の横方向（Ｘ方向）に配置された９つのマークの位置ず
れを測定したものである。従って、横軸はウエハ上での
マークのＸ座標、縦軸はＸ方向の位置ずれ量である。ま
た、白点で示されたのが、図３の縦方向（Ｙ方向）に配
置された９つのマークの位置ずれを測定したものであ
り、横軸はウエハ上でのマークのＹ座標、縦軸はＹ方向
の位置ずれ量である。

【００２７】図２に示される通り、各マークの位置ずれ
の量は、ウエハ上の位置座標の一次関数で表されてい
る。従って、ウエハの中央部分にのみしか電子ビームを
照射していないのにもかかわらず、シリコンウエハはほ
ぼ均一にかつ等方的に膨張していることが理解される。
即ち、シリコン基板は十分に熱伝導率が高く、０．２Ｗ
程度の発熱量では温度分布は殆ど生じないことが理解さ
れる。

【００２８】従って、ウエハに照射される電子ビームの
エネルギーとウエハとウエハホルダとの間の熱伝導率及
びウエハとホルダの熱容量を考慮することで、電子ビー
ム照射による温度変化の時間的な応答特性を計算するこ
とができ、ウエハ自体の温度変化を再現性良く予測する
ことができる。ウエハの温度変化が予測できれば、それ
に従ってウエハ上の位置に応じて熱膨張による位置ずれ
補正量を知ることができる。本発明では、かかる原理を
利用している。

【００２９】図４は、ウエハの熱容量（Ｃｗ）を１６Ｊ
／Ｋ、ホルダーの実効的な熱容量（Ｃｈ）を５００Ｊ／
Ｋ、ウエハ・ホルダー間の熱伝導（Ｋｗｈ）を０．０９
Ｗ／Ｋ、電子ビームによりウエハに供給される熱エネル
ギー（Ｐｅｂ）を０．１５Ｗ（Ｊ／ｓｅｃ）として６分
間のビーム照射と６分間の照射オフを繰り返した時のウ
エハの膨張率を計算したシュミレーション結果である。

【００３０】このシュミレーションに使用する具体的な
演算式は、次の通りである。

【００３１】 ΔＥｗ＝｛Ｐｅｂ−（ｔｗ−ｔｈ）×Ｋｗｈ｝×ΔＴ Δｔｗ＝ΔＥｗ／Ｃｗ ΔＥｈ＝（ｔｗ−ｔｈ）×Ｋｗｈ×ΔＴ Δｔｈ＝ΔＥｈ／Ｃｈ但し、Ｔ：経過時間ｔｗ：ウエハの温度ｔｈ：ホルダーの温度Ｅｗ：ウエハの持つ熱エネルギーＥｈ：ホルダーの持つ熱エネルギー ΔＴ秒後のウエハとホルダーの温度及び熱エネルギーの
変化は上記の演算式により再現性良く求めることができ
る。そして、ウエハに供給される熱エネルギーＰｅｂ
を、例えばビーム密度とそのパターンの面積或いは平均
パターン密度の積により求めることができる。通常、電
子ビーム装置の電子銃のビーム密度は設定値により設定
され、また、パターン密度は露光データから予め知るこ
とができる。従って、１つのウエハ内でのビーム密度と
パターン密度が所定の値に決まれば、単位時間あたりに
ウエハに供給される熱エネルギーは、ビーム密度とパタ
ーン密度の積に所定の係数を乗じた値として求められ
る。

【００３２】上記の演算式に従って単位時間毎のウエハ
の温度の変化を求めることができる。ウエハの温度ｔｗ
が求められれば、それに膨張係数（例えばシリコンウエ
ハの場合は、２．６（ppm/K ））を乗じることで、膨張
率を求めることができる。

【００３３】図３中の黒点で示されたのが、上記のシミ
ュレーションによる結果であり、白点で示されたのが、
実際の実験結果である。従って、シミュレーションは実
験結果と極めて近似していることが明らかである。

【００３４】上記のシミュレーションモデルを基準にし
て、ウエハに供給される熱エネルギーを、例えばビーム
電流密度と露光のパターン密度から求めて演算すれば、
露光中のウエハの熱膨張の様子を高精度に予測すること
ができる。また、ビーム電流量だけではなく、実際に照
射されるビーム量に対応する物理的な値、例えばウエハ
ホルダーに流れる電流量や、ウエハから反射される二次
電子の量等から熱エネルギーを求めてもよい。

【００３５】試料であるウエハの膨張に伴い、ウエハの
中心位置が移動したりウエハが回転したりすることがあ
る。そのような場合は、上記の膨張率に加えてその中心
位置の移動量や回転角度を認識する必要がある。本発明
で議論している微小な熱膨張では、ウエハの形状とその
ホルダーの固定機構が同一であるなら、その中心位置の
移動量や回転角度は再現性良く生じる。

【００３６】図５は、ウエハ１０とホルダーの固定機構
の関係の例を示す図である。ウエハ１０には一般にオリ
エンテーションフラット１２が設けられており、そのフ
ラット１２を基準にして、ホルダーの支持突起１４に対
して押しつけ部１６が圧力Ｆでウエハ１０を矢印方向に
押しつけるようにして支持している。このような場合に
は、ウエハ１０は熱膨張により膨張すると破線の如く変
形する。従って、ウエハの中心点Ｏ２は、例えばＯ３の
如く移動する。またウエハの回転は、必ずしもその原因
は明確ではないが、経験的に何らかの原因により回転す
ることが分かっている。

【００３７】従って、例えば電子ビーム装置の座標系の
中心を図５中のＯ１とすると、その中心Ｏ１とホルダー
に装着された状態のウエハ１０の中心点Ｏ２の関係か
ら、既に焼き付けられたか元のパターンの座標系が電子
ビーム装置の座標系とどういう関係にあるかを知ること
ができる。尚、ウエハ１０の中心点Ｏ２の位置と回転角
度θｗ１は、ウエハ１０上に焼き付けられた位置合わせ
マークを検出することで見いだすことができる。

【００３８】そして、熱膨張の結果ウエハ１０の中心Ｏ
２がＯ３に移動し、ウエハ１０がθｗ２に回転したこと
が分かれば、後は、図４で説明した膨張率とウエハ１０
上の露光位置（ｘａ，ｙａ）とを知ることで、熱膨張後
の正しい露光位置（ｘｂ，ｙｂ）を知ることができる。

【００３９】また、ウエハ１０の中心位置の移動量や回
転量が再現性良く発生しないような電子ビーム露光装置
の場合には、露光処理中に１点乃至２点のマーク検出を
行なうことでかかる量を測定することでも良い。

【００４０】以上の様にして、熱膨張に伴うウエハ１０
上での各位置での位置ずれを、ウエハに供給される熱エ
ネルギーから演算して、補正量として露光装置に与える
ことで、高精度の重ね合わせ露光を実現することができ
る。

【００４１】［第一の実施の態様例］図６は、本実施の
態様に使用する電子ビーム露光装置の本体に対応する鏡
筒部分の概略構成図である。本発明は電子ビームに限ら
ず何らかのエネルギーを有する荷電粒子ビームを用いて
ウエハ等の試料を照射する場合に適用できる。従って図
６では、電子ビームの発生源として荷電粒子発生源２
０、照射されるビームとして荷電粒子ビーム２１として
いる。２２は第一のスリット、２３は第二のスリットで
あり、その間にスリット偏向器２４が設けられている。
従って、電子ビーム２１が第一のスリットにより例えば
矩形のビームにされ、その矩形ビームをスリット偏向器
２４によって適宜偏向することで、第二のスリット２３
と組み合わせた照射パターンが形成される。そのように
して形成されたパターンのビーム２１が偏向手段２７に
より偏向され、ウエハである被照射試料１０上の所望の
位置に照射される。尚、第二スリット２３には、例え
ば、矩形パターン以外に特定パターンのアレイ等が形成
されている。

【００４２】２９はウエハ１０を保持するホルダであ
り、また同時に水平方向に移動可能なステージでもあ
る。２５は、第一スリット２２によって歪んだ像を補正
するコイルで、２６はビーム２１の回転を補正するコイ
ル、２８は電子ビームがウエハに照射された結果反射さ
れる反射電子を検出する手段である。また、３０は各偏
向器やコイルを駆動するための制御回路部である。

【００４３】図７は、本第一の実施の形態の電子ビーム
露光装置の概略ブロック図である。１００が露光装置の
本体部であり、図６にて既に説明した鏡筒部分を有して
いる。３０は鏡筒内のビームの偏向器等を駆動する制御
回路部で、３２は例えばマグネティック・テープ等の記
録媒体内に収納されたパターンデータを元にして演算
し、露光パターンに従って求められた各種の制御信号を
制御回路部３０に与える制御用計算機である。３６はシ
ミュレータで照射エネルギーに基づいて膨張率４４を求
める機能を有する。３８はウエハ１０の中心位置の移動
量や回転角の変化量等を演算する回転・移動量計算部で
ある。４０は、ウエハ上の露光位置情報４３、膨張率４
４、ウエハ中心の移動量４５、回転角４６に従ってビー
ムの偏向の補正値を求める補正量計算部である。

【００４４】上記のシミュレータ３６、回転・移動量計
算部３８、及び補正量計算部４０は、それぞれ制御用計
算機３２内のプログラムが有することができる機能であ
る。従って、個別のハードウエハによってこれらの機能
を実現することもできるし、また制御用計算機３２によ
って実行される演算プログラムの中にこれらの機能を含
めても良い。

【００４５】図８は、図７の電子ビーム露光装置を使用
してウエハの熱膨張の補正を行なう露光工程の手順を説
明するフローチャート図である。

【００４６】先ず、露光工程に入る前の処理として、ウ
エハ１０とホルダー２９の熱容量、ウエハとホルダー間
の熱伝導を、例えば実験により求め、シミュレータ３６
の内部のレジスタ３７にシミュレーション用のデータ４
２として記憶する（ステップＳ１０）。これらのデータ
４２が与えられれば、前述のシミュレーションの演算方
法に従って膨張率４４が求められる。

【００４７】更に、前処理として、ウエハが熱膨張した
時に生じる中心位置の移動量と回転角の変化量４９をあ
らかじめ実験で測定し、膨張率の関数としてテーブルを
作成し、回転・移動量計算部３８内のメモリ３９に記憶
する（ステップＳ１１）。この実施の形態では、ウエハ
の中心位置の移動量や回転角の移動量がある程度再現性
をもって発生するような露光装置を前提として考えてい
る。従って、あらかじめこれらの量４８をメモリに記憶
させておけば、後にシミュレータ３６から供給される膨
張率４４に基づいて回転・移動量計算部３８でその時の
移動量と回転量を求めることができる。

【００４８】次に、露光処理についてであるが、先ず、
試料であるウエハのアラインメント処理を行い、露光座
標系を決定する（ステップＳ１２）。具体的には、図５
に示した様なウエハ１０上に既に形成されている位置合
わせマーク１３を検出して、中心Ｏ２の位置と露光装置
の座標原点Ｏ１との相対的な関係を見つける。また、シ
ミュレータの初期化を行い、メモリ内の履歴などをクリ
アする（ステップＳ１３）。また、シミュレータ内部の
レジスタ等のメモリ３７に、荷電粒子発生源２０から供
給されるビーム電流密度と露光データのパターン密度か
ら計算した照射されるビーム電流量Ｉａを記憶する。露
光データのパターン密度は、例えば１チップ内のパター
ン密度を制御用計算機３２にてＭＴ３４から供給される
露光データに基づいて求め、そのパターン密度と発生ビ
ーム電流量の積により単位時間当たりの供給ビーム電流
量が求められる。通常、１つのウエハ上の複数のチップ
領域に露光されるパターンは全て同じであるので、照射
ビーム電流量は１つのウエハを露光する間は同じであ
る。

【００４９】次に、露光を開始し（ステップＳ１５）、
シミュレータ３６にビーム情報４１として露光の開始、
終了を伝える。シミュレータ３６では、一定量の照射ビ
ーム電流Ｉａが露光開始時点から照射されているものと
して、一定時間Ｔ１毎にウエハに供給された累積熱エネ
ルギーＰｅｂを計算し（ステップＳ１７）、前述の演算
式によりウエハが持っている熱エネルギーを計算し、ウ
エハの熱容量等から温度変化、膨張率４４を計算する
（ステップＳ１８）。この演算方法にはついては、前述
した通りである。尚、ステップＳ１７中のＬは、実験等
によって求められる係数である。

【００５０】そして、回転・移動演算部では、ウエハの
中心位置の移動量と回転角の移動量を求めて補正計算部
４０に移動量４５と回転量４６を供給する（ステップＳ
１９）。補正計算部４０にて、膨張率４４、移動量４
５、回転量４６から、偏向器２７への補正量を計算する
（ステップＳ２０）。図５に示された通り、例えば（ｘ
ａ，ｙａ）の位置に露光する場合には、中心の移動量
（Δｘｗ，Δｙｗ，Δθｗ）と膨張率４４によるずれと
を加算して、正しい露光位置（ｘｂ，ｙｂ）が求められ
る。かかる補正量４７は、図６で示したビームの偏向手
段２７への駆動電流に加算される。４８は模式的に書い
た加算器である。［第二の実施の形態］図９は、第二の実施の形態の電子
ビーム露光装置の概略ブロック図である。図７と同じ部
分には同じ参照番号を付している。図７と異なる部分
は、ウエハの中心位置の移動量２５と回転量４６が、制
御用計算機３２から補正量計算部４０に直接供給される
点と、シミュレータ３６は照射ビーム電流量をウエハの
ホルダ・ステージ２９からグランドに流れる電流ｉｅを
もとに検出して膨張率４４を求めている点である。この
実施の形態例では、熱膨張に伴うウエハの中心位置の移
動量や角度の回転量が再現性をもって発生しない様な装
置を前提に考えている。従って、所定時間毎に通常のア
ライメント処理によってウエハ上のマークの検出を行い
移動量と回転量を求めている。尚、５０はＡ／Ｄコンバ
ータである。

【００５１】図１０は、本実施の態様のフローチャート
図である。図８と同じステップには同じ参照番号を付し
ている。

【００５２】先ず前処理として、ウエハとホルダーの熱
容量、ウエハとホルダー間の熱伝導率を実験により測定
してシミュレータ３６のレジスタ３７に記憶する（ステ
ップＳ１０）。ウエハのアライメント処理（ステップＳ
１２）とシミュレーションの初期化（ステップＳ１３）
とは第一の実施の形態の場合と同じである。

【００５３】次に、露光開始してシミュレータ３６にビ
ームのオン・オフの情報４２を供給する。シミュレータ
３６では、ビームの照射に伴ってステージ２９からグラ
ンドに流れる電流ｉｅから照射ビーム電流量を求め、ウ
エハへの累積エネルギー量、ウエハの温度変化、膨張率
をそれぞれ前述の演算により求める（ステップＳ１７，
Ｓ１８）。かかる膨張率の演算は所定時間Ｔ２毎に行な
われる。

【００５４】一方、本実施の形態では、ウエハ１０の中
心点Ｏ２の移動量と回転量（Δｘｗ，Δｙｗ，Δθｗ）
をウエハ上のマーク１３を検出することで求めている。
それらの移動量４５と回転量４６は補正計算部４０内の
レジスタに記憶される。従って、所定時間Ｔ１毎にステ
ップＳ３１が行なわれる。

【００５５】上記の様にして求められた膨張率４４とウ
エハの移動量４５、回転量４６から照射位置の補正量４
７が演算される（ステップＳ２０）。そして、加算器４
８を介してビームの偏向手段２７への駆動信号に補正値
４７が加算される。

【００５６】［第三の実施の形態］図１１は、第三の実
施の形態の電子ビーム露光装置の概略ブロック図であ
る。図９に示した第二の実施の形態と異なる点は、照射
ビーム電流量を検出するのに、ウエハから反射する反射
電子の量を反射電子検出手段２８から検出し、その反射
電子の量をもとに照射ビーム電流量５２がシミュレータ
に供給される。

【００５７】反射電子は、ウエハ１０上に形成される金
属膜からなるマーク１３の位置を検出する時に、既に検
出されている。即ち、マーク１３をビームで走査し反射
係数が大きい金属膜のマーク１３から反射される電子を
検出することでマーク位置を検出する。従って、今回の
照射ビーム電流量を検出するために新たに反射電子検出
手段を設ける必要はない。

【００５８】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、電
子ビーム露光によってウエハを直接描画するために微細
化の限界までビーム電流量を高くしてスループットを上
げた場合に発生するウエハの熱膨張の問題を解決するこ
とができる。ウエハの熱膨張によるビーム照射位置の補
正量を求めてビーム偏向手段に付加することで、高集積
度の半導体集積回路を高いスループットで露光すること
ができる。

【００５９】尚、本発明は、電子ビームに限定されずに
試料に対して熱エネルギーを与えるような荷電粒子ビー
ムを利用して露光する場合にも適用できる。また、半導
体集積回路の露光に限らず、他の微細加工が必要とする
試料への露光工程で利用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電子ビーム照射によるシリコンウエハの膨張率
を示す図である。

【図２】シリコンウエハの熱膨張の均一性を示す図であ
る。

【図３】図２の測定に使用されたウエハ上のマーク位置
を示す図である。

【図４】電子ビーム照射によるシリコンウエハの熱膨張
のシミュレーション結果図である。

【図５】ウエハとホルダーの関係を示す図である。

【図６】電子ビーム露光装置の鏡筒部分の概略図であ
る。

【図７】第一の実施の形態の電子ビーム露光装置のブロ
ック図である。

【図８】第一の実施の形態のフローチャート図である。

【図９】第二の実施の形態の電子ビーム露光装置のブロ
ック図である。

【図１０】第二の実施の形態のフローチャート図であ
る。

【図１１】第三の実施の形態の電子ビーム露光装置のブ
ロック図である。

【符号の説明】

１０試料、ウエハ２０荷電粒子ビーム発生源２１荷電粒子ビーム２７偏向器２９ホルダー、ステージ３６シミュレータ３８移動・回転量計算部４０補正量計算部４４膨張率４５移動量４６回転量４７補正量

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山田章夫神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者大川達朗神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者中野光浩愛知県春日井市高蔵寺町二丁目1844番２富士通ヴィエルエスアイ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】露光データに基づいて露光パターンの形状
にした荷電粒子ビームを試料上の所望の位置に偏向して
照射する荷電粒子ビーム露光方法において、該試料に照射された荷電粒子ビーム量に基づいて、該荷
電粒子ビームの照射に伴う該試料の膨張率を求める工程
と、該膨張率に基づいて、前記の照射位置のずれを補正量と
して求める工程と、前記補正量を加えた偏向量で荷電粒子ビームを偏向して
該試料に照射する工程とを有することを特徴とする荷電
粒子ビーム露光方法。
【請求項２】請求項１記載の荷電粒子ビーム露光方法に
おいて、前記照射された荷電粒子ビーム量を、荷電粒子発生部か
らのビーム密度と、前記露光パターンの密度から演算し
て求める工程を更に有することを特徴とする。
【請求項３】請求項１記載の荷電粒子ビーム露光方法に
おいて、前記照射された荷電粒子ビーム量を、該荷電粒子ビーム
の照射に伴って前記試料を保持したホルダーから流出す
る電流量に基づいて求める工程を更に有することを特徴
とする。
【請求項４】請求項１記載の荷電粒子ビーム露光方法に
おいて、前記照射された荷電粒子ビーム量を、該荷電粒子ビーム
の照射に伴って前記試料から反射する電子量に基づいて
求める工程を更に有することを特徴とする。
【請求項５】請求項１記載の荷電粒子ビーム露光方法に
おいて、前記の膨張率を求める工程では、該試料の熱容量、該試
料を保持するホルダーの熱容量及び該試料とホルダーと
の間の熱伝導率、及び前記照射された荷電粒子ビーム量
に基づく熱エネルギーから該膨張率が求められることを
特徴とする。
【請求項６】露光データに基づいて露光パターンの形状
にした荷電粒子ビームを試料上の所望の位置に偏向して
照射する荷電粒子ビーム露光方法において、該試料に照射された荷電粒子ビーム量に基づいて、該荷
電粒子ビームの照射に伴う該試料の膨張率を求める工程
と、熱膨張に基づく該試料の移動量と回転量を求める工程
と、該膨張率、移動量、回転量に基づいて、前記の照射位置
のずれを補正量として求める工程と、前記補正量を加えた偏向量で荷電粒子ビームを偏向して
該試料に照射する工程とを有することを特徴とする荷電
粒子ビーム露光方法。
【請求項７】請求項６記載の荷電粒子ビーム露光方法に
おいて、前記熱膨張に基づく試料の移動量と回転量を求める工程
は、あからじめ膨張率に対応して発生する試料の移動量
及び回転量を測定し、前記試料の移動量と回転量を、該
膨張率に対応する該測定済の移動量及び回転量に従って
求めることを特徴とする。
【請求項８】請求項６記載の荷電粒子ビーム露光方法に
おいて、前記熱膨張に基づく試料の移動量と回転量を求める工程
は、該試料に形成したマークの位置を検出して、該試料
の前記移動量と回転量を求めることを特徴とする。
【請求項９】露光データに基づいて露光パターンの形状
にした荷電粒子ビームを試料上の所望の位置に照射する
荷電粒子ビーム露光装置において、該試料に照射された荷電粒子ビーム量に基づいて、該荷
電粒子ビームの照射に伴う該試料の膨張率を求める手段
と、該膨張率に基づいて、前記の照射位置のずれを補正量と
して求める手段と、前記補正量を加えた偏向量で前記所望の位置に荷電粒子
ビームを偏向する偏向手段とを有することを特徴とする
荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項１０】露光データに基づいて露光パターンの形
状にした荷電粒子ビームを試料上の所望の位置に照射す
る荷電粒子ビーム露光装置において、該試料に照射された荷電粒子ビーム量に基づいて、該荷
電粒子ビームの照射に伴う該試料の膨張率を求める手段
と、熱膨張に基づく試料の移動量と回転量を求める手段と、該膨張率、移動量、回転量に基づいて、前記の照射位置
のずれを補正量として求める手段と、前記補正量を加えた偏向量で前記所望の位置に荷電粒子
ビームを偏向する偏向手段とを有することを特徴とする
荷電粒子ビーム露光装置。