JPH10247623A

JPH10247623A - 荷電粒子線描画装置及び方法

Info

Publication number: JPH10247623A
Application number: JP8548698A
Authority: JP
Inventors: Norio Saito; 徳郎斉藤; Yoshihiko Okamoto; 好彦岡本; Takashi Yamazaki; 隆山崎; Hideo Todokoro; 秀男戸所
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 1998-09-14

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、電子ビーム等の荷電ビームを用い
て、ウェーハ上にパターンを描画する装置に関し、ウェ
ーハをステージに搭載する際の複雑なプリアライメント
機構を省略し、ウェーハの回転値を検出し、その値に相
応する量だけ成形ビームを回転するようにしたものであ
る。【構成】オリフラ又は合わせマークにより、ウェーハ
の回転を検出する手段(４５), それを記憶する計算機
(１４)，(１４)からのデータを受けとる回転レンズ制御
回路１５、及び回転レンズ(１６)からなる。【効果】複雑なプリアライメント装置が不要とな
る。成形ビームのショット接続精度が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、オリフラや合わせマー
クを有するウェーハ等の被描画基板に、矩形等の面積を
有する電子線等の荷電粒子線を用いて、ＬＳＩ等のパタ
ーンを直接に描画する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、オリフラや合わせマークを有する
ウェーハにパターンを描画する可変成形型電子線描画装
置は、試料台のＸ−Ｙ移動のＸ方向もしくはＹ方向へオ
リフラの方向を５〜１０ミリラジアン程度に一致させ、
その後合わせマークを用いてプリアライメント装置によ
って１ミリラジアン程度に位置合わせをしている（特開
平2−202012 号公報）。プリアライメント装置は試料室
にある場合と、試料室外にある場合とがあるが、いずれ
の場合も構成が複雑となっていた。高精度のプリアライ
メントが必要な理由を図２を用いて説明する。プリアラ
イメント状態が悪く、たとえば図２に示す如く、ステ−
ジの移動方向に対しオリフラがθラジアン回転している
と、ウェーハ配置されるチップもθだけ回転している。
描画に用いる電子ビームの偏向の方向は、合わせマーク
を検出することにより合わせ補正を行い、θだけの回転
を与えることが容易であり、これは従来から行われてい
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしこのとき、成形
ビーム自身は回転しないため、たとえば成形ビームでラ
インを描画した場合、図３に示すようにラインが階段状
になる問題があった。すなわち、成形ビームの最大寸法
をｌミクロンとすると、成形ビームによるショット間の
ズレ△ｌは、ｌ×△θとなる。

【０００４】今ｌ＝１０ミクロン，θ＝５mradとする
と、△ｌ＝０.０５ミクロンとなり、レジストに焼きつ
けられたショット間のパターンは図３に示す如く階段状
となる。レジスト上でこの階段が見えないためには、△
ｌ＜０.０１ミクロンである必要がある。したがってθ
は１ミリラジアン以下にプリアライメントにする必要が
あった。

【０００５】このように、従来の装置ではプリアライメ
ント作業を必要としているため、余計な装置や余計な手
間が必要であった。具体的には余計な装置として、回転
角が大きい場合にはウェーハステージに回転調整機能を
持たせていた。これでは、ステージ構造が大変に複雑な
ものとなり、真空度の低下、ウエーハ上へのゴミの付
着、故障や描画精度の低下につながる場合もあり、装置
が高価ともなった。また、ステージ上に回転機能を設け
ることが困難な場合は、外部のプリアライメント装置に
ウェーハ回転調整機能を設けていたがこの場合も上記と
同様の問題が生じた。

【０００６】本発明の目的はこのようなプリアライメン
ト装置や作業を省略し、時間の短縮を図るとともに高精
度の描画を実現できるようにしたものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる電子ビ
ーム露光装置は、成形ビームとビーム偏向の方向の違い
によるショット間接続精度を最小にするために、光学的
又は電子ビーム自体によりオリフラ又は合わせマークを
検出し、ウェーハ回転方向を検出し、そのデータを制御
計算機から電子ビーム回転レンズに与える。これによ
り、オリフラの方向と合った成形ビームにより描画する
ようにしたものである。

【０００８】

【作用】従来の装置では、面積ビーム自体の回転方向を
調整できないため、ウェーハ自体の回転が許容値以下に
なるまで、たとえば１ミリラジアン以下になるまで、プ
リアラメント装置により、ウェーハ自体を回転調整して
いた。

【０００９】それに対し本発明では、プリアライメント
装置に過度の機能を持たせることをやめ、面積ビーム自
体を回転させるようにしたため、従来のプリアライメン
ト機能が不要となる。

【００１０】先ず回転の検出のために、オリフラの２点
又はすくなくとも二つのアライメントマークのＸ，Ｙ座
標を検出する。

【００１１】光学的検出手段が一つの場合、ステージを
移動して二つの測定点をそれぞれ検出手段の直下にもっ
てくることによりＸ，Ｙ座標が測定できる。あらかじめ
既知のマークに合わせた位置に複数の光学的検出手段が
設けられている場合は、それぞれの座標検出により、ウ
エーハの回転角度が測定できる。マークの検出手段とし
て電子ビームを用いても良い。

【００１２】この場合はステージ移動を併用する。こう
して検出された回転量を計算機に与え、計算機はこのデ
ータにもとづきビーム回転レンズを動作する。こうして
面積ビームに必要な回転量を与える事が出来る。

【００１３】

【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明す
る。

【００１４】図１は実施例の一つである電子ビーム描画
装置を示す。電子銃１より放射された電子ビームは第一
成形アパーチャ３を通過後、第１，第２の成形レンズ
４，５、ビーム寸法成形偏向器６を通り、第２成形アパ
ーチャ７により任意の矩形ビームが形成される。こうし
て成形された矩形電子ビームは、縮小レンズ８，対物レ
ンズ９を通り、ビーム偏向系１０によりウェーハ１１上
の偏向フィールド内の任意の点に照射される。ウェーハ
１１はＸーＹ方向に移動可能なステージ１２に搭載され
ている。ビームは二つの成形アパーチャ３，７により成
形され、その縮小形１３がウェーハ上に形成される。ビ
ーム偏向とビームのＯＮ−ＯＦＦを計算機で制御するこ
とによりウエーハ上にパターンを描画することが出来
る。

【００１５】さて、プロセス途中のウェーハ１１は、オ
リフラとほぼ平行な方向にチップが配置されているの
で、ステージ上に設置される時に、あらかじめウェーハ
搬送装置による機械的な位置合わせにより、大まかな方
向は合わされて設置される。一般的には、試料台のＸ移
動方向もしくはＹ移動方向に対して、５〜１０ミリラジ
アン精度の角度θ傾いている。図２にオリフラ２１又は
ウエーハアライメントマーク２２，２３と、チップ配列
２４との座標系関係を示した。さて、この角度θを検出
する手段を図４に示した。図４は、ロードチャンバ４１
からゲートバルブ４２を通して、試料室４３内のステー
ジ１２上にウェーハ１１が設置された状態を示してい
る。４４は試料室の中央付近にある電子光学系である。

【００１６】図４は図１の平面図でもある。さて、図４
において番号４５はオリフラ回転角度計測光学系であ
る。本実施例では、アライメントマーク２２，２３がウ
ェーハ上にある。チャンバ４１から挿入されたウェーハ
は、マーク２２の位置が単眼の光学的回転角度計測系４
５により計測される。次いでマーク２３が４５の位置に
送られマーク２３の座標が計測される。送り距離と座標
データが図１の計算機１４に送られ、ステージの移動軸
ＸーＹに対する傾きθが計算される。相対的位置が既知
の複眼光学系により二つのマーク位置を検出する場合
は、ステージ移動を省略出来る利点がある。さて、この
角度θに応じて、計算機１４は図１に示す回転レンズ制
御回路１５に適当な励磁電流を流す。図１の回転レンズ
１６は、いわゆるソレイドコイルにより形成されてい
る。回転角度θはコイルの巻数Ｎと励磁電流Ｉの積に比
例する。また、そのＺ方向における設置位置も，第２成
形アパーチャ７と縮小レンズ８のほぼ中央の位置にあ
り、ビーム自体の回転を与える機能は有するが、成形ア
パーチャ３，７で作られる成形ビーム１３の縮小倍率に
与える影響は、ほとんど無視できるほどに作ることは容
易である。すなわち、実質的にビームのボケに殆ど影響
を与えずに、回転機能のみを与えるように設計されてい
るので、ラインを描画した場合、図５に示すように成形
ビームの方向を調整することが可能である。なお、回転
レンズによる回転角度は通常は１０ミリラヂアン以下で
有り、光学軸のズレは大きくないが、１０ミリラヂアン
を越えるとビーム軸がずれて、ビームが途中でさえぎら
れて、成形ビーム１３の電流密度が不均一になることが
ある。このような場合には、特に図示しなかったが、回
転レンズとビーム１３の間に光軸調整のためのアライメ
ントコイルをおき、回転レンズ動作と同期して動作さ
せ、光軸を最適に合わせることによりビーム密度の不均
一化を防ぐことができる。

【００１７】上記実施例では、オリフラ回転量選出手段
を光学的に行ったが、描画に用いる電子ビーム自体で行
なっても良いということは言うまでもない。すなわち、
第１図において、成形ビーム１１を偏向器１０で偏向す
ることにより、マーク検出機能を用いて、マーク２２及
び２３の位置を検出し、オリフラ回転角度θを検出して
も良いことはもちろんである。

【００１８】なお、以上の発明は、可変成形電子ビーム
描画装置について述べたが、電子に限らずイオンビーム
を用いた同様の装置についても、適用できることは言う
までもない。

【００１９】

【発明の効果】以上のように、本発明によればウェーハ
の方向を正確に回転合わせをする必要がないので、プリ
アライメント作業が不要となる。すなわち、プリアライ
メント機能として、ステージ上又はローダ内部におい
て、ウェーハ装着後回転調整機能を設ける必要がなく、
機構が大いに簡素化される。これはステージ上に回転機
能を設けた場合、回転機能を与えるためのモータによる
磁場、又はステージ振動に起因する描画精度が低下する
という大きな原因を取り去ることにつながる。また、プ
リアラインメント作業に伴う時間を１／２〜１／３に短
縮することができるので、スループットの向上にもつな
がる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の概略ブロック図である。

【図２】オリフラとステージ移動方向ＸーＹとの関係を
示す図である。

【図３】ウェーハ回転量が大きいときのショット間接続
の誤差を示す図である。

【図４】本電子線描画装置の平面図である。

【図５】本発明により、ビームを回転した結果のショッ
ト接続を示す図である。

【符号の説明】

１６…成形ビーム回転レンズ、１１…ウェーハ、１３…
成形ビーム、１４…制御計算機、４５…ウェーハ回転角
度計測光学系。

フロントページの続き (72)発明者戸所秀男東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】荷電粒子銃と、前記荷電粒子銃から放射さ
れた荷電粒子線を成形するアパチャーと、前記アパチャ
ーを通過した荷電粒子線を試料上に照射させるための対
物レンズと、前記アパチャーと前記対物レンズの間に配
置された成形荷電粒子線を回転するためのレンズと、前
記試料を保持するステージと、前記ステージ上の試料が
所定位置から傾いていることを検出する検出器と前記検
出器からの信号に基づき補正する信号を発生させる演算
部と、前記演算部の演算結果にもとづいて前記レンズへ
の駆動信号を発生するレンズ制御回路とを具備したこと
を特徴する荷電粒子線描画装置。
【請求項２】前記検出器が光学式検出器であることを特
徴とする請求項１に記載の荷電粒子線描画装置。
【請求項３】前記レンズの補正範囲が１０ミリラジアン
以下であることを特徴する請求項１または２のいずれか
記載の荷電粒子線描画装置。
【請求項４】前記レンズとして電磁コイルであることを
特徴する請求項３記載の荷電粒子線描画装置。
【請求項５】前記レンズとしてソレノイドコイルである
ことを特徴する請求項４記載の荷電粒子線描画装置。
【請求項６】基板のオリフラの方向と座標値を検出する
工程と、前記検出工程で検出した回転角度にもとづいて
荷電粒子の面積ビームの回転量を演算する工程と、前記
回転量にもとづいてコイルで荷電粒子の面積ビームを調
整する工程と、前記コイルで調整された荷電粒子の面積
ビームで描画してパターンを形成する荷電粒子線描画方
法。