JPH11307034A - 電子ビーム描画装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子ビーム描画装置における基板高さの測定
に要する時間を短縮し、装置のスループットを向上させ
る。 【解決手段】 基板５０を載置して移動させるステージ
１７と、電子ビーム発生器９と、電子ビームを基板５０
上に収束しながら偏向する電子ビーム偏向手段１３，１
４，１６と、各部を制御する制御手段１，７とを備える
電子ビーム描画装置であって、基板の露光面の高さを光
学的に測定する光高さセンサ６０を備え、制御手段は、
目標経路を記憶する目標経路記憶手段と、高さを測定す
る測定位置座標を記憶する測定座標記憶手段と、ステー
ジを目標経路に沿って移動させながら、測定位置座標で
の基板の高さを光高さセンサで測定して記憶する測定高
さ記憶手段とを備え、測定位置座標と測定した基板の高
さから基板の高さ分布を算出し、算出した基板の高さ分
布に基づいて電子ビームの収束を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビーム描画装
置に関し、特に、電子ビーム描画装置において、電子ビ
ームを試料である基板の表面に収束するために基板の表
面の高さ分布を測定する技術に関する。半導体集積回路
は微細加工技術の進歩に伴って一層高集積化される傾向
にあり、微細加工技術に要求される性能は益々厳しいも
のになってきている。とりわけ露光技術においては、従
来使用されているステッパなどに用いられる光露光技術
（フォトリソグラフィ）の限界が予想されている。電子
ビーム露光技術は、光露光技術に代わって微細加工の次
世代を担う可能性の高い技術であり、次世代の露光技術
として注目されている。

【０００２】

【従来の技術】図１は、電子ビーム描画装置の構成を示
す図である。図１において、参照番号１はプロセッサ
を、２は磁気ディスクを、３は磁気テープ装置を示し、
これらの装置はバス４を介して互いに接続され、且つバ
ス４及びインターフェイス回路５をそれぞれ介してデー
タメモリ６及びステージ制御回路７に接続されている。

【０００３】一方、８は筐体（コラム）で、内部には電
子銃９、レンズ１０、ブランキング電極１１、レンズ１
２、フィードバックコイル１３、サブデフレクタ用コイ
ル１４、レンズ１５、メインデフレクタ用コイル１６、
ステージ１７及び試料である基板５０が配置されてい
る。基板５０はステージ１７上に載置されており、ステ
ージ１７はステージ制御回路７の出力信号によりＸ方向
及びＹ方向へ移動制御される。

【０００４】また、前記データメモリ６から読み出され
たデータは、パターン発生回路１９を通してパターン補
正回路２０に供給される。パターン補正回路２０は、ブ
ランキング信号をアンプ２１を介してブランキング電極
１１に印加し、また各々ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）２
２、２４及び２６と、アンプ２３、２５及び２７を介し
てコイル１３、１４及び１６へ信号を印加する。

【０００５】電子銃９により放射された電子ビームは、
レンズ１０を通過し、ブランキング電極１１により透過
又は遮断され、更に例えば３μｍ以下の平行な任意のシ
ョットサイズの矩形ビームに整形された後、フィードバ
ックコイル１３、サブデフレクタ用コイル１４及びメイ
ンデフレクタ用コイル１６により偏向されると共に、更
に投影レンズ１５を通過して基板５０の表面に収束され
る。なお、露光ビーム露光時には基板５０の表面にはフ
ォトレジストが塗布されており、電子ビームはフォトレ
ジスト層に収束されるが、ここでは説明を簡単にするた
め単に基板５０の表面に収束するとして説明を行う。電
子ビームは、基板５０の表面に正確に収束される必要が
あるが、収束状態は基板の高さに応じて変化するので、
基板の高さを測定し、高さに応じてフィードバックコイ
ル１３やレンズ１５などを制御して電子ビームが基板５
０の表面の正確に収束されるように制御している。

【０００６】上記の説明は、露光を矩形ビームで行う方
式についてのものであるが、他にもブロック露光方式や
ブランキングアパーチャアレイ方式など各種の方式があ
るが、基本的な構成は図１と同じである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の装置では、基板
の高さの測定は、基板上にマークを設け、電子ビームの
収束状態を変えながらマークを走査し、その時の反射散
乱電子を反射電子センサ２８で検出し、その検出信号の
波形から高さを測定していた。従って、マーク付近の基
板の高さを測定するには、マークを探した上で、電子ビ
ームの収束状態を変えながらマークを複数回走査する必
要があり、基板の高さ測定に要する時間が長くなるとい
った問題があった。上記のような測定動作を行わせるに
は、ＣＰＵ１とステージ制御回路７との間でステージ１
７のステップ＆リピート動作を行わせるためのデータと
コマンドのやり取りが必要であり、これも測定に要する
時間を長くする原因になっていた。

【０００８】また、基板５０は、表面が平面になるよう
に高精度に加工されているが、完全に平面ではなく、あ
る程度の高さ分布を有する。そのため、上記の基板高さ
の測定は、基板５０上に複数設けられたマークについて
それぞれ行う必要があり、その測定結果から基板の高さ
分布を算出していた。そのため、基板の高さ分布を測定
するにはかなりの時間を要していた。

【０００９】なお、基板の高さを反射電子センサ２８を
利用して測定するのではなく、光高さセンサを利用して
行う場合もある。その場合には上記のマークは必要ない
が、基板を指示された座標における高さを測定するため
には、指示された基板５０の座標が座標を光高さセンサ
の測定部分に位置するようにステージ１７を移動させて
停止した上で、光高さセンサで基板の高さを測定してお
り、ＣＰＵ１とステージ制御回路７との間でステージ１
７のステップ＆リピート動作を行わせるためのデータと
コマンドのやり取りが必要であり、測定にはある程度の
時間を要していた。

【００１０】電子ビーム描画装置は、フォトリソグラフ
ィ装置に比べて分解能がよいという特徴を有するが、フ
ォトリソグラフィ装置に比べてスループットが低いとい
う問題がある。そのため、上記のような基板の高さ分布
の測定に要する時間も短縮することが望まれている。本
発明は、電子ビーム描画装置における基板高さの測定に
要する時間を短縮し、装置のスループットを向上させる
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を実現するた
め、本発明の電子ビーム描画装置は、光高さセンサで高
さを測定する場合にはマークは必要はなく、マークを繰
り返し走査する必要がない点、及び基板表面は急激に高
さが変化することはなく、ステージを移動しながら測定
しても正確に高さが測定できる点に着目して、ステージ
を移動させる経路と高さ測定を行う測定座標位置を設定
し、その経路に沿ってステージを移動させながら測定座
標位置が光高さセンサの測定部分を通過する時に高さを
測定を行ってその結果を記憶する。

【００１２】すなわち、本発明の電子ビーム描画装置
は、基板を載置して移動させるステージと、電子ビーム
発生器と、電子ビーム発生器の発生した電子ビームを基
板上に収束しながら偏向する電子ビーム偏向手段と、ス
テージと前記電子ビーム偏向手段を含めた各部を制御す
る制御手段とを備える電子ビーム描画装置であって、基
板の露光面の高さを光学的に測定する光高さセンサを備
え、制御手段は、高さ測定のための目標経路を記憶する
目標経路記憶手段と、目標経路の途中で基板の高さを光
高さセンサで測定する測定位置座標を記憶する測定座標
記憶手段と、ステージを目標経路に沿って移動させなが
ら、測定位置座標での基板の高さを光高さセンサで測定
して記憶する測定高さ記憶手段とを備え、測定位置座標
と測定した基板の高さから基板の高さ分布を算出し、算
出した基板の高さ分布に基づいて電子ビームの収束を制
御することを特徴とする。

【００１３】本発明によれば、基板の高さ測定は連続し
てステージを移動させながら行われるため、従来のステ
ージを移動させて停止させた後に基板の高さを測定する
といったステージのステップ＆リピートは必要なくなる
ため、測定に要する時間を短縮できる。ステージを目標
経路に従って移動させてもステージの制御性能やサンプ
リング時間などにより、指示された目標経路と実際の経
路に差が生じ、指示された測定位置座標と実際に高さを
測定した座標位置にずれを生じる。一般に、ステージに
はレーザ干渉計などの高精度の移動量検出手段が設けら
れており、これを使用して基板の高さを測定した時の実
際の座標位置を測定して、基板の高さ分布を算出するの
に使用すれば、より正確な測定が可能になる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図２は、本発明の実施例の電子ビ
ーム描画装置のコラム８の部分の構成を示す図である。
図示のように、図１を参照して既に説明したコラム８と
ほぼ同様の構成を有し、制御手段４０は、図１のコラム
８の部分を除く部分に相当する。異なるのは反射電子セ
ンサ２８の代わりに光高さセンサ６０が設けられている
点と、制御手段４０に目標経路記憶手段４１と、測定座
標記憶手段４２と、測定高さ記憶手段４３が設けられて
いる点である。

【００１５】光学的に表面位置を測定する方式としては
各種知られている。ここでは、図３を参照していくつか
の方式について簡単に説明する。例えば、図３の（１）
は、基板の表面が鏡面の場合に適用する方式で、平行な
光ビーム６１を基板面６２に入射させ、反射した光ビー
ムのずれを測定する。基板面６２の高さがｄ変化する
と、反射した光ビームのずれはｄ／ｓｉｎθであるか
ら、反射した光ビームのずれが分かれば高さ変化が測定
できる。ただし、この方式は、基板面６２の傾きが変化
すると、測定誤差を生じるという問題がある。図３の
（２）は、（１）の方式の問題を解決したもので、光ビ
ーム６３をレンズ６４を使用して基板面６２に収束す
る。レンズ６５を図示のように配置すると、基板面６２
で反射された光ビーム６３は収束されるので、その収束
位置に光ビーム位置検出器を配置する。基板面６２の高
さが変化すると、レンズ６４による光ビーム６３の収束
位置が変化するが、その変化はレンズ６５の光軸に垂直
な方向であり、レンズ６５による光ビームの収束位置が
ずれる。このずれは、ｄ／ｓｉｎθにレンズ６５による
結像倍率を乗じたものであり、レンズ６５により収束さ
れた光ビームの位置が分かれば基板の高さの変化を測定
できる。この方式であれば、光ビームは基板面６２に収
束されるので、基板面６２の傾きの影響を受けにくくな
る。

【００１６】図３の（３）は、ナイフエッジ法と呼ばれ
る方式で、ピンホール６６を通過した光ビームをハーフ
ミラー６８を通過させたた後、ＮＡの大きな顕微鏡の対
物レンズ６７で基板面６２の表面に収束する。基板面６
２で反射された光ビームは対物レンズ６７で収束され、
ハーフミラー６８で側方に反射される。基板面６２の高
さが基準値である時の収束位置にナイフエッジ６９を配
置する。基板面６２の高さが基準値である時には、その
後の光ビームのパターンは円形であるが、基板面６２の
高さが低くなった時には上側が暗くなり、基板面６２の
高さが高くなった時には下側が暗くなるので、基板面６
２がどちらに変化したかが検出できる。光ビームの強度
の加重平均位置を検出できる光線センサをナイフエッジ
６９の後に配置して加重平均位置を検出すれば、基板面
６２の高さ変化量が測定できる。この方式であれば、基
板面６２に収束される光ビームの直径を非常に小さくで
き、基板面６２の傾きの影響も受けない。

【００１７】光高さセンサには図３に示した以外にも各
種の方式があり、本発明ではそのいずれも使用可能であ
る。図４は、実施例におけるステージ１７と光高さセン
サ６０の部分の構成をより詳しく示す図である。ステー
ジ１７には、ミラー（又はコーナーキューブ）７３が取
り付けられており、このミラー７３は干渉計の移動ミラ
ーを構成している。レーザ光源７１からのレーザ光がビ
ームスプリッタを含む干渉ユニット７２に入射して２つ
のビームに分割され、一方はミラー７３に入射され、他
方は図示していない参照ミラー（又はコーナーキュー
ブ）に入射され、それぞれで反射されて戻ってきた２つ
のビームを干渉ユニット７２で合成すると干渉縞を生じ
る。干渉縞は、ステージ１７の移動に伴って変化するの
で、合成したビームを受光器７４に入力すると、その出
力は干渉縞の変化に伴って変化するので、出力の変化を
カウントすればステージ１７の移動量が分かる。受光器
７４で検出したステージの移動量、すなわちステージ１
７の位置はステージ制御回路７に送られる。また、ステ
ージ制御回路７は、ステージ１７に設けられたモータ５
２を駆動する手段も備えている。ステージ１７には、基
板５０を保持するホルダ５１が設けられており、基板５
０の高さを検出する光高さセンサ６０の出力は、ステー
ジ制御回路７に入力される。更に、図１に示すように、
ステージ制御回路７はインターフェース回路５を介して
ＣＰＵ１に接続されている。なお、ステージ制御回路７
はステージの移動を制御するためのデータを記憶するメ
モリを有しており、これらが図２の目標経路記憶手段４
１と測定座標記憶手段４２と測定高さ記憶手段４３とを
構成する。

【００１８】図５は、実施例の基板高さ測定動作の手順
を示したフローチャートであり、図６は目標経路と高さ
を測定するステージ座標の例を示す図である。ステップ
１０１では、図６で実線で示されたようなステージ１７
を移動させる時の目標経路を入力する。これに応じてＣ
ＰＵ１は光高さセンサ６０の測定部分を目標経路に沿っ
て移動させるためのデータを作成してステージ制御回路
７に与える。ステージ制御回路７は、このデータを目標
経路記憶手段４１に記憶する。ステップ１０２では、上
記の目標経路の途中で、図６で×で示される基板５０の
高さを測定すべきステージ座標が入力されるので、それ
をステージ制御回路７に与える。ステージ制御回路７
は、このデータを測定座標記憶手段４２に記憶する。

【００１９】ステップ１０３では、ステージ制御回路７
に、測定のための移動を開始する命令を与える。これに
応じてステージ制御回路７は、記憶されたデータに基づ
いてステージが目標経路（図６の実線）に沿って移動す
るように制御し、高さを測定すべきステージ座標（×で
示す位置）になったら光高さセンサ６０の出力を読み取
って測定高さ記憶手段４３に記憶する。この時、受光器
７４の出力するレーザ干渉計で測定したステージの測定
座標も同時に記憶する。これは、図６で実線で示すよう
な目標経路に沿って移動するように制御して所定のステ
ージ座標の位置で高さを測定しても、制御性能やサンプ
リング時間などにより、実際の経路は図６で破線で示す
ように目標経路からずれ、高さを測定する位置も図６で
△で示す位置にずれるためである。このような動作を指
示された高さを測定すべきステージ座標すべてについて
終了するまで行う。

【００２０】ステップ１０４では、ＣＰＵ１は、ステー
ジ制御回路７から上記の測定して記憶された基板５０の
高さとステージの測定座標を受け取り、これらから基板
５０の高さ分布を算出して記憶する。これは従来と同様
の方法である。このようにして求めた基板５０の高さ分
布に基づいて、電子ビーム露光動作時のフォーカス位置
の制御や、高さの差に起因する位置ずれを補正するよう
に制御する。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ステージを移動しながら基板の高さを測定することがで
きるので、基板の高さ分布を求めるのに要する時間を短
縮することができ、電子ビーム描画装置のスループット
を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電子ビーム描画装置の従来例の構成を示す図で
ある。

【図２】本発明の電子ビーム描画装置のコラム部分の構
成を示す図である。

【図３】光高さセンサの方式例を説明する図である。

【図４】実施例におけるステージと光高さセンサの部分
の構成を示す図である。

【図５】実施例における基板の高さ測定動作を示すフロ
ーチャートである。

【図６】実施例における基板の高さ測定動作時の目標経
路と測定を行う座標と、実際の経路と座標を示す図であ
る。

【符号の説明】

８…筐体（コラム） ９…電子銃 １０、１２、１５…レンズ １１…ブランキング電極 １３…フィードバックコイル １４…サブデフレクタ １６…メインデフレクタ １７…ステージ ６０…光高さセンサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板を載置して移動させるステージと、
   電子ビーム発生器と、該電子ビーム発生器の発生した電
   子ビームを前記基板上に収束しながら偏向する電子ビー
   ム偏向手段と、前記ステージと前記電子ビーム偏向手段
   を含めた各部を制御する制御手段とを備える電子ビーム
   描画装置であって、 前記基板の露光面の高さを光学的に測定する光高さセン
   サを備え、 前記制御手段は、 高さ測定のための目標経路を記憶する目標経路記憶手段
   と、 前記目標経路の途中で、前記基板の高さを測定する測定
   位置座標を記憶する測定座標記憶手段と、 前記ステージを前記目標経路に沿って移動させながら、
   前記測定位置座標での前記基板の高さを前記光高さセン
   サで測定して記憶する測定高さ記憶手段とを備え、 前記測定位置座標と測定した前記基板の高さから前記基
   板の高さ分布を算出し、算出した前記基板の高さ分布に
   基づいて前記電子ビームの収束を制御することを特徴と
   する電子ビーム描画装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の電子ビーム描画装置で
   あって、 前記ステージの移動位置を測定するステージ座標測定手
   段を備え、 前記基板の高さを前記光高さセンサで測定する時の座標
   を、前記ステージ座標測定手段で測定し、測定した前記
   ステージの移動位置を前記測定位置座標として前記基板
   の高さ分布を算出する電子ビーム描画装置。