JPS5833702Y2 - 電子ビ−ム露光装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は半導体集積回路などの製造に必要である微細な
パタンを形成する為の電子ビーム露光装置に係り、更に
限定すれば、半導体ウェハを試料保持具に取りつけたり
、露光済のウェハを取り出したりするための試料交換室
と、この試料交換室と連通可能に配設され電子ビームで
ウェハを露光させるための試料室とを備え、多数のウェ
ハに順次連続的に所定パタンの電子ビーム露光を行う電
子ビーム露光装置に係り、電子ビームで試料を露光する
前に予め試料表面の上下方向変位に関する情報を得て、
電子ビームによる試料の露光を効率的に行える電子ビー
ム露光装置に関する。

従来の電子ビーム露光装置によって、電子ビーム用レジ
ストを塗布したシリコンウェハ（以下ウエノ＼と略称す
る）にパタンを露光する場合について説明する。

電子ビーム露光装置は試料交換室、この試料交換室に連
通し得る試料室、この試料室内の試料に電子ビームでパ
タンを描画するための電子ビーム偏向装置、その偏向制
御装置及び前記試料交換室や試料室を真空に排気するた
めの真空排気装置等を備える。

そこで、まず試料であるウェハをカセットと呼ばれる試
料保持具に収納し、ウェハを回転させてカセットに対す
るウェハの取付方向、ひいては電子ビームに対するウェ
ハの取付方向を調整する。

なおこの場合の調整精度は、偏向制御装置によって電子
ビーム照射を所要の精度内で補正できる範囲としておけ
ば良い。

しかるのちカセットを試料交換室に収め、この試料交換
室を真空に引いてからカセットを試料室内のステージに
移送する。

ところでウェハは、既に酸化皮膜の形成やイオン注入等
の半導体集積回路製造上の処理を受けているため、変形
や伸縮を生じていることが多い。

そこで、既に形成されたウェハ上のパタンに次のパタン
を精度よく重ね合わせて描画するには前記変形や伸縮に
よる影響を除かねばならず、電子ビームの照射に補正を
要する。

そのため通常２〜５ｍｍ口という電子ビーム偏向装置の
偏向フィールド毎の４隅に相当させて合わせ用マークを
ウェハ上に形成してあり、カセットをステージに装填し
た状態で偏向フィールド毎にステージを停止して偏向フ
ィールド４隅の前記合わせ用マークの位置を電子ビーム
で検出し、その検出結果に基づいて電子ビームの照射位
置を偏向制御装置で補正しながら偏向フィールド内にパ
タンを描画する。

このような従来の電子ビーム露光装置では、ウェハの変
形や伸縮に対する電子ビームの照射位置の補正を合わせ
用マーク位置の検出結果だけに基づいて行っているため
、補正に必要とするマークの個数が非常に多くなりマー
ク検出に要する時間が増大し、それだけパタン描画に多
大の時間がかかる。

また偏向フィールドは２〜５ｍｍ口であって限られたこ
の領域内にパタンを設けるため、合わせ用マークが多数
必要となり、そのためウェハ全面積に対する有効利用率
が低くなり、そため集積回路設計に対して制限を与えて
いた。

またこのような欠点を改善するため、試料室内に試料の
上下方向変位を測定する測定装置を設置して試料の上下
方向変位の情報を得るようにした電子ビーム露光装置も
ある。

しかし、この電子ビーム露光装置では、（１）電子ビー
ム光軸直下の試料の上下方向変位を測定できないこと、
（２）試料室内において一ヒ下方向変位を測定するため
に生産性が低下すること、などの欠点を有する。

本考案は上記従来技術の欠点を除去した電子ビーム露光
装置の提供を目的として新規な着想に基づいて考案され
たもので、その特徴とする構成は、露光用の試料が収納
されて電子ビームでパタンを描画する試料室とこの試料
室に連通可能な試料交換室とを備え多数のウェハを順次
連続的に露光させる電子ビーム露光装置において、前記
試料交換室内にて前記試料をこの試料の平面に沿って移
動させるステージと、このステージの各停止位置でステ
ージ上での試料表面の上下方向変位を測定するレーザ走
査形測定装置とを備え、つぎに試料室に移送されるべく
試料交換室内で待機中の時間にステージ上のウェハの上
下方向の変位を前記レーザ走査形測定装置で測定し、こ
の測定結果を記憶する記憶装置に一時蓄積し、この測定
装置で得られた前記上下方向変位の情報及び前記試料室
に移送された状態で検出された当該試料の合わせ用マー
クの位置情報に基づいて試料に対する電子ビームの照射
位置を補正してパタンを描画することにある。

以下、本考案の一実施例を第１〜４図に基づいて詳細に
説明する。

第１図はカセットの断面を示し、カセット２はカセット
本体２ａ、中央が丸穴の上板４、押え板６及びばね７を
備える。

シリコンウェハ等の試料１は上板４と押え板６間に挿入
され、ばね７の押圧力により試料１は上板４の下面であ
る基準面５に押し付けられてセットされる。

なお符号３はカセット２を後述するＸＹステージ（第２
図に符号１９で示す）に装填するための案内機構である
。

カセット２に収納された試料１は第１図の如く上下方向
に変位しているが、この上下方向変位をレーザ走査平面
度測定機にて実測したところ第２図に示すように、上板
４から中央へ向って内側１〜２ｍｍの範囲では試料１の
上面と基準面５は一致し、中央部での変位は最大でも５
０μｍとなっている。

ただし、第２図において、Ｚ軸は試料１表面の上下方向
変位を示し、Ｙ軸は第３図における試料１の平面座標ｘ
、ｙのＹ方向位置を示す。

したがって、試料１の半径を５０ｍｍとしても試料１の
平面座標ｘ、ｙにおける測定誤差、ＪｄとＺ方向変位の
測定誤差、（Ｚとの関係は となるから、Ｊ Ｚ ＝０．０５ ｐ ｍとすれば１ｄ
＝５０μｍとなり、試料１の位置決め精度を±２０ｐｍ
としても十分な精度で平面座標Ｘ、ｙにおける試料１の
上下方向の変位Ｚを測定できる。

第３図は、試料交換室８及び試料室１７を破断して実施
例に係る電子ビーム露光装置を示す平面断面図であり、
第４図は試料交換室８の側面を破断して示すと共に制御
ブロックを示す前記電子ビム露光装置の構成図である。

第３図において、試料交換室８は試料室１７に真空用の
ゲートバルブ１８で連通され、試料交換室８にはカセッ
ト２を載置するステージ９が案内機構１０と送りねじ１
１とに装着されて収められており、送りねじ１１を駆動
するパルスモータ１３の作動によってステージ９は送り
ねじ方向である図中Ｘ方向に位置決めされる。

このＸ方向位置決めの初期位置（Ｘ＝０）はステージ９
が当接し得るリミットスイッチ１２の作動で与えられる
。

試料室１７には、カセット２の案内機構３がはまる案内
機構２１、嵌合時の位置決め用のストッパ２２及びレー
ザ測長機（図示せず）用のＬ形ミラー２０を備えたＸＹ
ステージ１９が設けられており、試料交換室８と試料室
１７間での試料１の移送は、着脱用バー１４によるカセ
ット２のステージ９とＸＹステージ９間の移送でなされ
る。

なお、１５は真空用の切換バルブ、１６は真空排気装置
、２３及び２４は試料１に設けたウェハマークであり、
矢印Ｙは送りねじ方向とは直角の方向で次に述べる上下
方向変位を測る測定装置の走査方向である。

第４図において、２５及び２５ ａは試料表面の上下Ｚ
方向変位を測定する測定装置の本体及び制御部であり、
本実施例の場合測定装置としてはレーザ走査平面度測定
機を用いである。

測定装置本体２５は、試料交換室８の土壁にはめ込んだ
ガラス窓２６を介して試料１（識別を容易にするため斜
線を付しである）の表面に対待させて、試料交換室８の
土壁に取付けである。

測定装置制御部２５ ａは制御用計算機２７の指令によ
って測定装置本体２５を動作させ、この測定装置本体２
５のレーザビームを試料１上にてＹ方向（第３図参照）
に走査させる。

この走査の結果として第２図のような試料１の変形状態
に相当する電気信号が測定装置制御部２５ ａの出力部
２５ ｂより得られる。

２８はＡＤ変換器であり、この場合カセット２の上板４
の形状及び寸法は予め知られているので゛この情報を考
慮した制御用計算機２７の指令によって、前記電気信号
のうち上板４の内側に相当する部分の電気信号だけがＡ
Ｄ変換器２８でデジタル化され、制御用計算機２７に接
続された記憶装置２９に入力される。

この時、上板４の内側Ｑ−Ｑ、５ｍｍ部分に相当するデ
ジタル信号の値を変位Ｚ−Ｏとし、他はこれによって換
算されて基準面５に対する変位情報が得られる。

一方、３０はパルスモータ１３を制御するモータ制御部
で、制御用計算機２７の指令によって動作してステージ
９を適宜量（本実施例では１ ｍｍ）づつ移動させ、ス
テージ９のＸ方向の位置に相当する信号を記憶装置２９
に出力する。

次に試料１の上下方向変位の測定をまとめて説明する。

まず試料１をカセット２にセツトシてからこのカセット
２をステージ９に設置する。

次にステージ９をリミットスイッチ１２が動作する位置
まで動かしＸ−Ｏである初期位置に設定する。

この初期位置で測定装置本体２５を動作させて試料１の
座標Ｏ５ｙに対応する変位Ｚの値を測定し、記憶装置２
９に記憶させる。

次にステージ９を１ｍｍ移動させてＸ−０の場合と同様
に試料１の座標１．Ｖに対応する変位Ｚの値を測定し、
これを記憶装置２９に記憶させる。

以下ステージ９を１ｍｍづつ移動させ、試料１全面につ
いての座標Ｘ、ｙと変位Ｚの値を記憶装置２９に記憶さ
せる。

その後は、ゲートバルブ１８を開けてからカセット２を
着脱用バー１４で押して試料室１７内のＸＹステージ１
９に設置する。

この設置にあたり、カセット２の案内機構３とステージ
１つの案内機構２１との嵌合及びストッパ２２の規制に
よってカセット２は所定位置にセットされる。

なお、第４図中記憶装置２９内のＸｌ、Ｘ２．・・・・
・・Ｘｏ、Ｙｌ、Ｙ２．・・・・・・Ｙｍ及びＺ１□、
Ｚ１２は試料１について記憶された変位情報である。

このようにしてＸＹステージ１つに設置された試料１は
、まずＬ形ミラー２０に対する位置及び回転方向を求め
るために、そのウェハマーク２３．２４の位置について
電子ビームで検出される。

この検出結果によってＸＹステージ１９上の試料１の位
置と記憶装置２９の記憶内容である試料１の位置情報ｘ
、ｙ、ｚとが関係づけられる。

つぎに４〜６ｍｍ口の偏向フィールドにつき１個の合わ
せ用マーク（図示せず）の位置を電子ビームで検出し、
この合わせ用マークの位置と電子ビームで露光すべき領
域について既に記憶装置２９に記憶されている試料１の
変位情報とに基づいて電子ビームの照射位置を制御用計
算機２７、偏向制御装置あるいは専用の補正演算装置で
補正して、当該領域にパタンを露光する。

以上詳述した実施例装置では、試料１やカセット２の位
置をリミットスイッチ１２やストッパ２２の位置決めに
基づいて得ているが、前述したようにＡｄ−±２０μｍ
程度の精度でもＪ Ｚ ＝０．０５ μｍのＺ方向測定
精度を十分に得られるため、必らずしもより精密な位置
決め手段を用いなくてもかまわない。

更にステージ９の位置決めも同じ理由でパルスモータ１
３へ送出するパルス数の制御だけで十分である。

なおここで付言するに、ステージ９にリニアエンコーダ
を取付ければより精密に当該ステージ９の位置決めをで
き、また試料１やカセット２の位置を他の手段でより精
密に求めるようにしても良い。

以上実施例において詳細に説明したように、本考案によ
れば、電子ビームで試料にパタンを露光する以前に、試
料交換室内でカセットにセットした状態の露光待機時間
中に試料表面の上下方向変位の情報が得られ、この変位
情報と試料上に形成した合わせ用マークとを併用して電
子ビームの照射位置を補正するようになるので、従来の
ように試料室のウェハを装填してから試料の上下方向変
位を測定するための時間が不要となり露光準備から、露
光完了までに要する時間が短縮できるとともに、この合
わせ用マークの個数を従来の士〜先に減少させても高精
度なバタン描画が可能となった。

そのため合わせ用マークの検出に要する時間が大増に短
縮して生産性が高まり、また偏向フィールド内の合わせ
用マークの数が減った分だけ有効面積が広くなって回路
設計の余裕度を増加できる。

【図面の簡単な説明】

図は本考案の一実施例に係り、第１図は実施例装置に用
いたカセットの断面図、第２図は第１図のカセットに収
納された試料の平面度を示すグラフ、第３図は制御ブロ
ックを省いた実施例装置の平面断面図、第４図は実施例
装置の構成国で試料交換室の側面を破断しである。 なお、第４図の符号１は識別容易のために斜線を付しで
ある。 １・・・・・・試料、２・・・・・・カセット、２ａ・
・・・・・カセット本体、３・・・・・・案内機構、４
・・・・・・上板、５・・・・・・上板の基準面、６・
・・・・・押え板、７・・・・・・ばね、８・・・・・
・試料交換室、９・・・・・・ステージ、１０・・・・
・・ステージ用の案内機構、１１・・・・・・送りネジ
、１２・・・・・・リミットスイッチ、１３・・・・・
・パルスモータ、１６・・・・・・真空排気装置、１７
・・・・・・試料室、１８・・・・・・ゲートバルブ、
１９・・・・・・ＸＹステージ、２０・・・・・・Ｌ形
ミラー、２１・・・・・・カセット用の案内機構、２２
・・・・・・ストッパ、２３ 、２４・・・・・・ウェ
ハマーク、２５・・・・・・測定装置本体、２５ ａ・
・・・・・測定装置制御部、２７・・・・・・制御用計
算機、２８・・・・・・ＡＤ変換器、２９・・・・・・
記憶装置、３０・・・・・・モータ制御部。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 露光用の試料が収納されて電子ビームでパタンを描画す
   る試料室とこの試料室に連通可能な試料交換室とを備え
   ウェハに直接露光を行う電子ビーム露光装置において、
   前記試料交換室に前記ウェハを平面に沿って移動させる
   ステージとウェハ表面の上下方向の変位を測定するレー
   ザ走査形測定装置と測定結果の記憶装置を備え、ウェハ
   を前記試料室内に移送する以前に前記試料交換室内のス
   テージの各停止装置で前記レーザ走査形測定装置により
   ウェハの上下方向変位の情報を前記記憶装置に蓄積し、
   つぎに前記ウェハを前記試料室に移送し、電子ビームで
   検出された前記ウェハ周辺部に設けた２〜４個所の合わ
   せ用マーク及び各チップに設けた１〜２個所の合わせ用
   マークの位置及び各合わせ用マーク間の距離の情報を得
   て、前記試料交換室で得た前記ウェハの上下方向変位の
   情報とに基づいてウェハに対する電子ビームの照射位置
   を補正してパタンを描画することを特徴とする電子ビー
   ム露光装置。