JPS59115527A - 電子ビ−ム転写装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、光電マスクを用いて試料上に微細なパターン
を転写する電子ビーム転写装置に関する。

〔従来技術とその問題点〕

従来、シリコンウェハ等の試料面上にレジストうにして
いるが、この種の手法では上記走査に長時間を要し、生
産性が悪いという問題がある。そこで最近では予めパタ
ーンを形成したマスクを用い、そのマスクパターンをＸ
線や電子線等にて試料上に転写する各種の転写装置が開
発されている。

そしてこれらの転写装置のうちで紫外光を受けて光電子
を放出する光１マスクを用いこのマスクと試料（レジス
トを形成したウェハ）との間に磁界と電界を印加し、上
記マスクから放出された光電子を収束せしめて転写を行
なう元藏面マスク形電子ビーム転写装置が微細パターン
転写に最も有望と考えられている。

第１図にその装置の概略構成を示す。真空容器（試料室
）１はその内部を真空ポンプ２により例えばＩ　Ｘ　１
　０　’Ｔｏｒｒ程度に真空排気される。真空容器１内
の所定の位置には光電マスク３が配置されている。この
マスク３は紫外光を通過する石英基板３ａと、この石英
基板３ａの下面に堆層された紫外光を遮ぎる薄膜（たと
えばクロム）から成るマスクパターン３ｂと、これらの
下面に塗布された紫外光を受けて光電子を放出するＣｓ
Ｉ等からなる光′載面３ｃから形成されている。そして
光電マスク３の下方向には、レジスト４を塗布した試料
５がマスク３と例えば１０ｍｍ程度離間して対向配置さ
れるものとなっている。また、前記容器１の上壁には透
孔があ如、この透孔を閉塞して透明板６が取着されてい
る。そしてこの透明板６を介して容器１内に光源７から
の紫外光が導入され、前記マスク３の上面が照明される
ものとなっている。一方前記容器ｌの外部には例えばヘ
ルムホルツ形コイル８が設けられており、このコイル８
にコイル電源２１から直流電流が供給され、上下方向、
つまり、マスク３と試料５との間には直流電源９がら高
電圧が印加され、これにより上記磁界方向と同方向に電
界が印加されるものとなっている。

しかして、光源７から発生せられた紫外光は透明板６を
介して光電マスク３の上面に照射され、これにより上記
マスク３の光電面３ｃがらマスクパターン３ｂに対応し
て光′４子が放出される。この光′１子は前記磁界、電
界により収束加速されて下方向に進み、試料５上のレジ
スト４に入射する。

かくしてレジスト４がマスクパターン３ｂに応じて露光
され、パターン転写が行なわれる。尚、図中１０は光源
からの紫外光をさえぎるシャッター、１１はシャッター
を駆動する駆動系及び制御系である。

この種の装置では１子ビームの集束性は、マスクと試料
間の距離、マスクと試料間に印加する加速電圧、集束磁
界強度等に影響される。つまり、１毬子ビームの集束条
件は次式で与えられる。

ここでｄはマスク゜・試料間隔、■はマスクと試料間に
印加する加速電圧、Ｂは集束磁界強度、ｖ。

およびθは光１κ子の放出エネルギーとその放出角度で
ある。

したがってマスク−試料間距離が予めわかっているなら
ば上式により、′１子ビームを集束させるためのマスク
−試料間に印加する加速゛電圧および集束磁界強度の条
件は計算で求めることができる。

しかしながら、マスクと試料間の距離および実際の磁界
強度の高精度な測定はきわめて煩雑な作業であり、多く
の場合、このような高精度な測定は遣なわず、実際に条
件を変えて何回も転写を行ない、得られた転写パターン
から電子ビームの集束条件を求めている。しか己、この
作業もかなり煩鳥な作業であり、最近では高い解像度を
得るために加速電圧を高圧化する傾向にあるが、加速電
圧を変えるたびにそれぞれの場合について集束条件を求
めなくてはならず、これに資す時間は大きく、生産性の
低化につながり殖産用半導体製造装置等においては重大
な問題である。

〔発明の目的〕

本発明は上記問題点を解消し電子ビームの集束調整を簡
単に行なえるようにした電子ビーム転写装置を提供する
ことにある。

〔発明の概賛〕

本発明は、試料上に照射される光１子の強度がその光電
子の集束の程度に依存することを利用したもので、前記
試料又はその支持部材上に光電子応動手段を設け、この
光電子応動手段から発せられる放射線荷電粒子線もしく
は電気信号に応じて前記光′電子の集束調整を行なうも
のである。

本発明では、光′一子応動手段に対して光１子を相対的
に移動させて、山状の出力波形を得て、この出力波形が
設定値以上で十分な光電子の集束が得られるように集束
調整をすることもできる。更に前記出力波形を同期検波
しその信号レベル又は傾きの程度に応じて光電子の集束
調整をすれば、雑音が無く精度のよい集束調整が可能と
なる。

これを光゛磁子応動手段として試料に通常設けられる位
置合わせ用マークを用いて行なうと簡易な光電子の集束
調整が可能となる。即ち、位置合わせ用マークと試料構
成材料とが光電子照射によるＸ線発生量が異なる場合、
このＸ線出力をＸ線検出器で候出し、このＸ線検出信号
の同期検波信号のピーク又は傾きが最大になるように、
集束磁界あるいは電界を調整することによシ、″電子ビ
ームの集束調整ができる。通常Ｘ線検出による位置合わ
せでは、Ｘ線検出器で検出されるアライメント信号（第
２図）は、そのままでは微弱でＳＮが悪いため電子ビー
ムを偏向コイルによって変調し、ロックイン検波（位相
敏感検波、同期整流）を行ない、第３図に示すようなＸ
線検出信号の微分された信号を取シ出すことになる。こ
の信号を用いて位置合わせを行う場合、信号が零を示し
、その点を境に信号の符号が逆になるように位置合わせ
を行うため、位置合わせ精度は、その点での信号の傾き
に依存する。つまり、傾きが急であるほど位置合わせ精
度は高くなる。また、この傾きは微分信号のピークが大
きいほど急になるので、電子ビームの変調振幅は通常こ
のピークが最大になるように設定される。ところが、電
子ビームの集束性が惑い場合には集束性が良い場合に比
べてこのピークは小さくなり、信号の傾きは緩やかにな
る。

本発明では、上記信号のピーク値が螺子ビームの集束性
に依存することを利用し、この信号のピーク又は傾きが
最大になるように４Ｒ界あるいは電昇をコントロールす
ることにより、電子ビームの集束１ｉＩｉ！ｌ整も行う
ことができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、マスク−試料間距離および磁界強度の
高精度な測定を行わず、また電子ビームの集束条件を求
めるための転写を行うことなしに電子ビームの集束調整
を行うことが可能となる。

したがって装置立上げ時に要する時間を短縮することが
できる。また、転写条件の変更（例えば加速電圧を変え
る）に対しても、速やかなａ子ビームの集束調整が可能
となり、生産性の低下をふせぐことかできる等の効果が
ある。

また、試料交換の度にマスク−試料間距離を再現精度よ
く電子ビームの焦点深度内に収めるには、ウェハ等の薄
板構造の試料保持方法として第４図に示すように試料３
１上面を部材３００基準面に当てるような方式にしなく
てはならない。このような試料周端部の凸形状は電界の
一様性を乱し、螺子ビーム転写像の解像性に悪影響をお
よぼし、好ましくない。ところが、本発明によればマス
クと試料の平行度さえ保祉すれば、マスク・試料間距離
が試料父換の度に゛−電子ビーム焦点深度を越えても電
子ビームの集束調整を容易に行９ことができるので、第
５図に示すような静電チャック板３２等による上からの
押えの無い試料保持方法が可能となり、解像性悪化の要
因となる電界の乱れを妨ぐことかできる。

〔発明の実施例〕

第６図は本発明による亀子ビーム転写装置の一実施例を
示す構成図である。

図に於いて、真空容器（試料室）１はその内部を真空ポ
ンプ２によシ例えばｌＸ１０’Ｔｏｒｒ程度に真空排気
される。真空容器１内の所定の位置には光電マスク３が
配置されている。このマスク３は紫外光を通過する石英
基板３ａと、この石英基板３ａの下面に取着された紫外
光を遮ぎる薄膜（たとえばクロム）から成るマスクパタ
ーン３ｂと、これらの下面に塗布された紫外光を受けて
光電子を放出するＣｓＩ等からなる光電面３ｃから形成
されている。そして光１マスク３の下方向には、レジス
ト４を塗布した試料５がマスク３と例えば１ｒ）ｍｔａ
程度離間して対向配置されるものとなっている。まだ、
前記容器１の上壁には透孔１ａがあり、との透孔１ａを
閉塞して透明板６が取着されている。そして、この透明
板６を介して容器１内に光源７からの紫外光が導入され
、前記マスク３の上面が照明される。一方、前記容器１
の外部には例えばヘルムホルツ形コイル８が設けられて
おり、このコイル８にコイル電源２１から直流電流が供
給され、上下方向、つまシマスフ３の光電面３ｃと直交
する方向に磁界が印加される。さらに前記マスク３と試
料５との間には直流電源９から高電圧が印加され、これ
により上記磁界方向と同方向に電界が印加される。

しかして、光源７から発せられた紫外光は透明板６を介
して光電マスク３の上面に照射され、これにより上記マ
スク３の光電面３ｃからマスクパターン３ｂに対応して
光電子が放出される。この光−子は前記磁界、電界によ
り、収束加速されて下方向に進み、試料５上のレジス）
４に入射する。

かくしてレジスト４がマスクパターン３ｂに応じて露光
され、パターン転写が行なわれる。尚、図中２２は光源
からの紫外光をさえぎるシャッター、１１はシャッター
を駆動する枢動系及び制御系である。以上は第１図に示
した従来装置と同様な構成である。

次に本発明の特徴部分の説明を行なう。光電マスク３に
は位置合わせ用マスクパターン３ｄが設けられ、試料５
上にはマスクパターン３ｄを通過しパターン化された光
電子束の断面形状と同じ正方形の位置合わせ用マーク１
２が設けられている。

このマーク１２は′電子ビームで照射された領域に対応
するＸ線放射を発生でき、位置合わせされたときこの発
生するＸ線の蓋が最大になる。つまりマークの組成とし
ては、マークとこれを囲む試料５の狭面のビーム照射部
分との間で充分なＸ線発生コントラストが得られるもの
を選ぶ。例えば試料表面はＳｔ、５ｉ０２など比較的小
さな原子数を有する物質を、マークとしてはモリブデン
、タンタルなどの重金属が用いられる。

試料５の下面に接触して円板状の試料保持部１４があシ
、第８図はその平面図である。保持部１４には孔１４ａ
があり、そこにＸ線検出器１３が備えられており、マー
ク１２に亀子ビームが照射した際に発生し試料５を通過
するＸ線を検出でき、るようになっている。このような
構造にょシマスフ３と試料５間距離が小さくても検出が
可能となる。１５はＸ線検出器１３がら得られたＸ線検
出信号を増幅する増幅器（例えばフォトマルチプライヤ
−）、、１６はこの増幅された信号をロックインアンプ
であ仝。２ｏは試料５の回転方向位置合わせ用θ試料で
あ）、まだ１７はθ試料台２ｏの駆動機構３７及びＸ、
Ｙ偏向コイル３８を制御する制御回路、３４は比較回路
、３５はコイル電源２１および、高圧電源９用の制御回
路である。次に、この装置における位置合わせの原理を
説明する。位置合わせ用マスクパターン３ｄに対応して
放出された光１子は、マスク３の光蹴面３Ｃと直交する
方向に印加された磁界およびマスクと試料間の電界によ
り収束加速されて下方向に進み、試料５上のレジスト４
に入射する。さらにレジスト４を通過した成子ビームは
位置合わせ用マーク１２および試料５の表面を照射し、
加速電子が金属ターゲットに衝撃するときＸ線が発生す
る。そのＸ線は試料５を通過し、Ｘ線検出器１３によっ
て検出され増幅器１５によって増幅される。発生するＸ
線の強度はターゲットとなる金属の原子番号で異なυ、
連続Ｘ線についていえば、原子番号に比例する。したが
って位置合わせ用マークの組成を試料表面の原子番号に
比べ大きな原子番号をもつ金属、例えばＳｔ試料に対し
Ｔａのマークとすれば、Ｘ線検出信号は位置合わせされ
たときに最大になシ、偏向コイル３８で′成子ビームの
レジスト４到達位置をそれぞれＸ方向及びＹ方向に移動
したときの信号は第２図に示すような波形を示す。

増幅器１５から得られる信号も第２図と同様な波形とな
り、これにより位置調整することもできるが、Ｓ／Ｎが
悪いため、ロックインアンプ１６でロックイン増幅した
信号（第３図）、即ち増幅器１５の出力の同期検波信号
を用いて位置合わせを行なう。つまり信号が零を示しそ
の点を境に信号の符号が逆転する点を求める。制御回路
１７による位置補正は、ｘ、Ｘ方向については偏向コイ
ル３８によって、θ方向についてはθ試料台２０によっ
て行なう。尚、位置合わせを行なう間、実際に転写すべ
きパターンで成子ビームが照射されることは好ましくな
いので、転写パターン部をさ＾ぎる位置合わせ用シャッ
タ２２を、マスクの上部に設け、転写時には開放される
ようにする。

次に光電子の集束調整機構について説明する。

（子ビームの集束性が悪く、マスク・試料間距離が焦点
深度を越えるとＸＭ検出器１３の出力信号が弱まり、そ
れを更に同期検波した信号は第７図に於いてａで示すよ
うにピーク値が小さくなり且つ位置合わせ地点（Ｘ方向
の零点）付近の傾きが緩やかになる。

従って、制御回路３５によシ寛源９又は電源２１の出力
を変化させて、比較回路３４によりロックインアンプ１
６の出力（ｇ号のピーク値が第７図に於いてｂで示すよ
うに基準値８以上あるいは零点に於ける傾きが設定値以
上になることを検出して光電子が集束するように電源９
又は電源２１の出力を設定すればよい。

このように位置合わせ検出信号及び集束コイル電源又は
高圧電源で電子ビームの集束調整を行なうことでマスク
・試料間の距離を精密に設定する必要がなくなり、マス
ク・試料間の測定や、実際の磁界の測蝋等の煩雑な作業
が不要となる。また試料の上下方向の位置が試料交換の
度にずれて焦点深度を越えても′１子ビームの集束調整
ができるため、試料の上下方向の位置合わせが不要とな
る。

また、転写条件を変えても各転写条件に対する集束条件
を求めることなしに容易に電子ビームの集束調整を行な
うことができる。

〔発明の他の実施例〕

上述した実施例では光′嵯子を受ける試料４上のマーク
１２の発するＸ線により光電子の集束の程度を検出した
が、試料４を保持する支持材（試料台）にマークを設け
るようにしてもよいし、又マーク１２とは別の制限され
た光′亀子照射される領域を有するパターンを試料上も
しくは前記支持部材上に設けてもよく、さらにこれらノ
くターンもしくはマークは光電子応動手段であればＸ線
に限らず他の放射線や東予等の荷電粒子線あるいは電気
信号を発生するものであってもよい。

上述した実施例では、ｘ、ｙ偏向コイル３８により光電
子をＸ、Ｙ方向に偏向し、光゛ｄ子応動手段から位置合
わせ信号及び光電子強度４Ｎ号を得るようにするととも
に同一偏向コイル３８によシ光電子のＸ、Ｙ方向位置設
定を行なっているが、これら機能をそれぞれ別の偏向コ
イルで行なうようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の′−子ビーム転写装置の概略を示す構成
図、第２図はＸ線検出器から出力されるアライメント信
号を表わす特性図、第３図はロックイン検波されたアラ
イメント信号を表わす特性図、Ｍ４図は試料上面を基準
面に当てる試料保持方法の一例を示す説明図、第５図は
静電チャックによる試料保持方法を示す説明図、第６図
は本発明の一実施例を示す構成図、第７図は電子ビーム
の集１・・・真空室、２・・・真空ポンプ、３・・・光
「ｄマスク、４・・・レジスト、５・・・試料、６・・
・透明板、７・・・光源、８・・・コイル、９・・・電
源、１０・・・シャッタ、１１・・・駆動系及び制御系
、１２・・・位置合わせ用マーク、１３・・・Ｘ線検出
器、１４・・・試料保持部、１５・・・増幅器、１６・
・・ロックインアンプ、１７・・・制御回路、２０・・
・位置合わせ用θ試料台、２１・・・コイル電源、２２
・・・位置合わせ用シャッタ、３０・・・基準面を有す
る部材、３１・・・試料、３２・・・静電チャック板、
３３・・・固定台、３４・・・比較回路。 （７３１７）代理人　弁理士　則　近　憲　佑（ほか１
名） 第　　２　　図 第　　３　　口 第　　４　　図 第５図 第６図 ＼ し

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）所望パターンを有し光の照射によシバターン化さ
   れた光電子を放出する光電マスクと、この光電マスクと
   前記パターンが転写される試料の対向方向に沿って磁界
   及び電界を印加して前記光電子を前記試料に集束される
   磁界及び電界発生手段と。 前記試料又はその支持部材に設けられ前記光電子照射の
   強度に対応して放射線、荷電粒子線もしくしくけ電気信
   号に応じて前記光α子の集束調整をする調整手段とを具
   備した亀子ビーム転写装置。 （２）所望パターンを有し光の照射によりパターン化さ
   れた光電子を放出する光′＃ｉｔｙスクと、との光電マ
   スクと前記パターンが転写される試料の対向方向に沿っ
   て磁界及び電界を印加して前記光′−子を前記試料に集
   束させる磁界及び電界発生手段と、前記光磁マスクから
   発せられる特定パターンの光電子を受けて放射線、電子
   線もしくは電気信号を発生する制限された領域を有する
   前記試料又はその支持部材に設けられる光電子応動手段
   と、この光゛電子応動手段に対し前記光電子を相対的に
   移動せしめる偏向手段と、前記光電子の移動に併ないう 前記光電子応動手段から発せ１′れる前記放射線、電子
   線もしくは電気信号に応じて前記光電子の集束調整をす
   る調整手段とを具備した電子ビーム転写装置。 （３）調整手段は、試料に集束される磁界又は電界発生
   手段であることを特徴とする特許 範囲第１項に記載した電子ビーム転写装置。 （４）光゛電子応動手段から得られる放射線、電子線も
   しくは電気信号に対応した信号を同期検波し、同期検波
   された信号のし・ベルの高さもしくは傾きに基づき調整
   手段を制御することを特徴とする上記特許請求の範囲第
   １項に記載した重子ビーム転写装置。 （５）光電子応動手段は、試料に設けられかっこの試料
   とは光電子照射に対するＸ線発生量が異なるパターン層
   であり、前記試料近傍には、前記パターン層から発せら
   れるＸ線を検出して電気信号に変換するＸ線検出器が設
   けられることを特徴とする特許 かに記載した成子ビーム転写装置。 （６）Ｘ線検出器は試料を支持する支持台に設置される
   ことを特徴とする上記特許請求の範囲第５項に記載し九
   ゛亀子ビーム転写装置。 （力先シ子を偏向する手段は、偏向゛コイルであること
   を特徴とする上記特許請求の範囲第１項に記載した眠子
   ビーム転写装置。 （８）光電マスクから発生される特定パターンの光ｉｔ
   子及び光電子応動手段は、試料と所望パターンの光１子
   の相対的位置合わせ手段を構成することを特徴とする上
   記特許請求の範囲第１項に記載ｃした成子ビーム転写装
   置。