JPS62183116A - 材料のそり補正機能付き電子ビ−ム露光装置 - 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】 （７）技術分野 この発明は、材料のそり補正機能付き電子ビーム露光装
置に関する。

電子ビーム露光装置は、高精度にパターンを露光する事
ができるため、マスクブランク、或はウェーハの上にパ
ターンを露光するために用いられる。

（イ）発明の背景 ガラス基板からできているマスクブランク、およびＳｉ
　、　ＧａＡｓ単結晶基板などからできているウェーハ
は、材料自体にかなりのそりがある。平坦度は各々、〜
ｌＱ７１ｍ、〜数１０μｍと、悪い。

さらに、そりの程度が一定しているのではなく、材料に
より相異する。平坦度は、材料面が平坦面からどれだけ
はずれているかを示す量であるから、そりを表現するよ
いパラメータとなりうる。平坦度は材料ごとに測定する
ことができる。

（つ）従来技術 第１図によって、従来技術を説明する。ウェーハ又はマ
スクブランクの事を単に材料と呼ぶことにする。

基準面をＳとする。これに対する電子ビームの偏向振幅
をαとする。これは材料面のフィールドサイズａに対応
する偏向振幅である。フィールドサイズａは基礎となる
長さであって、材料面はフィールドサイズａＸａの平面
に過不足なく分割されなければならない。これは露光操
作の単位となる。

実際には、材料面Ｗが基べ（面Ｓに合致するとは限らな
い。

材料の周辺部を基準面Ｓと同じ高さになるように保持す
る。しかし、材料にはそりがあるので、中央部では基準
面Ｓとは異なる高さになる。偏向振幅をαとしたままで
は、露光長すが、望ましいフィールドサイズより長くな
ったり、短くなったりする。

補正方法として、従来、次のような事が行なわ・れた。

数枚の材料の平坦度を測定し、その平均値を求める。こ
の平均値から、平均材料面Ｔを基準面Ｓに対して決定す
る。すなわち、平坦度の平均をｑとして、Ｔ＝Ｓ−ｑと
して平均材料面Ｔを決定する。

平均材料面Ｔに於けるフィールドサイズａを与えるよう
な、電子ビームの偏向振幅βを計算し、これを用いる事
とする。

材料面Ｗの高さは、位置の函数である。面の上に、直交
座標系Ｘ、Ｙをとることにすると、Ｗ（ｘ＋ｙ）の高さ
は、ｘｌｙにより変動する。Ｗ（ｘ、ｙ）と基準面Ｓの
差をｈとすると、次の式 ％式％（１） で定義される。ｈ（ｘ、ｙ）の平均値がｑである、とい
う事ではない。平坦度の平均値がｑであるから、 ｑ　￥　＜　ｈ　（Ｘ　、　：Ｙ　）　＞　　　　　　
　　（２）である。

電子ビームの偏向の原点をＯとする。基準面Ｓと、０と
の距離をｐとする。偏向振幅角αと、フィールドサイズ
ａ１及びｐとの間に、 ａ　　＝　　２Ｐｔａｎ−（８） の関係がある。基準面Ｓから下へ距離ｈ（ｘ、ｙ）にあ
る、平行面（水平面）に対して、偏向振幅角γは ａ　＝　２　（Ｐ＋ｈ（ｘ、）’）　）　Ｉ、Ｉｎ−（
４）という関係のあることが望ましい。

に）従来技術の問題点 ｈ（ｘ、ｙ）は、１枚の材料の中でも変動する値を取る
し、材料間でも大きく異なる値を取る可能性がある。と
ころが、既に述べたように従来の補正法は、 乙 によって決まる、一定偏向振幅角βを採用している。β
はγの平均値でもないから、βが（４）式のαを良く代
表しているとはいえない。

例えば、平均材料面Ｔより下に材料面Ｗが存在するとす
る。この場合、振幅角βに対する露光長はｂにある。

ｂは基準走査長ａより長い。

そうすると、ｂｘｂの正方形で、単位の露光がなされる
。第２図に示すように、隣接する基準正方形が、互いに
重なり合うことになる。重なり合いの部分を斜線で示す
。

重なりの寸法ｄは 乙 によって与えられる。

反対に、材料面Ｗが、平均材料面Ｔより上方にあれば、
フィールドサイズａよりｂが短くなり、基準正方形の境
界にはとぎれが生ずることになる。

とぎれの寸法も（６）によって与えられる。

１枚の材料についても、場所によって、基準正方形の重
なり合い、とぎれが生ずる。

ステージをａごと移動して、ａｘａの寸法にバク−；／
を露光するのであるから、露光パターンがとぎれたり、
重なり合ったりする、という事である。

これは、デバイスを作る上で望ましくない事である。

００　　　目　　　　　　　的 材料のそり補正をより精密に行なうことのできる電子ビ
ーム露光装置を提供する事が本発明の目的である。

■構　成 第３図は本発明の電子ビーム露光装置の正面図である。

露光装置本体１の下方に露光室２がある。この中に走査
電極３があって、材料４に対し電子ビームを照射するよ
うになっている。

材料はＸ１Ｙ方向へ、基準走査長ａずつ、平行移動する
。このような移動機溝の図示は省略した。

本発明は、露光室２の前段に、そり測定室５を設け、材
料交換室６から装置内へ搬入された材料のそりを、ひと
つひとつ予め求めて、この後電子ビーム露光できるよう
にしている。

そり測定室５の内部の構成を、第５図に示している。ス
ペックル干渉法を用いて、材料のそりを測定するもので
ある。

レーザ７から出たコヒーレンシイのよいレーザ光８を、
コリメーク９で拡大平行光とする。これをビームスプリ
ッタ１０で、材料方向及び参照面方向に二分する。

参照面には、平面鏡Ｈ１凹面鏡に１及び凸面鏡りを備え
る。材料方向には材料４を置く。

材料面及び参照面で反射された光は、ビームスプリッタ
１０に於て、再び合体し、観測面１２で干渉し合う。観
測面１２での干渉の結果、第４図に示すような、干渉縞
を得る。この干渉縞は、波長大の１／２ずつの面の高さ
を表わす等高線に当る。

縞感度がλ／２であるから、高い精度で材料のそりを求
めることができる。

参照面を平面鏡とした場合、干渉縞の等高線によって、
材料のそりの絶対値が分る。

を乗じた値が、その位置での高さｈを与える。

しかし、これだけでは、そりの方向が分らない。

上に凹（ｈ＞０）であるのが、上に凸である（ｈ＜Ｏ）
のか不明である。

そこで、凹面鏡Ｋ又は凸面鏡りを参照面１１に置くこと
により、そりの方向を検出する。

凹面鏡にの曲率をｋとする。これは、材料の曲率２より
も小さい方がよい。

材料の曲率２は予じめ分らないから、２は決定できない
が、一般的な平均値＜ｚ＞は分るので、これより曲率に
の小さい凹面鏡を選ぶ。つまり、平面に近い凹面とする
のである。

参照面１１に、凹面鏡Ｋを置換えたとする。材料のそり
が凹であるとすると、材料方向と、参照方向の、中央、
周縁間の光路長の差が縮まる。このため、干渉縞の間隔
が広くなる。干渉縞の数は減少する。

凹面鏡にの曲率ｋが、材料の曲率Ｚに等しいと、干渉縞
が極めて少なくなり、理想的にはＯになる。

ところがｋが２より大きくなると、凹面鏡の曲率による
干渉縞が強く表われてくるので、かえって干渉縞が増え
てしまう。

材料のそりが上に対して凸であるとすると、凹面鏡Ｋを
入れることにより、材料方向と、参照方向の中央、周縁
の光路差が拡大する。このため、干渉縞の間隔が狭くな
る。干渉縞の数は増大する。

このように、凹面鏡を入れて、干渉縞の数が減少すれば
、材料は上に対して凹、干渉縞の数が増大すれば材料は
上に対して凸であることになる。

凹面鏡にのかわりに、凸面鏡を入れてもよい。

この場合は、干渉縞の増減の方向が反対になる。

材料のそりが上に対して凹であれば、凸面鏡を入れるこ
とにより、干渉縞の数は増大する。

材料のそりが上に対して凸であれば、凸面鏡を入れろこ
とにより、干渉縞の数は減少する。

凹面鏡にと凸面鏡りのいずれか一方だけでそりの方向が
分るが、２枚使ってもよい。

上記の減少、増大によってそりの方向が分るためには、
凹面鏡の曲率ｋ（正と定義）と、材料のそり２の間に、
Ｚ＞Ｏの時 ｋ　＜　２ｚ　　　　　　　（７） の条件がなければならない。そり２は正であることも負
であることもあるが、正である時（７）式の条件が課さ
れる。２は予め分らない量である。絶対値の平均値＜Ｉ
ＺＩ＞は、だいたいの値が評価できる。

従って ０　＜　ｋ　＜＜ｌｚＤ　　　　　　（８）とする事に
よって、そりの方向を判別できる。ただし、たとえ（８
）式が成立したとしても、極めて平坦な材料（ｚ−＋Ｏ
）の場合（７）式が成立しないことがある。この場合、
平面鏡のかわりに凹面鏡を入れることにより、干渉縞の
数がかえって増える事になる。

しかし、この場合、平面鏡による干渉縞の数から、十分
平坦である事が分るので、判断を誤まる事はない。

さて、第５図の装置はスペックル干渉法を用いたもので
あるが、第４図に示すように、任意の基本正方形（ｘ、
ｙ）の高さが、端からの等高線の数によって計算できる
ようになる。端からの等高線の数がｎ数であれば、高さ
はｎλ／２である。

さらに、そりの方向も分る。そりが上に対して凹であれ
ば、ｈ（ｘ、ｙ）は正、凸であればｈ（ｘ、ｙ）は負で
ある。このようにして、符号を含め、基準面Ｓからの下
向きの高さｈ（ｘ、ｙ）が、各点（ｘ、ｙ）について定
まる。

各点（ｘ、）’）について定まるということが重要であ
る。

それにより、各点（ｘ、ｙ）での偏向振幅γ（ｘ、ｙ）
は次の式 ％式％（９） によって決定する。すなわち、 である。

電子ビーム露光装置内に於て、材料はｘ、ｙ方向へ、順
に移動する。予め（ｘ、ｙ）位置での高さｈ（ｘ、３’
）を記憶しておき、この位置へ材料を移動させた時に、
偏向振幅角γ（ｘ、ｙ）を計算し、γ（ｘ、ｙ）を振幅
角とするのである。

このように、全ての位置で偏向振幅角を一定角βとする
のではな（、座標（ｘ、ｙ）ごとに振幅角γ（ｘ、ｙ）
を決定するのである。

（１）効　果 （１）本発明の電子ビーム露光装置は、マスクブランク
或はウェーハのそりを精密に測定し、偏向振幅角を補正
して電子ビーム露光できる。このたメ露光フィールドの
つなぎが正確である。

（２）露光フィールドのつなぎが正確であって、重なり
合いやとぎれがないので、微細パターンを正確にパター
ニングできる。

（２）材料の傾き 本発明は、基準面Ｓからの材料の高さｈ（ｘ、ｙ）を各
点ごとに定め、（１０）式によって、その点の偏向振幅
γ（ｘ、ｙ）を与えるものである。

これによって、単位となる正方形をａｘａにすることの
できるのは、面が水平である、という仮定があるからで
ある。水・平であるというのは、電子ビームのビーム主
軸に対して面が直交している、という事である。

面が全域にわたって水平であるならばそりはないことに
なる。実際には、材料面が完全に水平ではない。そりが
あれば、材料の中央のみで水平でありうるが、周縁部で
は水平面に対し傾いているはずである。

次に傾き角εの影響について、第６図によって説明する
。

実際の材料面がＱＪであるとする。電子ビームの主軸Ｏ
Ｉｉ：とＱＪはＥ点に於て交わる。しかし直角ではない
とする。ＯＥに直交し、Ｅを通る直線を考える。

電子ビームの偏向角の最大値に対応する方向を○Ｑ、Ｏ
Ｊとする。直線ＯＱ、ＯＪと、前記のＥを通りＯＥに直
交する直線との交点をＦｌＧとする。

距離ＯＥはＰ＋ｈ（ｘ、ｙ）であり、求められている。

これに対して計算された偏向振幅γ（ｘ、ｙ　）は、水
平線ＦＣに対して、フィール、ドサイズａを正しく与え
ることができる。

しかし、実際の材料面はＦＧＫεだけ傾いているとする
。この場合、露光された単位長さはａではなく、ＱＪで
ある。γ（ｘ、ｙ）を単にγと書く。

／　ＪＥＧ　　＝：　　ε　　　　　　　　（１１）正
弦定理より ＥＱも同様に求められる。結局ＱＪは、となる。ＱＪと
ＦＧの差をＦＣで除した偏差量δは、εの２次までの近
似で、 によって与えられる。これは、重なり、又はとぎれをａ
で割った値に対応し、傾いていることによる偏差である
。

一方、（４）式で与えられるように、高さｈがあること
による偏差Ｅは Ｅ　　＝：　−（１６） である。本発明は、高さｈ（ｘ、ｙ）を全て求めること
により、このような偏差をＯにしたものである。

ただし、傾きがあるので、（１５）式のような偏差は残
ることになる。

材料の一辺の長さをｘ１最大高さをｈとすると、最大傾
斜角εは、そりを２次函数で近似し、八 によって求められる。偏差δと、偏差Ｅの比を求める。

となる。これらの値についての大体の評価をしてみると
、これは１０　〜１０　　の小さな値であることが分る
。

従って、傾きεによる誤差は僅かなものである事が分る
。

【図面の簡単な説明】

第１図は電子ビーム露光装置に於ける材料のそりと偏向
振幅の関係を示す説明図。 第２図は材料面に於て、単位正方形である露光フィール
ドのつなぎの部分での、面のそりによって生ずる重なり
を示す平面図。 第３図は本発明の電子ビーム露光装置の正面図。 第４図は材料のそりによって生じるスペックル干渉縞と
そり補正フィールドを示す図。 第５図はそり測定室の構成図。 第６図は材料面が角εだけ傾いた時のフィールドサイズ
の狂いを求めるための説明図。 １　・・・・・・　電子ビーム露光装置本体２・・・・
・・露　充塞 ３・・・・・・走査電極 ４・・・・・・材　　料 ５・・・・・・そり測定室 ６・・・・・・材料交換室 ７　　・・・・・・　　し　　　−　　　ザ８・・・・
・・レーザ光 ９　・・・・・・　コリメーク １０　・・・・　ビームスプリッタ １１・・・・参照　面 １２・・・・観　測　面 発　明　者　　　　　　　　　砂　　子　　勝　　好特
許出願人　　　　　住友電気工業株式会社第　　　１　
　　図 第　　　３　　　図 材料４

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）マスクブランク或はウェーハ面に電子ビーム露光
   する電子ビーム露光装置において、マスクブランク或は
   ウェーハなど露光される材料表面のそり量を表面の全て
   の位置について測定し、基準面Ｓからの表面の高さｈ（
   ｘ、ｙ）を求め、その位置（ｘ、ｙ）に於ける電子ビー
   ムの偏向振幅角ｒ（ｘ、ｙ）による露光長が予め定めら
   れたフィールドサイズａに等しくなるように、電子ビー
   ムの偏向振幅角ｒ（ｘ、ｙ）を高さｈ（ｘ、ｙ）に応じ
   て決定するようにした事を特徴とする材料のそり補正機
   能付き電子ビーム露光装置。
2. （２）偏向振幅角ｒ（ｘ、ｙ）が、走査電極と基準面Ｓ
   との距離をＰとして、 ｒ（ｘ、ｙ）＝▲数式、化学式、表等があります▼　 によって与えられることとした特許請求の範囲第（１）
   項記載の材料のそり補正機能付き電子ビーム露光装置。
3. （３）そり状態を計測する装置は、レーザとレーザ光を
   拡大平行光にするコリメータと、拡大平行光を参照面へ
   向う光と材料面へ向う光の２つに分割するビームスプリ
   ッタと、参照面に置かれる平面鏡と、凹面鏡又は凸面鏡
   と、参照面及び材料面で反射されビームスプリッタによ
   って合一した光を干渉させる観測面とよりなるものであ
   る特許請求の範囲第（１）項記載の材料のそり補正機能
   付き電子ビーム露光装置。