JPS622535A

JPS622535A - 電子ビ−ム露光装置

Info

Publication number: JPS622535A
Application number: JP14038685A
Authority: JP
Inventors: Kiichi Takamoto; 喜一高本; Mamoru Kondo; 衛近藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1985-06-28
Filing date: 1985-06-28
Publication date: 1987-01-08

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、半導体集積回路などの製造において必要な微
細バタンを形成するための電子ビーム露光装置に係り、
特に、マスクに被着したホトエミッタから発生する電子
を利用してマスクパタンを試料面上に転写する構成の電
子ビーム露光装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来技術とその問題点を第３図および第４図により説明
する。従来装置のひとつの例を第３図に示す。この装置
では、ホトエミッタを被着したマスクを利用し、マスク
パタンを試料面上に等倍で転写する。１はマスク基板、
２はＬＳＩなどのバタン、３はホトエミッタ、４はウェ
ハ、５はレジスト膜、１０はウェハ保持具、１１は紫外
線発生用光源、１２は集束用コイル、１３は高圧電源、
２０はホトエミッタ３から発生する電子＋　４０はマー
ク検出用の電子を発生させるホトエミッタ部、５０はマ
ーク検出時に使用するシャッタ、５１はホトエミッタ部
４０の部分に紫外線が照射するようにシャッタ５０に形
成したアパーチャである。ホトエミッタ３はＰｄ（パラ
ジウム）である、ウェハ保持具ｌＯは電気の導体でつく
られている。ホトエミッタ３とウェハ４の間に、高圧電
源１３により１ｏｋＶ〜２０ｋＶの高電圧を印加する。

バタン２は、膜厚０．１７７１Ｉ前後のＣｒ膜、膜厚ｏ
、ｉ、前後のＣｒ、Ｏ，膜などで形成されており、これ
らの膜が被着している部分では、紫外線がほとんど透過
しない、シャッタ５ｏを移動して、光源１１から発生し
た紫外線をマスク基、　板１の全体に照射すると、紫外
線が照射されたホトエミッタ３の部分から電子２０が発
生する。集束用コイル１２は、ホトエミッタ３とウェハ
４との間の磁束密度が一様になるような磁界を発生して
いる。電子２０は、ホトエミッタ３とウェハ４との間に
おける電界および磁界の作用をうけて運動する。

この結果、バタン２は電子２０を媒介として、レジスト
膜５に等倍の大きさで転写される。ウェハ４にバタン露
光する場合、まず、ウェハ４上のマークを検出して、ウ
ェハ４とバタン２との位置合わせを行う、この場合、シ
ャッタ５０を光源１１とマスク基板１との間に移動し、
光源１１からの光がホトエミッタ部４０の部分だけを照
射するようにする。

ホトエミッタ部４０から発生した電子は、ウェハ４に形
成したマーク領域に結像する。ビーム偏向器（図示して
いない）により、ホトエミッタ部４ｏがら発生した電子
でウェハ４上のマークを走査し、そのときに発生する反
射電子、２次電子、Ｘ線などを検出してマーク位置を検
出する。

もうひとつの従来の装置を第４図に示す、この装置では
、ホトエミッタを塗布したマスクを利用し、マスクパタ
ンを縮小して試料面上に転写する。

１０１はマスク基板、１０２はＬＳＩなどのバタン、１
０３はホトエミッタ、１０４はウェハ、１０５はレジス
ト膜、１１１は紫外線発生用光源、１１２は加速電極、
１１３．１１４は電子レンズ、１１５はブランカ、１１
６はビーム制限絞り、１１７はビーム偏向器、１１８は
反射電子検出素子、１２０は高圧電源、１３０は電子ビ
ーム。

１４０はマーク検出用の電子を発生させるホトエミッタ
部、１５０はマーク検出時に使用するシャッタ、１５１
はホトエミッタ部４０の部分に紫外線が照射するように
シャッタ５０に形成したアパーチャである。

ホトエミッタ１０３はＰｄである。ホトエミッタ１０３
と加速電極１１２の間に、高圧電源１２０により１０〜
２０ｋＶの高電圧を印加する。加速電極１１２はメツシ
ュになっている。これは、ホトエミッタ１０３と加速電
極１１２の間に一様な電界を発生させるためである。バ
タン１０２は、膜厚０．１．前後のＣｒ（クロム）膜、
膜厚０．１−前後のＣｒ、Ｏ，（酸化クロム）膜などに
形成されており、これらの膜が被着している部分では、
紫外線がほとんど透過しない、シャッタ１５０を移動し
て、光源１１１から発生した紫外線をマスク基板１０１
全体に照射すると、紫外線が照射されたホトエミッタ１
０３の部分から電子が発生する。発生した電子は、加速
電極１１２により、加速される。加速電極１１２から出
射した電子ビームは、電子レンズ１１３．１１４の作用
により縮小されて、レジスト膜１０５上に結像する。電
子レンズ１１３，１１４よりなる光学系の倍率は、通常
１／４〜１／１０である。ウェハ１０４にバタン露光す
る場合、まず、ウェハ１０４上のマークを検出して、ウ
ェハ１０４とバタン１０２との位置合わせを行う、この
場合、シャッタ１５０を光源ｌｌｌとマスク基板１０１
との間に移動し、光源１１１からの光がホトエミッタ部
１４０の部分だけを照射するようにする。ホトエミッタ
部１４０から発生した光電子は、ウェハ１０４に形成し
たマーク領域に結像する。ビーム偏向器１１７により、
ホトエミッタ部４０から発生した光電子でウェハ４上の
マークを走査し、そのときに発生する反射電子を反射電
子検出素子１１ｇにより検出してマーク位置を検出する
。

なお、公知文献として、第３図従来装置に対しては下記
（１）が、第４図従来装置に対しては下記（２）がある
６（１）「計算機制御を用いた電子ビーム投影マスク位置
合わせ装置（Ｃｏｍｐｕｔｏｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　−Ｂｅａａ＋　Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏ
ｎ　Ｍａｓｋ　Ａｌｉｇｎｏｒ）Ｊダブル・アール・リ
ブセイ（Ｗ、　Ｒ、Ｌｉｖａｓａｙ）；固体電子技術（
Ｓｏｌｉｄ　５ｔａｔｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）　。

ｐ、　２１．１９７４年７月号（２）「ホトカソードを用いた電子ビーム投影装置（Ｅ
ｌｅｋｔｒｏｎｅｎｏｐｔｉｓｃｈｅｒ　Ｍａｓｋｉｅ
ｒｕｎｇｓ　−ｐｒｏｊｅｋｔｏｒ　＋ｓｉｔ　Ｐｈｏ
ｔｏｋａｔｈｏｄｅ）　Ｊアール９シュパイデル、エム
・マイヤ（Ｒ、Ｓ　ｐｅｉｄｅｌ、、　Ｍ　。

Ｍａｙｅｒ）　　丁光学（Ｏｐｔｉｋ）　、　ｐ、　２
４７．２号、４８巻、１９７７年しかしながら、上述した従来装置には以下に述べるよう
な問題点があった。ウェハ上のマークを電子ビームで検
出する場合、マーク検出精度を向上し、かつ、マーク検
出時間を短縮するためには。

ＳＮ比の高いマーク検出信号を得ることが必要となる。

さらに、ＳＮ比の高いマーク検出信号を得るためには、
マーク検出するための電子ビームの電流値が大きいこと
が必要となる。例えば、可変成形ビーム方式の走査形電
子ビーム露光装置において、ビーム寸法１ρＸＩＩＭで
ビーム電流値５０ｎＡの矩形ビームでウェハに形成した
線幅４−のマークを検出する場合、０．０５％以内のマ
ーク検出精度を得るためのマーク検出信号を取得するの
に要する時間は約０．０４秒となる。マーク検出信号の
ＳＮ比はほぼビーム電流値に比例することから。

第３図、第４図の従来装置において、マーク検出信号を
取得するのに要する時間として０．２秒以内にしようと
する場合、必要となるビーム電流値は１０ｎＡとなる。

第３図、第４図に示した従来の装置において、マーク検
出するときにマーク領域を走査する電子ビームの電流密
度は、バタンを露光するときの電流密度と同じである。

ホトエミッタがＰｄの場合、Ｐｄｌ漠から発生する電子
の電流密度は、約２０μＡ／ａｄである。第３図に示し
た従来の装置において、ビーム電流値１０　ｎＡを得よ
うとすると、ホトエミッタ部４０の寸法を２３０１ＭＸ
　２３０７ｎにする必要がある。マーク検出用の電子ビ
ームの寸法が大きくなると、マーク検出のためにビーム
を走査する範囲を拡大する必要が生じるため、マーク検
出時間０，２秒を得ることが実際にはできない。第４図
に示した従来の装置において、ビーム電流値１０ｎＡを
得ようとすると、電子レンズ１１３．１１４で構成する
電子光学系の倍率を１／４、電子光学系でのビーム電流
の損失がないとして、ホトエミッタ部１４００寸法は、
５６＃１１１×５６−となる。また、ウェハ面上でのマ
ーク検出用電子ビームの寸法は！４．　Ｘ　１４．どな
る。実際には、ビーム制限絞り１１Ｇにより、ホトエミ
ッタから発生する電子ビームの１７２以上をカットして
いるため、マーク検出用電子ビームの寸法は、ウェハ面
上において。

２０１油Ｘ２０／／Ｉ１１以上となる。第４図に示した
従来の装置は、ＬＳＩなどの１チツプ毎にバタン露光す
るための装置である。このため、マーク検出用電子ビー
ムの寸法髪大きくする必要があることは、マーク検出時
間の低下をまねくだけでなく、チップの周辺に形成する
マークの寸法を大きくすることが必要となり、ＬＳＩな
どのバタン形成に利用できる領域が狭くなる。

以上の従来装置の説明では、ホトエミッタとしてＰｄを
用いた場合であった。ホトエミッタとしては、Ｐｄのほ
かにＣ５Ｉ（ヨウ化セシウム）が用いられている。Ｃｓ
Ｊから発生する電子の電流密度は５μＡ／ｃｄ程度であ
り、Ｐｄの場合の約１／４である。このため、ホトエミ
ッタとしてＣｓＩを用いる従来装置では、マーク検出に
時間がかかること、ウェハ上のマークの領域が非常に大
きくなること、などの問題は、Ｐｄ　をホトエミッタと
する従来装置以上に重要であった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、マスクに被着したホトエミッタから発生する
電子を利用してマスクパタンを試料面上に転写する電子
ビーム露光装置における従来技術での上記した問題点を
解決し、マーク検出に用いる電子ビームの電流値を増大
することができ、マーク検出精度の向上、マーク検出時
間の短縮を可能とする電子ビーム露光装置を提供するこ
とを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明では、上記目的を達成するために、ホトエミッタ
を被着したマスクを用いてマスクパタンを試料面上に転
写する電子ビーム露光装置において、マスクパタン露光
に用いる電子ビームを発生する光源とは別個に、マスク
と試料の位置合わせに用いる電子ビームを発生する光源
を設ける構成とする。

〔実施例とその作用〕

以下、本発明の実施例とその作用を第１図および第２図
により説明する。

第１図は本発明の第一の実施例を説明する図であって、
２０１はマスク基板、２０２はＬＳＩなどのバタン、２
０３はホトエミッタ、２０４はウェハ、２０５はレジス
ト膜、２１０はウェハ保持具、　２１１は紫外線発生用
光源、２１２は集束用コイル、２１３は高圧電源、２２
０はホトエミッタ２０３から発生する電子、２３０．２
３１はシャッタ、２４０はステンシル、２４１．２４２
はステンシル２４０に設けたアパーチャ、２５０はマー
ク検出用の電子を発生するためのホトエミッタ部、２６
０はレーザ光源、２６１は光学レンズ、２６２はレーザ
光である。アパーチャ２４１を通過する光は、バタン２
０２を照射し、アパーチャ２４２を通過する光は。

ホトエミッタ部２５０を照射するようにステンシル２４
０を設置する。ホトエミッタ２０３から発生する電子に
よりレジスト膜２０５にバタンを転写する方法は、第３
図の場合と同じである。

レーザ光源２６０から出射したレーザ光２６２は、光学
レンズ２６１により集束してホトエミッタ部２５０を照
射するようにする。レーザ光源としては、種々の波長を
発生するものが市販されていることは周知の事実である
。ホトエミッタ２０３の特性に合わせてレーザ光源を選
択すればよい。例えば、ホトエミッタ２０３に適した波
長が紫外線の領域にある場合にはＣｄ　（カドミウム）
レーザをもちいればよい。レーザ光源から発生するレー
ザ光の強度は、水銀ランプからの光と比較しても非常に
強い、しかも、本実施例では、レーザ光を集束している
ので、アパーチャ２４１を通過してバタン２０２の領域
を照射している紫外線の強度（単位面積当たり）と比較
して、ホトエミッタ部２５０を照射している紫外線の強
度（単位面積当たり）を１００００倍以上にすることが
できる。第３図の従来装置について説明したように、マ
ーク検出用の電子ビームの電流値として１０ｎＡを得る
とする。ホトエミッタがＰｄであるとすると、マーク検
出用電子ビームの電流値が１０　ｎＡとなるときのビー
ム寸法は、２．３ｐＸ２．３／７１＋となる。また、ホ
トエミッタとしてＣ８工を用いた場合には、マーク検出
用電子ビームの電流値が１ＯｎＡとなるビーム寸法は、
９．２−Ｘ９．２−となる。実際には、ホトエミッタ部
２５０の寸法を、１０４　Ｘ　１０／１１１ｍ〜５０／
７１１　Ｘ５０−として、マーク検出用電子ビームの電
流値が０．２〜０．５μＡになるようにして、マーク検
出時間の短縮をはかればよい。この場合、マーク検出時
間を０．０４秒以下にすることが可能となる。

第２図は本発明の第二の実施例を説明する図であって、
３０１はマスク基板、３０２はＬＳＩなどのバタン、３
０３はホトエミッタ、３０４はウェハ、３０５はレジス
ト膜、３１１は紫外線発生用光源、３１２は加速電極、
３１３，３１４は電子レンズ、３１５はブランカ、３１
６はビーム制限絞り、３１７はビーム偏向器、３１８は
反射電子検出器、３２０は高圧電源、３３０は電子ビー
ム、３５０，３５１はマーク検出用電子ビームを発生す
るためのホトエミッタ部、３５５，３５６はマーク検出
用電子ビーム、３６０，３６１はウェハ３０４に形成し
たマーク、３７０，３７１は紫外線発生用光源、３８０
゜３８１、３８２はシャッタ、３９０，３９１は光学レ
ンズ、４００．４０１は反射鏡、４１０はステンシル、
４１１．４１２．４１３はステンシル４１０に形成した
アパーチャである。

アパーチャ４１１を通過する光はホトエミッタ部３５０
、アパーチャ４１２を通過する光はホトエミッタ部３５
１、アパーチャ４１３を通過する光はバタン３０２を照
射するようにステンシル４１０を設置する。ホトエミッ
タ３０３の材質はＰｄである。ホトエミッタ３０３から
発生する電子によりレジスト膜３０５にバタンを転写す
る方法は、第４図の場合と同じである。

マーク３６０を検出する場合、シャッタ３８０および３
８２を閉じ、シャッタ３８１を開いて、ホトエミッタ部
３５１の部分にだけ紫外線が照射されるようにする。ホ
トエミッタ部３５１から発生した電子は、マーク３６０
の領域に結像する。ビーム偏向器３１７により、電子ビ
ーム３５６をマーク３６０の領域で偏向走査する。その
ときに発生する反射電子を反射電子検出器３１８で検出
する０反射電子検出器３１ｇで得られたマーク検出信号
を処理してマーク位置を求める方法は、電子ビーム露光
装置のマーク検出技術として従来から周知されている。

マーク３６１を検出する場合には、シャッタ３８１およ
び３８２を閉じ、シャッタ３８０を開く。その後の動作
は、マーク３６０の検出の場合と同様である。マーク検
出が終了した後、マーク検出結果に基づいてビーム照射
位置などを補正してレジスト膜３０５にパタンを露光す
る。

パタンを露光する場合には、シャッタ３８０および３８
１を閉じ、シャッタ３８２を開く。

ホトエミッタ部３５０，３５１に照射する紫外線は、そ
れぞれ、紫外線発生用光源３７０．３７１から出射し、
しかも、光学レンズ３１ＪＯ１３９１によって狭い範囲
に集束している。したがって、アパーチャ４１３を通過
してパタン２０２の領域を照射している紫外線の強度（
単位面積当たり）と比較して、ホトエミッタ部３５０．
３５１を照射している紫外線の強度（単位面積当たり）
をｔｏｏｏ倍以上倍型上ことができる。

第４図の従来装置について説明したように、電子光学系
の倍率を１／４として、マーク検出用の電子ビームの電
流値として１０　ｎＡを得るとする。ホトエミッタがＰ
ｄであるので、マーク検出用電子ビームのビーム寸法は
、ウェハ３０４面上において、０．６．ｎ　Ｘ　０．６
４となる。また、ホトエミッタとしてＣｓＩを用いた場
合には、マーク検出用電子ビームの電流値が１０　ｎＡ
となるビーム寸法は、ウェハ３０４面上において、２．
４／／ＩＩ　Ｘ　２．４−となる。実際には、マーク検
出用電子ビームの寸法が、ウェハ３０４面上において、
１４　Ｘ　１　ｔｓ　〜５　ｔｒｙｓ　Ｘ　５　ｔｔｙ
ａになるようにする。このとき、マーク検出用電子ビー
ムの電流値は、３０ｎＡ〜４０ｎＡとなり、マーク検出
時間を０．１秒以下にすることが可能となる。

第一の実施例では、マーク検出用電子ビームを発生する
ホトエミッタ部を照射するために、レーザ光源を用いた
が、これを、第二の実施例のような紫外線発生用光源に
置き換えることもできる。

また、第一の実施例において、レーザ光源から出射する
レーザ光を光学レンズで集束するようにしているが、レ
ーザ光源から出射するレーザ光の直径が小さい場合には
、とくに集束する必要はない。

第二の実施例では、マーク検出用電子ビームを発生する
ホトエミッタ部を照射するために、紫外線光源を用いた
が、これを第一の実施例に示したようなレーザ光源に置
き換えることもできる。なお、実施例では、ホトエミッ
タを照射するのに紫外線を用いているが、ホトエミッタ
の特性によっては。

他の波長を用いることも可能である６〔発明の効果〕以上説明したように、マーク検出するための電子を発生
するホトエミッタ部には、高い強度の光を照射するよう
にしているので、１）マーク検出する場合に用いる電子
ビームの電流値を大きくでき、マーク検出精度の向上、
マーク検出時間の短縮をはかることができる、２）マー
ク検出するための電子を発生するホトエミッタ部の領域
の大きさを小さくできるので、ホトエミッタを被着する
マスク基板において、ＳＬＩなどのパタンを形成する領
域を大きくとれる、３）マーク検出するための電子を発
生するホトエミッタ部を照射するための光源にそれぞれ
シャッタを設け、また、ＬＳＩなどのパタンを発生する
ホトエミッタ部を照射するための光源にシャッタを設け
た場合、マーク検出動作とパタン露光動作とを、各シャ
ッタを開閉量ることにより、効率よく行うことができる
、などの利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例構成図で等倍で転写する
もの、第２図は本発明の第二の実施例構成図でマスクパ
タンを縮小して転写するもの、第３図は等倍で転写する
従来装置の構成図、第４図はマスクのパタンを縮小して
転写する従来装置の構成図である。符号の説明１．１０１．２０１．３０１・・・マスク基板２．１０
２，２０２，３０２・・・パタン３．１０３，２０３，
３０３・・・ホトエミッタ４．１０４．２０４，３０４
・・・ウェハ５、１０５．２０５．３０５・・・レジス
ト膜１０．２１０・・・ウェハ保持具１１、１．１．１．２１１．３１１．３７０，３７１・
・・紫外線発生用光源２０，２２０・・・電子ビーム１３０．３３０・・・電子ビーム４０．１４０．３５０，３５１・・・マーク検出用のホ
トエミッタ部５０、１５０，２３０．２３１．３８０，３８１．３８
２・・・シャッタ５１、１５１．２４１．２４２．４１
１．４１２．４１３・・・アパーチャ１１５．３１５・
・・ブランカ１１６．３１６・・・ビーム制限絞り１１８．３１８・・・反射電子検出温２６０・・・レーザ光源３５５．３５６・・・マーク検出用電子ビーム３６０．
３６１・・・マーク

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ホトエミッタを被着したマスクを用いてマスクパ
タンを試料面上に転写する電子ビーム露光装置において
、マスクパタン露光に用いる電子ビームを発生する光源
とは別個に、マスクと試料の位置合わせに用いる電子ビ
ームを発生する光源を設けたことを特徴とする電子ビー
ム露光装置。
（２）前記位置合わせに用いる電子ビームを発生する光
源が、レーザ光を発生する光源であることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の電子ビーム露光装置。
（３）前記位置合わせに用いる電子ビームを発生する光
源が、発生した光を集束する光学系を備えた光源である
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電子ビー
ム露光装置。
（４）前記位置合わせに用いる電子ビームを発生する光
源が、発生した光の通過を開閉制御する制御系を備えた
光源であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の電子ビーム露光装置。