JPS6348823A - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、光電マスクを用いて試料上にパターンを転写
する電子ビーム転写装置の改良に関する。

（従来の技術） 従来、シリコンウェハ等の試料面上にレジストパターン
を形成する場合、一般に微細幅の電子ビームをレジスト
上で走査し該レジストを露光するようにしているが、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
と云う問題がある。

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
光電マスクを用い、このマスクと試料（レジストを形成
したウェハ）との間に磁界及び電界を印加し、上記マス
クから放出された光電子を集束せしめて転写を行う光電
面マスク型置子ビーム転写装買が微細パターン形成の最
も有望と考えられている。

第３図は光電面マスク型置子ビーム転写装置を示す概略
構成図である。真空容器（試料至）１はその内部を真空
ポンプ２により例えば１Ｘ１０−６［ｔｏｒｒｌ程度に
真空排気されている。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、石英基板３ａの下面に取着さ
れた紫外光を遮る薄膜（例えばクロム）からなるマスク
パターン３ｂ、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Ｃ３Ｉ等からなる光電面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１０［ｍ
］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の上壁には光透過窓がおり、この窓を閉塞
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の上面が照射されるものとなっている。−方
、前記容器１の外部には、冷却えばヘルムホルツ型コイ
ル（集束コイル）８が設けられており、このコイル８に
直流電流が供給されて、紙面上下方向、つまりマスク３
と試料５との対向方向に沿って磁界が印加される。ざら
に、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
印加されるものとなっている。

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。この光電子は、前記磁界及び電界
により集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。これにより、レジスト４がマスクパタ
ーン３ｂに応じて露光され、パターン転写が行われる。

なお、図中１１は光源７の点灯用電源、１２は位置合せ
用シャッタ、１３はシャッタ駆動系、１４はマスク３の
一部に選択的に光を照射するための局所照明光学系（集
光レンズ）、１５はモジュレーションコイル、１６は偏
向コイル、１７．１８．１９はそれぞれコイルＮ源、２
１はマスク上の位置合せ用マーク、２２は試料上の位置
合せ用マーク、２３はＸ線検出器、２４は僧幅器、２５
は同期検波回路、２６は基準信号発生器、２７は制御回
路、２８は試料５を載ゴしたテーブル（試料支持部材）
をそれぞれ示している。

この種の装置におけるマスク３と試料５との相対位置合
せは、光電マスク３の位置合ぜ用マーク２１からの光電
子が試料５上の位置合せ用マーク２２に入射したときに
発生するＸ線を検出することにより位置検出を行い、偏
向コイル１６及びテーブル２８を用いて位置補正するこ
とにより達成される。

この位置合せを行っている間はパターン転写を行うこと
ができないため、位置合せ用シャッタ１２及び局所照明
光学系１４を用いて光源７からの紫外光をマスク３及び
試料５の位置合せ用マーク２１．２２の領域に局所的に
当て、転写パターン部には照射されないようになってい
る。この位置合せが完了されると、シャッタ１２が開き
、パターン転写が可能となる。即ち、試料５上のレジス
ト４がマスク３のパターン３ｂに応じて露光されパター
ン転写が行われる。マスク３と試料５との相対位置合せ
について詳しく説明する。

この種の転写装置における位置合せは、通常第４図及び
第５図に基本原理を示す次のような方法によって行われ
る。予め、光電マスク３には位置合せ用電子ビームを発
生するパターン（位置合ぜ用マーク）２１をマスク３内
の所定の位置に形成し、また試料５の主面の所定の位置
には上記電子ビームと同一形状からなるマーク（位置合
せ用マーク）２２を形成しておく。ここで、試料上のマ
ーク２２は電子ビーム照射によりＸ線を放出するものと
する。

このような光電マスク３と試料５とを対向配置し、光電
マスク３に光を照射すると共に、光電マスク３と試料５
との対向方向に沿って集束コイル８、直流電源９により
磁界及び電界を印加して電子ビームを発生させ、位置合
せ用マーク２１を試料５上に転写する。このとき、上記
各マーク２１．２２の重なる面積と上記マスク−試料の
位置ずれどの関係は第５図に）に示すようになる。即ち
、光電マスク３と試料５とが位置合せされたときにその
重なる面積は最大となり、位置ずれ曇に比例して重なる
面積は減少する。ところで、加速された電子ビームが金
属ターゲットを膚撃すると、電子はターゲット核との衝
突によって減速する際、その運動エネルギーの一部をＸ
線として放出する。また、このＸ線の発生量（強度）は
電子エネルギー、ターゲット金属の原子番＠Ｚ及びその
厚さにより異なるが、一般に７が大きい程この発生量は
多い。今、例えば試料５の基板の金属を８１、マーク２
２の金属をＴａ、Ｗ、ＭＯ等の重金属とすると、電子ビ
ームが基板を照射した時とマーク２２を照射した時とで
は発生するＸ線量は異なり、マーク２２から発生するＸ
線旦は基板から発生するＸ線ｆｉＫに比べて遥かに多い
。従って、試料５の下方に設置されたＸ線検出器２３か
ら得られるＸ線の出力と位置ずれ伍との関係は第５図υ
に示す如くなる。

この出力が最大になるように位置補正することにより位
置合せは可能となるが、出力信号のＳ／凶が悪い場合に
は、高精度な位置検出及び位置合ぜを可能にするため、
通常磁界変調を利用した信号の同期検波処理を行ってい
る。このときの磁界変調はモジュレーションコイル１５
によって、集束磁界と垂直方向に交流磁界を与えること
により行われる。同期検波では磁界変調の交流信号を基
準信号とし出力信号の同期検波を行う。その結果、得ら
れる出力は第５図（Ｃ）に示すような高いＳ／Ｎを持つ
信号となり、高精度な位置検出を行うことができる。ま
た、位置合せはこの出力が零を示すように肩面コイル１
６或いは試料載Ｅテーブル２８で位置補正することによ
り行われる。以上が本装固における位置検出及び位置合
せの概要である。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、この種の転写装置においては転写中に試料載
置テーブルが微小にドリフトしたり、試料が熱変形する
ことにより、マスクと試料の位置合せ精度が低下すると
いう問題がおる。特にパターン寸法がサブミクロンとり
わけ０．５−以下のＬｏｗｅｒサブミクロン領域になる
と、位置合せ精度は０．０５Ｊ１Ｍ以下の穫めて高精度
が必要となり、これまでには問題とならなかった微小な
位置合ぜの誤差要因を低減させなければならない。高精
度な位置合せを実現するためには転写中もリアルタイム
で位置合せを行うことが不可欠である。上記の位置合せ
方法では、マーク位置検出時に磁界変調するため、転写
中には使用できなかった。ところで転写中の熱変形を補
正できる装置を出願した（特願昭５９−１０５９９号）
。

その方法は、マーク位置検出において磁界変調による同
期検波するかわりに、照明光の変調による同期検波を行
うことによって高精度なマーク位置検出を行うものであ
る。しかるにこの方法では、変位の方向を検知すること
ができないことが問題であった。転写中のビーム照射に
よる熱変形は、試料が伸びる方向に限定できるが実際に
は熱変形以外の変動要因がおるため、その変位方向も含
めて変位置を検出することが重要な課題であった。

本発明の目的は、パターン転写中に発生するマスクと試
料の位置ずれを転写中にリアルタイムで検出し、これを
補正することができ転写精度の向上をはかり得る電子ビ
ーム転写装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明の骨子は、パターン転写中にマスクと試料の相対
変位を検出するに必たって少なくとも２箇所のマークか
らの信号を信号処理することにより、変位の絶対値だけ
でなく変位方向も検出することにおる。上記検出を行う
ために試料上の２箇所のマークを各々マスクマークに対
して絶対値は同じに、しかしそのずらす方向は互いに逆
になるように微小量ずらして配置する。一方のマーク信
号の符号を変換する処理をした後、２つのマーク信号を
加算することにより、マスクに対して試料が変位してい
ないときには零出力、変位のあるときには方向も含めて
変位に比例する信号をつる。

（作　用） 上記の如く試料上のマークを配置し、マーク信号の処理
を行うことによって処理した信号からマスクと試料の相
対変位を絶対値だけでなく変位方向をも検出することが
可能となる。信号の符号を相対変位の符号と対応させる
ことができるためでおる。このような手段を用いること
により、パタ−ン転写中にもマスクと試料の相対変位の
検出が可能になり、変位に応じて偏向コイルやテーブル
また倍率調整機、溝を動作させて位置ずれを補正し、転
写精度の向上をはかることができる。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例に係わる電子ビーム転写装置
を示す戦略構成図である。第３図と同一部分には同一符
号を付してその詳しい説明は省略する。第２図は本発明
の一実施例に係わる電子ビーム転写装置のマスクと試料
の相対位置を検知するためのマーク配置の断面と、信号
処理の過程での相対位置と信号の関係を示す概略図であ
る。第１図は電子ビーム転写のための基本構成及び位置
合せのための構成はウェハ上のマーク配Ｉを除いて前記
第３図と同様でおり、これらの構成に加え、本実施例で
は新たにマーク信号極性反転回路３１及び加算回路３２
が設けられている。

次に上記の装置の作用について第１図、第２図に基づい
て説明する。充電マスク上のマーク（Ａ＞２１ａとマー
ク（Ｂ）２１ｂに対する試料上のマーク（Ａ’）２２ａ
とマーク（Ｂ’　＞２２ｂは、マスクマークに対して（
Ａ′　）は右側にｌ／２（βはマーク幅）、（Ｂ′　）
は左側にＩｔ／２だけずらして配置する。このとき、マ
ーク（Ａ’　　＞（Ｂ’　　）からのマーク信号出力は
マスクと試料の位置ずれに対して各々第２図０、第２図
（Ｃ）のようになる。マーク（Ａ′　）からの信号出力
を第１図の極性反転回路３１によって処理すると第２図
ゆのようになる。

第２図ゆと第２図（Ｃ）の信号を加算回路３２によって
処理すると、信号出力はマスク・試料間の位置ずれ量に
対して第２図（ｅ）のようになる。マスクと試料の位置
ずれかないときは、信号出力は零、右側にずれていると
きはマイナス符号、左側にずれているときはプラス符号
となり、また零点付近で線形の信号出力が得られる。

パターン転写中に上記の如くマスクと試料の位置ずれが
検出されたときには、ただちに信号同に応じて偏向コイ
ルやテーブルあるいは倍率調整世構によって変形量を補
正する。

第２図（ｉ、（ｃ）のマーク信号は、電子ビームを加速
する電圧が低いときにはＳ／Ｎ比が悪いが、このような
ときには、特開昭　　　　　に示されている如く、照明
光を変調し、同期検波処理することによりＳ／Ｎ比を向
上させることができる。

（発明の効果） かくして、本装置によれば電子ビーム転写中にマスクと
試料の相対変位が生じたときに、リアルタイムで変位担
を検知し、これを補正することにより転写精度の向上を
はかることができる。

なお、転写に先立って行うマスクと試料の位置合せにつ
いても本発明の方法を用いることができる。

本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、要
旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ｔよ本発明の一実施例に係わる電子ビーム転写装
置を示す概略構成図、第２図は本発明の一実施例に係る
電子ビーム転写装置のマーク配置とマーク信号を示ず概
略図、第３図は従来の電子ビーム転写装置を示す概略構
成図、第４図と第５図は従来の位置合ぜの基本原理を説
明するための図で、第４図はマスク及び試料上のマーク
部分を示す図、第５図はマーク信号を示す図である。 １・・・真空容器、　　　　　　２・・・真空ポンプ３
・・・光電マスク　　　　　４・・・レジスト５・・・
試料　　　　　　　　６・・・透明板７・・・光源　　
　　　　　　８・・・集束コイル９・・・直流電源　　
　　　　１１・・・点灯用電源１２・・・位置合せ用シ
ャッタ １３・・・シャッタ駆動系　　　１４・・・局所照明系
１５・・・モジュレーションコイル（集束コイル）１６
・・・偏向コイル　　　１７．１８．１９・・・コイル
電源２１・・・位置合せ用マーク（第１のマーク）２２
・・・位置合せ用マーク（第２のマーク）２３・・・Ｘ
線検出器　　　　　２５・・・同期検波回路２６・・・
基準信号発生器　　　２７・・・制御回路２４・・・増
幅器　　　　　　　３１・・・極性反転回路３２・・・
加痺回路 第　　１　　図 報　　　　　　　！４ 第３図 第　　４　　図 域　　５　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光電マスクにパターン転写用の光を照射し、該マ
   スクから放出されるパターン化された光電子を電界及び
   磁界により集束して試料上に照射し、該試料上に所望パ
   ターンを転写する電子ビーム転写装置において、前記マ
   スクの一部に形成された少なくとも２個の位置合せ用マ
   ークと、該マークに対応して試料上に微小量配置をずら
   して形成された位置合せ用マークと、試料上のマークか
   ら放出される放射線を検出する手段と、上記検出された
   マーク信号の極性を反転する手段と、前記マーク信号を
   加算処理する手段と、上記信号処理された信号から検知
   したマスクと試料の位置ずれ量を補償する手段とを具備
   してなることを特徴とする電子ビーム転写装置。