JP3298347B2

JP3298347B2 - 電子線描画装置

Info

Publication number: JP3298347B2
Application number: JP00244395A
Authority: JP
Inventors: 恭宏染田; 徳郎斉藤; 康成早田; 泰子後藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-01-11
Filing date: 1995-01-11
Publication date: 2002-07-02
Anticipated expiration: 2017-07-02
Also published as: JPH08191042A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子線描画装置およびそ
の調整方法に関し、特に複数本の電子銃および電子線鏡
筒を有する電子線描画装置においてビーム校正を容易に
かつ高速に行うために、複数本の鏡筒の調整を同時に行
う技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体などの微細加工を行うリソ
グラフィ技術として、ｉ線などの光を用いたリソグラフ
ィ技術が用いられてきた。しかし、光による微細加工に
も限界があり、新たなリソグラフィ技術が求められてい
る。この種のリソグラフィ技術の一つである電子線描画
技術は、微細加工性，描画精度は優れているものの、ス
ループットの低いことが問題となっていた。電子線描画
装置のスループット向上を目的としては様々な描画方法
が考案されているが、その中にマルチビームを用いた露
光(描画)法がある。マルチビーム露光法は、複数の電子
線鏡筒をアレイ状に並べて、各々の鏡筒を用いて同時に
描画することにより、描画装置のスループットを向上さ
せたものである。その代表的な例として、特開昭58-252
35号公報に開示されている方法がある。この方法では、
一つ一つのチップは一本または複数の電子線鏡筒によっ
て描画される。各々の電子線鏡筒による描画は、同時に
行われる。同時に各々の電子線鏡筒を制御することによ
り、搭載した電子線鏡筒の数だけスループット向上を見
込むことが可能となっている。更に、上述の方法では、
電子線鏡筒間の接続精度を向上させるために、基準マー
キング・ホールの位置を測定することによって、鏡筒間
の相対位置を確認し、必要に応じて補正を行っている。
そして、この方法の応用として、基準マーキング・ホー
ルを利用した、パターンの偏り，回転，四辺形歪，感度
変化の修正等を行っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術では、
複数の鏡筒の調整順序等、装置全体の調整に関しては十
分な考慮が払われていない。しかし、実際の装置では、
各鏡筒の調整時間の短縮が重要である。つまり、例え
ば、１本の鏡筒の調整に１分かかるとすると、鏡筒が数
十本並ぶと調整に数十分かかり、実効的なスループット
を落としてしまうという問題が生じる。また、鏡筒の調
整に時間がかかりすぎると、各々の鏡筒を順番に調整
し、最後の鏡筒の調整が終了するときには、最初に調整
した鏡筒は最適な状態からずれてしまい、すべての鏡筒
を最適に調整することができないという結果になる。ま
た、上述の従来技術では、レジストの露光時間に関して
も考慮がなされていない。つまり、ビーム電流の補正は
各鏡筒毎に行っているが、すべての鏡筒のビーム電流を
均一に調整することは実際には非常に困難である。従っ
て、各鏡筒毎の露光時間を等しくすると、描画する鏡筒
によって露光ムラを生じるという問題がある。本発明は
上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするとこ
ろは、従来の技術における上述の如き問題を解消し、鏡
筒の調整の高速化，高精度化を可能とする電子線描画装
置およびその調整方法を提供することにある。また、本
発明の他の目的は、マルチカラムを有する電子線描画装
置における均一露光を実現することにある。本発明の更
に他の目的は、鏡筒の調整に用いる調整マーク基板の収
納方法を改良し、装置を小型化することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の電子線描画装置は、複数の電子銃から電子
線を放出し、基板上に図形を描画するチャンバを有する
電子線描画装置において、前記基板を載置するウェーハ
パレットと、前記複数の電子線に対応した複数の電子線
を検出するため、前記基板上に絶縁膜を介して電気的に
独立した複数のマーク基板にマークとファラディーカッ
プを形成してなる電子検出手段とを具備したことを特徴
としている。また、前記複数のマーク基板は、シリコン
ウェーハと類似した形状であることも特徴としている。
また、前記基板は、シリコンウェーハであることも特徴
としている。さらに、前記複数のマークは、十字マーク
であることも特徴としている。

【０００５】

【作用】本発明に係る電子線描画装置においては、各鏡
筒の調整を並行して行うことによって、全鏡筒の調整に
要する時間は鏡筒の本数をｎとすると、一本一本鏡筒の
調整を行った場合に比べ１／ｎと高速調整が実現され
る。なお、各鏡筒の調整を並行に行うことを容易にする
ために、大きな調整用マーク群を用いる。更に、回転調
整用のプリアラインメントマークを設け、回転調整を行
うことが高精度化の一つの手段である。また、本発明に
係る電子線描画装置においては、調整を容易にするため
に、上述の調整用マーク群を鏡筒単位で電気的に分離し
てある。これらの各マークに流れる電流を検出すること
により、調整が可能となる。電流を検出する方法として
は、装置本体とマークの電気的結合を取る手段を設ける
ことにより解決される。更に、調整用マーク群に、マー
クの回転量を補正するためのプリアラインメントマーク
を設け、ビーム校正前にマーク回転量の補正を行い、ま
た、全鏡筒の調整は鏡筒単位で電気的に分離されたビー
ム調整用マーク群を各鏡筒直下に設け、マーク上を流れ
る電流を各マーク各々同時に、マークと装置本体との電
気的結合手段を通じて装置本体に存在する電流測定手段
を用い測定することにより、すべての鏡筒同時に高精度
なビーム校正が可能となる。なお、各鏡筒の並列調整を
高精度に行うためには、調整を行う鏡筒の周辺の決めら
れた鏡筒、例えば、隣接した鏡筒の調整は同時に行わな
いことも場合によっては必要となる。また、電気的に分
離された各マークの中にファラデーカップ状の窪みを設
け、ビーム電流を測定することにより、すべての鏡筒同
時にビーム電流が測定でき、高速なビーム校正が可能と
なる。この測定された各々の鏡筒のビーム電流を用い、
ビームのショット時間を鏡筒ごとに調整することによっ
てすべての鏡筒からのビームの照射電流を一様にするこ
とができる。更に、本発明に係る電子線描画装置におい
ては、装置を小型化するために、調整(ビーム校正)に使
用されるマーク群を有する基板(マークウェハ)を、描画
が行われるチャンバに出し入れ可能とし、描画時には、
描画が行われるチャンバに隣接したチャンバに退避する
ようにしている。なお、上述の如く、マークウェハを描
画する試料の搬送路を通して描画チャンバに出し入れ可
能とすることにより、描画チャンバ体積を、マークウェ
ハを描画チャンバ内に常置する場合に比べ少なくでき、
排気速度を高め、装置体積を小さくすることができる。
上述のマークウェハは、描画する試料と同じ搬送路を通
るため、描画試料がシリコンウェーハの場合には調整用
マークはシリコンウェーハと類似した形状としておく
と、搬送機構および搬送が簡単となる。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。実施例１：図１は、本発明の一実施例を示すマーク群を
用いたマルチショット電子線描画システムの構成図であ
る。以下に、各々の電子線鏡筒のビーム校正の概略を説
明する。なお、本明細書中において「ビーム校正」とは、
ビーム電流，ビーム回転，倍率，焦点，非点，偏向歪等
の鏡筒特性の調整を指す。まず、各々の鏡筒１１ごと
に、同時に、各々の鏡筒の直下にあるマークウェハ１０
上のマーク９を走査し、各々の走査位置におけるマーク
電流をマーク電流検出器５２によって測定する。得られ
たマーク電流の変化を、ワークステーション１６によっ
て計算機処理することによって、各々の鏡筒１１内の電
子銃１〜３，電子レンズ４〜６，偏向器７に適正な電圧
を同時に設定し、校正を行う。

【０００７】各々の鏡筒のビーム校正を行うためのマー
クの概念図を、図２(ａ)，図２(ｂ)に示す。ビーム校正
用のマークは、図２(ａ)に示す構成となっており、その
基板(マークウェハ)１０は、描画すべきシリコンウェー
ハと同一形状となっている。従って、シリコンウェーハ
と同様の手順で、ロード，アンロードが可能である。こ
のように構成したロード，アンロード可能なマークウェ
ハ１０は、描画を行う真空チャンバ内にマークを常置す
る場合に比べて、描画を行う真空チャンバの実効体積を
少なくすることができ、高真空を保つことができる。各
々の鏡筒の直下におかれたマーク１８は、タングステン
からなる十字マーク２０，ファラデーカップ１９，引出
電線２１，電極２２から構成される。なお、上記マーク
１８は、ビーム校正速度を考慮すると、鏡筒の数と等し
いかそれ以上の個数存在することが望ましい。

【０００８】各々のビームプロファイルは、ビームを各
々のマーク１８上を走査し、マーク１８上を流れるビー
ム電流の変化によって測定される。このため、各々のマ
ーク１８は電気的に分離されている。その状態を示した
のがマークの断面図である図２(ｂ)である。マーク１８
はシリコンウェーハ２５の上に形成された絶縁層２６の
上に作製され、マークごとの電気的な分離が図られてい
る。また、本実施例に係るマークウェーハ１０は可搬で
あるため、マークウェーハ１０をウェーハパレット６４
に装着した際には、回転方向の補正をしなければならな
い。このためのプリアラインメントマークが図２(ａ)の
２４であり、マークウェーハ１０をウェーハパレット６
４に装着した後、このプリアラインメントマーク２４を
検出してウェーハの回転量を測定し、ウェーハの回転量
を補正したビーム校正を行う。

【０００９】上述のマークは、作製過程において自由な
形状を作製可能であるため、従来例に比べ高精度なビー
ム校正が可能となる。マークの作製は、従来からＬＳＩ
生産などに用いられている半導体プロセスを応用するこ
とによって容易に作製可能である。なお、本実施例では
マークの１８はシリコン、マーク本体２０はタングステ
ンで構成されているが、電子ビームでマーク上を走査し
たときに検出信号に十分なコントラストの得られる材料
であれば、上述の材料以外の材料でも本実施例と同様の
効果を得ることができる。定性的には、下地材料とマー
ク材料との電子ビームの反射率の差が大きいほど、高い
コントラストが得られる。ビーム校正のアルゴリズムと
しては、従来の電子線描画装置に用いられていた方法を
そのまま使用することができる。

【００１０】ビーム校正のアルゴリズムの一例としてビ
ーム焦点校正の場合を説明すると、まず、上記の方法に
よってマーク上をビーム走査しマークのビームプロファ
イルを得る。得られたビームプロファイルを二階微分
し、そのピークトウピークの大きさを測定する。鏡筒の
焦点を変化させながらこのピークトウピークの測定を行
い、ピークトウピークが最大になる焦点位置を求める。
これらの操作を鏡筒が複数個存在する場合には、複数個
の鏡筒同時に行う。また、ビーム焦点校正以外の場合も
これに準じ、従来の方法をそのまま使用することができ
る。次に、上述のマークウェーハの電極と電流測定手段
との電気的結合について説明する。上述の如く、マーク
ウェーハは可搬であるため、ウェーハパレット６４に装
着した際に電流測定手段との結合を図る必要がある。

【００１１】図３(ａ)，図３(ｂ)に、その方法を図示す
る。図３(ａ)は、電気的結合の図られていない状態、図
３(ｂ)は、電気的結合が図られた状態を各々示す図であ
る。端子６８は電流測定手段(図１の５２)に接続されて
おり、端子６８を通じてマーク上を流れる電流を測定可
能に構成されている。また、端子６８は電極７０と同じ
個数存在する。マークウェーハ１０をウェーハパレット
６４に装着するときには、図３(ａ)に示す如く、端子６
８は上に上がった状態となっている。そして、パレット
にウェーハ１０が装着されると、ヒンジ状の端子６８が
下がり、図３(ｂ)に示す如く、ウェーハ１０上の電極７
０と接し、電流測定手段との電気的結合が図られる。

【００１２】次に、マークウェーハ１０のロード，アン
ロードについて説明する。マークウェーハ１０のロー
ド，アンロードは、先に述べたように描画を行うウェー
ハと同様に行われる。図４，図５に、ロード，アンロー
ドの方法を示す。図４は、マークウェーハ１０が電子線
鏡筒と同じチャンバ(以下、「ワークチャンバ」と呼ぶ)６
５内にあり、ビーム校正を行っている状態である。この
とき、描画するウェーハ６７は、ワークチャンバの一つ
手前のチャンバ(以下、「サブチャンバ」と呼ぶ)６６内に
入れられ、ビーム校正が終わり次第、マークウェーハ１
０と交換される。実際に描画が行われている状態が、図
５である。このときは、マークウェーハ１０はサブチャ
ンバ６６に退避され、描画が行われるウェーハ６７がワ
ークチャンバ６５に入れられている。

【００１３】また、次に描画されるウェーハ７３は、サ
ブチャンバ６６に入れられており、現在描画が行われて
いるウェーハ６７の描画が終わり次第、ワークチャンバ
６５に入れられる状態になっている。上述の如く、マー
クウェーハ１０を常にサブチャンバ６６内に入れておく
ことにより、任意の時点でマークウェーハ１０をワーク
チャンバ６５に入れ、ビーム校正を行うことが可能とな
る。なお、ワークチャンバ６５を図４，図５に示したも
のより高さ方向にウェーハ１枚分程度拡大して、底部に
マークウェーハ１０を常に退避させるように構成するこ
とも可能である。この場合には、ワークチャンバ６５が
多少大きくなるが、ウェハの出し入れの操作が簡単にな
るという効果がある。上記実施例によれば、鏡筒の調整
の高速化，高精度化が可能となり、また、均一露光を実
現することが可能になる。更に、調整マーク基板の収納
方法を改良したことによる、装置の小型化も実現されて
いる。

【００１４】実施例２：図６に、本発明の他の実施例を
示すマークを用いたマルチショット電子線描画システム
の概念図を示す。図６においては、図１に示したと同じ
構成要素は、同じ記号で示されている。本実施例におけ
る各々の電子線鏡筒のビーム校正の概略を、以下に説明
する。まず、各々の鏡筒１１毎に各々の鏡筒の直下にあ
るマーク９を走査し、各々の走査位置における反射電子
を、反射電子検出器８および１５によって検出する。得
られた反射電子信号の変化をワークステーション１６に
よって計算機処理することによって、各々の鏡筒１１，
７４〜７６内の電子銃１〜３、電子レンズ４〜６、偏向
器７に適正な電圧を同時に設定し、校正を行う。各々の
鏡筒のビーム校正を行うためのマークの概念図を、図７
に示す。ビーム校正用のマークは図７に示す構成となっ
ており、描画すべきシリコンウェーハと同一形状となっ
ている。

【００１５】従って、実施例１と同様に、サブチャンバ
６６を用いてロード，アンロードが可能となっている。
また、実施例１と同様に、マークウェーハ１０は可搬で
あるため、プリアラインメントマーク２４を用いてプリ
アラインメントを行う必要がある。各々の鏡筒の調整
は、各々の鏡筒の直下に存在するマーク２０上を走査し
て、それに伴って発生する反射電子を、図６に示す反射
電子検出器８によって検出する。反射電子検出器８によ
る検出は、隣合う鏡筒間では反射電子の混合が起こり、
検出信号のコントラストの低下を招く。そこで、本発明
では、隣り合う鏡筒の反射電子の検出は、同時には行わ
ない。つまり、図６においては、鏡筒１１と７５のビー
ム校正を同時に行い、その後、鏡筒７４と７６の校正を
行う。

【００１６】また、同様に、図７の場合を例に取ると、
ビーム３３，３５，３７の校正を同時に行い、その後、
ビーム３４，３６，３８の校正を同時に行う。本実施例
によれば、上述の如きビーム校正方法により、隣り合う
鏡筒間の反射電子の干渉を避けることができ、鏡筒１本
ずつ行った場合と同様の精度で、ビームの校正が可能と
なる。なお、本実施例による反射電子検出法は、ビーム
校正に限らず、描画時のマーク検出にも応用可能であ
る。また、本実施例による信号検出方法は、信号検出手
段が反射電子検出器の場合に限らず、その他の方法によ
る信号検出手段にも適用可能であることはもちろんであ
る。実施例：３本実施例では前記実施例２のビーム校正を更
に高速化した方法について述べる。図８(ａ)に、前述の
実施例２でのビーム校正シーケンスを示す。

【００１７】６０はビームオン、６１はビームオフを示
す。各鏡筒はビームオン時に反射電子検出を行い、ビー
ムオフ時に偏向の偏向電圧を変化させ、次の走査位置へ
とビームを移動する。前記実施例２では鏡筒一つおきに
シーケンス５６を実行し、残りの鏡筒はシーケンス５７
を実行していた。本実施例では、シーケンスを次のよう
に行う。まず、最初に、鏡筒一つおきにシーケンス５８
を実行する。そして、残りの鏡筒はシーケンス５９を実
行する。このシーケンス５９は、前のシーケンス５８の
ビームオンからビームオフに変わるときにビームをオン
とし、シーケンス５９のビームがオフに変わるときにシ
ーケンス５８のビームをオンとする。

【００１８】このように走査シーケンスを変更すること
によって、前記実施例２に比べ、ビーム校正時間の短縮
を図ることができる。つまり、１ショットあたりの反射
電子検出時間(ビームオン時間)５４をＡ、偏向整定待ち
時間(ビームオフ時間)５５をＢとし、１鏡筒あたりの反
射電子検出に関するショット数をＣとすると１ウェーハ
あたりのビーム校正時間は２×Ｃ×(Ａ＋Ｂ)から２×Ｃ
×Ａと２×Ｃ×Ｂ分だけ描画時間を短縮できる。なお、
本実施例による反射電子検出法はビーム校正に限らず、
描画時のマーク検出にも応用可能である。実施例４：本実施例では、本発明によるマークを用いた
ステージ移動に伴う接続精度評価法について述べる。

【００１９】本実施例に係る方法は、マルチショット電
子線描画システムに使用することは可能であるが、簡単
のため、以下の説明では単一鏡筒の電子線描画装置につ
いて述べる。接続精度評価には、図７に示したウェーハ
１０を用いる。まず、ウェーハ１０内の十字マーク２０
を、図９(ａ)に示す如く、描画フィールドの下端にお
く。そしてマーク検出を行い、十字マーク２０の位置を
求める。次に、図９(ｂ)に示すようにマークを描画フィ
ールド分移動し、マークを描画フィールドの上端に置
き、同様にマーク検出を行い、十字マーク２０の位置を
求める。この二つのマーク位置の差は、フィールド接続
誤差の水平方向の倍率誤差となる。

【００２０】同様にして、水平方向の回転誤差も図９
(ｃ)，図９(ｄ)のようにマークを描画フィールドの下端
と描画フィールドの上端に置き、マーク検出を行うこと
によって求めることが可能である。同様に、垂直方向の
回転，倍率誤差も測定することができる。上記実施例に
よれば、以上の測定をステージを移動させて行っていく
ことにより、ステージ移動に伴う接続誤差を求めること
が可能となる。なお、上記各実施例は本発明の一例を示
したものであり、本発明はこれらに限定されるべきもの
ではないことは言うまでもないことである。

【００２１】

【発明の効果】以上、詳細に説明した如く、本発明によ
れば、マルチショット方式の電子線描画装置に上述の如
きマークを用いることにより、鏡筒の調整の高速化，高
精度化を可能とする電子線描画装置およびその調整方法
を実現すること、マルチカラムを有する電子線描画装置
における均一露光を実現すること、および、装置を小型
化すること等の各効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るマーク群を用いたマル
チショット方式の電子線描画システムの構成図である。

【図２】実施例に係るマーク構成を示す図である。

【図３】実施例に係るマークウェーハとウェーハパレッ
トとの間の電気的結合の説明図である。

【図４】実施例に係るサブチャンバの機能を示す図(そ
の１)である。

【図５】実施例に係るサブチャンバの機能を示す図(そ
の２)である。

【図６】本発明の他の実施例に係るマルチショット方式
の電子線描画システムを示す図である。

【図７】本発明の他の実施例に係るマーク構成を示す図
である。

【図８】本発明の他の実施例に係るビームのショットの
タイミングを示す図である。

【図９】実施例に係るビームのマーク走査方法を説明す
る図である。

【符号の説明】

１〜３電子銃４〜６電子レンズ７偏向器８反射電子検出器９マーク１０マーク基板１１,７４〜７６電子線鏡筒１２高圧電源１３レンズ電源１４偏向器電源１５反射電子検出器１６ワークステーション１７シリコンウェーハ１８単位マーク１９ファラデーカップ２０タングステンマーク２３,３３〜３８電子ビーム２４プリアラインメントマーク２５シリコン基板２６絶縁膜５２マーク電流検出器５６〜５９ビーム走査シーケンス６２電子線鏡筒群６４ウェーハパレット６５ワークチャンバ６６サブチャンバ６７,７３描画ウェーハ６８接触端子７７描画フィールド境界７９ビーム走査方向

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者後藤泰子東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献特開平５−251315（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−269522（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−12527（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−25235（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の電子銃から電子線を放出し、基板
上に図形を描画するチャンバを有する電子線描画装置に
おいて、前記基板を載置するウェーハパレットと、前記
複数の電子線に対応した複数の電子線を検出するため、
前記基板上に絶縁膜を介して電気的に独立した複数のマ
ーク基板にマークとファラディーカップを形成してなる
電子検出手段とを具備したことを特徴とする電子線描画
装置。
【請求項２】前記複数のマーク基板は、シリコンウェ
ーハと類似した形状であることを特徴とする請求項１記
載の電子線描画装置。
【請求項３】前記基板は、シリコンウェーハであるこ
とを特徴とする請求項１記載の電子線描画装置。
【請求項４】前記複数のマークは、十字マークである
ことを特徴とする請求項１記載の電子線描画装置。