JP3710422B2

JP3710422B2 - Gain calibration method for sub-deflector of proximity exposure type electron beam exposure apparatus

Info

Publication number: JP3710422B2
Application number: JP2002025908A
Authority: JP
Inventors: 章宏遠藤; 博文西川; 徹伊勢; 豊治福井
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2002-02-01
Filing date: 2002-02-01
Publication date: 2005-10-26
Anticipated expiration: 2022-02-01
Also published as: JP2003229351A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビーム露光装置の副偏向器のゲイン較正方法に関し、特に露光するパターンと同一の開口パターンを有するマスク（等倍マスク）をウエハに近接して配置した状態で、マスクに電子ビームを照射してパターンを露光する近接露光方式の電子ビーム露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の集積度は微細加工技術により規定されており、微細加工技術には一層の高性能が要求されている。特に、露光技術においては、ステッパなどに用いられるフォトリソグラフィの技術的な限界が予想されており、一層の微細化を難しくしている。この限界を打ち破る技術として電子ビーム露光技術が注目されているが、一般に電子ビーム露光はスループットが低いという問題がある。特許第２９５１９４７号は、露光パターンと同一の開口パターンを有するステンシルマスクに、感光剤（レジスト）を塗布した試料（ウエハ）を近接して配置し、大きなサイズの電子ビームでマスクを走査することにより短時間で露光を終了する近接露光方式の電子ビーム露光技術を開示している。
【０００３】
図１は、特許第２９５１９４７号に開示された近接露光方式の電子ビーム露光装置の基本構成を示す図である。図１に示すように、コラム７０内には、電子ビーム１５を発生する電子ビーム源１４と、電子ビームを平行ビームにする照射レンズ１８と、主偏向器２０と、副偏向器２２とが設けられている。真空チャンバ８０内には、露光するパターンに対応する開口を有するマスク３０と、表面にレジスト層が形成された試料（半導体ウエハ）４０を保持する静電チャック４０とが設けられている。静電チャック５０は、ステージ６０により３軸方向に移動可能で且つ回転可能である。マスク３０は、開口パターンの形成された薄い膜を有しており、ウエハ４０は表面がマスクに近接するように配置される。この状態で、マスクに垂直に電子ビームを照射すると、マスクの開口を通過した電子ビームがウエハ４０の表面のレジスト層に照射される。
【０００４】
電子ビーム１５の大きさはマスク３０より小さいので、主偏向器２０により電子ビーム１５を偏向して、図２に示すように、電子ビーム１５でマスク３０上を走査してマスク全面のパターンをウエハ４０上に露光する。図１では、３箇所に偏向されたビームが示されている。主偏向器２０は、電子ビーム１５を偏向して光軸から変位させた後、偏向させた分と同じ量だけ逆方向に偏向して電子ビーム１５がマスク３０に垂直に入射させる。副偏向器２２は、次に説明するマスクの歪みおよびウエハ上の前層チップ形状の歪みによる露光位置のずれを補正するのに使用される。
【０００５】
近接露光方式の電子ビーム露光装置は、０．１μｍ以下の線幅のパターンが露光可能であり、マスク３０の開口パターンの部分の厚さは０．５μｍ程度にする必要がある。開口パターンは位置により異なるため、開口の割合が多い部分と少ない部分があり、マスク３０の開口パターンは位置により歪みを生じる。この歪みはあまり大きくはないが、０．１μｍ以下の線幅のパターンを露光するためには、パターンの露光位置精度は０．０２μｍ程度であることが要求され、上記の歪みによるパターンの露光位置の誤差を補正する必要がある。そこで、図３に示すように、副偏向器２２を２段の偏向器２６と２８で構成し、偏向器２６で角度αだけ偏向した後、偏向器２８で逆方向に２倍の角度（−２α）だけ偏向することにより、電子ビーム１５はマスク３０上の同じ位置に入射角−αで照射される。そしてマスクの開口を通過した電子ビームは、垂直入射の場合に比べて照射位置がδだけずれて照射される。δは、マスク３０とウエハ４０の間のギャップをＧとするとδ＝−αＧで表される。このように、副偏向器によりマスク上の照射位置を変えること無しに入射角を変えることにより、開口パターンのウエハ４０上の露光位置を微小量変えることができる。なお、図３では一方向にのみ偏向する様子を示したが、紙面に垂直な方向の入射角を変える場合もある。従って、副偏向器は、Ｘ方向とＹ方向の２方向に独立に偏向可能な偏向器であることが必要であり、静電偏向器が使用される。
【０００６】
マスク３０が図４の（Ａ）に示すように歪んでいる時、電子ビームの入射角を部分的に変えることにより露光位置をずらして図４の（Ｂ）に示すような歪みのない正規のパターンを露光することが可能である。そこで、マスク３０の歪みをあらかじめ測定して部分的に歪み補正のための補正データを決定しておき、副偏向器が各走査位置で補正データに対応する入射角になるように電子ビームを偏向する。
【０００７】
副偏向器の制御回路は、補正データをアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、アナログ信号を増幅するアンプと、アンプの出力を副偏向器に印加する信号に変換するドライバとを有する。副偏向器の偏向量は装置毎に異なる上、経時変化する。そこで、アンプのゲインを調整して補正データに対して所定の偏向量が得られるようにしており、これを副偏向器２０のゲイン較正という。なお、Ｄ／Ａ変換器の基準電圧を変えても偏向量を変化することが可能であり、ここではこのような制御回路を含めて、補正データに対して得られる実際の偏向量（偏向角度）の係数を副偏向器のゲインと呼び、アンプのゲインには限定されない。副偏向器２０の偏向量は電子ビームの位置により異なるので、ゲインは電子ビームの位置に応じて決定する必要があり、ゲイン較正も電子ビームの位置毎に行う必要がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、副偏向器２０はマスク３０の歪みを補正して正規のパターンを露光するのに使用されるが、補正量は微小量であり高精度であることが要求される。そこで、副偏向器２０のゲイン較正も高精度に行うことが要求される。また、副偏向器の偏向量は経時変化するのでゲイン較正は随時行う必要があり、副偏向器２０のゲイン較正は簡単に行えることが要求される。
【０００９】
本発明は、近接露光方式の電子ビーム露光装置の副偏向器のゲイン較正を、高精度に且つ簡単に行える方法を実現することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を実現するため、本発明の近接露光方式電子ビーム露光装置の副偏向器のゲイン較正方法は、マークを有する較正用マスクをウエハに対して所定のギャップで配置し、副偏向器の異なる偏向データでマークを露光し、露光されたウエハを現像した後マークの位置を測定し、測定されたマークの位置から所定の偏向量が得られるように較正することを特徴とする。
【００１１】
すなわち、本発明の近接露光方式電子ビーム露光装置の副偏向器のゲイン較正方法は、偏向量の大きな主偏向器と偏向量の小さな副偏向器とを備え、露光するパターンと同一の開口パターンを有するマスクをウエハに近接して配置した状態で、主偏向器と副偏向により電子ビームを偏向してマスクに照射することによりパターンを露光する近接露光方式電子ビーム露光装置の前記副偏向器のゲイン較正方法であって、マークを有する較正用マスクと、ウエハを所定のギャップで配置し、主偏向器による電子ビームの偏向位置を記マークの位置に設定し、副偏向器の偏向データを変えてウエハにマークを複数回露光し、ウエハを現像し、現像したウエハ上の複数個のマークの位置を測定し、測定したマークの位置データに基づいて副偏向器のゲインを較正することを特徴とする。
【００１２】
マークの露光は、副偏向器のＹ方向の偏向データをゼロにＸ方向の偏向データを最大及び最小に設定した状態と、Ｘ方向の偏向データをゼロに、Ｙ方向の偏向データを最大及び最小に設定した状態の４回行い、副偏向器のＸ方向とＹ方向のゲインをそれぞれ設定する。なお、４回の露光によるウエハ上のマークの転写像が重なる場合には、４回の露光の間でウエハを保持するステージを移動して、転写像が相互に重ならないようにする。
【００１３】
副偏向器のゲインは、主偏向器の偏向位置に応じて設定することが望ましく、そのためには、マークを主偏向器の偏向範囲内に複数設け、副偏向器のゲインを各マーク位置で測定データに従って較正し、更にマーク位置間の副偏向器のゲインは各マーク位置での測定データから補間する。
【００１４】
副偏向器は、Ｘ方向とＹ方向に独立にてゲインが設定できることが必要であり、副偏向器は２段の静電偏向器であることが望ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図５は、近接露光方式電子ビーム露光装置の副偏向器のゲイン較正方法の実施例を説明する図である。実施例で使用する近接露光方式電子ビーム露光装置は、図１に示すような構成を有し、静電偏向器は図３に示すような２段の静電偏向器であるとする。図５に示すように、開口パターン以外は露光用マスク３０と同じ形状を有する較正用マスク３２を、露光用マスク３０の代わりにセットする。較正用マスク３２は、主偏向器２０による電子ビームの偏向範囲内の４個の角付近、４辺の中心付近及び中心付近に配置された９個のマーク３２Ａを有する。ステージ６０により移動及び回転される静電チャック５０上にはレジスト層を形成したウエハ４０が保持される。この状態で、電子ビーム１５が１個のマーク３２Ａ（ここでは中心のマーク）部分を照射するように主偏向器２０の偏向位置を設定する。既に説明したように、主偏向器２０により偏向された電子ビームは偏向位置にかかわらず較正用マスク３２に垂直に入射する。そして、副偏向器２２のゲインを変えてマークを露光する。この動作については後で詳しく説明する。なお、ここではマークの個数を９個としたが、例えば５×５＝２５個という具合にマークの個数を増加すれば、補正時の正確さが向上する。
【００１６】
上記のような動作を９個のマーク３２Ａについて行う。図６に示すように、ステージ６０のＸ方向の移動量はレーザ測長器７４により、Ｙ方向の移動量はレーザ測長器７６により正確に測定可能である。また、マスク３０とウエハ４０の表面のギャップも正確に測定可能である。
【００１７】
図７は、副偏向器２２の偏向データを変えてマークを露光する動作を説明する図であり、（Ａ）は副偏向器２２のＸ方向の偏向データを変えて露光する様子を示し、（Ｂ）は９個のマークの露光を示す。図７の（Ａ）に示すように、副偏向器２２のＸ方向とＹ方向の偏向データをゼロ（中間値）に設定して電子ビームＰが較正用マスク３２のマーク３２Ａを入射角ゼロで照射するようにして露光する。このようにして露光されたマークの像を基準マーク像とする。次に、副偏向器２２のＸ方向の偏向データのみを最大値に設定して電子ビームＱが較正用マスク３２のマーク３２Ａを最大入射角（正の入射角）付近で照射するようにして露光する。更に、副偏向器２２のＸ方向の偏向データのみを最小値に設定して電子ビームＲが較正用マスク３２のマーク３２Ａを最小入射角（負の入射角）付近で照射するようにして露光する。このようにして副偏向器２２のＸ方向の異なる３つの偏向データでの露光が行われ、ウエハ４０上にマークの３個の転写像が露光される。同様に、副偏向器２２のＸ方向の偏向データをゼロに設定して、Ｙ方向の偏向データを最大値と最小値に設定してマークの２個の転写像を露光する。このようにして、1個のマークに対して５個の転写像が露光される。なお、基準マーク像と他の転写像の間隔及びマークの形状の関係から、基準マーク像と他の転写像が重なる場合には、各転写像を露光する時に、ステージによりウエハを移動して転写像が重ならないようにする。この時の移動量をオフセットとして記憶し、測定の際にはこのオフセットを考慮して転写像の位置を算出する。
【００１８】
図７の（Ｂ）に示すように、上記の露光動作を９個のマークについて行うことにより、９組のマーク群がウエハ４０上に形成され、各群は５個の転写像を有する。
【００１９】
上記のようにして９個のマークの露光が終了すると、ウエハ４０を露光装置から回収して現像し、電子顕微鏡などで各群内の５個のマーク転写像の相互位置関係及び各群の基準マーク像間の相互位置関係を測定する。測定した相互位置関係から副偏向器のＸ方向とＹ方向のゲインの較正を行う。以下、この処理を説明する。
【００２０】
副偏向器は、印加する信号に対してリニアな偏向角が得られるとする。すなわち、副偏向器のＸ方向のゲインをｇｘ、Ｙ方向のゲインをｇｙとすると、Ｘ方向の印加信号がｘ、Ｙ方向の印加信号がｙの時には、副偏向器によるＸ方向とＹ方向の偏向角度ａｎｇＸ，ａｎｇＹは、次の式で表されると仮定する。
【００２１】
ｇｘ・ｘ＋ｂ＝ａｎｇＸ
ｇｙ・ｙ＋ｄ＝ａｎｇＹ
ここで、上記のように、主偏向器による偏向にかかわらず電子ビームがマスクに垂直に入射する時には、ｂ，ｄはゼロである。すなわち、
ｇｘ・ｘ＝ａｎｇＸ
ｇｙ・ｙ＝ａｎｇＹ
図８に示すように、較正用マスク３２とウエハ４０のギャップをＧ、Ｘ方向の最大入射角をａｎｇＸｍａｘ、最小入射角をａｎｇＸｍｉｎ、Ｙ方向の最大入射角をａｎｇＹｍａｘ、最小入射角をａｎｇＹｍｉｎ、Ｘ方向の最大入射角と最小入射角で露光されたマーク像の間隔をΔＸ、Ｙ方向の最大入射角と最小入射角で露光されたマーク像の間隔をΔＹとすると、次の式が成り立つ。
【００２２】
ΔＸ＝ａｎｇＸ・Ｇ＝Ｇ・（ａｎｇＸｍａｘ−ａｎｇＸｍｉｎ）
ΔＹ＝ａｎｇＹ・Ｇ＝Ｇ・（ａｎｇＹｍａｘ−ａｎｇＹｍｉｎ）
Ｘ方向の最大入射角の時の偏向データをＸｍａｘ、最小入射角の時の偏向データをＸｍｉｎ、Ｙ方向の最大入射角の時の偏向データをＹｍａｘ、最小入射角の時の偏向データをＹｍｉｎとすると、
ａｎｇＸｍａｘ−ａｎｇＸｍｉｎ＝ｇｘ・（Ｘｍａｘ−Ｘｍｉｎ）
ａｎｇＹｍａｘ−ａｎｇＹｍｉｎ＝ｇｘ・（Ｙｍａｘ−Ｙｍｉｎ）
従って、ｇｘ＝ΔＸ／（Ｇ・（Ｘｍａｘ−Ｘｍｉｎ））である。
【００２３】
同様に、ｇｙ＝ΔＹ／（Ｇ・（Ｙｍａｘ−Ｙｍｉｎ））である。
【００２４】
Ｇ，Ｘｍａｘ−Ｘｍｉｎ，Ｙｍａｘ−Ｙｍｉｎは既知であるから、ΔＸとΔＹを測定すれば、副偏向器のＸ方向のゲインｇｘと、Ｙ方向のゲインｇｙを求めることができる。
【００２５】
このような測定を９組のマーク群について行う。主偏向器の全偏向範囲で副偏向器のゲインを一定とする場合には、９組のマーク群で測定した９個（Ｘ方向とＹ方向を合わせれば１８個）のゲインを平均した値を、副偏向器のゲインとして設定する。主偏向器の偏向位置に応じて副偏向器のゲインを設定する場合には、９個のマーク間の偏向位置におけるゲインを測定した９個のゲインを補間して算出し、テーブルに記憶するか、補正式を作成して記憶し、主偏向器による偏向位置に応じたゲインを設定できるようにする。
【００２６】
なお、上記の例では、基準マークは使用していないが、基準マークと最大入射角及び最小入射角時のマーク位置との差からそれぞれ演算したゲインの平均値からゲインを決定することも可能である。この場合、２つのゲインの差から副偏向器の対称性を確認できる。なお本発明には直接関係しないが、基準マークは主偏向器による偏向位置にかかわらず電子ビームがマスクに垂直に入射しているか確認するためにも使用される。
【００２７】
次に、本発明の副偏向器の較正を行う場合のシステム構成について図９を参照して説明する。
【００２８】
図９に示すように、露光装置１は、装置全体の制御及び偏向制御を行う制御部９と、電子鏡筒１０と、較正用マスク３２と、ウエハ４０とを有する。測定器２は、現像されたウエハ４０’のマーク位置を検出する電子顕微鏡３と、測定データを処理するデータ処理部４とを有する。図７で説明したように、装置１では９個のマーク群がウエハ４０に露光され、現像された後測定器２の電子顕微鏡３でマーク位置が測定され、データ処理部４で必要な処理を行った後、制御部９に送信される。制御部９は、測定したマーク位置からゲインを演算して設定する。
【００２９】
図１０と図１１は、以上の処理を示すフローチャートである。
【００３０】
ステップ１０１では、副偏向器のゲインを初期値又はそれまでの値に設定すると共に、ギャップＧ及び転写像が重ならないようにステージを移動させる転写オフセットを設定する。ステップ１０２では、較正用マスク３２とレジストを塗布したウエハ４０をロードする。ステップ１０３では、主偏向位置を１つのマーク位置に設定し、ステップ１０４で副偏向器のＸ方向とＹ方向の偏向データをゼロに設定して露光を行う。
【００３１】
ステップ１０５では、Ｘ方向最大データに対応した転写フセット分ステージを移動し、ステップ１０６では、Ｘ方向の偏向データを最大値に設定して露光を行う。ステップ１０７では、Ｘ方向最小データに対応した転写フセット分ステージを移動し、ステップ１０８では、Ｘ方向の偏向データを最小値に設定して露光を行う。ステップ１０９では、Ｘ方向の偏向データをゼロに設定し、ステップ１１０では、Ｙ方向最大データに対応した転写フセット分ステージを移動し、ステップ１１１では、Ｙ方向の偏向データを最大値に設定して露光を行う。ステップ１１２では、Ｙ方向最小データに対応した転写フセット分ステージを移動し、ステップ１１３では、Ｙ方向の偏向データを最小値に設定して露光を行う。
【００３２】
ステップ１１４では、すべてのマークについて上記の処理が終了したか確認し、終了していなければステップ１０４に戻り対象とするマークを変えて同じ処理を繰り返す。なお、副偏向器のＸ方向とＹ方向の偏向データをゼロに設定して、スキャンなどにより主偏向位置を変化させて９個のマークを露光し、次に副偏向器の偏向データを変えて同様に９個のマークを露光するという具合に露光してもよい。すなわち同一の副偏向データで９個のマークを露光し、５種類の副偏向データについてこれを繰り返すようにしてもよい。
【００３３】
すべてのマークについて露光処理が終了したら、ステップ１１６で、ウエハを回収して現像を行う。ステップ１１７で、現像したウエハのマークの位置を測定し、ステップ１１８で測定データを装置の制御部に送信し、ステップ１１９で制御部はゲインを演算して較正を行う。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、近接露光方式の電子ビーム露光装置における歪み補正用の副偏向器のゲイン較正が正確に行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】近接露光方式の電子ビーム露光の基本構成を示す図である。
【図２】近接露光方式の電子ビーム露光装置における電子ビームの走査を示す図である。
【図３】副偏向器による電子ビームの偏向動作を示す図である。
【図４】マスクの歪み補正を説明する図である。
【図５】本発明の近接露光方式電子ビーム露光装置の副偏向器のゲイン較正方法を説明する図である。
【図６】較正用マスクとステージを説明する図である。
【図７】較正用マスクを使用したマークの露光を示す図である。
【図８】副偏向器のゲインを演算する処理を説明する図である。
【図９】測定システムを示す図である。
【図１０】副偏向器のゲイン較正処理を示すフローチャート（その１）である。
【図１１】副偏向器のゲイン較正処理を示すフローチャート（その２）である。
【符号の説明】
１４…電子銃
１５…電子ビーム
２０…主偏向器
２２…副偏向器
３０…マスク
３２…較正用マスク
３２Ａ…マーク
４０…ウエハ
５０…静電チャック
６０…ステージ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gain calibration method for a sub-deflector of an electron beam exposure apparatus, and more particularly to an electron beam on a mask in a state where a mask (same size mask) having the same opening pattern as the pattern to be exposed is arranged close to the wafer. The present invention relates to a proximity exposure electron beam exposure apparatus that exposes a pattern by irradiating the pattern.
[0002]
[Prior art]
The degree of integration of a semiconductor integrated circuit is defined by a fine processing technique, and higher performance is required for the fine processing technique. In particular, in the exposure technique, a technical limit of photolithography used for a stepper or the like is expected, and further miniaturization is difficult. Electron beam exposure technology has attracted attention as a technology that overcomes this limitation, but electron beam exposure generally has a problem of low throughput. Japanese Patent No. 2951947 discloses a method in which a sample (wafer) coated with a photosensitive agent (resist) is placed close to a stencil mask having the same opening pattern as an exposure pattern, and the mask is scanned with a large electron beam. A proximity exposure type electron beam exposure technique that completes exposure in a short time is disclosed.
[0003]
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a proximity exposure type electron beam exposure apparatus disclosed in Japanese Patent No. 2951947. As shown in FIG. 1, an electron beam source 14 that generates an electron beam 15, an irradiation lens 18 that converts the electron beam into a parallel beam, a main deflector 20, and a sub deflector 22 are provided in the column 70. It has been. In the vacuum chamber 80, a mask 30 having an opening corresponding to a pattern to be exposed, and an electrostatic chuck 40 for holding a sample (semiconductor wafer) 40 having a resist layer formed on the surface thereof are provided. The electrostatic chuck 50 can be moved in three axial directions by the stage 60 and can be rotated. The mask 30 has a thin film in which an opening pattern is formed, and the wafer 40 is disposed so that the surface is close to the mask. In this state, when an electron beam is irradiated perpendicularly to the mask, the resist layer on the surface of the wafer 40 is irradiated with the electron beam that has passed through the opening of the mask.
[0004]
Since the electron beam 15 is smaller in size than the mask 30, the main deflector 20 deflects the electron beam 15 and scans the mask 30 with the electron beam 15 as shown in FIG. 40 is exposed. In FIG. 1, beams deflected at three positions are shown. The main deflector 20 deflects the electron beam 15 and displaces it from the optical axis, and then deflects the electron beam 15 in the reverse direction by the same amount as the deflected amount so that the electron beam 15 enters the mask 30 perpendicularly. The sub-deflector 22 is used to correct an exposure position shift caused by mask distortion and front layer chip shape distortion on the wafer, which will be described below.
[0005]
The proximity exposure type electron beam exposure apparatus can expose a pattern having a line width of 0.1 μm or less, and the thickness of the opening pattern portion of the mask 30 needs to be about 0.5 μm. Since the opening pattern varies depending on the position, there are a portion where the ratio of the opening is large and a portion where the opening ratio is small. Although this distortion is not so large, in order to expose a pattern having a line width of 0.1 μm or less, the exposure position accuracy of the pattern is required to be about 0.02 μm. It is necessary to correct the error. Therefore, as shown in FIG. 3, the sub deflector 22 is composed of two stages of deflectors 26 and 28, deflected by the deflector 26 by the angle α, and then deflected by the deflector 28 in the opposite direction (− By deflecting by 2α), the electron beam 15 is irradiated to the same position on the mask 30 at an incident angle of −α. Then, the electron beam that has passed through the opening of the mask is irradiated with an irradiation position shifted by δ as compared with the case of normal incidence. δ is represented by δ = −αG, where G is the gap between the mask 30 and the wafer 40. Thus, by changing the incident angle without changing the irradiation position on the mask by the sub deflector, the exposure position on the wafer 40 of the opening pattern can be changed by a minute amount. Although FIG. 3 shows a state where the light is deflected only in one direction, the incident angle in the direction perpendicular to the paper surface may be changed. Therefore, the sub deflector needs to be a deflector that can be deflected independently in two directions of the X direction and the Y direction, and an electrostatic deflector is used.
[0006]
When the mask 30 is distorted as shown in FIG. 4 (A), the exposure position is shifted by partially changing the incident angle of the electron beam, so that a normal without distortion as shown in FIG. 4 (B). It is possible to expose the pattern. Therefore, the distortion of the mask 30 is measured in advance to determine correction data for partial distortion correction, and the electron beam is deflected so that the sub deflector has an incident angle corresponding to the correction data at each scanning position. To do.
[0007]
The control circuit of the sub deflector includes a D / A converter that converts correction data into an analog signal, an amplifier that amplifies the analog signal, and a driver that converts the output of the amplifier into a signal applied to the sub deflector. The amount of deflection of the sub deflector varies from device to device and changes over time. Therefore, the gain of the amplifier is adjusted so that a predetermined deflection amount is obtained for the correction data, which is called gain calibration of the sub deflector 20. Note that the deflection amount can be changed even if the reference voltage of the D / A converter is changed. Here, the actual deflection amount (deflection angle) obtained for the correction data including such a control circuit is included. ) Is called the sub-deflector gain, and is not limited to the amplifier gain. Since the amount of deflection of the sub deflector 20 varies depending on the position of the electron beam, the gain must be determined according to the position of the electron beam, and gain calibration must be performed for each position of the electron beam.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the sub deflector 20 is used to correct the distortion of the mask 30 and expose a normal pattern. However, the correction amount is a minute amount and is required to be highly accurate. Therefore, it is required to perform gain calibration of the sub deflector 20 with high accuracy. Further, since the deflection amount of the sub deflector changes with time, it is necessary to perform gain calibration at any time, and it is required that the gain calibration of the sub deflector 20 can be easily performed.
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to realize a method capable of easily and accurately performing gain calibration of a sub deflector of an electron beam exposure apparatus of a proximity exposure type.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to realize the above object, the gain calibration method of the sub-deflector of the proximity exposure type electron beam exposure apparatus according to the present invention is such that a calibration mask having marks is arranged with a predetermined gap with respect to the wafer, and the sub-deflector is different. The mark is exposed with deflection data, the exposed wafer is developed, the position of the mark is measured, and calibration is performed so that a predetermined deflection amount is obtained from the measured mark position.
[0011]
That is, the gain calibration method of the sub-deflector of the proximity exposure electron beam exposure apparatus of the present invention includes a main deflector having a large deflection amount and a sub-deflector having a small deflection amount, and has the same opening pattern as the pattern to be exposed. The gain of the sub-deflector of the proximity exposure type electron beam exposure apparatus that exposes the pattern by deflecting the electron beam by the main deflector and the sub-deflection and irradiating the mask with the mask disposed close to the wafer A calibration method, wherein a calibration mask having a mark and a wafer are arranged with a predetermined gap, the deflection position of the electron beam by the main deflector is set to the position of the mark, and the deflection data of the sub deflector is changed. The mark is exposed on the wafer a plurality of times, the wafer is developed, the positions of the marks on the developed wafer are measured, and the sub-deflector gates are measured based on the measured mark position data. And wherein the calibrating the emissions.
[0012]
In the exposure of the mark, the deflection data in the Y direction of the sub deflector is set to zero, the deflection data in the X direction is set to the maximum and minimum, the deflection data in the X direction is set to zero, and the deflection data in the Y direction is set to the maximum and minimum. 4 times in the state set to, and set the gain in the X direction and Y direction of the sub deflector respectively. When the transfer images of the marks on the wafer by the four exposures overlap, the stage holding the wafer is moved between the four exposures so that the transfer images do not overlap each other.
[0013]
It is desirable to set the gain of the sub deflector according to the deflection position of the main deflector. For this purpose, a plurality of marks are provided within the deflection range of the main deflector, and the gain of the sub deflector is measured at each mark position. Calibration is performed according to the data, and the gain of the sub deflector between the mark positions is interpolated from the measurement data at each mark position.
[0014]
The sub deflector needs to be able to set the gain independently in the X direction and the Y direction, and the sub deflector is preferably a two-stage electrostatic deflector.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 5 is a diagram for explaining an embodiment of the gain calibration method for the sub deflector of the proximity exposure type electron beam exposure apparatus. The proximity exposure type electron beam exposure apparatus used in the embodiment has a configuration as shown in FIG. 1, and the electrostatic deflector is a two-stage electrostatic deflector as shown in FIG. As shown in FIG. 5, a calibration mask 32 having the same shape as the exposure mask 30 except for the opening pattern is set instead of the exposure mask 30. The calibration mask 32 has nine marks 32A arranged in the vicinity of the four corners in the deflection range of the electron beam by the main deflector 20, the center of the four sides, and the vicinity of the center. A wafer 40 on which a resist layer is formed is held on an electrostatic chuck 50 that is moved and rotated by a stage 60. In this state, the deflection position of the main deflector 20 is set so that the electron beam 15 irradiates one mark 32A (here, the center mark). As already described, the electron beam deflected by the main deflector 20 enters the calibration mask 32 vertically regardless of the deflection position. Then, the mark is exposed by changing the gain of the sub deflector 22. This operation will be described in detail later. Although the number of marks is nine here, if the number of marks is increased, for example, 5 × 5 = 25, the accuracy during correction is improved.
[0016]
The above operation is performed on the nine marks 32A. As shown in FIG. 6, the amount of movement of the stage 60 in the X direction can be accurately measured by the laser length measuring device 74, and the amount of movement in the Y direction can be accurately measured by the laser length measuring device 76. Further, the gap between the surface of the mask 30 and the wafer 40 can be measured accurately.
[0017]
FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of exposing the mark by changing the deflection data of the sub deflector 22. FIG. 7A shows the exposure by changing the deflection data of the sub deflector 22 in the X direction. B) shows the exposure of 9 marks. As shown in FIG. 7A, the X-direction and Y-direction deflection data of the sub deflector 22 is set to zero (intermediate value), and the electron beam P sets the mark 32A of the calibration mask 32 at an incident angle of zero. It exposes like irradiating. The image of the mark thus exposed is used as a reference mark image. Next, exposure is performed so that only the deflection data in the X direction of the sub deflector 22 is set to the maximum value and the electron beam Q irradiates the mark 32A of the calibration mask 32 in the vicinity of the maximum incident angle (positive incident angle). To do. Furthermore, only the deflection data in the X direction of the sub deflector 22 is set to a minimum value, and exposure is performed so that the electron beam R irradiates the mark 32A of the calibration mask 32 in the vicinity of the minimum incident angle (negative incident angle). . In this way, exposure is performed with three deflection data in the X direction of the sub deflector 22, and three transfer images of the mark are exposed on the wafer 40. Similarly, the deflection data in the X direction of the sub deflector 22 is set to zero, the deflection data in the Y direction is set to the maximum value and the minimum value, and two transferred images of the mark are exposed. In this way, five transferred images are exposed for one mark. If the reference mark image and another transfer image overlap due to the relationship between the distance between the reference mark image and another transfer image and the shape of the mark, the wafer is moved by the stage and transferred when each transfer image is exposed. Avoid overlapping the images. The amount of movement at this time is stored as an offset, and the position of the transferred image is calculated in consideration of this offset during measurement.
[0018]
As shown in FIG. 7B, by performing the above exposure operation on nine marks, nine sets of mark groups are formed on the wafer 40, and each group has five transfer images.
[0019]
When the exposure of the nine marks is completed as described above, the wafer 40 is recovered from the exposure apparatus and developed, and the mutual positional relationship of the five mark transfer images in each group and the reference of each group are obtained with an electron microscope or the like. The mutual positional relationship between the mark images is measured. The gains in the X and Y directions of the sub deflector are calibrated from the measured mutual positional relationship. Hereinafter, this process will be described.
[0020]
The sub deflector can obtain a linear deflection angle with respect to the applied signal. That is, when the gain in the X direction of the sub deflector is gx and the gain in the Y direction is gy, when the applied signal in the X direction is x and the applied signal in the Y direction is y, the X direction and Y direction by the sub deflector It is assumed that the deflection angles angX and angY are expressed by the following equations.
[0021]
gx · x + b = angX
gy · y + d = angY
Here, as described above, when the electron beam is perpendicularly incident on the mask regardless of the deflection by the main deflector, b and d are zero. That is,
gx · x = angX
gy · y = angY
As shown in FIG. 8, the gap between the calibration mask 32 and the wafer 40 is G, the maximum incident angle in the X direction is angXmax, the minimum incident angle is angXmin, the maximum incident angle in the Y direction is angYmax, and the minimum incident angle is angYmin, X. When the interval between the mark images exposed at the maximum incident angle and the minimum incident angle in the direction is ΔX, and the interval between the mark images exposed at the maximum incident angle and the minimum incident angle in the Y direction is ΔY, the following equation holds.
[0022]
ΔX = angX · G = G · (angXmax−angXmin)
ΔY = angY · G = G · (angYmax−angYmin)
The deflection data at the maximum incident angle in the X direction is Xmax, the deflection data at the minimum incident angle is Xmin, the deflection data at the maximum incident angle in the Y direction is Ymax, and the deflection data at the minimum incident angle is Ymin. Then
angXmax−angXmin = gx · (Xmax−Xmin)
angYmax−angYmin = gx · (Ymax−Ymin)
Therefore, gx = ΔX / (G · (Xmax−Xmin)).
[0023]
Similarly, gy = ΔY / (G · (Ymax−Ymin)).
[0024]
Since G, Xmax−Xmin, and Ymax−Ymin are known, the gain gx in the X direction and the gain gy in the Y direction of the sub deflector can be obtained by measuring ΔX and ΔY.
[0025]
Such measurement is performed for nine sets of mark groups. When the gain of the sub deflector is constant over the entire deflection range of the main deflector, the average value of nine gains (18 if the X direction and the Y direction are combined) measured with nine sets of mark groups is obtained. Set as the gain of the sub deflector. When the gain of the sub deflector is set according to the deflection position of the main deflector, is it calculated by interpolating nine gains obtained by measuring the gain at the deflection position between the nine marks and storing it in the table? Then, a correction formula is created and stored, and a gain corresponding to the deflection position by the main deflector can be set.
[0026]
In the above example, the reference mark is not used, but it is also possible to determine the gain from the average value of the gain calculated from the difference between the reference mark and the mark position at the maximum incident angle and the minimum incident angle. is there. In this case, the symmetry of the sub deflector can be confirmed from the difference between the two gains. Although not directly related to the present invention, the reference mark is also used to confirm whether the electron beam is perpendicularly incident on the mask regardless of the deflection position by the main deflector.
[0027]
Next, a system configuration when the sub deflector of the present invention is calibrated will be described with reference to FIG.
[0028]
As shown in FIG. 9, the exposure apparatus 1 includes a control unit 9 that performs control and deflection control of the entire apparatus, an electron column 10, a calibration mask 32, and a wafer 40. The measuring device 2 includes an electron microscope 3 that detects the mark position of the developed wafer 40 ′ and a data processing unit 4 that processes measurement data. As described with reference to FIG. 7, in the apparatus 1, nine mark groups are exposed on the wafer 40, developed, the mark position is measured by the electron microscope 3 of the measuring device 2, and the data processing unit 4 performs necessary processing. After being performed, it is transmitted to the control unit 9. The control unit 9 calculates and sets the gain from the measured mark position.
[0029]
10 and 11 are flowcharts showing the above processing.
[0030]
In step 101, the gain of the sub deflector is set to an initial value or a value up to that time, and a transfer offset for moving the stage so that the gap G and the transfer image do not overlap is set. In step 102, the calibration mask 32 and the wafer 40 coated with resist are loaded. In step 103, the main deflection position is set to one mark position, and in step 104, the X-direction and Y-direction deflection data of the sub deflector is set to zero to perform exposure.
[0031]
In step 105, the stage corresponding to the maximum data in the X direction is moved, and in step 106, exposure is performed with the deflection data in the X direction set to the maximum value. In step 107, the stage corresponding to the minimum transfer data in the X direction is moved. In step 108, exposure is performed with the X direction deflection data set to the minimum value. In step 109, the deflection data in the X direction is set to zero. In step 110, the transfer facet corresponding to the maximum data in the Y direction is moved. In step 111, the deflection data in the Y direction is set to the maximum value. Perform exposure. In step 112, the stage corresponding to the Y direction minimum data is moved by the transfer facet. In step 113, exposure is performed with the Y direction deflection data set to the minimum value.
[0032]
In step 114, it is confirmed whether or not the above processing has been completed for all the marks. If not, the processing returns to step 104, the target mark is changed and the same processing is repeated. Note that the deflection data in the X and Y directions of the sub deflector is set to zero, the main deflection position is changed by scanning or the like to expose nine marks, and then the deflection data of the sub deflector is changed. Similarly, exposure may be performed such that nine marks are exposed. That is, nine marks may be exposed with the same sub deflection data, and this may be repeated for five types of sub deflection data.
[0033]
When the exposure process is completed for all the marks, the wafer is recovered and developed in step 116. In step 117, the position of the mark on the developed wafer is measured. In step 118, the measurement data is transmitted to the controller of the apparatus. In step 119, the controller calculates the gain and performs calibration.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, gain calibration of the sub-deflector for distortion correction in the proximity exposure type electron beam exposure apparatus can be performed accurately.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of electron beam exposure of a proximity exposure method.
FIG. 2 is a diagram showing electron beam scanning in a proximity exposure type electron beam exposure apparatus;
FIG. 3 is a diagram showing a deflection operation of an electron beam by a sub deflector.
FIG. 4 is a diagram for explaining mask distortion correction;
FIG. 5 is a diagram for explaining a gain calibration method of a sub deflector of the proximity exposure type electron beam exposure apparatus of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a calibration mask and a stage.
FIG. 7 is a diagram showing exposure of a mark using a calibration mask.
FIG. 8 is a diagram illustrating processing for calculating a gain of a sub deflector.
FIG. 9 is a diagram showing a measurement system.
FIG. 10 is a flowchart (part 1) illustrating a gain calibration process of the sub deflector.
FIG. 11 is a flowchart (part 2) illustrating a gain calibration process of the sub deflector.
[Explanation of symbols]
14 ... Electron gun 15 ... Electron beam 20 ... Main deflector 22 ... Sub deflector 30 ... Mask 32 ... Calibration mask 32A ... Mark 40 ... Wafer 50 ... Electrostatic chuck 60 ... Stage

Claims

偏向量の大きな主偏向器と偏向量の小さな副偏向器とを備え、露光するパターンと同一の開口パターンを有するマスクをウエハに近接して配置した状態で、前記主偏向器と前記副偏向器により電子ビームを偏向して前記マスクに照射することによりパターンを露光する近接露光方式電子ビーム露光装置の前記副偏向器のゲイン較正方法であって、
マークを有する較正用マスクと、前記ウエハを所定のギャップになるように配置し、
前記主偏向器による前記電子ビームの偏向位置を前記マークの位置に設定し、
前記副偏向器の偏向データを変えて前記ウエハに前記マークを複数回露光し、
前記ウエハを現像し、
現像した前記ウエハ上の複数個の前記マークの位置を測定し、
測定した前記マークの位置データに基づいて前記副偏向器のゲインを較正することを特徴とする近接露光方式電子ビーム露光装置の副偏向器のゲイン較正方法。A main deflector having a large deflection amount and a sub deflector having a small deflection amount, wherein the main deflector and the sub deflector are disposed in a state in which a mask having the same opening pattern as the pattern to be exposed is disposed close to the wafer; A sub-deflector gain calibration method of a proximity exposure type electron beam exposure apparatus that exposes a pattern by deflecting an electron beam and irradiating the mask with
A calibration mask having a mark and the wafer are arranged in a predetermined gap,
Setting the deflection position of the electron beam by the main deflector to the position of the mark;
Changing the deflection data of the sub-deflector to expose the mark a plurality of times on the wafer;
Developing the wafer;
Measuring the positions of the plurality of marks on the developed wafer;
A gain calibration method for a sub deflector of a proximity exposure type electron beam exposure apparatus, wherein the gain of the sub deflector is calibrated based on the measured position data of the mark.

請求項１に記載の近接露光方式電子ビーム露光装置の副偏向器のゲイン較正方法であって、
前記マークの露光は、前記副偏向器のＹ方向の偏向データをゼロにＸ方向の偏向データを最大及び最小に設定した状態と、Ｘ方向の偏向データをゼロにＹ方向の偏向データを最大及び最小に設定した状態の４回行われる近接露光方式電子ビーム露光装置の副偏向器のゲイン較正方法。A method of calibrating a gain of a sub-deflector of a proximity exposure type electron beam exposure apparatus according to claim 1,
In the exposure of the mark, the Y-direction deflection data of the sub-deflector is set to zero and the X-direction deflection data is set to maximum and minimum, and the X-direction deflection data is set to zero and the Y-direction deflection data is set to maximum and minimum. A gain calibration method for a sub-deflector of a proximity exposure type electron beam exposure apparatus which is performed four times in a state set to a minimum.

請求項２に記載の近接露光方式電子ビーム露光装置の副偏向器のゲイン較正方法であって、
前記副偏向器のＸ方向とＹ方向の信号値を変えた前記４回の露光は、前記４回の露光による前記ウエハ上の前記マークの転写像が重ならないように、前記４回の露光の間で前記ウエハを保持するステージを移動して行う近接露光方式電子ビーム露光装置の副偏向器のゲイン較正方法。A gain calibration method for a sub-deflector of a proximity exposure type electron beam exposure apparatus according to claim 2,
In the four exposures in which the signal values in the X and Y directions of the sub deflector are changed, the four exposures are performed so that the transferred images of the marks on the wafer by the four exposures do not overlap. A method for calibrating the gain of a sub-deflector of a proximity exposure type electron beam exposure apparatus which is performed by moving a stage holding the wafer between them.

請求項１に記載の近接露光方式電子ビーム露光装置の副偏向器のゲイン較正方法であって、
前記副偏向器のゲインは、前記主偏向器の偏向位置に応じて設定され、
前記マークは、前記主偏向器の偏向範囲内に複数設けられており、
前記副偏向器のゲインを各マーク位置で測定データに従って較正し、マーク間の前記副偏向器のゲインは各マーク位置で測定データから補間する近接露光方式電子ビーム露光装置の副偏向器のゲイン較正方法。A method of calibrating a gain of a sub-deflector of a proximity exposure type electron beam exposure apparatus according to claim 1,
The gain of the sub deflector is set according to the deflection position of the main deflector,
A plurality of the marks are provided in the deflection range of the main deflector,
The gain of the sub deflector is calibrated according to the measurement data at each mark position, and the gain of the sub deflector between the marks is interpolated from the measurement data at each mark position. Method.

請求項１に記載の近接露光方式電子ビーム露光装置の副偏向器のゲイン較正方法であって、
前記副偏向器は、２段の静電偏向器である近接露光方式電子ビーム露光装置の副偏向器のゲイン較正方法。A method of calibrating a gain of a sub-deflector of a proximity exposure type electron beam exposure apparatus according to claim 1,
The sub-deflector is a gain calibration method of a sub-deflector of a proximity exposure type electron beam exposure apparatus which is a two-stage electrostatic deflector.