JP4401557B2 - Electron beam exposure apparatus, electron beam correction method, electron beam exposure method, and semiconductor device manufacturing method - Google Patents

Electron beam exposure apparatus, electron beam correction method, electron beam exposure method, and semiconductor device manufacturing method Download PDF

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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、電子ビーム補正方法、電子ビーム露光方法、及び半導体素子製造方法に関する。特に本発明は、所定の電子ビームの照射位置の検出することにより、当該電子ビーム以外の電子ビームの照射位置を補正する電子ビーム露光装置、電子ビーム補正方法、電子ビーム露光方法、及び半導体素子製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の電子ビームを用いてウェハに露光処理を行う従来の電子ビーム露光装置は、電子ビームの照射位置の補正を行う場合に、全ての電子ビームの照射位置を検出して、全ての電子ビームのそれぞれの照射位置の補正値を求めていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年の半導体デバイスの微細化に伴い、電子ビーム露光装置の半導体デバイスの量産での利用に向け、露光処理や電子ビーム照射位置の補正処理の高速化が望まれている。
【０００４】
しかしながら、従来の電子ビーム露光装置では、全ての電子ビームの照射位置を補正するために全ての電子ビームの照射位置を検出しなくてはならないため、非常に長い時間を要し、短時間で電子ビームの照射位置を補正する方法が望まれている。
【０００５】
そこで本発明は、上記の課題を解決することのできる電子ビーム補正方法及び電子ビーム露光装置を提供することを目的とする。この目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の第１の形態によると、電子ビームにより、ウェハを露光する電子ビーム露光装置であって、ウェハが載置されるウェハステージと、ウェハに照射すべき露光電子ビームを発生する第１の電子ビーム発生部と、ウェハステージにおけるウェハが載置される領域以外の領域に設けられたマーク部と、マーク部に照射すべき検出電子ビームを発生し、露光電子ビームの照射位置を検出させる第２の電子ビーム発生部とを備える。
【０００７】
第１の電子ビーム発生部は、複数の露光電子ビームを発生し、第２の電子ビーム発生部は、マーク部に照射する検出電子ビームを発生し、複数の露光電子ビームの照射位置を検出させてもよい。
【０００８】
第１の電子ビームが発生する露光電子ビームによる露光処理に並行して、第２の電子ビーム発生部は、露光電子ビームの照射位置を検出するための検出電子ビームを発生してもよい。
【０００９】
露光電子ビーム及び検出電子ビームを偏向し、露光電子ビーム及び検出電子ビームを、それぞれウェハ及びマーク部に照射させる偏向部と、マーク部に照射された検出電子ビームの反射電子を検出し、検出された反射電子の量に対応する検出信号を出力する電子検出部と、検出信号に基づいて、検出電子ビームの照射位置を検出する位置検出部と、検出された検出電子ビームの照射位置に基づいて、露光電子ビームの照射位置を補正する補正値を算出する算出部と、補正値に基づいて、偏向部を制御する偏向制御部とを備えてもよい。
【００１０】
マーク部は、偏向部による検出電子ビームの偏向幅以下のピッチで設けられた複数のマークを有してもよい。マーク部は、露光処理中にウェハステージが移動する移動範囲にわたって、偏向幅以下のピッチで配列された複数のマークを有してもよい。
【００１１】
露光電子ビーム及び検出電子ビームの断面形状それぞれを独立に成形するスリット部と、露光電子ビーム及び検出電子ビームのそれぞれを独立に集束させる電子レンズとをさらに備え、第２の電子ビーム発生部は、１つの検出電子ビームを１つのマーク部に照射し、電子検出部は、マーク部に照射された１つの検出電子ビームの反射電子を検出し、検出された反射電子の量に対応する検出信号を出力し、位置検出部は、検出信号に基づいて、１つの検出電子ビームの照射位置を検出し、算出部は、検出された照射位置に基づいて、偏向部、スリット部、及び電子レンズ部の少なくとも１つの全体均等伸縮及び回転による、露光電子ビームの照射位置のずれを補正する補正値を算出してもよい。
【００１２】
露光電子ビーム及び検出電子ビームの断面形状それぞれを独立に成形するスリット部と、露光電子ビーム及び検出電子ビームのそれぞれを独立に集束させる電子レンズとをさらに備え、第２の電子ビーム発生部は、１つの検出電子ビームを１つのマーク部に照射し、電子検出部は、マーク部に照射された１つの検出電子ビームの反射電子を検出し、検出された反射電子の量に対応する検出信号を出力し、位置検出部は、検出信号に基づいて、１つの検出電子ビームの照射位置を検出し、算出部は、検出された照射位置に基づいて、偏向部、スリット部、及び電子レンズ部の少なくとも１つの平行移動による、露光電子ビームの照射位置のずれを補正する補正値を算出してもよい。
【００１３】
露光電子ビーム及び検出電子ビームの断面形状それぞれを独立に成形するスリット部と、露光電子ビーム及び検出電子ビームのそれぞれを独立に集束させる電子レンズとをさらに備え、第２の電子ビーム発生部は、２つの検出電子ビームを２つのマーク部に照射し、電子検出部は、マーク部に照射された２つの検出電子ビームの反射電子を検出し、検出された反射電子の量に対応する検出信号を出力し、位置検出部は、検出信号に基づいて、２つの検出電子ビームの照射位置を検出し、算出部は、検出された照射位置に基づいて、偏向部、スリット部、及び電子レンズ部の少なくとも１つの全体均等伸縮、回転、及び平行移動による、露光電子ビームの照射位置のずれを補正する補正値を算出してもよい。
【００１４】
露光電子ビーム及び検出電子ビームの断面形状それぞれを独立に成形するスリット部と、露光電子ビーム及び検出電子ビームのそれぞれを独立に集束させる電子レンズとをさらに備え、第２の電子ビーム発生部は、３つの検出電子ビームを３つのマーク部に照射し、電子検出部は、マーク部に照射された３つの検出電子ビームの反射電子を検出し、検出された反射電子の量に対応する検出信号を出力し、位置検出部は、検出信号に基づいて、３つの検出電子ビームの照射位置を検出し、算出部は、検出された照射位置に基づいて、偏向部、スリット部、及び電子レンズ部の少なくとも１つの回転、平行移動、及び直交する２つの方向のそれぞれに対する伸縮による、露光電子ビームの照射位置のずれを補正する補正値を算出してもよい。
【００１５】
位置検出部は、検出電子ビームの照射位置を検出するタイミングを発生するタイミング発生部を有してもよい。第２の電子ビーム発生部は、検出電子ビームを発生して、ウェハを露光してもよい。
【００１６】
本発明の第２の形態によると、ウェハを照射すべき複数の露光電子ビームと、露光電子ビームの照射位置を検出すべき検出電子ビームとを発生する電子ビーム露光装置において、露光電子ビームの照射位置を補正する電子ビーム補正方法であって、少なくとも１つの検出電子ビームの照射位置の座標の少なくとも１つを検出する検出段階と、検出された座標に基づいて、少なくとも１つの露光電子ビームの照射位置を補正する補正値を算出する算出段階と
を備える。
【００１７】
算出段階は、検出された座標に基づいて、検出電子ビームの照射位置を補正する補正値を算出する段階を有してもよい。
【００１８】
本発明の第３の形態によると、ウェハを照射すべき複数の露光電子ビームと、露光電子ビームの照射位置を検出すべき検出電子ビームとを発生する電子ビーム露光装置により、ウェハを露光する電子ビーム露光方法であって、少なくとも１つの検出電子ビームの照射位置の座標の少なくとも１つを検出する検出段階と、検出された座標に基づいて、少なくとも１つの露光電子ビームの照射位置を補正する補正値を算出する算出段階と、補正値に基づいて、複数の露光電子ビームにより、ウェハを露光する露光段階とを備える。
【００１９】
電子ビーム露光装置は、ウェハが載置されるウェハステージを備え、ウェハステージは、ウェハが載置される領域以外の領域に、検出電子ビームの照射位置を検出するためのマーク部を有し、ウェハをウェハステージに載置する載置段階と、露光電子ビームがウェハに照射される所定の位置に、ウェハを移動する移動段階とをさらに備え、検出段階は、検出電子ビームをマーク部に照射して、検出電子ビームの照射位置の座標を検出し、露光段階は、所定の位置に載置されたウェハに対して、露光を開始する段階を有してもよい。
【００２０】
電子ビーム露光装置は、検出電子ビームを偏向する偏向部をさらに備え、マーク部は、偏向部による検出電子ビームの偏向幅以下のピッチで、露光処理中にウェハステージが移動する移動範囲にわたって配列された複数のマークを有し、検出段階は、露光箇所の移動に伴って、複数のマークのいずれかを用いて、検出電子ビームの照射位置の座標を検出してもよい。
【００２１】
検出段階は、露光箇所の移動に伴って、順次隣接するマークを用いて、検出電子ビームの照射位置の座標を検出してもよい。
【００２２】
本発明の第４の形態によると、ウェハを照射すべき複数の露光電子ビームと、露光電子ビームの照射位置を検出すべき検出電子ビームとを発生する電子ビーム露光装置により、ウェハに半導体素子を製造する半導体素子製造方法であって、少なくとも１つの検出電子ビームの照射位置の座標の少なくとも１つを検出する検出段階と、検出された座標に基づいて、少なくとも１つの露光電子ビームの照射位置を補正する補正値を算出する算出段階と、補正値に基づいて、複数の露光電子ビームにより、ウェハを露光する露光段階とを備える。
【００２３】
なお上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションも又発明となりうる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態はクレームにかかる発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００２５】
図１は、本発明の一実施形態に係る電子ビーム露光装置１００の構成を示す。電子ビーム露光装置１００は、電子ビームによりウェハ４４に所定の露光処理を施す露光部１５０と、露光部１５０に含まれる各構成の動作を制御する制御系１４０を備える。
【００２６】
露光部１５０は、筐体８内部において複数の電子ビームを発生し、電子ビームの断面形状を所望に成形する電子ビーム成形手段１１０と、複数の電子ビームをウェハ４４に照射するか否かを、それぞれの電子ビームに対して独立に切替える照射切替手段１１２と、ウェハ４４に転写されるパターンの像の向き及びサイズを調整するウェハ用投影系１１４を含む電子光学系を備える。また、露光部１５０は、パターンを露光すべきウェハ４４を載置するウェハステージ４６と、ウェハステージ４６を駆動するウェハステージ駆動部４８とを含むステージ系を備える。ウェハステージ４６には、ウェハ４４が載置される領域以外の領域にマーク部５６が設けられる。さらに、露光部１５０は、ウェハステージ４６に設けられたマーク部５６に照射された電子ビームによりマーク部５６から放射された２次電子や反射電子等を検出する電子検出部４０を備える。電子検出部４０は、検出した反射電子の量に対応した検出信号を反射電子処理部９４に出力する。
【００２７】
電子ビーム成形手段１１０は、ウェハ４４に照射すべき電子ビームを発生する複数の電子銃を有する第１の電子ビーム発生部１０ａと、マーク部５６に照射すべき照射位置検出用の電子ビームを発生する複数の電子銃を有する第２の電子ビーム発生部１０ｂと、電子ビームを通過させることにより、照射された電子ビームの断面形状を成形する複数の開口部を有する第１成形部材１４および第２成形部材２２と、複数の電子ビームをそれぞれ独立に集束し、複数の電子ビームの焦点を調整する第１多軸電子レンズ１６と、第１成形部材１４を通過した複数の電子ビームを独立に偏向する第１成形偏向部１８および第２成形偏向部２０とを有する。なお、例えば第１の電子ビーム発生部１０ａの電子銃が使用できなくなった場合に、第２の電子ビーム発生部１０ｂは、統括制御部１３０から使用できなくなった電子銃のパターンデータを受け取り、ウェハ４４に電子ビームを照射して露光処理を行ってもよい。
【００２８】
照射切替手段１１２は、複数の電子ビームを独立に集束し、複数の電子ビームの焦点を調整する第２多軸電子レンズ２４と、複数の電子ビームをそれぞれ独立に偏向させることにより、それぞれの電子ビームをウェハ４４に照射するか否かを、それぞれの電子ビームに対して独立に切替えるブランキング電極アレイ２６と、電子ビームを通過させる複数の開口部を含み、ブランキング電極アレイ２６で偏向された電子ビームを遮蔽する電子ビーム遮蔽部材２８とを有する。他の例においてブランキング電極アレイ２６は、ブランキング・アパーチャ・アレイ・デバイスであってもよい。
【００２９】
ウェハ用投影系１１４は、複数の電子ビームをそれぞれ独立に集束し、電子ビームの照射径を縮小する第３多軸電子レンズ３４と、複数の電子ビームをそれぞれ独立に集束し、複数の電子ビームの焦点を調整する第４多軸電子レンズ３６と、複数の電子ビームをウェハ４４の所望の位置に、それぞれの電子ビームに対して独立に偏向する偏向部３８と、ウェハ４４に対する対物レンズとして機能し、複数の電子ビームをそれぞれ独立に集束する第５多軸電子レンズ５２とを有する。
【００３０】
制御系１４０は、統括制御部１３０及び個別制御部１２０を備える。個別制御部１２０は、電子ビーム制御部８０と、多軸電子レンズ制御部８２と、成形偏向制御部８４と、ブランキング電極アレイ制御部８６と、偏向制御部９２と、反射電子処理部９４と、ウェハステージ制御部９６とを有する。統括制御部１３０は、算出部１３２と、メモリ１３４と、位置検出部１３６とを有する。位置検出部１３６は、電子ビームの照射位置を検出するタイミングを発生するタイミング発生部１３８を含む。また、統括制御部１３０は、例えばワークステーションであって、個別制御部１２０に含まれる各制御部を統括制御する。電子ビーム制御部８０は、第１の電子ビーム発生部１０ａ及び第２の電子ビーム発生部１０ｂを制御する。多軸電子レンズ制御部８２は、第１多軸電子レンズ１６、第２多軸電子レンズ２４、第３多軸電子レンズ３４、第４多軸電子レンズ３６および第５多軸電子レンズ５２に供給する電流を制御する。
【００３１】
成形偏向制御部８４は、第１成形偏向部１８および第２成形偏向部２０を制御する。ブランキング電極アレイ制御部８６は、ブランキング電極アレイ２６に含まれる偏向電極に印加する電圧を制御する。偏向制御部９２は、偏向部３８に含まれる複数の偏向器が有する偏向電極に印加する電圧を制御する。反射電子処理部９４は、電子検出部４０から出力された検出信号に基づいて反射電子の量を検出し、統括制御部１３０に通知する。ウェハステージ制御部９６は、ウェハステージ駆動部４８を制御し、ウェハステージ４６を所定の位置に移動させる。
【００３２】
本実施形態に係る電子ビーム露光装置１００の動作について説明する。まず、第２の電子ビーム発生部１０ｂが発生する検出電子ビームをウェハステージ４６に設けられたマーク部５６に照射し、第１の電子ビーム発生部１０ａが発生する露光電子ビームの照射位置の補正処理を行う。当該補正処理では、例えば伸縮、回転、平行移動等の変形による電子ビーム露光装置１００の各部材の変形等により生じる複数の露光電子ビームの照射位置のずれを補正する補正値を算出する。
【００３３】
まず、照射位置の検出に用いる検出電子ビームをウェハステージ４６に設けられたマーク部５６に照射させる。電子検出部４０は、マーク部５６に照射された電子ビームの反射電子を検出し、検出された反射電子の量に対応する検出信号を出力する。そして、統括制御部１３０において、位置検出部１３６は、電子検出部４０によって出力された検出信号に基づいて、電子ビームの照射位置の座標の少なくとも１つを検出する。そして、算出部１３２は、検出された電子ビームの照射位置の座標に基づいて、照射位置の検出に用いられた電子ビーム以外の電子ビームの照射位置を補正する補正値を算出する。また、メモリ１３４は、位置検出部１３６によって検出された電子ビームの照射位置、及び算出部１３２によって検出された他の電子ビームの照射位置が格納される。
【００３４】
当該算出部は、複数の開口部の有する部材である第１成形部材１４、第２成形部材２２、第１多軸電子レンズ１６、第２多軸電子レンズ２４、第３多軸電子レンズ３４、第４多軸電子レンズ３６、第５多軸電子レンズ５２、第１成形偏向部１８、第２成形偏向部２０、偏向部３８等の伸縮、回転、及び平行移動等による電子ビームの照射位置のずれを補正する補正値を算出することが好ましい。
【００３５】
以上の動作により、電子ビーム照射位置を補正値を算出した後、当該補正値を用いてウェハ４４に露光処理を行う。以下、露光処理における電子ビーム露光装置１００の動作について説明するが、上述した補正処理においてマーク部５６に電子ビームを照射する動作は、露光処理においてウェハ４４に電子ビームを照射する動作と略同一であってよい。
【００３６】
第１の電子ビーム発生部１０ａは、複数の電子ビームを生成する。第１成形部材１４は、第１の電子ビーム発生部１０ａにより発生し、第１成形部材１４に照射された複数の電子ビームを、第１成形部材１４に設けられた複数の開口部を通過させることにより成形する。他の例においては、第１の電子ビーム発生部１０ａにおいて発生した電子ビームを複数の電子ビームに分割する手段を更に有することにより、複数の電子ビームを生成してもよい。
【００３７】
第１多軸電子レンズ１６は、矩形に成形された複数の電子ビームを独立に集束し、第２成形部材２２に対する電子ビームの焦点を、電子ビーム毎に独立に調整する。第１成形偏向部１８は、第１成形部材１４において矩形形状に成形された複数の電子ビームを、第２成形部材における所望の位置に照射するように、それぞれ独立に偏向する。
【００３８】
第２成形偏向部２０は、第１成形偏向部１８で偏向された複数の電子ビームを、第２成形部材２２に対して略垂直な方向にそれぞれ偏向し、第２成形部材２２に照射する。そして矩形形状を有する複数の開口部を含む第２成形部材２２は、第２成形部材２２に照射された矩形の断面形状を有する複数の電子ビームを、ウェハ４４に照射すべき所望の断面形状を有する電子ビームにさらに成形する。
【００３９】
第２多軸電子レンズ２４は、複数の電子ビームを独立に集束して、ブランキング電極アレイ２６に対する電子ビームの焦点を、それぞれ独立に調整する。そして、第２多軸電子レンズ２４により焦点がそれぞれ調整された複数の電子ビームは、ブランキング電極アレイ２６に含まれる複数のアパーチャを通過する。
【００４０】
ブランキング電極アレイ制御部８６は、ブランキング電極アレイ２６における各アパーチャの近傍に設けられた偏向電極に電圧を印加するか否かを制御する。ブランキング電極アレイ２６は、偏向電極に印加される電圧に基づいて、電子ビームをウェハ４４に照射させるか否かを切替える。
【００４１】
ブランキング電極アレイに２６により偏向されない電子ビームは、第３多軸電子レンズ３４を通過する。そして第３多軸電子レンズ３４は、第３多軸電子レンズ３４を通過する電子ビームの電子ビーム径を縮小する。縮小された電子ビームは、電子ビーム遮蔽部材２８に含まれる開口部を通過する。また、電子ビーム遮蔽部材２８は、ブランキング電極アレイ２６により偏向された電子ビームを遮蔽する。電子ビーム遮蔽部材２８を通過した電子ビームは、第４多軸電子レンズ３６に入射される。そして第４多軸電子レンズ３６は、入射された電子ビームをそれぞれ独立に集束し、偏向部３８に対する電子ビームの焦点をそれぞれ調整する。第４多軸電子レンズ３６により焦点が調整された電子ビームは、偏向部３８に入射される。
【００４２】
偏向制御部９２は、算出部１３２によって算出された補正値に基づいて、偏向部３８に含まれる複数の偏向器を制御し、偏向部３８に入射されたそれぞれの電子ビームを、ウェハ４４に対して照射すべき位置にそれぞれ独立に偏向する。第５多軸電子レンズ５２は、第５多軸電子レンズ５２を通過するそれぞれの電子ビームのウェハ４４に対する焦点を調整する。そしてウェハ４４に照射すべき断面形状を有するそれぞれの電子ビームは、ウェハ４４に対して照射すべき所望の位置に照射される。
【００４３】
露光処理中、ウェハステージ駆動部４８は、ウェハステージ制御部９６からの指示に基づき、一定方向にウェハステージ４６を連続移動させるのが好ましい。そして、ウェハ４４の移動に合わせて、電子ビームの断面形状をウェハ４４に照射すべき形状に成形し、ウェハ４４に照射すべき電子ビームを通過させるアパーチャを定め、さらに偏向部３８によりそれぞれの電子ビームをウェハ４４に対して照射すべき位置に偏向させることにより、ウェハ４４に所望の回路パターンを露光することができる。
【００４４】
図２は、本実施形態に係る電子ビーム露光装置１００の動作全体のフローチャートである。Ｓ１００で本フローチャートが開始する。ステージ位置校正段階（Ｓ１０２）で、マーク部５６が設けられたウェハステージ４６のステージ位置の校正を行う。照射位置構成段階（Ｓ１０４）で、全ての電子ビームをマーク部５６に照射することにより全ての電子ビームの照射位置を検出して、個々の電子ビームのそれぞれの照射位置の校正を行う。ウェハ載置段階（Ｓ１０６）で、ウェハステージ４６にウェハ４４を載置する。ウェハ移動段階（Ｓ１０８）で、第１の電子ビーム発生部が発生する電子ビームがウェハ４４に照射される所定の位置にウェハ４４を移動する。露光処理段階（Ｓ１１０）で、ステージ位置校正段階（Ｓ１０２）及び照射位置校正段階（Ｓ１０４）において決定された校正値に基づいて、所定回数の露光処理を行う。Ｓ１１２で、所望回数の露光処理が完了したか否かを判断する。Ｓ１１２で所望回数の露光処理が完了していないと判断された場合、照射位置補正段階（Ｓ１１４）で、所定の電子ビームの照射位置を検出して露光処理に用いる電子ビームの照射位置の補正を行う。ステージ位置校正段階（Ｓ１０２）及び照射位置校正段階（Ｓ１０４）において決定された校正値を用いて検出用の電子ビームをマーク部５６に照射することにより、複数の電子ビームの照射位置のずれを補正する補正値を算出する。そして、露光処理段階（Ｓ１１０）で、照射位置補正段階（Ｓ１１４）において算出された補正値に基づいて、所定の露光処理を行う。Ｓ１１２で所望回数の露光処理が完了したと判断した場合、Ｓ１１６で本フローチャートを終了する。
【００４５】
露光処理段階（Ｓ１１０）における所定回数の露光処理は、例えばロット毎やウェハ毎に行うことが好ましい。また、ステージ位置校正段階（Ｓ１００）によるウェハステージ４６の位置の補正、及び照射位置校正段階（Ｓ１０４）による個々の電子ビームのそれぞれの照射位置の校正は、例えば半日又は一日毎に行うことが好ましい。
【００４６】
図３は、照射位置補正段階（Ｓ１１４）における、電子ビーム露光装置１００の動作のフローチャートである。照射位置補正段階（Ｓ１１４）における電子ビームの照射位置の補正は、ウェハ毎に行われることが好ましい。ウェハ載置段階（Ｓ１０６）で、ウェハステージ４６にウェハ４４を載置する。ウェハ移動段階（Ｓ１０８）で、第１の電子ビーム発生部が発生する電子ビームがウェハ４４に照射される所定の位置にウェハ４４を移動する。照射位置検出段階（Ｓ１２２）で、露光処理に用いる複数の電子ビームのうちの所定の電子ビームである検出用の電子ビームをマーク部５６に照射して、当該検出用の電子ビームの照射位置の座標を検出する。照射位置格納段階（Ｓ１２４）で、検出された照射位置の座標を統括制御部１３０のメモリ１３４に格納する。Ｓ１２６で、必要な電子ビームの照射位置の座標が検出されたか否かを判断する。Ｓ１２６で必要な電子ビームの照射位置の座標が検出されていないと判断した場合、照射位置検出段階（Ｓ１２２）に戻り、他の検出用の電子ビームの照射位置の座標を検出し、照射位置格納段階（Ｓ１２４）で、検出された照射位置の座標を格納する。Ｓ１２６で必要な電子ビームの照射位置の座標が検出されたと判断した場合、補正値算出段階（Ｓ１２８）で、検出された座標に基づいて、検出用の電子ビーム以外の電子ビームの照射位置を補正する補正値を算出する。本実施例において、統括制御部１３０のメモリ１３４は、それぞれの電子ビームの照射位置の位置関係を格納しており、補正値算出段階（Ｓ１２８）で、メモリ１３４に格納された当該位置関係を用いて他の電子ビームの照射位置を補正する補正値を算出してもよい。
【００４７】
ウェハ移動段階（Ｓ１０８）でウェハ４４が移動された所定の位置において、照射位置検出段階（Ｓ１２２）で照射位置検出が行われ、またウェハステージ４６を移動させることなく、当該所定の位置において露光処理段階（Ｓ１１０）で露光処理を行うことが好ましい。したがって、照射位置の補正を行ってから露光処理を開始するまでに、ウェハステージ４６を移動させないため、露光処理において精度よく電子ビームの照射位置の補正ができる。
【００４８】
また、照射位置校正段階（Ｓ１０４）の後の１回目の照射位置補正段階（Ｓ１１４）において統括制御部１３０は、ステージ位置校正段階（Ｓ１０２）及び照射位置校正段階（Ｓ１０４）において決定された校正値に基づいて、検出用の電子ビームを照射することにより照射位置を検出し、補正値を算出することが好ましい。また、複数回目である所定回目の照射位置補正段階（Ｓ１１４）において統括制御部１３０は、当該所定回目の前回の照射位置補正段階（Ｓ１１４）において算出された補正値に基づいて、検出用の電子ビームを照射することにより照射位置を検出し、補正値を算出することが好ましい。
【００４９】
さらに、照射位置校正段階（Ｓ１０４）の後の複数回目である所定回目の照射位置補正段階（Ｓ１１４）において統括制御部１３０は、当該所定回目の前回の照射位置検出段階（Ｓ１２２）において照射位置を検出した電子ビームと同様の電子ビームの照射位置の座標を再度検出し、補正値算出段階（Ｓ１２８）で、当該所定回目の前回の照射位置検出段階（Ｓ１２２）において検出した座標と、当該所定回目の照射位置検出段階（Ｓ１２２）において検出した座標とに基づいて、補正値を再度算出することが好ましい。このとき、当該所定回目の前回の照射位置検出段階（Ｓ１２２）において検出された座標は、統括制御部１３０のメモリ１３４から抽出する。
【００５０】
図４は、第１の電子ビーム発生部１０ａ及び第２の電子ビーム発生部１０ｂと、ウェハステージ４６との一例を示す。図４（ａ）は、６９個の電子銃が配置された第１の電子ビーム発生部１０ａと、２個の電子銃が配置された第２の電子ビーム発生部１０ｂとを示す。図４（ｂ）に示すように、ウェハステージ４６は、図４（ａ）に示した第２の電子ビーム発生部１０ｂの電子銃と対応する位置に設けられた２つマーク部５６を有する。マーク部５６は、ウェハ４４が載置される領域以外の領域に設けられる。
【００５１】
図５は、本実施形態におけるマーク部５６の一例を示す。マーク部５６は、偏向部３８による電子ビームの偏向幅ｂ以下のピッチで設けられた複数のマーク５７を有する。当該偏向幅ｂは、ウェハステージ４６を移動させずに、偏向部３８による偏向のみによって、１つの電子ビームが照射できる幅である。また、マーク部５６は、露光処理中にウェハステージ４６が移動する移動範囲（ａ×ａ）にわたって設けられた複数のマーク５７を有する。
【００５２】
マーク部５６は、例えば、シリコン基板上にタンタル等の金属をスパッタ等により堆積し、マーク５７である開口部を形成したものである。タンタル等の金属上に電子ビームが照射されたときの反射電子の量と、シリコン基板上に電子ビームが照射されたときの反射電子の量とに基づいて、位置検出部１３６は、電子ビームの照射位置を検出する。
【００５３】
本実施形態の電子ビーム露光装置１００は、偏向幅以下のピッチで配列されたマーク５７を有するマーク部５６を用いて、常にいずれかのマーク５７で検出用の電子ビームの照射位置を検出することができ、露光用の電子ビームの照射位置の補正を行うことができる。
【００５４】
図６は、照射位置検出段階（Ｓ１２２）及び露光処理段階（Ｓ１１０）における、第１の電子ビーム発生部１０ａ及び第２の電子ビーム発生部１０ｂと、マーク部５６が設けられたウェハステージ４６との位置関係を示す。ウェハ４４が、第１の電子ビーム発生部１０ａが発生する電子ビームにより照射される位置にある場合に、第２の電子ビーム発生部１０ｂは、発生する電子ビームがマーク部５６に照射される位置に設けられることが好ましい。第１の電子ビーム発生部１０ａと第２の電子ビーム発生部１０ｂとが、図５に示すような位置関係であることにより、照射位置の補正を行った後、ウェハステージ４６を移動させすに、露光処理を行うことができる。また、第１の電子ビーム発生部１０ａが発生する電子ビームによる露光処理に並行して、第２の電子ビーム発生部１０ｂは、位置検出用の電子ビームを発生することができる。したがって、露光処理中においても、統括制御部１３０は、第２の電子ビーム発生部１０ｂが発生する電子ビームをマーク部５６に照射させて照射位置を検出し、算出部１３２は、検出された照射位置に基づいて補正値を算出することができる。
【００５５】
具体的には、電子ビーム露光装置１００は、露光処理中に、第２の電子ビーム発生部１０ｂが発生する電子ビームの照射位置を検出して、第１の電子ビーム発生部１０ａが発生する電子ビームの照射位置を補正してもよい。例えば、ウェハステージ４６の連続移動により、第１の電子ビーム発生部１０ａが発生する電子ビームが露光する露光列に対応する列に設けられたマーク５７を用いて、第２の電子ビーム発生部１０ｂが発生する電子ビームの照射位置を検出してもよい。露光処理中に電子ビームの照射位置の補正を行う場合、露光箇所の移動に伴って、複数のマーク５７のいずれかを用いて、第２の電子ビーム発生部１０ｂが発生する電子ビームの照射位置の検出を行うことが好ましい。さらに、露光箇所の移動に伴って、電子検出部４０は、順次隣接するマーク５７を用いて、常に反射電子を検出し、位置検出部１３６は、タイミング発生部１３８が生成するタイミングに応じて第２の電子ビーム発生部１０ｂが発生する電子ビームの照射位置を検出し、算出部１３２は、第１の電子ビーム発生部１０ａが発生する電子ビームの照射位置を補正する補正値を算出してもよい。
【００５６】
なお、電子ビーム露光装置１００の複数の開口部を有する部材は、全体均等伸縮、回転、平行移動、非線形伸縮、直交する２つの方向のそれぞれに対する伸縮等があり、統括制御部１３０は、考慮すべき当該変形の組み合わせに応じて、検出する電子ビームの照射位置の数を定めることが好ましい。具体的には、第２の電子ビーム発生部１０ｂは、２つの電子ビームのそれぞれを２つのマーク部５６に照射し、電子検出部４０は、マーク部５６に照射された電子ビームの反射電子を検出し、検出された反射電子の量に基づいて、２つの電子ビームの照射位置を検出し、算出部１３２は、検出された照射位置に基づいて、複数の開口部を有する部材の全体均等伸縮、回転、及び平行移動による、第１の電子ビーム発生部１０ａが発生する電子ビームの照射位置のずれを補正する補正値を算出する。
【００５７】
また、第２の電子ビーム発生部１０ｂは、１つの電子ビームを１つのマーク部５６に照射し、電子検出部４０は、マーク部５６に照射された電子ビームの反射電子を検出し、検出された反射電子の量に基づいて、１つの電子ビームの照射位置を検出し、算出部１３２は、検出された照射位置に基づいて、複数の開口部を有する部材の全体均等伸縮及び回転による、第１の電子ビーム発生部１０ａが発生する電子ビームの照射位置のずれを補正する補正値を算出してもよい。
【００５８】
また、第２の電子ビーム発生部１０ｂは、１つの電子ビームを１つのマーク部５６に照射し、電子検出部４０は、マーク部５６に照射された電子ビームの反射電子を検出し、検出された反射電子の量に基づいて、１つの電子ビームの照射位置を検出し、算出部１３２は、検出された照射位置に基づいて、複数の開口部を有する部材の平行移動による、第１の電子ビーム発生部１０ａが発生する電子ビームの照射位置のずれを補正する補正値を算出してもよい。
【００５９】
また、第２の電子ビーム発生部１０ｂは、３つの電子ビームのそれぞれを３つのマーク部５６に照射し、電子検出部４０は、マーク部５６に照射された電子ビームの反射電子を検出し、検出された反射電子の量に基づいて、３つの電子ビームの照射位置を検出し、算出部１３２は、検出された照射位置に基づいて、複数の開口部を有する部材の回転、平行移動、直交する２つの方向のそれぞれに対する伸縮による、第１の電子ビーム発生部１０ａが発生する電子ビームの照射位置のずれを補正する補正値を算出してもよい。
【００６０】
次に、検出用の電子ビームの照射位置に基づいて、当該検出用の電子ビーム以外の電子ビームの照射位置を算出する方法の一例について説明する。第１成形部材１４、第２成形部材２２、第１多軸電子レンズ１６、第２多軸電子レンズ２４、第３多軸電子レンズ３４、第４多軸電子レンズ３６、第５多軸電子レンズ５２、第１成形偏向部１８、第２成形偏向部２０、偏向部３８等の伸縮、回転、及び平行移動による１つの電子ビームの照射位置の変動量ΔＶｘ、ΔＶｙを、
【００６１】
ΔＶｘ ＝ ｇ＊Ｃｘ ＋ ｒ＊Ｃｙ ＋ ｏｘ ・・・（１）
ΔＶｙ ＝ ｇ＊Ｃｙ ＋ ｒ＊Ｃｘ ＋ ｏｙ ・・・（２）
とする。ΔＶｘ、ΔＶｙは、当該電子ビームが照射すべき位置と、検出された電子ビームの照射位置との変位である。Ｃｘ、Ｃｙは、複数の電子銃１０４の相対的な座標であり、既知の値である。また、ｇは未知の伸縮係数、ｒは未知の回転係数、ｏｘ、ｏｙは未知の平行移動係数である。ここで本実施例において、複数の電子ビームのそれぞれに独立に生じる電子ビームの照射位置のずれは、変動量ΔＶｘ、ΔＶｙと比較して十分に小さいため、算出部１３２は、式（１）及び（２）に基づいて、電子ビームの照射位置を補正する補正値を算出する。したがって、２つの電子ビームの照射位置を検出することにより、４つの未知数の値が求められ、当該２つの電子ビーム以外の複数の電子ビームの照射位置を算出できる。そして、算出された複数の電子ビームの照射位置に基づいて、それぞれの電子ビームの照射位置を補正する補正値を算出できる。
【００６２】
また、複数の開口部を有する部材の平行移動を考慮しない場合、式（１）及び（２）は、
ΔＶｘ ＝ ｇ＊Ｃｘ ＋ ｒ＊Ｃｙ ・・・（３）
ΔＶｙ ＝ ｇ＊Ｃｙ ＋ ｒ＊Ｃｘ ・・・（４）
となり、１つの電子ビームの照射位置を検出することにより、２つの未知数の値が求められ、当該１つの電子ビーム以外の複数の電子ビームの照射位置を算出できる。また、１つの電子ビームの照射位置を検出することにより、伸縮及び回転による電子ビームの照射位置のずれを補正する補正値を算出できる。同様に、１つの電子ビームの照射位置と検出することにより、伸縮、回転、及び平行移動のうちの１つによる電子ビームの照射位置のずれを補正する補正値を算出できる。
【００６３】
本実施形態の電子ビーム露光装置１００によれば、検出用の電子ビームの照射位置の検出することにより、当該検出用の電子ビーム以外の多くの電子ビームの照射位置を算出することができる。したがって、多くの電子ビームの照射位置を検出することなく、短時間で多くの電子ビームの照射位置を補正する補正値を算出することができる。
【００６４】
図７は、ウェハから半導体素子を製造する、本発明に係る半導体素子製造工程のフローチャートである。Ｓ１０で、本フローチャートが開始する。Ｓ１２で、ウェハの上面に、フォトレジストを塗布する。それから、フォトレジストが塗布されたウェハ４４が、電子ビーム露光装置１００におけるウェハステージ４６に載置される。ウェハ４４は、図１に関連して説明したように、第１多軸電子レンズ１６、第２多軸電子レンズ２４、第３多軸電子レンズ３４および第４多軸電子レンズ３６により複数の電子ビームの焦点調整を独立に行う焦点調整工程と、ブランキング電極アレイ２６により、ウェハ４４に、複数の電子ビームを照射するか否かを、電子ビーム毎に独立に切替える照射切替工程により、電子ビームをウェハ４４に対して照射することにより、パターン像が露光され、転写される。
【００６５】
それから、Ｓ１４で露光されたウェハ４４は、現像液に浸され、現像され、余分なレジストが除去される（Ｓ１６）。ついで、Ｓ１８で、ウェハ上のフォトレジストが除去された領域に存在するシリコン基板、絶縁膜あるいは導電膜が、プラズマを用いた異方性エッチングによりエッチングされる。またＳ２０で、トランジスタやダイオードなどの半導体素子を形成するために、ウェハに、ホウ素や砒素などの不純物を注入する。またＳ２２で、熱処理を施し、注入された不純物の活性化を行う。またＳ２４で、ウェハ上の有機汚染物や金属汚染物を取り除くために、薬液によりウェハを洗浄する。また、Ｓ２６で、導電膜や絶縁膜の成膜を行い、配線層および配線間の絶縁層を形成する。Ｓ１２〜Ｓ２６の工程を組み合わせ、繰り返し行うことによって、ウェハに素子分離領域、素子領域および配線層を有する半導体素子を製造することが可能となる。Ｓ２８で、所要の回路が形成されたウェハを切り出し、チップの組み立てを行う。Ｓ３０で半導体素子製造フローが終了する。
【００６６】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることができる。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００６７】
【発明の効果】
上記説明から明らかなように、本発明によれば、所定の電子ビームの照射位置の検出することにより、当該所定の電子ビーム以外の電子ビームの照射位置を補正する電子ビーム補正方法及び電子ビーム露光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る電子ビーム露光装置１００の構成図である。
【図２】電子ビーム露光装置１００の動作全体のフローチャートである。
【図３】照射位置補正段階（Ｓ１１４）における、電子ビーム露光装置１００の動作のフローチャートである。
【図４】第１の電子ビーム発生部１０ａ及び第２の電子ビーム発生部１０ｂと、ウェハステージ４６との一例を示す図である。
【図５】本実施形態におけるマーク部５６の一例を示す図である。
【図６】第１の電子ビーム発生部１０ａ及び第２の電子ビーム発生部１０ｂと、マーク部５６が設けられたウェハステージ４６との位置関係を示す図である。
【図７】半導体素子製造工程のフローチャートである。
【符号の説明】
８・・筐体、１０ａ・・第１の電子ビーム発生部、１０ｂ・・第２の電子ビーム発生部、１４・・第１成形部材、１６・・第１多軸電子レンズ、１８・・第１成形偏向部、２０・・第２成形偏向部、２２・・第２成形部材、２４・・第２多軸電子レンズ、２６・・ブランキング電極アレイ、２８・・電子ビーム遮蔽部材、３４・・第３多軸電子レンズ、３６・・第４多軸電子レンズ、３８・・偏向部、４０・・電子検出部、４４・・ウェハ、４６・・ウェハステージ、４８・・ウェハステージ駆動部、５６・・マーク部、５７・・マーク、５２・・第５多軸電子レンズ、８０・・電子ビーム制御部、８２・・多軸電子レンズ制御部、８４・・成形偏向制御部、８６・・ブランキング電極アレイ制御部、９２・・偏向制御部、９４・・反射電子処理部、９６・・ウェハステージ制御部、１００・・電子ビーム露光装置、１１０・・電子ビーム成形手段、１１２・・照射切替手段、１１４・・ウェハ用投影系、１２０・・個別制御系、１３０・・統括制御部、１３２・・算出部、１３４・・メモリ、１３６・・位置検出部、１４０・・制御系、１５０・・露光部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electron beam exposure apparatus, an electron beam correction method, an electron beam exposure method, and a semiconductor element manufacturing method. In particular, the present invention relates to an electron beam exposure apparatus, an electron beam correction method, an electron beam exposure method, and a semiconductor device manufacturing method that correct the irradiation position of an electron beam other than the electron beam by detecting the irradiation position of a predetermined electron beam. Regarding the method.
[0002]
[Prior art]
A conventional electron beam exposure apparatus that performs exposure processing on a wafer using a plurality of electron beams detects all electron beam irradiation positions and corrects all electron beam irradiation positions when correcting the irradiation position of the electron beams. The correction value for each irradiation position was obtained.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
With the recent miniaturization of semiconductor devices, it is desired to increase the speed of exposure processing and electron beam irradiation position correction processing for use in mass production of semiconductor devices of electron beam exposure apparatuses.
[0004]
However, in the conventional electron beam exposure apparatus, it is necessary to detect the irradiation positions of all the electron beams in order to correct the irradiation positions of all the electron beams. A method for correcting the irradiation position of the beam is desired.
[0005]
Therefore, an object of the present invention is to provide an electron beam correction method and an electron beam exposure apparatus that can solve the above-described problems. This object is achieved by a combination of features described in the independent claims. The dependent claims define further advantageous specific examples of the present invention.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
That is, according to the first aspect of the present invention, there is provided an electron beam exposure apparatus that exposes a wafer with an electron beam, wherein a wafer stage on which the wafer is placed and an exposure electron beam to be irradiated onto the wafer are generated. 1 electron beam generation unit, a mark unit provided in a region other than the region where the wafer is placed on the wafer stage, and a detection electron beam to be irradiated to the mark unit are generated to detect the irradiation position of the exposure electron beam And a second electron beam generating unit.
[0007]
The first electron beam generating unit generates a plurality of exposure electron beams, and the second electron beam generating unit generates a detection electron beam for irradiating the mark unit to detect the irradiation positions of the plurality of exposure electron beams. May be.
[0008]
In parallel with the exposure process using the exposure electron beam generated by the first electron beam, the second electron beam generation unit may generate a detection electron beam for detecting the irradiation position of the exposure electron beam.
[0009]
A deflection unit that deflects the exposure electron beam and the detection electron beam and irradiates the exposure electron beam and the detection electron beam to the wafer and the mark unit, respectively, and a reflected electron of the detection electron beam irradiated to the mark unit are detected and detected. An electron detection unit that outputs a detection signal corresponding to the amount of reflected electrons, a position detection unit that detects an irradiation position of the detection electron beam based on the detection signal, and an irradiation position of the detected detection electron beam A calculation unit that calculates a correction value for correcting the irradiation position of the exposure electron beam and a deflection control unit that controls the deflection unit based on the correction value may be provided.
[0010]
The mark part may have a plurality of marks provided at a pitch equal to or less than the deflection width of the detection electron beam by the deflection part. The mark unit may have a plurality of marks arranged at a pitch equal to or less than the deflection width over a moving range in which the wafer stage moves during the exposure process.
[0011]
The second electron beam generation unit further includes a slit part that independently shapes the cross-sectional shapes of the exposure electron beam and the detection electron beam, and an electron lens that independently focuses each of the exposure electron beam and the detection electron beam. One detection electron beam is irradiated to one mark part, and the electron detection part detects reflected electrons of one detection electron beam irradiated to the mark part, and outputs a detection signal corresponding to the amount of detected reflected electrons. The position detection unit detects the irradiation position of one detection electron beam based on the detection signal, and the calculation unit detects the deflection unit, the slit unit, and the electron lens unit based on the detected irradiation position. A correction value for correcting the deviation of the irradiation position of the exposure electron beam due to at least one entire uniform expansion / contraction and rotation may be calculated.
[0012]
The second electron beam generation unit further includes a slit part that independently shapes the cross-sectional shapes of the exposure electron beam and the detection electron beam, and an electron lens that independently focuses each of the exposure electron beam and the detection electron beam. One detection electron beam is irradiated to one mark part, and the electron detection part detects reflected electrons of one detection electron beam irradiated to the mark part, and outputs a detection signal corresponding to the amount of detected reflected electrons. The position detection unit detects the irradiation position of one detection electron beam based on the detection signal, and the calculation unit detects the deflection unit, the slit unit, and the electron lens unit based on the detected irradiation position. A correction value for correcting the deviation of the irradiation position of the exposure electron beam due to at least one parallel movement may be calculated.
[0013]
The second electron beam generation unit further includes a slit part that independently shapes the cross-sectional shapes of the exposure electron beam and the detection electron beam, and an electron lens that independently focuses each of the exposure electron beam and the detection electron beam. The two detection electron beams are irradiated to the two mark portions, and the electron detection portion detects the reflected electrons of the two detection electron beams irradiated to the mark portion, and outputs a detection signal corresponding to the detected amount of the reflected electrons. The position detection unit detects the irradiation positions of the two detection electron beams based on the detection signal, and the calculation unit calculates the deflection unit, the slit unit, and the electron lens unit based on the detected irradiation positions. A correction value for correcting the deviation of the irradiation position of the exposure electron beam due to at least one entire uniform expansion / contraction, rotation, and translation may be calculated.
[0014]
The second electron beam generation unit further includes a slit part that independently shapes the cross-sectional shapes of the exposure electron beam and the detection electron beam, and an electron lens that independently focuses each of the exposure electron beam and the detection electron beam. The three detection electron beams are irradiated to the three mark portions, and the electron detection portion detects the reflected electrons of the three detection electron beams irradiated to the mark portion, and outputs a detection signal corresponding to the detected amount of the reflected electrons. The position detection unit detects the irradiation positions of the three detection electron beams based on the detection signal, and the calculation unit calculates the deflection unit, the slit unit, and the electron lens unit based on the detected irradiation positions. A correction value for correcting a deviation in the irradiation position of the exposure electron beam due to at least one rotation, parallel movement, and expansion and contraction in each of two orthogonal directions may be calculated.
[0015]
The position detection unit may include a timing generation unit that generates timing for detecting the irradiation position of the detection electron beam. The second electron beam generator may generate a detection electron beam to expose the wafer.
[0016]
According to a second aspect of the present invention, in an electron beam exposure apparatus that generates a plurality of exposure electron beams to be irradiated on a wafer and a detection electron beam to be detected on the exposure electron beam irradiation position, the exposure electron beam irradiation is performed. An electron beam correction method for correcting a position, wherein a detection step of detecting at least one coordinate of an irradiation position of at least one detection electron beam, and irradiation of at least one exposure electron beam based on the detected coordinate A calculation stage for calculating a correction value for correcting the position;
Is provided.
[0017]
The calculating step may include a step of calculating a correction value for correcting the irradiation position of the detected electron beam based on the detected coordinates.
[0018]
According to the third aspect of the present invention, the electrons that expose the wafer by the electron beam exposure apparatus that generates a plurality of exposure electron beams to irradiate the wafer and a detection electron beam to detect the irradiation position of the exposure electron beam. A beam exposure method for detecting at least one coordinate of an irradiation position of at least one detection electron beam, and a correction for correcting the irradiation position of at least one exposure electron beam based on the detected coordinate A calculation step of calculating a value, and an exposure step of exposing the wafer with a plurality of exposure electron beams based on the correction value.
[0019]
The electron beam exposure apparatus includes a wafer stage on which a wafer is placed, and the wafer stage has a mark portion for detecting the irradiation position of the detection electron beam in a region other than the region on which the wafer is placed, The method further includes a placing stage for placing the wafer on the wafer stage, and a moving stage for moving the wafer to a predetermined position where the exposure electron beam is irradiated to the wafer. The detecting stage irradiates the mark portion with the detected electron beam. Then, the coordinates of the irradiation position of the detected electron beam may be detected, and the exposure step may include a step of starting exposure to the wafer placed at a predetermined position.
[0020]
The electron beam exposure apparatus further includes a deflection unit that deflects the detection electron beam, and the mark unit is arranged over a moving range in which the wafer stage moves during the exposure process at a pitch equal to or less than a deflection width of the detection electron beam by the deflection unit. The detection step may detect the coordinates of the irradiation position of the detection electron beam using any of the plurality of marks as the exposure location moves.
[0021]
In the detection step, the coordinates of the irradiation position of the detection electron beam may be detected by using the adjacent marks sequentially as the exposure location moves.
[0022]
According to a fourth aspect of the present invention, a semiconductor element is formed on a wafer by an electron beam exposure apparatus that generates a plurality of exposure electron beams to be irradiated on the wafer and a detection electron beam to detect the irradiation position of the exposure electron beam. A semiconductor device manufacturing method for manufacturing, comprising: a detection stage for detecting at least one coordinate of an irradiation position of at least one detection electron beam; and an irradiation position of at least one exposure electron beam based on the detected coordinate. A calculation stage for calculating a correction value to be corrected, and an exposure stage for exposing the wafer with a plurality of exposure electron beams based on the correction value.
[0023]
The above summary of the invention does not enumerate all the necessary features of the present invention, and sub-combinations of these feature groups can also be the invention.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention. However, the following embodiments do not limit the claimed invention, and all combinations of features described in the embodiments are solutions of the invention. It is not always essential to the means.
[0025]
FIG. 1 shows a configuration of an electron beam exposure apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. The electron beam exposure apparatus 100 includes an exposure unit 150 that performs a predetermined exposure process on the wafer 44 using an electron beam, and a control system 140 that controls the operation of each component included in the exposure unit 150.
[0026]
The exposure unit 150 generates a plurality of electron beams inside the housing 8 and forms an electron beam cross-sectional shape as desired, and whether to irradiate the wafer 44 with the plurality of electron beams. There is provided an electron optical system including an irradiation switching means 112 that switches independently for each electron beam, and a wafer projection system 114 that adjusts the direction and size of the pattern image transferred to the wafer 44. The exposure unit 150 includes a stage system including a wafer stage 46 on which a wafer 44 whose pattern is to be exposed is placed, and a wafer stage drive unit 48 that drives the wafer stage 46. The wafer stage 46 is provided with a mark portion 56 in an area other than the area where the wafer 44 is placed. Further, the exposure unit 150 includes an electron detection unit 40 that detects secondary electrons, reflected electrons, and the like emitted from the mark unit 56 by an electron beam applied to the mark unit 56 provided on the wafer stage 46. The electron detection unit 40 outputs a detection signal corresponding to the detected amount of reflected electrons to the reflected electron processing unit 94.
[0027]
The electron beam shaping means 110 generates a first electron beam generator 10 a having a plurality of electron guns that generate an electron beam to be irradiated on the wafer 44 and an irradiation position detection electron beam to be irradiated on the mark portion 56. A second electron beam generator 10b having a plurality of electron guns, a first forming member 14 having a plurality of openings for forming the cross-sectional shape of the irradiated electron beam by passing the electron beam, and a second member The shaping member 22, the first multi-axis electron lens 16 that focuses the plurality of electron beams independently, and adjusts the focal points of the plurality of electron beams, and the plurality of electron beams that have passed through the first shaping member 14 are independently deflected. A first shaping deflection section 18 and a second shaping deflection section 20. For example, when the electron gun of the first electron beam generating unit 10a cannot be used, the second electron beam generating unit 10b receives the pattern data of the electron gun that can no longer be used from the overall control unit 130, and the wafer The exposure process may be performed by irradiating 44 with an electron beam.
[0028]
The irradiation switching unit 112 focuses the plurality of electron beams independently, and adjusts the focus of the plurality of electron beams, and deflects each of the plurality of electron beams independently to each other. A blanking electrode array 26 that switches whether or not the beam 44 is irradiated to each electron beam independently and a plurality of openings that allow the electron beam to pass therethrough are deflected by the blanking electrode array 26. An electron beam shielding member 28 for shielding the electron beam. In other examples, the blanking electrode array 26 may be a blanking aperture array device.
[0029]
The wafer projection system 114 focuses the plurality of electron beams independently, a third multi-axis electron lens 34 for reducing the irradiation diameter of the electron beam, and the plurality of electron beams independently focuss the plurality of electron beams. A fourth multi-axis electron lens 36 that adjusts the focal point of the light beam, a deflection unit 38 that deflects a plurality of electron beams to desired positions on the wafer 44 independently of each electron beam, and an objective lens for the wafer 44 And a fifth multi-axis electron lens 52 that focuses a plurality of electron beams independently.
[0030]
The control system 140 includes an overall control unit 130 and an individual control unit 120. The individual control unit 120 includes an electron beam control unit 80, a multi-axis electron lens control unit 82, a shaping deflection control unit 84, a blanking electrode array control unit 86, a deflection control unit 92, and a reflected electron processing unit 94. And a wafer stage control unit 96. The overall control unit 130 includes a calculation unit 132, a memory 134, and a position detection unit 136. The position detection unit 136 includes a timing generation unit 138 that generates timing for detecting the irradiation position of the electron beam. The overall control unit 130 is, for example, a workstation, and performs overall control of each control unit included in the individual control unit 120. The electron beam controller 80 controls the first electron beam generator 10a and the second electron beam generator 10b. The multi-axis electron lens control unit 82 supplies the first multi-axis electron lens 16, the second multi-axis electron lens 24, the third multi-axis electron lens 34, the fourth multi-axis electron lens 36, and the fifth multi-axis electron lens 52. To control the current.
[0031]
The shaping deflection control unit 84 controls the first shaping deflection unit 18 and the second shaping deflection unit 20. The blanking electrode array control unit 86 controls the voltage applied to the deflection electrodes included in the blanking electrode array 26. The deflection control unit 92 controls the voltage applied to the deflection electrodes included in the plurality of deflectors included in the deflection unit 38. The backscattered electron processing unit 94 detects the amount of backscattered electrons based on the detection signal output from the electron detection unit 40 and notifies the overall control unit 130 of it. The wafer stage control unit 96 controls the wafer stage driving unit 48 to move the wafer stage 46 to a predetermined position.
[0032]
An operation of the electron beam exposure apparatus 100 according to the present embodiment will be described. First, the detection electron beam generated by the second electron beam generation unit 10b is irradiated onto the mark unit 56 provided on the wafer stage 46, and the irradiation position of the exposure electron beam generated by the first electron beam generation unit 10a is corrected. Process. In the correction process, for example, a correction value for correcting a deviation in irradiation position of a plurality of exposure electron beams caused by deformation of each member of the electron beam exposure apparatus 100 due to deformation such as expansion, contraction, rotation, and parallel movement is calculated.
[0033]
First, the detection electron beam used for detection of the irradiation position is irradiated to the mark portion 56 provided on the wafer stage 46. The electron detection unit 40 detects the reflected electrons of the electron beam irradiated on the mark unit 56 and outputs a detection signal corresponding to the detected amount of reflected electrons. In the overall control unit 130, the position detection unit 136 detects at least one of the coordinates of the irradiation position of the electron beam based on the detection signal output by the electron detection unit 40. Based on the detected coordinates of the irradiation position of the electron beam, the calculation unit 132 calculates a correction value for correcting the irradiation position of the electron beam other than the electron beam used for detection of the irradiation position. Further, the memory 134 stores the irradiation position of the electron beam detected by the position detection unit 136 and the irradiation position of another electron beam detected by the calculation unit 132.
[0034]
The calculation unit includes a first molding member 14, a second molding member 22, a first multi-axis electron lens 16, a second multi-axis electron lens 24, a third multi-axis electron lens 34, which are members having a plurality of openings. The irradiation position of the electron beam by expansion / contraction, rotation, parallel movement, etc. of the fourth multi-axis electron lens 36, the fifth multi-axis electron lens 52, the first shaping deflection unit 18, the second shaping deflection unit 20, the deflection unit 38, etc. It is preferable to calculate a correction value for correcting the deviation.
[0035]
After calculating the electron beam irradiation position correction value by the above operation, the wafer 44 is exposed using the correction value. Hereinafter, the operation of the electron beam exposure apparatus 100 in the exposure process will be described. The operation of irradiating the mark portion 56 with the electron beam in the above-described correction process is substantially the same as the operation of irradiating the wafer 44 with the electron beam in the exposure process. It may be.
[0036]
The first electron beam generator 10a generates a plurality of electron beams. The first shaping member 14 is generated by the first electron beam generator 10a and passes a plurality of electron beams irradiated on the first shaping member 14 through a plurality of openings provided in the first shaping member 14. To form. In another example, a plurality of electron beams may be generated by further including means for dividing the electron beam generated by the first electron beam generator 10a into a plurality of electron beams.
[0037]
The first multi-axis electron lens 16 independently focuses a plurality of rectangular shaped electron beams, and independently adjusts the focus of the electron beam with respect to the second shaping member 22 for each electron beam. The 1st shaping | molding deflection | deviation part 18 deflects each independently so that the several position formed in the rectangular shape in the 1st shaping | molding member 14 may be irradiated to the desired position in a 2nd shaping | molding member.
[0038]
The second shaping deflection unit 20 deflects the plurality of electron beams deflected by the first shaping deflection unit 18 in directions substantially perpendicular to the second shaping member 22 and irradiates the second shaping member 22. The second molding member 22 including a plurality of openings having a rectangular shape has a desired cross-sectional shape to be irradiated on the wafer 44 with a plurality of electron beams having a rectangular cross-sectional shape irradiated on the second molding member 22. Further shaping into an electron beam.
[0039]
The second multi-axis electron lens 24 focuses a plurality of electron beams independently, and independently adjusts the focus of the electron beam with respect to the blanking electrode array 26. The plurality of electron beams whose focal points are adjusted by the second multi-axis electron lens 24 pass through the plurality of apertures included in the blanking electrode array 26.
[0040]
The blanking electrode array control unit 86 controls whether or not to apply a voltage to the deflection electrodes provided in the vicinity of each aperture in the blanking electrode array 26. The blanking electrode array 26 switches whether to irradiate the wafer 44 with the electron beam based on the voltage applied to the deflection electrode.
[0041]
The electron beam that is not deflected by the blanking electrode array 26 passes through the third multi-axis electron lens 34. The third multi-axis electron lens 34 reduces the electron beam diameter of the electron beam that passes through the third multi-axis electron lens 34. The reduced electron beam passes through an opening included in the electron beam shielding member 28. The electron beam shielding member 28 shields the electron beam deflected by the blanking electrode array 26. The electron beam that has passed through the electron beam shielding member 28 is incident on the fourth multi-axis electron lens 36. The fourth multi-axis electron lens 36 individually focuses the incident electron beams and adjusts the focus of the electron beams with respect to the deflecting unit 38. The electron beam whose focus is adjusted by the fourth multi-axis electron lens 36 is incident on the deflecting unit 38.
[0042]
The deflection control unit 92 controls a plurality of deflectors included in the deflection unit 38 based on the correction value calculated by the calculation unit 132, and causes each electron beam incident on the deflection unit 38 to be applied to the wafer 44. And independently deflect each position to be irradiated. The fifth multi-axis electron lens 52 adjusts the focal point of each electron beam passing through the fifth multi-axis electron lens 52 with respect to the wafer 44. Each electron beam having a cross-sectional shape to be irradiated to the wafer 44 is irradiated to a desired position to be irradiated to the wafer 44.
[0043]
During the exposure process, the wafer stage drive unit 48 preferably continuously moves the wafer stage 46 in a certain direction based on an instruction from the wafer stage control unit 96. Then, in accordance with the movement of the wafer 44, the cross-sectional shape of the electron beam is formed into a shape to be irradiated onto the wafer 44, an aperture through which the electron beam to be irradiated onto the wafer 44 is passed, and each electron is deflected by the deflection unit 38. By deflecting the beam to a position to be irradiated on the wafer 44, a desired circuit pattern can be exposed on the wafer 44.
[0044]
FIG. 2 is a flowchart of the entire operation of the electron beam exposure apparatus 100 according to the present embodiment. This flowchart starts in S100. In the stage position calibration step (S102), the stage position of the wafer stage 46 provided with the mark portion 56 is calibrated. In the irradiation position configuration step (S104), the irradiation positions of all the electron beams are detected by irradiating the mark portions 56 with all the electron beams, and the irradiation positions of the individual electron beams are calibrated. In the wafer placement stage (S106), the wafer 44 is placed on the wafer stage 46. In the wafer moving stage (S108), the wafer 44 is moved to a predetermined position where the electron beam generated by the first electron beam generator is irradiated onto the wafer 44. In the exposure process stage (S110), a predetermined number of exposure processes are performed based on the calibration values determined in the stage position calibration stage (S102) and the irradiation position calibration stage (S104). In S112, it is determined whether or not a desired number of exposure processes have been completed. If it is determined in S112 that the desired number of exposure processes has not been completed, an irradiation position correction step (S114) detects the irradiation position of a predetermined electron beam and corrects the irradiation position of the electron beam used for the exposure process. Do. By irradiating the mark 56 with the detection electron beam using the calibration values determined in the stage position calibration stage (S102) and the irradiation position calibration stage (S104), the deviation of the irradiation positions of the plurality of electron beams is corrected. The correction value to be calculated is calculated. In the exposure process step (S110), a predetermined exposure process is performed based on the correction value calculated in the irradiation position correction step (S114). If it is determined in S112 that the desired number of exposure processes have been completed, this flowchart ends in S116.
[0045]
The predetermined number of exposure processes in the exposure process step (S110) is preferably performed, for example, for each lot or for each wafer. Further, the correction of the position of the wafer stage 46 in the stage position calibration stage (S100) and the calibration of the respective irradiation positions of the individual electron beams in the irradiation position calibration stage (S104) are preferably performed, for example, every half day or every day. .
[0046]
FIG. 3 is a flowchart of the operation of the electron beam exposure apparatus 100 in the irradiation position correction stage (S114). The correction of the irradiation position of the electron beam in the irradiation position correction step (S114) is preferably performed for each wafer. In the wafer placement stage (S106), the wafer 44 is placed on the wafer stage 46. In the wafer moving stage (S108), the wafer 44 is moved to a predetermined position where the electron beam generated by the first electron beam generator is irradiated onto the wafer 44. In the irradiation position detection step (S122), a detection electron beam, which is a predetermined electron beam among the plurality of electron beams used in the exposure process, is irradiated onto the mark portion 56, and the irradiation position of the detection electron beam is determined. Detect coordinates. In the irradiation position storing step (S124), the coordinates of the detected irradiation position are stored in the memory 134 of the overall control unit 130. In S126, it is determined whether or not the necessary coordinates of the irradiation position of the electron beam have been detected. If it is determined in S126 that the coordinates of the irradiation position of the necessary electron beam have not been detected, the process returns to the irradiation position detection step (S122) to detect the coordinates of the irradiation position of the other electron beam for detection and store the irradiation position. In step (S124), the coordinates of the detected irradiation position are stored. If it is determined in S126 that the necessary electron beam irradiation position coordinates have been detected, the correction value calculation step (S128) corrects the irradiation positions of electron beams other than the detection electron beam based on the detected coordinates. The correction value to be calculated is calculated. In this embodiment, the memory 134 of the overall control unit 130 stores the positional relationship between the irradiation positions of the respective electron beams, and uses the positional relationship stored in the memory 134 in the correction value calculation step (S128). Then, a correction value for correcting the irradiation position of another electron beam may be calculated.
[0047]
At the predetermined position where the wafer 44 is moved in the wafer moving stage (S108), the irradiation position is detected in the irradiation position detecting stage (S122), and the exposure process is performed at the predetermined position without moving the wafer stage 46. It is preferable to perform the exposure process in step (S110). Therefore, since the wafer stage 46 is not moved after the irradiation position is corrected until the exposure process is started, the irradiation position of the electron beam can be corrected with high accuracy in the exposure process.
[0048]
In the first irradiation position correction stage (S114) after the irradiation position calibration stage (S104), the overall control unit 130 determines the calibration values determined in the stage position calibration stage (S102) and the irradiation position calibration stage (S104). Based on the above, it is preferable to detect the irradiation position by irradiating a detection electron beam and calculate a correction value. In addition, in the predetermined irradiation position correction step (S114) that is a plurality of times, the overall control unit 130 uses the detection value based on the correction value calculated in the previous irradiation position correction step (S114) of the predetermined time. It is preferable to detect the irradiation position by irradiating the beam and calculate the correction value.
[0049]
Further, in the predetermined irradiation position correction stage (S114), which is a plurality of times after the irradiation position calibration stage (S104), the overall control unit 130 sets the irradiation position in the previous irradiation position detection stage (S122) of the predetermined time. The coordinates of the irradiation position of the same electron beam as the detected electron beam are detected again, and in the correction value calculation step (S128), the coordinates detected in the previous irradiation position detection step (S122) of the predetermined time and the predetermined number of times. It is preferable to calculate the correction value again based on the coordinates detected in the irradiation position detection step (S122). At this time, the coordinates detected in the previous irradiation position detection step (S122) of the predetermined time are extracted from the memory 134 of the overall control unit 130.
[0050]
FIG. 4 shows an example of the first electron beam generator 10 a and the second electron beam generator 10 b and the wafer stage 46. FIG. 4 (a) shows a first electron beam generator 10a in which 69 electron guns are arranged, and a second electron beam generator 10b in which two electron guns are arranged. As shown in FIG. 4B, the wafer stage 46 has two mark portions 56 provided at positions corresponding to the electron gun of the second electron beam generating portion 10b shown in FIG. The mark portion 56 is provided in an area other than the area where the wafer 44 is placed.
[0051]
FIG. 5 shows an example of the mark portion 56 in the present embodiment. The mark part 56 has a plurality of marks 57 provided at a pitch equal to or smaller than the deflection width b of the electron beam by the deflection part 38. The deflection width b is a width that allows one electron beam to be irradiated only by deflection by the deflection unit 38 without moving the wafer stage 46. The mark portion 56 has a plurality of marks 57 provided over a moving range (a × a) in which the wafer stage 46 moves during the exposure process.
[0052]
For example, the mark portion 56 is formed by depositing a metal such as tantalum on a silicon substrate by sputtering or the like to form an opening which is the mark 57. Based on the amount of reflected electrons when the electron beam is irradiated on a metal such as tantalum and the amount of reflected electrons when the electron beam is irradiated on the silicon substrate, the position detection unit 136 detects the amount of the electron beam. The irradiation position is detected.
[0053]
The electron beam exposure apparatus 100 according to the present embodiment always detects the irradiation position of a detection electron beam using any one of the marks 57 using the mark portion 56 having the marks 57 arranged at a pitch equal to or less than the deflection width. Thus, the irradiation position of the exposure electron beam can be corrected.
[0054]
FIG. 6 shows the first electron beam generation unit 10a and the second electron beam generation unit 10b, and the wafer stage 46 provided with the mark unit 56 in the irradiation position detection step (S122) and the exposure processing step (S110). The positional relationship of is shown. When the wafer 44 is at a position irradiated by the electron beam generated by the first electron beam generator 10a, the second electron beam generator 10b is positioned at which the mark 56 is irradiated with the generated electron beam. It is preferable to be provided. Since the first electron beam generator 10a and the second electron beam generator 10b are in the positional relationship as shown in FIG. 5, the wafer stage 46 is moved after correcting the irradiation position. , Exposure processing can be performed. In parallel with the exposure process using the electron beam generated by the first electron beam generator 10a, the second electron beam generator 10b can generate an electron beam for position detection. Therefore, even during the exposure process, the overall control unit 130 detects the irradiation position by irradiating the mark unit 56 with the electron beam generated by the second electron beam generation unit 10b, and the calculation unit 132 detects the detected irradiation. A correction value can be calculated based on the position.
[0055]
Specifically, the electron beam exposure apparatus 100 detects the irradiation position of the electron beam generated by the second electron beam generator 10b during the exposure process, and the electrons generated by the first electron beam generator 10a. The irradiation position of the beam may be corrected. For example, when the wafer stage 46 is continuously moved, the second electron beam generator 10b is used by using the mark 57 provided in the column corresponding to the exposure column exposed by the electron beam generated by the first electron beam generator 10a. The irradiation position of the electron beam generated by the above may be detected. When correcting the irradiation position of the electron beam during the exposure processing, the irradiation position of the electron beam generated by the second electron beam generation unit 10b using any of the plurality of marks 57 in accordance with the movement of the exposure portion. It is preferable to detect this. Further, as the exposure location moves, the electron detection unit 40 always detects reflected electrons using the adjacent marks 57 in sequence, and the position detection unit 136 performs the first detection according to the timing generated by the timing generation unit 138. Even if the irradiation position of the electron beam generated by the second electron beam generation unit 10b is detected, the calculation unit 132 calculates a correction value for correcting the irradiation position of the electron beam generated by the first electron beam generation unit 10a. Good.
[0056]
The member having a plurality of openings of the electron beam exposure apparatus 100 includes uniform expansion / contraction, rotation, parallel movement, nonlinear expansion / contraction, expansion / contraction in each of two orthogonal directions, and the overall control unit 130 takes into consideration. It is preferable to determine the number of electron beam irradiation positions to be detected in accordance with the combination of the deformations to be detected. Specifically, the second electron beam generation unit 10b irradiates each of the two electron beams to the two mark units 56, and the electron detection unit 40 applies the reflected electrons of the electron beam irradiated to the mark unit 56. Based on the detected amount of reflected electrons, the irradiation positions of the two electron beams are detected, and the calculation unit 132 is configured to uniformly expand and contract the entire member having a plurality of openings based on the detected irradiation positions. A correction value for correcting the deviation of the irradiation position of the electron beam generated by the first electron beam generator 10a due to rotation, translation, and the like is calculated.
[0057]
The second electron beam generator 10b irradiates one mark beam 56 with one electron beam, and the electron detector 40 detects and detects the reflected electrons of the electron beam irradiated to the mark unit 56. The irradiation position of one electron beam is detected based on the amount of reflected electrons, and the calculation unit 132 is configured to perform a first calculation based on the detected irradiation position by performing uniform expansion / contraction and rotation of a member having a plurality of openings. A correction value for correcting the deviation of the irradiation position of the electron beam generated by one electron beam generator 10a may be calculated.
[0058]
The second electron beam generator 10b irradiates one mark beam 56 with one electron beam, and the electron detector 40 detects and detects the reflected electrons of the electron beam irradiated to the mark unit 56. The irradiation position of one electron beam is detected based on the amount of reflected electrons, and the calculation unit 132 detects the first electron based on the parallel movement of a member having a plurality of openings based on the detected irradiation position. A correction value for correcting the deviation of the irradiation position of the electron beam generated by the beam generator 10a may be calculated.
[0059]
The second electron beam generation unit 10b irradiates each of the three electron beams to the three mark units 56, and the electron detection unit 40 detects reflected electrons of the electron beam irradiated to the mark units 56, Based on the detected amount of reflected electrons, the irradiation positions of the three electron beams are detected. Based on the detected irradiation positions, the calculation unit 132 rotates, translates, and orthogonalizes a member having a plurality of openings. The correction value for correcting the deviation of the irradiation position of the electron beam generated by the first electron beam generator 10a due to expansion and contraction in each of the two directions may be calculated.
[0060]
Next, an example of a method for calculating the irradiation position of an electron beam other than the detection electron beam based on the irradiation position of the detection electron beam will be described. First molding member 14, second molding member 22, first multi-axis electron lens 16, second multi-axis electron lens 24, third multi-axis electron lens 34, fourth multi-axis electron lens 36, fifth multi-axis electron lens 52, fluctuation amounts ΔVx, ΔVy of the irradiation position of one electron beam due to expansion, contraction, rotation, and parallel movement of the first shaping deflection unit 18, the second shaping deflection unit 20, the deflection unit 38, and the like,
[0061]
ΔVx = g * Cx + r * Cy + ox (1)
ΔVy = g * Cy + r * Cx + oy (2)
And ΔVx and ΔVy are displacements between the position where the electron beam should be irradiated and the detected irradiation position of the electron beam. Cx and Cy are relative coordinates of the plurality of electron guns 104 and are known values. G is an unknown expansion coefficient, r is an unknown rotation coefficient, and ox and oy are unknown translation coefficients. Here, in the present embodiment, the deviation of the irradiation position of the electron beam that occurs independently for each of the plurality of electron beams is sufficiently smaller than the fluctuation amounts ΔVx and ΔVy. Based on (2), a correction value for correcting the irradiation position of the electron beam is calculated. Therefore, by detecting the irradiation positions of the two electron beams, four unknown values are obtained, and the irradiation positions of a plurality of electron beams other than the two electron beams can be calculated. Based on the calculated irradiation positions of the plurality of electron beams, correction values for correcting the irradiation positions of the respective electron beams can be calculated.
[0062]
Further, when the parallel movement of a member having a plurality of openings is not considered, the equations (1) and (2) are
ΔVx = g * Cx + r * Cy (3)
ΔVy = g * Cy + r * Cx (4)
Thus, by detecting the irradiation position of one electron beam, two unknown values are obtained, and the irradiation positions of a plurality of electron beams other than the one electron beam can be calculated. Further, by detecting the irradiation position of one electron beam, a correction value for correcting the deviation of the irradiation position of the electron beam due to expansion and contraction and rotation can be calculated. Similarly, by detecting an irradiation position of one electron beam, a correction value for correcting a deviation of the irradiation position of the electron beam due to one of expansion, contraction, rotation, and parallel movement can be calculated.
[0063]
According to the electron beam exposure apparatus 100 of the present embodiment, the irradiation position of many electron beams other than the detection electron beam can be calculated by detecting the irradiation position of the detection electron beam. Therefore, it is possible to calculate a correction value for correcting the irradiation positions of many electron beams in a short time without detecting the irradiation positions of many electron beams.
[0064]
FIG. 7 is a flowchart of a semiconductor device manufacturing process according to the present invention for manufacturing a semiconductor device from a wafer. In S10, this flowchart starts. In S12, a photoresist is applied to the upper surface of the wafer. Then, the wafer 44 coated with the photoresist is placed on the wafer stage 46 in the electron beam exposure apparatus 100. As described with reference to FIG. 1, the wafer 44 includes a plurality of electrons by the first multi-axis electron lens 16, the second multi-axis electron lens 24, the third multi-axis electron lens 34, and the fourth multi-axis electron lens 36. The electron beam is controlled by a focus adjustment process for independently adjusting the focus of the beam and an irradiation switching process for independently switching for each electron beam whether or not the wafer 44 is irradiated with a plurality of electron beams by the blanking electrode array 26. Is irradiated onto the wafer 44 to expose and transfer the pattern image.
[0065]
Then, the wafer 44 exposed in S14 is dipped in a developing solution and developed, and excess resist is removed (S16). Next, in S18, the silicon substrate, insulating film or conductive film existing in the region where the photoresist on the wafer is removed is etched by anisotropic etching using plasma. In S20, impurities such as boron and arsenic are implanted into the wafer in order to form semiconductor elements such as transistors and diodes. In S22, heat treatment is performed to activate the implanted impurities. In S24, the wafer is cleaned with a chemical solution to remove organic contaminants and metal contaminants on the wafer. In S26, a conductive film or an insulating film is formed to form a wiring layer and an insulating layer between the wirings. By combining and repeating the steps S12 to S26, it is possible to manufacture a semiconductor element having an element isolation region, an element region, and a wiring layer on the wafer. In S28, a wafer on which a required circuit is formed is cut out and a chip is assembled. In S30, the semiconductor element manufacturing flow ends.
[0066]
As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. Various changes or improvements can be added to the above embodiment. It is apparent from the description of the scope of claims that embodiments with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.
[0067]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, an electron beam correction method and electron beam exposure method for correcting the irradiation position of an electron beam other than the predetermined electron beam by detecting the irradiation position of the predetermined electron beam. An apparatus can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of an electron beam exposure apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart of the entire operation of the electron beam exposure apparatus 100.
FIG. 3 is a flowchart of the operation of the electron beam exposure apparatus 100 in an irradiation position correction stage (S114).
4 is a diagram illustrating an example of a first electron beam generation unit 10a, a second electron beam generation unit 10b, and a wafer stage 46. FIG.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a mark unit in the present embodiment.
6 is a diagram showing a positional relationship between the first electron beam generating unit 10a and the second electron beam generating unit 10b and a wafer stage 46 provided with a mark unit 56. FIG.
FIG. 7 is a flowchart of a semiconductor element manufacturing process.
[Explanation of symbols]
8 .. Housing, 10 a... First electron beam generating section, 10 b... Second electron beam generating section, 14... First molded member, 16. 1 shaping deflection part, 20 ... second shaping deflection part, 22 ... second shaping member, 24 ... second multi-axis electron lens, 26 ... blanking electrode array, 28 ... electron beam shielding member, 34 ... · Third multi-axis electron lens, 36 · · Fourth multi-axis electron lens, 38 · · Deflection unit, 40 · · Electron detection unit, 44 · · wafer, 46 · · wafer stage, 48 · · wafer stage drive unit, 56 .. Mark part, 57 .. Mark, 52 .. Fifth multi-axis electron lens, 80 .. Electron beam control part, 82 .. Multi-axis electron lens control part, 84 .. Molding deflection control part, 86. Blanking electrode array control unit, 92 .. Deflection control unit, 94 .. Reflected electron , 96 .. Wafer stage controller, 100... Electron beam exposure apparatus, 110... Electron beam shaping means, 112.. Irradiation switching means, 114 .. wafer projection system, 120. ..General control unit, 132 ..Calculation unit, 134 ..Memory, 136 ..Position detection unit, 140 ..Control system, 150 ..Exposure unit

Claims (19)

電子ビームにより、ウェハを露光する電子ビーム露光装置であって、
前記ウェハが載置されるウェハステージと、
前記ウェハに照射すべき露光電子ビームを発生する第１の電子ビーム発生部と、
前記ウェハステージにおける前記ウェハが載置される領域以外の領域に設けられたマーク部と、
前記マーク部に照射すべき検出電子ビームを発生し、前記露光電子ビームの照射位置を検出させる第２の電子ビーム発生部と
を備えることを特徴とする電子ビーム露光装置。An electron beam exposure apparatus that exposes a wafer with an electron beam,
A wafer stage on which the wafer is placed;
A first electron beam generator for generating an exposure electron beam to be irradiated onto the wafer;
A mark portion provided in a region other than a region where the wafer is placed on the wafer stage;
An electron beam exposure apparatus comprising: a second electron beam generation unit that generates a detection electron beam to be irradiated to the mark unit and detects an irradiation position of the exposure electron beam. 前記第１の電子ビーム発生部は、複数の前記露光電子ビームを発生し、
前記第２の電子ビーム発生部は、前記マーク部に照射する前記検出電子ビームを発生し、複数の前記露光電子ビームの前記照射位置を検出させる
ことを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム露光装置。The first electron beam generator generates a plurality of the exposure electron beams,
2. The electron beam according to claim 1, wherein the second electron beam generation unit generates the detection electron beam to be applied to the mark unit and detects the irradiation positions of the plurality of exposure electron beams. Exposure device. 前記第１の電子ビームが発生する前記露光電子ビームによる露光処理に並行して、前記第２の電子ビーム発生部は、前記露光電子ビームの前記照射位置を検出するための前記検出電子ビームを発生することを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム露光装置。In parallel with the exposure process using the exposure electron beam generated by the first electron beam, the second electron beam generation unit generates the detection electron beam for detecting the irradiation position of the exposure electron beam. The electron beam exposure apparatus according to claim 1, wherein: 前記露光電子ビーム及び前記検出電子ビームを偏向し、前記露光電子ビーム及び前記検出電子ビームを、それぞれ前記ウェハ及び前記マーク部に照射させる偏向部と、
前記マーク部に照射された前記検出電子ビームの反射電子を検出し、検出された前記反射電子の量に対応する検出信号を出力する電子検出部と、
前記検出信号に基づいて、前記検出電子ビームの照射位置を検出する位置検出部と、
検出された前記検出電子ビームの前記照射位置に基づいて、前記露光電子ビームの照射位置を補正する補正値を算出する算出部と、
前記補正値に基づいて、前記偏向部を制御する偏向制御部と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム露光装置。A deflection unit that deflects the exposure electron beam and the detection electron beam, and irradiates the exposure electron beam and the detection electron beam on the wafer and the mark unit, respectively;
An electron detection unit that detects reflected electrons of the detection electron beam irradiated on the mark unit and outputs a detection signal corresponding to the amount of the detected reflected electrons;
A position detection unit that detects an irradiation position of the detection electron beam based on the detection signal;
A calculation unit that calculates a correction value for correcting the irradiation position of the exposure electron beam based on the detected irradiation position of the detected electron beam;
The electron beam exposure apparatus according to claim 1, further comprising a deflection control unit that controls the deflection unit based on the correction value. 前記マーク部は、前記偏向部による前記検出電子ビームの偏向幅以下のピッチで設けられた複数のマークを有することを特徴とする請求項４に記載の電子ビーム露光装置。5. The electron beam exposure apparatus according to claim 4, wherein the mark portion has a plurality of marks provided at a pitch equal to or less than a deflection width of the detection electron beam by the deflection portion. 前記マーク部は、露光処理中に前記ウェハステージが移動する移動範囲にわたって、前記偏向幅以下のピッチで配列された前記複数のマークを有することを特徴とする請求項５に記載の電子ビーム露光装置。6. The electron beam exposure apparatus according to claim 5, wherein the mark unit has the plurality of marks arranged at a pitch equal to or less than the deflection width over a moving range in which the wafer stage moves during an exposure process. . 前記露光電子ビーム及び前記検出電子ビームの断面形状それぞれを独立に成形するスリット部と、
前記露光電子ビーム及び前記検出電子ビームのそれぞれを独立に集束させる電子レンズと
をさらに備え、
前記第２の電子ビーム発生部は、１つの前記検出電子ビームを１つの前記マーク部に照射し、
前記電子検出部は、前記マーク部に照射された１つの前記検出電子ビームの反射電子を検出し、検出された前記反射電子の量に対応する検出信号を出力し、
前記位置検出部は、前記検出信号に基づいて、１つの前記検出電子ビームの照射位置を検出し、
前記算出部は、検出された前記照射位置に基づいて、前記偏向部、前記スリット部、及び前記電子レンズ部の少なくとも１つの全体均等伸縮及び回転による、前記露光電子ビームの照射位置のずれを補正する補正値を算出する
ことを特徴とする請求項４に記載の電子ビーム露光装置。A slit portion that independently shapes each of the cross-sectional shapes of the exposure electron beam and the detection electron beam;
An electron lens for independently focusing each of the exposure electron beam and the detection electron beam;
The second electron beam generation unit irradiates one mark electron beam with one detection electron beam,
The electron detection unit detects reflected electrons of the one detection electron beam applied to the mark unit, and outputs a detection signal corresponding to the amount of the detected reflected electrons;
The position detection unit detects an irradiation position of one detection electron beam based on the detection signal,
The calculation unit corrects the deviation of the irradiation position of the exposure electron beam due to the entire uniform expansion / contraction and rotation of at least one of the deflection unit, the slit unit, and the electron lens unit based on the detected irradiation position. The electron beam exposure apparatus according to claim 4, wherein a correction value to be calculated is calculated. 前記露光電子ビーム及び前記検出電子ビームの断面形状それぞれを独立に成形するスリット部と、
前記露光電子ビーム及び前記検出電子ビームのそれぞれを独立に集束させる電子レンズと
をさらに備え、
前記第２の電子ビーム発生部は、１つの前記検出電子ビームを１つの前記マーク部に照射し、
前記電子検出部は、前記マーク部に照射された１つの前記検出電子ビームの反射電子を検出し、検出された前記反射電子の量に対応する検出信号を出力し、
前記位置検出部は、前記検出信号に基づいて、１つの前記検出電子ビームの照射位置を検出し、
前記算出部は、検出された前記照射位置に基づいて、前記偏向部、前記スリット部、及び前記電子レンズ部の少なくとも１つの平行移動による、前記露光電子ビームの照射位置のずれを補正する補正値を算出する
ことを特徴とする請求項４に記載の電子ビーム露光装置。A slit portion that independently shapes each of the cross-sectional shapes of the exposure electron beam and the detection electron beam;
An electron lens for independently focusing each of the exposure electron beam and the detection electron beam;
The second electron beam generation unit irradiates one mark electron beam with one detection electron beam,
The electron detection unit detects reflected electrons of the one detection electron beam applied to the mark unit, and outputs a detection signal corresponding to the amount of the detected reflected electrons;
The position detection unit detects an irradiation position of one detection electron beam based on the detection signal,
The calculation unit corrects a deviation of the irradiation position of the exposure electron beam due to at least one parallel movement of the deflection unit, the slit unit, and the electron lens unit based on the detected irradiation position. The electron beam exposure apparatus according to claim 4, wherein: 前記露光電子ビーム及び前記検出電子ビームの断面形状それぞれを独立に成形するスリット部と、
前記露光電子ビーム及び前記検出電子ビームのそれぞれを独立に集束させる電子レンズと
をさらに備え、
前記第２の電子ビーム発生部は、２つの前記検出電子ビームを２つの前記マーク部に照射し、
前記電子検出部は、前記マーク部に照射された２つの前記検出電子ビームの反射電子を検出し、検出された前記反射電子の量に対応する検出信号を出力し、
前記位置検出部は、前記検出信号に基づいて、２つの前記検出電子ビームの照射位置を検出し、
前記算出部は、検出された前記照射位置に基づいて、前記偏向部、前記スリット部、及び前記電子レンズ部の少なくとも１つの全体均等伸縮、回転、及び平行移動による、前記露光電子ビームの照射位置のずれを補正する補正値を算出することを特徴とする請求項４に記載の電子ビーム露光装置。A slit portion that independently shapes each of the cross-sectional shapes of the exposure electron beam and the detection electron beam;
An electron lens for independently focusing each of the exposure electron beam and the detection electron beam;
The second electron beam generator irradiates the two mark portions with two detection electron beams,
The electron detection unit detects reflected electrons of the two detection electron beams irradiated on the mark unit, and outputs a detection signal corresponding to the amount of the detected reflected electrons;
The position detection unit detects an irradiation position of the two detection electron beams based on the detection signal,
Based on the detected irradiation position, the calculation unit irradiates the exposure electron beam by at least one entire uniform expansion / contraction, rotation, and translation of the deflection unit, the slit unit, and the electron lens unit. The electron beam exposure apparatus according to claim 4, wherein a correction value for correcting the deviation is calculated. 前記露光電子ビーム及び前記検出電子ビームの断面形状それぞれを独立に成形するスリット部と、
前記露光電子ビーム及び前記検出電子ビームのそれぞれを独立に集束させる電子レンズと
をさらに備え、
前記第２の電子ビーム発生部は、３つの前記検出電子ビームを３つの前記マーク部に照射し、
前記電子検出部は、前記マーク部に照射された３つの前記検出電子ビームの反射電子を検出し、検出された前記反射電子の量に対応する検出信号を出力し、
前記位置検出部は、前記検出信号に基づいて、３つの前記検出電子ビームの照射位置を検出し、
前記算出部は、検出された前記照射位置に基づいて、前記偏向部、前記スリット部、及び前記電子レンズ部の少なくとも１つの回転、平行移動、及び直交する２つの方向のそれぞれに対する伸縮による、前記露光電子ビームの照射位置のずれを補正する補正値を算出する
ことを特徴とする請求項４に記載の電子ビーム露光装置。A slit portion that independently shapes each of the cross-sectional shapes of the exposure electron beam and the detection electron beam;
An electron lens for independently focusing each of the exposure electron beam and the detection electron beam;
The second electron beam generation unit irradiates the three mark portions with the three detection electron beams,
The electron detection unit detects reflected electrons of the three detection electron beams irradiated on the mark unit, and outputs a detection signal corresponding to the amount of the detected reflected electrons,
The position detection unit detects irradiation positions of the three detection electron beams based on the detection signal,
Based on the detected irradiation position, the calculation unit is configured to perform at least one rotation, translation, and expansion / contraction with respect to each of two orthogonal directions of the deflection unit, the slit unit, and the electron lens unit. 5. The electron beam exposure apparatus according to claim 4, wherein a correction value for correcting a deviation of an irradiation position of the exposure electron beam is calculated. 前記位置検出部は、前記検出電子ビームの前記照射位置を検出するタイミングを発生するタイミング発生部を有することを特徴とする請求項４に記載の電子ビーム露光装置。The electron beam exposure apparatus according to claim 4, wherein the position detection unit includes a timing generation unit that generates a timing for detecting the irradiation position of the detection electron beam. 前記第２の電子ビーム発生部は、前記検出電子ビームを発生して、前記ウェハを露光することを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム露光装置。The electron beam exposure apparatus according to claim 1, wherein the second electron beam generation unit generates the detection electron beam to expose the wafer. ウェハを照射すべき複数の露光電子ビームと、前記露光電子ビームの照射位置を検出すべき検出電子ビームとを発生する電子ビーム露光装置において、前記露光電子ビームの照射位置を補正する電子ビーム補正方法であって、
少なくとも１つの前記検出電子ビームの照射位置の座標の少なくとも１つを検出する検出段階と、
検出された前記座標に基づいて、少なくとも１つの前記露光電子ビームの照射位置を補正する補正値を算出する算出段階と
を備えることを特徴とする電子ビーム補正方法。An electron beam correction method for correcting an exposure position of an exposure electron beam in an electron beam exposure apparatus that generates a plurality of exposure electron beams to irradiate a wafer and a detection electron beam to detect an irradiation position of the exposure electron beam Because
Detecting at least one of coordinates of an irradiation position of at least one of the detection electron beams;
An electron beam correction method comprising: a calculation step of calculating a correction value for correcting an irradiation position of at least one of the exposure electron beams based on the detected coordinates. 前記算出段階は、検出された前記座標に基づいて、前記検出電子ビームの前記照射位置を補正する補正値を算出する段階を有することを特徴とする請求項１３に記載の電子ビーム補正方法。The electron beam correcting method according to claim 13, wherein the calculating step includes a step of calculating a correction value for correcting the irradiation position of the detected electron beam based on the detected coordinates. ウェハを照射すべき複数の露光電子ビームと、前記露光電子ビームの照射位置を検出すべき検出電子ビームとを発生する電子ビーム露光装置により、前記ウェハを露光する電子ビーム露光方法であって、
少なくとも１つの前記検出電子ビームの照射位置の座標の少なくとも１つを検出する検出段階と、
検出された前記座標に基づいて、少なくとも１つの前記露光電子ビームの照射位置を補正する補正値を算出する算出段階と、
前記補正値に基づいて、前記複数の露光電子ビームにより、前記ウェハを露光する露光段階と
を備えることを特徴とする電子ビーム露光方法。An electron beam exposure method in which the wafer is exposed by an electron beam exposure apparatus that generates a plurality of exposure electron beams to irradiate the wafer and a detection electron beam to detect an irradiation position of the exposure electron beam,
Detecting at least one of coordinates of an irradiation position of at least one of the detection electron beams;
A calculation step of calculating a correction value for correcting the irradiation position of at least one of the exposure electron beams based on the detected coordinates;
An electron beam exposure method comprising: exposing the wafer with the plurality of exposure electron beams based on the correction value. 前記電子ビーム露光装置は、前記ウェハが載置されるウェハステージを備え、
前記ウェハステージは、前記ウェハが載置される領域以外の領域に、前記検出電子ビームの照射位置を検出するためのマーク部を有し、
前記ウェハを前記ウェハステージに載置する載置段階と、
前記露光電子ビームが前記ウェハに照射される所定の位置に、前記ウェハを移動する移動段階と
をさらに備え、
前記検出段階は、前記検出電子ビームを前記マーク部に照射して、前記検出電子ビームの前記照射位置の前記座標を検出し、
前記露光段階は、前記所定の位置に載置された前記ウェハに対して、露光を開始する段階を有する
ことを特徴とする請求項１５に記載の電子ビーム露光方法。The electron beam exposure apparatus includes a wafer stage on which the wafer is placed,
The wafer stage has a mark portion for detecting an irradiation position of the detection electron beam in a region other than a region where the wafer is placed,
A placing step of placing the wafer on the wafer stage;
A moving stage for moving the wafer to a predetermined position where the exposure electron beam is irradiated onto the wafer;
The detection step irradiates the mark portion with the detection electron beam, detects the coordinates of the irradiation position of the detection electron beam,
The electron beam exposure method according to claim 15, wherein the exposure step includes a step of starting exposure to the wafer placed at the predetermined position. 前記電子ビーム露光装置は、前記検出電子ビームを偏向する偏向部をさらに備え、
前記マーク部は、前記偏向部による前記検出電子ビームの偏向幅以下のピッチで、露光処理中に前記ウェハステージが移動する移動範囲にわたって配列された前記複数のマークを有し、
前記検出段階は、露光箇所の移動に伴って、前記複数のマークのいずれかを用いて、前記検出電子ビームの前記照射位置の前記座標を検出する
ことを特徴とする請求項１６に記載の電子ビーム露光方法。The electron beam exposure apparatus further includes a deflection unit that deflects the detection electron beam,
The mark unit has the plurality of marks arranged over a moving range in which the wafer stage moves during an exposure process at a pitch equal to or less than a deflection width of the detection electron beam by the deflection unit,
17. The electron according to claim 16, wherein in the detection step, the coordinates of the irradiation position of the detection electron beam are detected using any one of the plurality of marks as the exposure location moves. Beam exposure method. 前記検出段階は、前記露光箇所の前記移動に伴って、順次隣接する前記マークを用いて、前記検出電子ビームの前記照射位置の前記座標を検出する
ことを特徴とする請求項１７に記載の電子ビーム露光方法。18. The electron according to claim 17, wherein in the detection step, the coordinates of the irradiation position of the detection electron beam are detected using the marks that are sequentially adjacent to each other along with the movement of the exposure portion. Beam exposure method. ウェハを照射すべき複数の露光電子ビームと、前記露光電子ビームの照射位置を検出すべき検出電子ビームとを発生する電子ビーム露光装置により、前記ウェハに半導体素子を製造する半導体素子製造方法であって、
少なくとも１つの前記検出電子ビームの照射位置の座標の少なくとも１つを検出する検出段階と、
検出された前記座標に基づいて、少なくとも１つの前記露光電子ビームの照射位置を補正する補正値を算出する算出段階と、
前記補正値に基づいて、前記複数の露光電子ビームにより、前記ウェハを露光する露光段階と
を備えることを特徴とする半導体素子製造方法。A semiconductor device manufacturing method for manufacturing a semiconductor device on a wafer by an electron beam exposure apparatus that generates a plurality of exposure electron beams to irradiate a wafer and a detection electron beam to detect an irradiation position of the exposure electron beam. And
Detecting at least one of coordinates of an irradiation position of at least one of the detection electron beams;
A calculation step of calculating a correction value for correcting the irradiation position of at least one of the exposure electron beams based on the detected coordinates;
An exposure step of exposing the wafer with the plurality of exposure electron beams based on the correction value.
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