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発明の名称 電子線描画装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−61133
公開日 平成6年(1994)3月4日
出願番号 特願平4−214413
出願日 平成4年(1992)8月12日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】筒井 大和
発明者 河野 利彦 / 河崎 勝浩 / 松坂 尚 / 太田 洋也
要約 目的
電子線描画によるパターン形成の描画精度の向上及び歩留り向上を可能にする。

構成
電子銃4、第1成形絞り5、第1成形レンズ6、成形偏向器7、第2成形レンズ8、第2成形絞り9、縮小レンズ10、ブランキング電極11、偏向器12からなる描画機構を用いて試料1である半導体ウェハの表面に電子線を照射して遮光パターンの描画を行う電子線描画装置であって、試料1の形状を測定するための検知用光源2及びセンサ3を試料1の裏面側に配設する。
特許請求の範囲
【請求項1】 平板状の試料の表面に電子線を照射して遮光パターンなどの描画を行う電子線描画装置であって、前記試料の形状を測定するための検知手段を前記試料の裏面側に配設することを特徴とする電子線描画装置。
【請求項2】 前記検知手段は、前記試料の裏面にレーザ光または赤外線を照射する測定用光源と、その照射による反射レーザ光または反射赤外線を検知するセンサとからなることを特徴とする請求項1記載の電子線描画装置。
【請求項3】 前記試料の裏面の計測結果に基づいて前記試料の表面と裏面との間の平行度を算出する手段を設けることを特徴とする請求項1記載の電子線描画装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置におけるパターンの形成技術、特に、電子線描画によりパターン形成を行うために用いて効果のある技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体装置においては、その微細化に伴い、解像度の向上を図る手段として、マスク製造における位相シフト法が注目されている。この位相シフト法による位相シフトマスクは、透明ガラス基板上に形成された遮光パターンと、位相差用のパターンとから構成されている。この位相シフト法によれば、光の位相差をコントロールすることが可能になり、半導体ウェハ上のフォトレジスト膜にマスクのパターンを転写する際の解像度を画期的に向上させることができ、微細パターンを高精度に形成できるという特長がある。
【0003】ここで、電子線描画装置を用いた位相シフトマスクの形成方法について説明する。
【0004】まず、透明ガラス基板上に遮光膜となりうる膜(例えば金属膜)を形成する。
【0005】この後、金属膜上に感光材を塗布する。ついで、電子線描画装置を用いて感光材上に遮光パターンを描画する。このとき、同時に重ね描画(描画を複数回行うこと)に必要な合わせマーク(前回の描画との位置合わせ用のマーク)を遮光パターンと共に描画する。描画後、感光材を現像及びエッチングすることにより、遮光パターンを形成する。この後、フォトレジスト膜を除去する。ついで、遮光パターンが形成されたマスクに位相差を生じさせる為のパターンを形成する。
【0006】シフトパターンを形成するためには、シフタ材となる物を塗布する。塗布したシフタ材上に更に感光材を塗布する。ついで、電子線描画装置を用いて重ね合わせマークを検出することにより、遮光パターンの位置座標を認識し、シフターパターンに重ね合わせて描画する。この描画後に感光材を現像し、シフタ材をエッチングすることにより、位相シフトマスクが完成する。なお、電子線描画装置を用いた半導体ウェハへのデバイスパターンの直接描画では、1つの試料に重ね描画を行うのが通常である。
【0007】ところで、位相シフト法を用いた描画では、パターン位置、接続及び寸法精度を確保するために、パターン描画の直前に半導体レーザなどを用いて描画するマスク基板の撓み計測(湾曲、捩れなどに伴う高さ変動及び平坦度の測定)を行っている。
【0008】図5は位相シフトレチクルに対する従来の撓み計測測定方法を示す説明図である。
【0009】試料室内のX−Yステージ(不図示)上に試料1(半導体ウェハ)を載置する。ついで、X−Yステージ上に載置された標準マーク(不図示)を用いて電子ビームの校正を行う。また、描画精度を高めるために試料1の撓み形状及び高さの測定を行う。撓み形状及び高さの測定は、測定用光源2(例えば、半導体レーザ)から試料1の表面に向けてレーザビームが照射され、その際の試料1からの反射光がセンサ3(例えば、位置センサ)によって検知され、試料1の表面高さが検知される。
【0010】更に、試料1の側面長(厚み)の測定を行い、その裏面と表面との平行度の測定結果をもとに補正演算回路(不図示)によって2次式で試料1の表面高さ及び傾きを補正する係数を求める。センサ3の検知出力に対しては、3次式または4次式により撓み補正するための係数を求める。夫々求められた補正係数は、X−Yステージ上の試料1の形状状態に近づくように補正演算回路上で理想となる1つの補正係数を算出する。実際の描画作業では、求めた補正係数を偏向制御系及びステージ・ローダ制御系にフィードバックすることにより、試料1の撓みにより生じる高さ変動に応じて電子線の焦点を制御し、常にパターン表面に焦点が合うようにし、ピンボケになる部分が生じないようにする。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明者の検討によれば、遮光パターンを描画する場合とシフターパターンを描画する場合とでは、試料の表面状態が異なっている(例えば、レジストなどの違いによる)ため、試料の表面状態による撓み測定結果にばらつきが生じるという問題がある。
【0012】すなわち、センサ3による検知は、図6に示すように、金属パターン1a(遮光性)部分では検知レベルが高く、ガラス基板1b(透明)部分では検知レベルが低くなる(図中の点線は、しきい値である)。撓み測定結果にばらつきが生じると、描画精度の悪化が生じ、かつ位相シフトマスクなどの製品の歩留りが低下するという問題が生じる。
【0013】そこで、本発明の目的は、電子線描画によるパターン形成の描画精度の向上及び歩留り向上が可能な技術を提供することにある。
【0014】本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【0015】
【課題を解決するための手段】本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下の通りである。
【0016】すなわち、平板状の試料の表面に電子線を照射して遮光パターンなどの描画を行う電子線描画装置であって、前記試料の形状を測定するための検知手段を前記試料の裏面側に配設するようにしている。
【0017】
【作用】上記した手段によれば、形状測定がレジストなどの違いによる表面状態に影響されることなく測定を行うことができる。したがって、形状測定にばらつきを生じることがなく、描画精度及び歩留りの向上を図ることができる。
【0018】
【実施例】図1は本発明による電子線描画装置の構成を示す斜視図である。また、図2は試料の表面高さを検知するための検知手段の構成を示す模式的斜視図である。さらに、図3は図2におけるセンサの検知レベルを示す説明図である。
【0019】図1に示すように、電子線描画装置は、LaB6 (ランタンヘキサボライド)による熱電子放出形で電子線を発生する電子銃4、この電子銃4からの電子線を所定のサイズに絞る第1成形絞り5、この絞りからの電子線を成形する第1成形レンズ6、このレンズ6からの電子線を偏向する成形偏向器7、第2成形レンズ8、第2成形絞り9、この絞りからの電子線を集束する縮小レンズ10、印加電圧に応じて露光をオン/オフするブランキング電極11、偏向器12、及び偏向器12を取り囲むように配設された集束レンズ13、試料1が載置されるX−Yステージ14、及びX−Yステージ14及び試料1(半導体ウェハ)を収納して内部を真空に保持する試料室15、試料1の表面にレーザを照射する測定用光源2、及び測定用光源2からの反射レーザ光を検知するセンサ3、及びセンサ3の検知信号に基づいて偏向系を制御する制御部16の各々を備えて構成される。
【0020】本発明における測定用光源2及びセンサ3は、従来は試料1の上側からレーザビームの照射及び反射光の検知を行っていたのに対し、図2に示すように、表面状態の変わることのない試料1の下側(裏面)からレーザビームの照射及び反射光の検知を行っている。測定用光源2及びセンサ3は、X−Yステージ14に埋設し、或いはX−Yステージ14に1対の傾斜させた貫通穴を設け、この貫通穴の延長線上に測定用光源2とセンサ3を配設(X−Yステージ14の外部で、かつ試料室15内に設置)する。このように下側から行うことで、図3に示すように、金属パターン1aとガラス基板1bを同じレベルで検知できるようになる。
【0021】次に、描画方法について図4のフローチャートを参照して説明する。
【0022】まず、一般的な描画方法について説明する。電子銃4によって作られた電子線は、第1成形絞り5の正方形の開口を一様に照射する。この開口の像は第1成形レンズ6によって第2成形絞り9に結像される。ここで、成形偏向器7が動作しないときには第1成形絞り5の開口の像と第2成形絞り9の開口の像とは完全に重なり、成形偏向器7が動作するとビームが偏向され、第1成形絞り5の像と第2成形絞り9の像とにずれが生じる。第1成形絞り5と第2成形絞り9の重なり部分の像を縮小レンズ10で縮小し、集束レンズ13によって試料1上に投影する。成形偏向器7の働きにより上記した開口の重なり状態が変わり、試料1に縮小投影される方形の大きさを成形偏向器7に加える電圧によって変えることができる。このようにして作られた方形成形ビームを偏向器12(電磁偏向器及び静電偏向器のX,Y2つの偏向器からなる)で偏向し、試料1上の電子ビームの位置決めを行う。電子線の偏向で描画できる範囲の露光が終わると、それまで止めてあったX−Yステージ14を次の描画範囲が電子線到来位置に一致するまで動かし、移動完了と共に再度描画を実行する。以上の操作を半導体ウェハ全面の露光が終わるまで繰り返し実行する。
【0023】次に、本発明による補正手段について説明する。
【0024】試料室15内のX−Yステージ14上に試料1を載置する。ついで、X−Yステージ14上に載置された標準マーク(不図示)を用いて電子ビームの校正を行う。また、描画精度を高めるために試料1の撓み形状及び高さの測定を行う。撓み形状及び高さの測定は、測定用光源2から試料1の表面に向けてレーザビームが照射され(ステップ401)、その際の試料1からの反射光がセンサ3によって検知される(ステップ402)。この撓み形状及び高さの測定は、試料1の面積内の数点(例えば、9点)について行い、その各々を記憶する(ステップ403)。これらの各点に対し、測定した検知信号に基づいて基準面からの高さづれを数値(例えばμmオーダー)に換算(ステップ404)する(センサ3の出力は実際の寸法値ではないために換算を行う)。
【0025】更に、試料1の側面長の測定を行い、裏面と表面との平行度の測定結果をもとに制御部16によって2次式で試料1の表面高さ及び傾きを補正する係数を求める。センサ3の検知出力に対しては、3次式または4次式により撓み補正するための係数を求める。夫々求められた補正係数は、X−Yステージ14上の試料1の形状状態に近づくように制御部16上で理想となる1つの補正係数を算出する。実際の描画作業では、専用の制御ソフトを起動させ(ステップ405)、求めた補正係数を偏向制御系及びステージ・ローダ制御系にフィードバックすることにより(ステップ406,407)、描画精度を維持または向上させることができる。
【0026】以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【0027】例えば、測定用光源2にはレーザービームを用いたが、これに限定されるものではなく、例えば、赤外線などを用いることもできる。この場合、センサ3には赤外線受光素子を用いることになる。
【0028】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
【0029】すなわち、平板状の試料の表面に電子線を照射して遮光パターンなどの描画を行う電子線描画装置であって、前記試料の形状を測定するための検知手段を前記試料の裏面側に配設するようにしたので、形状測定にばらつきを生じることがなく、描画精度及び歩留りの向上を図ることができる。




 

 


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