JPH04179216A - 電子ビーム露光装置における位置誤差測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の概要〕 電子ビーム露光装置における成形アパーチャ像のウェー
ハ上ての位置誤差測定方法に関し、成形アパーチャ像の
ウェーハ上での位置を直接測定する方法を提供すること
を目的とし、成形アパーチャ像をウェーハに投射して露
光する電子ビーム露光装置における該成形アパーチャ像
のウェーハ上での位置誤差測定方法において、調整チッ
プに突起を形成し、該突起を成形アパーチャ像で走査し
、このとき得られる２次電子分布から該成形アパーチャ
像の該チップ上での位置を知り、該位置と、電子ビーム
の偏向量から予測される該像の位置との差として位置誤
差を求めるよう構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、電子ビーム露光装置における成形アパーチャ
像のウェーハ上での位置誤差測定方法に関する。

電子ビーム露光装置は解像性は良いが、単一ビームを走
査してパターンを形成する為、マスクないしレチクルの
転写によるフォトリソグラフィに比して露光時間がかか
るという欠点がある。

しか、近年デバイスの微細化が進みフォトリソグラフィ
の解像限界が迫ってきた。例えば、２５６Ｍ　　ＤＲＡ
Ｍでは０．２０μｍ程度のパターン形成が必要である。

従って、電子ビームの解像性を利用せざるをえないがゆ
えに、益々何らかのスループット向上策が要求されるよ
うになってきた。

デバイスがメモリの場合、メモリセルやセンスアンプと
いった部分は、同一パターンめ繰り返しになる。この繰
り返し部分のパターンを電子光学系内に用意し、繰り返
し部分は該パターンを用いて一括縮小転写露光を行うこ
とで、複雑な形状のセルパターンを多数の微小矩形ビー
ムの組合せとして露光する場合に較べて、大幅なスルー
ブツト向上を図った電子ビーム露光装置が最近脚光を浴
びている。なお、周辺回路部の内の非繰り返し図形は、
通常の可変矩形ビームで形成する。

成形パターンを用いた露光でも、各成形パターンがウェ
ーハ上で各々正確に所望の位置に露光されなければなら
ないことは言うまでもなく、これには位置誤差の測定手
段が重要である。

〔従来の技術〕

第２図に電子ビーム露光装置を示す。１１は電子銃、１
２は第ルンズ、１３は第１成形アパーチヤで、これを通
過する電子ビームの断面を矩形に成形する。１４は上部
図形選択偏向器、１５は第２成形アパーチヤ（ステンシ
ル板）で、これに各種繰り返しパターンの開口と可変矩
形のための矩形開口か形成される。偏向器１４はアパー
チャ１５の所望開口へ電子ビームを導き、該開口の形状
にビームを成形しまたは上記矩形開口で所望縦、横寸法
の可変矩形に成形する。１６は第２レンズ、１７は下部
振り戻し偏向器、１８は第３レンズ、１９はブランキン
グ電極、２０は対物絞り、２１は第４レンズ、２２は第
５レンズ、２３はビーム位置偏向器である。ウェーハ上
のビーム投射位置は、偏向器２３で調整される。３０は
ウェー／”ｔ、３１はそのホルダー、２５はＸ、　Ｙス
テージ、２６はその制御部である。各偏向器は、プロセ
ッサ２５、偏向器制御部２８、デジタルアナログ変換器
ＤＡＣ，増幅器ＡＭＰの系で制御される。

ステンシル板１５上の成形パターンはウェー／”を上の
予定位置へ正確に投射されねばならないが、これには位
置ずれを測定することが重要である。

第３図に位置ずれ測定法の一例を示す。４１は第２成形
アパーチヤ上の開口の１つであるが、この開口のＸ方向
側部およびＸ方向側部にスリット（基準パターンという
）４’２．４３を形成する。

第３図（ｄ）に示すようにこれらのパターン４１〜４３
を包含するように、矩形断面のビーム４４（これは測定
時の第１成形アパーチヤ１３の像）を第２成形アパーチ
ヤ１５に投射すると、ウェーハ（こ＼ては調整チップ４
５）上にパターン４１〜４３が投射されるが、４１〜４
３はこの調整チップ上の第２成形アパーチヤ像も示して
いる。

調整チップ４５には第３図（Ｃ）に示すように段差を形
成し、この段差で区別されるチップ表面の高い部分には
必要ならタンタルＴａなどの２次電子放出率の高い材料
の薄膜を被着しておく。そして第３図（ｂ）に示すよう
にＸ方向偏向系の駆動電圧を漸増して、チップ上の像４
１〜４３をＸ方向で移動させる。像４２がチップ表面の
高い部分を移動している間は放出される２次電子の量が
多く、段差を越えてチップ表面の低い部分に移ると、第
３図（ｅ）の如く放出される２次電子の量Ｓが少なくな
る。これで像４２と段差の対応がとれ、チップ上の段差
の位置、基準パターン４２の第２成形アパーチヤ上の位
置、ビーム偏向量などから、像４２の位置の予定値から
のずれ量を求めることができる。像４２の位置ずれ量が
求まれば成形パターン４１の像の位置ずれ量も求まり、
Ｘ方向の基準パターン４３を用いて同様処理をすること
で、Ｘ方向での位置ずれ量も求めることができる。

実際の露光では基準パターン４．２．４３がウエ−ハに
投影されてはならないから、第１成形アパーチヤの像４
４は第３図（ｄ）の４６の如く移動させ、基準パターン
４２．４３を包含しないようにする。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしこの第３図の位置誤差測定法では、測定時と露光
時では第１成形アパーチヤの像位置をずらすので、この
偏向量の違いによる誤差か発生ずる。また実際に測定す
るのは基準パターンの像についててあり、この結果から
成形パターンの像の位置誤差を算出するという間接測定
であるから、第２成形アパーチヤ製作時の誤差か問題に
なる。

本発明はか−る点に鑑みてなされたもので、成形アパー
チャ像のウェーハ上ての位置を直接測定する方法を提供
することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

第１図に示すように本発明では調整チップ４５（または
ウェーハ）に突起５０を設け、これを成形パターンの像
４１てｘ、　　Ｘ方向に２次元走査する。本例ではｘ、
　　Ｘ方向に図示の如く横、縦方向にとり、Ｘ方向偏向
器へは入力ＩＮうを与え、Ｘ方向偏向器へは入力ＩＮ、
を与える。これで像４１は右方へ移動し、右端で（ステ
ップＸ方向へ移動し、この状態で左方へ移動し、左端で
１ステツプｙ方向へ移動し、この状態で右方へ移動し、
以下同様走査を繰り返す。

像４１か突起５０上にある間は放出される２次電子量が
大で、像４１か突起上にないと放出される２次電子量は
小である。この結果第２図（ｃｌ）の如き２次電子検出
出力Ｓか得られる。この矩形パルスの幅Ｗ１は像４１の
幅Ｗ２に対応する。なお出力Ｓは詳しくは台形波である
が、図では簡略化しである。

第１図（ｂ）は第２成形アパーチヤ１５の一部を示し、
一般にはこのアパーチャ１５の中央に可変矩形のための
矩形開口４８があり、その周囲に複数種の成形アパーチ
ャ４１がある。４６は第１成形アパーチヤ像である。

〔作用〕

チップ上の突起５０の位置は既知であり、従って像４１
でこれを走査して２次電子を得、チップ上の照像４１の
位置を求めると、その時の偏向量から、位置誤差を求め
ることかできる。そして像４１は露光に使用するもので
あるから、位置誤差測定は間接的ではなく直接的である
。

また検出出力Ｓのパルス幅Ｗ１は像４１の幅Ｗ２に対応
しており、Ｗ、か狭いことは像が縮小投影されているこ
とである。この幅Ｗ１から、縮小率か予定値か否か、知
ることもてきる。

〔実施例〕

ウェーハ上の成形アパーチャ像４１の位置誤差は、原理
的にはＸ方向に１回、Ｘ方向に１回の走査で測定できる
が、変形や異物付着による像４１の乱れを考慮して、像
４１の適当部分て突起５０をｘ、　　Ｘ方向に各複数回
走査し、平均をとる等の処理をするとよい。例えば図示
状態部ぢ像４１の右側部分の上部で突起５０をＸ方向で
複数回走査すると、幅Ｗ２の部分で２次電子量が大にな
り、この周縁では漸減するから、この２次電子量分布曲
線で幅Ｗ２の中央を求め、予定の該中央との偏差を求め
る、はその−例である。

突起５０の表面もタンタル（Ｔａ）などを被着して２次
電子放出量を犬にしておくとよい。突起５０の表面（頂
面）形状は円形の他に、正方形などてよい。

調整チップ４５は第２図に示すようにホルダー３Ｉに、
ウェーハ３０と並べて取付ける。勿論ウェーハ３０の一
部を調整チップとしてもよい。２次電子は検出器２４に
より検出し、その出力は増幅器Ａ、ＭＰを通してアナロ
グ／デジタル変換器ＡＤＣへ導き、デジタル化したもの
を画像メモリ２７へ書込む。前記の平均値処理、位置誤
差算出、幅Ｗ２の測定などは、この画像メモリのデータ
とこのときの偏向量などを用いてプロセッサ２５が行な
う。

この第２図の電子ビーム露光装置１０の動作は次の如く
である。即ち、電子銃１より放出された電子ビームは第
ルンズＩ２、第２レンズ１６、第３レンズ１８、第４レ
ンズ２１、第５レンズ２２の５段のレンズ系で収束され
る。第１成形アパーチヤ１３により電子ビームは矩形に
成形され、第２成形アパーチヤ１５により各種繰り返し
パターンと可変矩形に成形される。これらの１つを上部
図形選択偏向器１４が選択する。偏向器１４は上段と下
段に分れ、それぞれ複数個例えば８個の電極を有するが
、上段はビームを図示のように中心軸に対して傾斜する
ように偏向し、下段は中心軸に平行になるように偏向す
る。第２成形アパーチヤ１５を通過したビームは下部振
戻し偏向器１７によりレンズ系中心軸に振戻される。こ
れも上段と下段の２組の電極群があり、上段はビームを
中心軸方向へ曲げ、下段は中心軸に平行（中心軸上）に
する。

ビームブランキング電極１９は、ブランキング時にはビ
ームを図示のように偏向し、対物絞り２０の穴をビーム
が通過しないようにする。これでビームをオフにする。

ウェーハ３０はホルダー３１上にセットされ、ホルダー
はＸ、　Ｙステージ２５に固定されてウェーハなどの露
光部が中心軸上にくるようにする。

Ｘ、Ｙステージ２５はステージ制御部２６により制御さ
れる。調整チップ４５もホルダー３１にセットされ、調
整チップの突起５０はチップ従ってシリコン基板を０．
　１μｍ程度の微細加工技術で加工して形成する。２次
電子は増幅、Ａ／Ｄ変換されたのち８ビット程度の階調
に量子化されて、ビーム偏向位置に同期してアドレスア
ップされる画像メモリ２７に格納される。

各偏向器の入力データは、偏向器制御部２８から、プロ
セッサ２５による制御で、ディスク２９に格納されたパ
ターンデータに従って出力される。

そのデジタル出力はＤＡＣでアナログに変換され、ＡＭ
Ｐで増幅されて各偏向器に与えられる。プロセッサ２５
はシステム全体の制御を行ない、また画像メモリ内のデ
ータとビーム位置偏向器２３の入力データとを比較して
ウェーハ上の成形アパーチャ像の位置ずれを計算する。

第１図（Ｃ）（ｄ）の横軸は時間（１）軸であるが、（
ｄ）の横軸は走査位置やメモリアドレスに対応す。突起
５０は有限の面積を持つからパルス波形の側辺は鈍るが
、これについては微分演算、閾値での２値化などの周知
の画像処理を施してエツジ検出を行ない、位置ずれ計算
を行なう。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、成形アパーチャ像
のウェーハ上での位置誤差を精度よく測定することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、 第２図は電子ビーム露光装置の構成説明図、第３図は従
来の位置ずれ測定法の説明図である。 第１図で４１は成形アパーチャ像、５０は突起、４５は
調整チップである。 −９【 訓 罎　０ 二 （ｂ） Ｘ 従来の位置ずれ測定法の説明図 （ｅ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、成形アパーチャ像をウェーハに投射して露光する電
   子ビーム露光装置における該成形アパーチャ像のウェー
   ハ上での位置誤差測定方法において、 調整チップ（４５）に突起（５０）を形成し、該突起を
   成形アパーチャ像（４１）で走査し、このとき得られる
   ２次電子分布から該成形アパーチャ像の該チップ上での
   位置を知り、該位置と、電子ビームの偏向量から予測さ
   れる該像の位置との差として位置誤差を求めることを特
   徴とする電子ビーム露光装置における位置誤差測定方法
   。 ２、調整チップは、ウェーハの一部であり、またはウェ
   ーハとは別であるがウェーハのホルダーにウェーハと並
   べて取付けられることを特徴とする請求項１記載の電子
   ビーム露光装置における位置誤差測定方法。