(57)【要約】      （修正有）【課題】電子線露光時に加速電圧が変動した場合に不良となる被処理基板を救済する。【解決手段】電子銃に第１の加速電圧を印加し、電子線の基板保持台上における所定位置からの位置ずれを第１の位置ずれ量として求める工程と、第１の加速電圧とは異なる第２の加速電圧を印加し、電子線の所定位置からの位置ずれを第２の位置ずれ量として求める工程と、第２の加速電圧と第２の位置ずれ量の関係を記憶装置に保持する工程と、第１の加速電圧を印加し、電子銃より出射する電子線により基板保持台上の被処理基板を露光する工程と、を含み、露光工程は、第１の加速電圧の電圧変化を検出する工程と、電圧変化が検出された場合、電圧変化量に対応した第２の位置ずれ量を、記憶装置から読み出す工程と、第１の位置ずれ量と第２の位置ずれ量の総和を求め、管理値を超えるか否かを判定する工程と、を含む。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子銃に第１の加速電圧を印加し、前記電子銃が発生する電子線の基板保持台上における所定位置からの位置ずれを第１の位置ずれ量として求める工程と、
前記電子銃に前記第１の加速電圧とは異なる第２の加速電圧を印加し、前記電子線の前記所定位置からの位置ずれを第２の位置ずれ量として求める工程と、
前記第２の加速電圧と前記第２の位置ずれ量の関係を記憶装置に保持する工程と、
前記電子銃に前記第１の加速電圧を印加し、前記電子銃より出射する電子線により前記基板保持台上の被処理基板を露光する工程と、を含み、
前記露光工程は、
前記露光の間、前記第１の加速電圧の電圧変化を検出する工程と、
前記電圧変化が検出された場合、電圧変化量に対応した被処理基板上での電子線の位置ずれを表す第２の位置ずれ量を、前記記憶装置から読み出す工程と、
前記第１の位置ずれ量と前記第２の位置ずれ量の総和を求め、前記総和が管理値を超えるか否かを判定する工程と、
を含むことを特徴とする電子線露光方法。
【請求項２】
前記第１の位置ずれ量は、前記基板保持台上の位置基準マークを前記電子線により、前記第１の加速電圧で走査することにより求められることを特徴とする請求項１記載の電子線露光方法。
【請求項３】
前記第２の位置ずれ量を求める工程は、前記位置基準マークを前記電子線により、前記第２の加速電圧で走査する工程を含むことを特徴とする請求項１または２記載の電子線露光方法。
【請求項４】
前記第２の加速電圧で走査する工程は、前記被処理基板の露光工程の前に実行されることを特徴とする請求項３記載の電子線露光方法。
【請求項５】
前記露光工程は、複数の被処理基板について順次実行され、前記第１の位置ずれ量を求める工程は、前記複数の被処理基板の各々について、または所定数の被処理基板毎に実行され、前記第２の位置ずれ量を求める工程は、前記複数の被処理基板の露光工程に先立って実行されることを特徴とする請求項３記載の電子線露光方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項記載の電子線露光方法を含む半導体装置の製造方法。
【請求項７】
被処理基板を保持する基板保持台と、
電子線を前記基板保持台上の被処理基板に向かって発射する電子銃と、
前記電子銃に第１の電圧値の加速電圧を供給する高圧電源と、
前記加速電圧をモニタし、前記電子銃に供給される加速電圧が前記第１の電圧値から変化した場合に電圧変化量を検出するモニタ回路と、
前記加速電圧が前記所定値で前記電子銃に供給された場合の前記電子線の前記被処理基板上での位置ずれ量を第１の位置ずれ量として保持し、さらに前記加速電圧が変化した場合における前記電子線の前記被処理基板上における位置ずれ量を第２の位置ずれ量として、前記電圧変化量と対応させて保持する記憶装置と、
前記第１の位置ずれ量と前記第２の位置ずれ量とを総和し、前記第１の位置ずれ量と前記第２の位置ずれ量を総和した値が所定の管理値を超えるか否かを判定する制御回路と、
を備えたことを特徴とする電子線露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子線露光装置および露光方法、さらにかかる電子線露光方法を使った半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子線露光技術は集積密度の大きな先端的な半導体集積回路を製造する上で重要な技術である。例えば電子線露光技術を使うことにより、５０ｎｍ以下の幅を有するパターンを２０ｎｍ以下のアラインメント誤差で露光することが可能である。
【０００３】
電子線露光装置では電子ビームを電子銃が発生させ、これを、フォトレジストを塗布された被処理基板上に電磁レンズおよび偏向器を使って集束させることにより、前記被処理基板上に所望の微細パタ―ンを描画する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１２４６７９号公報
【特許文献２】特開２００４−３１９２７１号公報
【特許文献２】特許４１５１２８６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電子線露光装置では電子ビームを発生させるにあたり電子銃に高電圧が加速電圧として印加される。このため電子線露光装置には高圧電源が設けられている。しかし、露光の際に高圧電源や高圧電源から電子銃に至る高圧回路のどこかで放電が発生すると、電子銃に供給される加速電圧が一時的に低下してしまう。このような加速電圧の低下は数ミリ秒程度の時間継続し、被処理基板上に集束される電子線の速度を変調する効果を生じる。このような電子ビームの速度の変調は、電界や磁界による電子線の偏向量の変化を招き、被処理基板表面において、電子線スポットの所定露光位置からのずれを招く。
【０００６】
このため従来電子線露光装置では、露光の際に高圧回路の放電が監視され、露光の際に放電が生じた被処理基板は不良であるとして破棄され、露光されたレジスト膜を剥離した上で被処理基板表面に新たなレジスト膜を形成し、再露光を実施することが行われていた。
【０００７】
しかし、放電の程度によってはなお救済できる被処理基板もあると考えられ、そのような被処理基板を救済できれば、電子線露光のスループットを向上させるのに有効な対策となる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一の側面によれば電子線露光方法は、電子銃に第１の加速電圧を印加し、前記電子銃が発生する電子線の基板保持台上における所定位置からの位置ずれを第１の位置ずれ量として求める工程と、前記電子銃に前記第１の加速電圧とは異なる第２の加速電圧を印加し、前記電子線の前記所定位置からの位置ずれを第２の位置ずれ量として求める工程と、前記第２の加速電圧と前記第２の位置ずれ量の関係を記憶装置に保持する工程と、前記電子銃に前記第１の加速電圧を印加し、前記電子銃より出射する電子線により前記基板保持台上の被処理基板を露光する工程と、を含み、前記露光工程は、前記露光の間、前記第１の加速電圧の電圧変化を検出する工程と、前記電圧変化が検出された場合、電圧変化量に対応した被処理基板上での電子線の位置ずれを表す第２の位置ずれ量を、前記記憶装置から読み出す工程と、前記第１の位置ずれ量と前記第２の位置ずれ量の総和を求め、前記総和が管理値を超えるか否かを判定する工程と、を含む。
【０００９】
他の側面によれば電子線露光装置は、被処理基板を保持する基板保持台と、電子線を前記基板保持台上の被処理基板に向かって発射する電子銃と、前記電子銃に第１の電圧値の加速電圧を供給する高圧電源と、前記加速電圧をモニタし、前記電子銃に供給される加速電圧が前記第１の電圧値から変化した場合に電圧変化量を検出するモニタ回路と、前記加速電圧が前記所定値で前記電子銃に供給された場合の前記電子線の前記被処理基板上での位置ずれ量を第１の位置ずれ量として保持し、さらに前記加速電圧が変化した場合における前記電子線の前記被処理基板上における位置ずれ量を第２の位置ずれ量として、前記電圧変化量と対応させて保持する記憶装置と、前記第１の位置ずれ量と前記第２の位置ずれ量とを総和し、前記第１の位置ずれ量と前記第２の位置ずれ量を総和した値が所定の管理値を超えるか否かを判定する制御回路と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、加速電圧が所定値からずれても直ちに被処理基板が不良にはならず、救済できる場合が生じる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態による電子線露光装置の構成を示すブロック図である。
【図２】位置ずれと電圧降下の関係を示すグラフである。
【図３】位置基準マークの例を示す平面図である。
【図４】図３の位置基準マークを使った位置ずれ測定の例を示す平面図である。
【図５】図１の電子線露光装置で使われる二次電子検出器を示す斜視図である。
【図６】図５の二次電子検出器の出力波形の例を示す波形図である。
【図７】第１の実施形態による電子線露光方法を説明するフローチャートである。
【図８】図７における判定手順の概要を示す図である。
【図９】比較対照例による電子線露光方法を説明するフローチャートである。
【図１０】第１の実施形態の一変形例による電子線露光方法を説明するフローチャートである。
【図１１】第１の実施形態のさらに他の変形例による電子線露光方法を説明するフローチャートである。
【図１２】第１の実施形態で使われる較正プロセスの例を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［第１の実施形態］
図１は、本発明による電子線露光装置１０の構成を示すブロック図である。
【００１３】
図１を参照するに、電子線露光装置１０は、被露光基板Ｗを保持する可動基板保持台１１を収容し真空排気される試料室１０Ａと、前記試料室１０Ａに結合され、電子線源となる電子銃１２を収容した鏡筒１０Ｂとを備えており、前記電子銃１２は電子線ＥＢを前記基板保持台１１上の被露光基板Ｗに向けて所定の光軸に沿って発射する。
【００１４】
前記鏡筒１０Ｂ中には前記電子線１２Ｅを成形するための第１アパーチャ１３，第２アパーチャ１４、電子線成形のための電磁レンズ１５Ａ，１５Ｂおよび偏向器１６が形成され、前記電子銃１２から発射された電子ＥＢ線の断面形状が所定形状に整えられる。
【００１５】
このようにして断面形状を整えられた電子線は、前記鏡筒１０Ｂ中に配設された投影レンズ１８により、前記可動基板保持台１１上の被露光基板Ｗ上に集束される。さらに前記電子線ＥＢは前記鏡筒１０Ｂ中に配設された偏向器１９により、前記被露光基板Ｗの表面を動かされる。
【００１６】
さらに図１の電子線露光装置１０では、前記電子銃１２に高圧の加速電圧を供給する高圧電源２０が設けられており、電子銃１２で発生した電子線ＥＢは前記高圧電源２０からの加速電圧により前記被処理基板Ｗに向かって加速される。また図１の電子線露光装置１０では、前記高圧電源２０、あるいは前記高圧電源２０から電子銃１２に至る高圧回路２０Ｃにおいて発生するおそれのある放電を検知するためのモニタ回路２１が設けられ、前記モニタ回路２１は前記加速電圧のうち、交流変動成分をキャパシタと抵抗とからなるＡＣカップリングにより取り出し、かかる交流変動成分より、放電に伴う加速電圧の電圧変化量を検出する。このような電圧変化量には、一時的な電圧降下と、これに伴う過渡的な電圧上昇が含まれる。
【００１７】
また図１の電子線露光装置１０では、露光全体を制御するために、コンピュータなどよりなる制御装置１００が設けられている。さらにかかる制御装置１００は、被処理基板の露光の際、前記電子線露光装置１０を所定の加速電圧で制御して電子線ＥＢの位置ずれを、後で説明する位置基準マーク１１Ｍを使って検出し、加速電圧の変化が生じなかった場合について、かかる位置基準マーク１１Ｍに対する位置ずれ（以下、第１のずれ量と称する）が所定の管理値内に入っているかどうかを判定し、その露光の良否を判定する。
【００１８】
さらに本実施形態による電子線露光装置１０では前記制御装置１００は、先に述べた、前記モニタ回路２１で求められた加速電圧の電圧変化量を供給され、当該変化量に基づいて、かかる放電に伴う電子線ＥＢの被処理基板Ｗ上におけるずれ量（以下、第２のずれ量と称する）を検出し、加速電圧の電圧降下が生じた場合には、前記第１のずれ量および第２のずれ量をもとに、その被処理基板の良否を判定する。このために本実施形態による電子線露光装置１０では前記制御装置１００は、前記電圧変化量と前記位置ずれ量との関係を表の形で保持する記憶装置１０１を備えている。
【００１９】
図２は、前記加速電圧の電圧変化量と、前記被処理基板Ｗ上における電子線ＥＢのずれ量の関係を示すグラフである。図２の関係は、前記基板保持台１１上に被処理基板Ｗとは二次電子反射率の異なる、例えばＴａなどよりなるチップにより形成された、例えば図３に示すような位置基準マーク１１Ｍを使い、図４に示すように、前記位置基準マーク１１Ｍを電子線ＥＢにより走査し、図５に示すフォトダイオード１１Ｐを使った反射電子検出器により前記位置基準マーク１１Ｍから前記電子線ＥＢの走査に応じて放出される二次電子を検出する構成を使い、前記加速電圧を変化させ、かかる変化に対応して得られた、図６に示すようなフォトダイオード１１Ｐの出力波形を比較することにより求めている。なお図示の例では位置基準マーク１１Ｍは十字型をしているため、前記基板保持台１１上においてｘ軸方向およびｙ軸方向に走査を行うことにより、前記電子線ＥＢのずれ量を、ｘ軸方向よびｙ軸方向について求めることができる。図６の例では、加速電圧に電圧変化が生じていない状態のフォトダイオード１１Ｐの出力波形を実線で示しており、また加速電圧に電圧変化が生じている状態のフォトダイオード１１Ｐの出力波形を破線で示している。また図示の例では前記フォトダイオード１１Ｐは、アパーチャ１４が形成されるアパーチャ板１４Ａの下面に設けられている。
【００２０】
図２を参照するに、位置ずれ量は加速電圧の変化（図示の例では降下）とともに略直線的に増加することがわかる。
【００２１】
このため図１の電子線露光装置１０では、制御装置１００の一部に加速電圧の変化量とビームスポットのｘ軸方向およびｙ軸方向へのずれ量を実測値の関係を、例えば最小二乗法などにより適当な関数、例えば一次関数で近似し、これを例えば表の形で前記記憶装置１０１に保持している。前記記憶装置１０１は、前記モニタ回路２１から加速電圧の値、あるいはその変化量を供給されて、前記被処理基板Ｗ上において予測されるビームスポットのずれ量を、第２の位置ずれ量として読み出し、出力する。
【００２２】
図７は、前記制御装置１００による制御のもと、図１の電子線露光装置１０により実行される、このような加速電圧の変動による第２の位置ずれ量の効果を見込んだ、本実施形態による被処理基板の露光工程を示すフローチャートである。
【００２３】
図７を参照するに、最初にステップ１において被処理基板が電子線露光装置１０に受け入れられ、次にステップ２において被処理基板Ｗの露光が開始される。
【００２４】
その際ステップ３において放電を監視し、放電の発生が検出されなかった場合には、ステップ４においてオーバーレイ測定による位置ずれ判定がなされ、第１の位置ずれ量が所定の管理値以内であるか否かが判定される。一例によれば、前記電子線を前記所定の加速電圧で基板保持台１１上の位置基準マーク１１Ｍおよび被処理基板上の同様な位置基準マークに照射し、それぞれの位置基準マークにおいて先に図６で説明したようにｘ軸方向およびｙ軸方向に走査する。このようにして得られたそれぞれの位置基準マークの位置を比較することにより、前記第１の位置ずれ量が求められる。あるいは前記第１の位置ずれ量は、前記被処理基板上の位置基準マークの位置を、同じ被処理基板上の、前記位置基準マーク１１Ｍに対する位置ずれが既知の、より下層の位置基準マークと比較することによって求められる。このようにして得られた第１の位置ずれ量は、前記制御装置１００を構成するコンピュータの例えば前記記憶装置１０１、あるいはその他の記憶装置に保持される。
【００２５】
前記第１の位置ずれ量が所定の管理値を超えている場合には、前記被処理基板はステップ５の再生処理に送られ、レジスト膜が剥離され、新たなレジスト膜を形成された後、ステップ２に戻される。一方前記ステップ４で前記第１の位置ずれ量が所定の管理値内であった場合には、後で説明するステップ８の判定手順に進む。
【００２６】
一方前記ステップ３において放電の発生が検出された場合には、ステップ６において前記記憶装置１０１から、電圧降下量に対応した第２の位置ずれ量が読み出され、その上でステップ７において前記ステップ４と同様なオーバーレイ測定を行い、第１の位置ずれ量を求める。さらにステップ８において、前記第１の位置ずれ量と前記第２の位置ずれ量の総和が求められ、前記総和の値が所定の管理値を超えていた場合には、当該被処理基板Ｗは前記ステップ５の再生処理に送られる。
【００２７】
前記ステップ８で合格した被処理基板に対しては、ステップ９において走査型電子顕微鏡を使った検査がなされ、不合格であった場合には前記ステップ５の再生処理に送られるが、合格した場合には、ステップ１０の払い出し工程に進む。
【００２８】
また放電が発生せず、前記ステップ４で第１の位置ずれ量が管理値以内と判定された場合にもステップ８の判定がなされるが、放電が発生していないためステップ８の判定は合格し、被処理基板Ｗはステップ９の判定に進み、不合格であればステップ５の再生処理に送られるが、合格するとステップ１０の払い出し工程に進む。
【００２９】
ステップ１０の払い出し工程の後、図７のプロセスはステップ０に戻り、次の被処理基板が受け入れられる。
【００３０】
図８は、前記図７のステップ８における判定工程を示す図である。
【００３１】
図８を参照するに、前記ステップ８では前記ステップ７で求められた第１のずれ量と前記ステップ６で読み出された第２のずれ量を供給され、それを総和、すなわち足し算した値が所定の管理値を超えるかどうかを判定する。
【００３２】
図８の構成によれば、前記第１あるいは第２のずれ量の絶対値は大きいが、符号が逆であってこれらが相殺して非常に小さなずれ量のみが残るような場合を救済することができ、図９に示すような、ステップ３で放電発生が検知された場合に露光されている被処理基板を無条件にステップ５の再生工程に送る比較対照例による電子線露光方法に比べて、より多数の被露光基板を救済することができ、電子線露光装置１０の露光スループットを実質的に向上させることが可能となる。ただし図９中、比較のため、対応する手順には同一の参照符号を付している。
【００３３】
さらに図１０のフローチャートに示すように、ステップ４の判定手順を省略し、ステップ２の露光後、ステップ３で放電が生じなかった場合、無条件にステップ８の判定手順に進むように構成することもできる。この場合は第１の位置ずれ量の絶対値が大きかった被処理基板がステップ４の判定工程で排除されず、放電が生じた場合に前記図８の構成により、ステップ８の手順において第２の位置ずれ量を使ってこの大きな第１の位置ずれ量の効果を相殺できる可能性がある。この場合、より多数の被処理基板を救済することが可能となる。
【００３４】
さらに図１１のフローチャートに示すように、前記電圧降下量ΔＶが所定値Ｖｔｈを超えて増大し、救済が不可能であると考えられるような場合には、ステップ３の判断で、被処理基板Ｗをステップ５の再生処理に送るように構成することも可能である。この場合、電圧降下量ΔＶが前記所定値Ｖｔｈを超えれば、被処理基板Ｗは直ちにステップ５の再生工程に送られる。一方電圧降下量ΔＶが前記所定値Ｖｔｈ以下であれば、前記ステップ６〜８のプロセスが実行され、その被処理基板Ｗが救済できるか否かが判断される。このような構成によれば、電子線露光をより迅速に実行することが可能となる。
【００３５】
図１２は、前記第２の位置ずれをと加速電圧との関係を較正するために図１の電子線露光装置１０において実行される較正プロセスを示すフローチャートである。
【００３６】
図１２を参照するに、ステップ２１において加速電圧の値が前記所定値に設定され、次いで電子銃１２から電子線ＥＢが、前記基板保持台１１上の位置基準マークＭを目標に出射される。
【００３７】
さらにステップ２３において前記電子線ＥＢが前記位置基準マークＭを、先に図４で説明したようにｘ軸方向およびｙ軸方向に走査し、ステップ２４において、先に図５で説明したように反射電子検出器１１Ｐの出力波形に基づいて、電子線ＥＢの第２のずれ量が検出される。
【００３８】
さらにこのようにして検出された第２のずれ量は、ステップ２５において前記制御装置１００の記憶装置１０１に、加速電圧値と第２のずれ量を対比する表の形で格納される。
【００３９】
さらにステップ２６において加速電圧が変更され、ステップ２１〜２５のプロセスが繰り返される。その結果、前記記憶装置１０１には、加速電圧値あるいは加速電圧値の変化量と電子線ＥＢの第２の位置ずれの関係が保持される。この場合、加速電圧値の変化量は、必ずしも電圧降下量には限定されず、電圧上昇量をも含めることができる。
【００４０】
図１２の第２の位置ずれを求める較正プロセスは、前記図７の一連の露光に先だって、前記基板保持台１１上に被処理基板Ｗが保持されていない状態で実行されるが、必要に応じて一連の露光の途中で、前記基板保持台１１上に被処理基板Ｗが保持された状態あるいはされない状態で、行うことも可能である。
【００４１】
前記図１２の較正プロセスは、前記第１の位置ずれを求めるのにも使うことができる。ただしこの場合にはステップ２１において加速電圧は前記所定値に固定される。図１２の較正プロセスを前記第１の位置ずれを求めるのに使う場合、前記図１１のプロセスは前記図７のプロセスのステップ０において基板保持台１１上に新たな被処理基板Ｗが保持されるたびに実行されるのが好ましいが、所定数の被処理基板が処理される毎に実行することも可能である。その際基板保持台１１上に被処理基板Ｗは保持されても保持されていなくてもよい。
【００４２】
以上、本発明を好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  電子線露光装置
１０Ａ  試料室
１０Ｂ  鏡筒
１１  基板保持台
１１Ｍ  位置基準マーク
１１Ｐ  二次電子検出器
１２  電子銃
１３  第１アパーチャ
１４  第２アパーチャ
１４Ａ  アパーチャ板
１５Ａ，１５Ｂ  電磁レンズ
１６，１９  偏向器
１８  投影レンズ
２０  高圧電源
２１  モニタ回路
１００  制御装置
１０１  記憶装置
【図１】
2013239519.tif 000003
【図２】
2013239519.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2013239519.tif 000009
【図８】
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【図９】
2013239519.tif 000011
【図１０】
2013239519.tif 000012
【図１１】
2013239519.tif 000013
【図１２】
2013239519.tif 000014