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JP2840959B2 - 電子ビーム描画露光装置の焦点設定方法 - Google Patents
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JP2840959B2 - 電子ビーム描画露光装置の焦点設定方法 - Google Patents

電子ビーム描画露光装置の焦点設定方法

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JP2840959B2 JP1181451A JP18145189A JP2840959B2 JP 2840959 B2 JP2840959 B2 JP 2840959B2 JP 1181451 A JP1181451 A JP 1181451A JP 18145189 A JP18145189 A JP 18145189A JP 2840959 B2 JP2840959 B2 JP 2840959B2
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【発明の詳細な説明】 〔概要〕 電子ビームリソグラフィによって、基板上に所定のレ
ジストパターンを描画・露光する電子ビーム描画露光装
置の焦点設定方法に関し、 デバイスパターン領域内の全てのパターンの凹凸が、
焦点深度内に入るように焦点設定を行う方法を確立する
ことによって、優れた解像度と微細加工が可能となる電
子ビーム描画露光装置を実現することを目的とし、 基板表面に塗布したレジストを電子ビームによって露
光する電子ビーム露光装置において、 該基板の焦点設定マーク部に設けた焦点設定マーク
で、第1の焦点設定位置を求める工程と、 次いで、該基板上にパターンを形成する領域、すなわ
ちデバイスパターン領域における凹凸の最上部の高さと
最低部の高さとの相加平均値を求める工程と、 前記第1の焦点設定位置に、該相加平均値を加えた位
置を、電子ビーム描画露光時の焦点設定位置とする工程
と、を有するように構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、電子ビームリソグラフィによって、基板上
に所定のレジストパターンを描画・露光する電子ビーム
描画露光装置の焦点設定方法に関する。
〔従来の技術〕
(1)電子ビーム描画露光装置の概要 電子ビーム描画露光装置は、高解像度の露光を行うこ
とができるから、例えば高集積化の進む集積回路製造工
程のウェハプロセス等において、レジストパターンを描
画するための装置として用いている。
第3図は、電子ビーム描画露光装置の概要を説明する
ブロック図である。
電子ビーム描画露光は、基板6に塗布した電子ビーム
レジストを電子ビームで直接に描画し露光することによ
って、所定のレジストパターンを作成するものである。
そのため、電子ビーム画像露光装置は、電子ビームを
基板6上に集束するための電子レンズ2と電子レンズ制
御部9、前記電子ビームの集束状態を検出するための反
射電子検出器8と焦点検出部10、電子ビームを所定位置
に走査するための偏向器3と走査制御部11、および前記
電子レンズ制御部9、焦点検出部10、走査制御部11、を
統括制御する制御部12とから成る。
すなわち、電子銃1から射出した電子ビーム4を電子
レンズ2で基板6上に集束し、偏向器3で走査するもの
である。
したがって、基板6上に集束する電子ビーム4の焦点
を正確に合わせることが、電子ビーム描画露光における
解像度の規定的要素となる。
(2)従来の焦点設定方法 従来の焦点設定は、基板6上にエッチング等により設
けた焦点調整用マーク7を電子ビーム4で走査し、その
際に該焦点調整用マーク7で反射する電子を反射電子検
出器8で捕られ、該反射電子が最も多くなるように該電
子ビーム4の焦点を制御し設定している。
第4図は、電子ビームの焦点設定原理を説明する図
で、(a)は基板に設けた焦点調整用マークの切断部端
面図、(b)は反射電子によって撮らえた焦点調整用マ
ーク波形、(c)は(b)の1次微分波形、(d)は
(c)の2次微分波形、である。
同図(a)において、基板6の焦点調整用マーク7を
電子ビーム4が走査すると、該焦点調整用マーク7の段
差部で電子が反射する。
同図(b)は、前記反射電子から撮らえられる波形
で、焦点検出部では該波形を1次微分(同図(c))し
た後に2次微分し、同図(d)に示す2次微分波形を得
る。そして、該2次微分波形の4つのピーク点が最大振
幅となるように電子レンズ制御部が焦点制御する。
ところで、仮に焦点調整用マーク7の溝に形成された
基板の平坦面に焦点が合った時には、基板面に写る電子
ビーム4のスポットが最も点状となり、該電子ビーム4
はこの一点に集束する。一方、焦点が合っていない時に
は、基板面が写る電子ビーム4のスポットは大きくな
る。反射電子は、焦点調整用マーク7の溝の角で散乱し
て生じるものなので、電子ビーム4のスポットが小さけ
れば小さいほど、該焦点調整用マーク7の溝に一度に当
たる電子の量は多くなり、したがって該焦点調整用マー
ク7の溝で散乱する電子ビームの量もまた多くなる。
すなわち、電子ビーム4が最も絞られて平坦面に当た
る時が、前記反射電子の量が最も多い時であり、同図
(a)上で示す焦点設定位置Sにおいて電子ビーム4の
ビーム幅4aが最小となり、焦点が合った時である。
〔発明が解決しようとする課題〕
電子ビーム描画露光する基板面は、パターニングする
ごとに凹凸化し、段差を有している。
したがって、電子ビームの焦点深度内に前記凹凸の最
上部と最下部とが入っていることが、良好に解像度の露
光を行う条件である。
一方、例えば高集積化の進む集積回路(半導体装置)
等においては前記凹凸の段差が拡大する傾向にあり、他
方、電子ビーム描画露光装置においては、解像度を上げ
るために電子レンズの高NA(numerical aperture)化が
進み、焦点深度が減少する傾向にある。
そのため、基板面の前工程で作成したパターン上に露
光する場合は、該パターンの凸部が焦点深度外に突出
し、逆に解像度が低下してしまう問題が発生している。
第5図は、デバイスパターンと焦点深度との関係を説
明する図で、基板の切断部端面図である。
一般的に、焦点調整用マーク7は基板6上の数箇所に
設け、パターニングする領域とは独立して設けている。
すなわち、焦点調整用マーク7は焦点設定マーク部13
に設け、集積回路等のパターニングを行うデバイスパタ
ーン領域14にはパターン15が存在している。
同図に示すように、電気ビームの焦点深度lnは、焦点
調整用マーク7の段差上端部分の位置すなわち同図矢印
で示した区間eの表面位置で決まり、該位置を基準位置
として基板6表面垂直方向の+(プラス)側マージンと
−(マイナス)側マージンとの間にある。
そのため、同図矢印で示した区間b部分のパターン15
上は焦点深度の+側マージンから突出し、該部分に塗布
した電子ビームレジストを露光する際に解像度が低下す
るのである。ちなみに、同図矢印で示した区間a,c,d,e
内のパターン15は焦点深度ln内に有り、解像度が低下す
ることはない。
本発明の技術的課題は、電子ビーム描画露光装置の焦
点設定における以上のような問題を解消し、デバイスパ
ターン領域内の全てのパターンの凹凸が、焦点深度内に
入るように焦点設定を行う方法を確立することによっ
て、優れた解像度と微細加工が可能となる電子ビーム描
画露光装置を実現することにある。
〔課題を解決するための手段〕
第1図は、本発明の基本原理を説明する図で、(a)
は基板の切断部端面図、(b)はデバイスパターン領域
の段差のヒストグラム、(c)は焦点設定位置を示す基
板の切断部端面図、である。
本発明は、焦点調整用マークで求めた焦点位置に、デ
バイスパターン領域の凹凸を考慮した補正を加える焦点
設定方法である。
すなわち、基板6表面に塗布したレジストを電子ビー
ムによって露光する電子ビーム露光装置において、該基
板6の焦点設定マーク部13に設けた焦点調整用マーク7
を用いて、初期焦点設定位置Sを求める工程と、次い
で、該基板6上のパターン形成領域14におけるレジスト
層の凹凸のうち、前記初期焦点設定位置Sを基準として
最上部の高さHhと最下部の高さHLとの中間の高さHnを求
める工程と、該中間の高さHnを前記初期焦点設定位置S
に加えた位置を、電子ビーム描画露光時の焦点設定位置
とする工程とを有する焦点設定方法である。
〔作用〕
第1図(c)に示すように、本発明の焦点設定方法
は、まず焦点調整用マーク7を用い、初期焦点設定位置
Sを求める。この場合、初期焦点設定位置Sは、同図で
は焦点調整用マーク7の底面であるが、例えば第5図に
示すように基板6の表面であっても構わない。次いで、
求めた初期焦点設定位置Sを基準としてパターン形成領
域14におけるレジスト層の凹凸のうち、最上部の高さHh
と最下部の高さHLとの中間の高さHnを求め、この中間の
高さHnを初期焦点設定位置Sに加えた位置を電子ビーム
描画露光時の焦点設定位置とする。
すなわち、電子ビーム描画露光時の焦点位置は、デバ
イスパターン領域14の凹凸の丁度中間の位置するのであ
る。
そして、焦点深度lnは前記中間位置を中心として+側
マージンと−側マージンとの間にある。
したがって、デバイスパターン領域14の最上部および
最低部のパターン15を、等しい焦点深度マージンの中に
納めることが可能となり、パターン15の最上部および最
低部が焦点深度ln外に突出することが無くなる。
その結果、露光時の解像度が低下することが無い。
〔実施例〕
第2図は、実施例を説明するブロック図である。
電子ビーム描画露光装置16は、電子ビーム制御系17と
電子レンズ制御系18とから成り、電子ビームの走査と焦
点設定を行っている。また、該露光装置16は、第3図に
説明する焦点設定方法により電子ビームの焦点設定・制
御を行うものである。
本実施例は、前記電子ビーム描画露光装置16に、レー
ザ光による測距装置を付加し、半導体ウェハ6aにおける
デバイスパターン領域の凹凸を測定するものである。
次に、その作動を説明する。
1)レーザ光源19からのレーザ光を反射ミラー20、偏向
ビームスプリッタ21を介して半導体ウェハ6aに照射す
る。
2)半導体ウェハ6aから反射するレーザ光をフォトディ
テクタ22で検知する。
3)フォトディテクタ22の出力信号から、信号検出部23
が測距結果を出力する。
4)ヒストグラム処理部24は、前記3)の測距結果をヒ
ストグラム処理する。
5)レンズ補正値演算部25は、前記4)のヒストグラム
処理結果から最大値と最低値との相加平均値を求め、該
相加平均値に相応する焦点補正信号を電子ビーム描画露
光装置16の電子レンズ制御系18に加える。
6)電子レンズ制御系18は、半導体ウェハ6a上の焦点調
整用マークから求めた焦点位置に、前記5)の焦点補正
信号に相応する位置を加算して焦点設定を行う。
以上のようにして、描画露光時の焦点位置をデバイス
パターン領域の凹凸の中間点に補正し設定することがで
きる。
尚、一般的にパターン領域の凹凸の最上部と最低部と
の高低差は焦点深度マージン以下であるが、電子レンズ
の高NA化にともなって該焦点深度マージンは小さくなる
一方であり、前記凹凸部の最上部と最低部とにおいて等
しい焦点深度マージンが得られる本方法は、デバイスパ
ターンに対応する極めて柔軟で高精度の焦点設定を可能
とする点で優れている。
そのため、前記凹凸の中間点に焦点を合わせることに
よって、該凹凸の最上部あるいは最低部が前記焦点深度
マージンを越えることはなく、常に安定した露光を行う
ことができる。
〔発明の効果〕
以上のように本発明の焦点設定方法によれば、焦点調
整用マーク7を用いて求めた初期焦点設定位置Sを基準
として、パターン形成領域14におけるレジスト層の凹凸
のうち、最上部の高さHhと最下部の高さHLとの中間の高
さHnを求め、この中間の高さHnを初期焦点設定位置Sに
加えた位置を電子ビーム描画露光時の焦点設定位置とし
たので、電子ビームで描画露光しようとするデバイスパ
ターン領域の最上部と最低部との中間点に焦点設定する
ことができる。
したがって、デバイスパターン領域のパターンが、焦
点深度を越えて突出することがなくなり、該パターン上
に極めて解像度の高い露光を行うことができる。
その結果、表面凹凸が大きい基板に対しても、優れた
解像度と微細加工が可能となる電子ビーム描画露光装置
を実現することができる。
【図面の簡単な説明】 第1図は、本発明の基本原理を説明する図で、(a)は
基板の切断部端面図、(b)はデバイスパターン領域の
段差のヒストグラム、(c)は焦点設定位置を示す基板
の切断部端面図、 第2図は、実施例を説明するブロック図、 第3図は、電子ビーム描画露光装置の概要を説明するブ
ロック図、 第4図は、電子ビームの焦点設定原理を説明する図で、
(a)は基板に設けた焦点調整用マークの切断部端面
図、(b)は反射電子によって撮らえた焦点調整用マー
ク波形、(c)は(b)の1次微分波形、(d)は
(c)の2次微分波形、 第5図は、デバイスパターンと焦点深度との関係を説明
する図で、基板の切断部端面図、である。 図において、1は電子銃、2は電子レンズ、3は偏向
器、4は電子ビーム、4aはビーム幅、5はステージ、6
は基板、6aは半導体ウェハ、7は焦点調整用マーク、8
は反射電子検出器、9は電子レンズ制御部、10は焦点検
出部、11は走査制御部、12は制御部、13は焦点設定マー
ク部、14はデバイスパターン領域、15はパターン、16は
電子ビーム描画露光装置、17は電子ビーム制御系、18は
電子レンズ制御系、19はレーザ光源、20は反射ミラー、
21は偏光ビームスプリッタ、22はフォトディテクタ、23
は信号検出部、24はヒストグラム処理部、25はレンズ補
正値演算部、をそれぞれ示している。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/027 G03F 7/20 504 G03F 7/20 521

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板(6)表面に塗布したレジストを電子
    ビームによって露光する電子ビーム露光装置において、 該基板(6)の焦点設定マーク部(13)に設けた焦点調
    整用マーク(7)を用いて、初期焦点設定位置(S)を
    求める工程と、 次いで、該基板(6)上のパターン形成領域(14)にお
    けるレジスト層の凹凸のうち、前記初期焦点設定位置
    (S)を基準として最上部の高さ(Hh)と最下部の高さ
    (HL)との中間の高さ(Hn)を求める工程と、 該中間の高さ(Hn)を前記初期焦点設定位置(S)に加
    えた位置を、電子ビーム描画露光時の焦点設定位置とす
    る工程と、 を有することを特徴とする電子ビーム描画露光装置の焦
    点設定方法。
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JP3384880B2 (ja) * 1994-08-05 2003-03-10 三菱電機株式会社 写真製版における焦点合わせ方法
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