JP2002015972A - 荷電粒子線描画方法及び装置 - Google Patents

荷電粒子線描画方法及び装置

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JP2002015972A JP2000192944A JP2000192944A JP2002015972A JP 2002015972 A JP2002015972 A JP 2002015972A JP 2000192944 A JP2000192944 A JP 2000192944A JP 2000192944 A JP2000192944 A JP 2000192944A JP 2002015972 A JP2002015972 A JP 2002015972A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 一括図形照射法において種々の図形間の接続
精度を向上させる。 【解決手段】第2マスク305上の一括図形選択に伴い
試料317上の描画位置補正を行う際の補正量を、選択
した図形位置と描画位置を規定する偏向器311,10
2の偏向量に依存して変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、荷電粒子線描画方
法及び装置に関し、特に一括図形を用いて高速に描画を
行う荷電粒子線描画方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の一括図形照射法による電子線描画
装置では、ヤマダ等がJapanese Journal of Applied Ph
ysics, vol.33(1994)第1部12巻B, pp.6959-6965で述べ
ているように、図形選択偏向器でマスク上の図形を選択
し、マスクを通過した電子ビームを光軸上に振り戻して
いる。そのために2段の振り戻し偏向器を用いている。
従って、電子ビームを制御する偏向器の数が増加し、電
子ビームの偏向量に対する雑音源が増加するため安定し
て高精度を得にくくなる。また、電子ビームの偏向系が
複雑な構成となるため、調整が難しくなっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前記問題を回避するた
めに、試料上の電子ビームの照射位置を規定するために
電子ビームを偏向する対物レンズ内の対物偏向器で振り
戻し偏向器を兼用する方法が考えられる。すなわち、図
2に示すように、マスク(第2マスク)を通過した電子
ビームを光軸上に振り戻さない場合、一括図形ビーム2
1は試料面上で、可変成形ビーム22と位置ずれを生じ
る。そのずれ量は、第2マスク上での可変成形開口23
の位置と選択した一括図形24の位置との差及び縮小レ
ンズの縮小率で決まる。例えば、縮小率を1/25と
し、第2マスク上での図形位置の差を125μmとする
と、試料面上では5μmの位置ずれが生じる。従って、
試料面上での位置ずれ量を対物偏向器の偏向量に加算し
て偏向することにより可変成形ビームとの位置ずれをな
くすことができる。
【0004】しかしながら、上記振り戻し偏向器を用い
ない方法によると以下のような問題が生じる。電子ビー
ムを偏向する場合、対物偏向器及び対物レンズの特性に
より偏向量に誤差を持っているため、理想的な試料面上
での照射位置に対して誤差を持った位置に電子ビームが
照射される。この照射位置誤差を偏向歪と呼んでいる。
そのため、所望の位置に電子ビームを照射するためには
予め偏向歪を求め、偏向歪を打ち消すための補正を行う
必要がある。この補正を偏向歪補正という。
【0005】上記振り戻し偏向器を用いない方法による
と、電子ビームの対物レンズへの入射位置が選択したマ
スク上の開口によって異なる。対物レンズへの入射位置
が異なると対物偏向歪の量が変わる。例えばマスク上の
中心すなわち電子ビームの光軸上に配置された開口を用
い偏向歪補正を行ったとする。この場合には電子ビーム
は対物レンズ中心を通過することになる。
【0006】次に、マスク上の中心以外に配置された開
口を選択し、同じ偏向歪補正を行ったとすると、試料面
上では電子ビームの照射位置ずれが生じる。これが新た
に発見された問題であり、本発明の課題である。すなわ
ち、光軸中心から入射した電子ビームを偏向した際に生
じる従来の偏向歪とは異なる光軸中心外から入射した際
の偏向による歪みが更に加味されることを見出したもの
である。この照射位置ずれの原因は、電子ビームの対物
レンズへの入射位置が変わることによって、対物偏向歪
量が異なるためである。従って、この課題を解決するた
めには対物偏向の偏向歪補正量を対物偏向器の偏向量と
電子ビームの対物レンズへの入射位置すなわちマスク上
での開口位置を考慮して決定することが必要となる。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題は、図形選択に
伴い試料上の描画位置の補正を行う際の補正量を、選択
した図形位置と描画位置を規定する偏向器の偏向量に依
存して変化させることにより解決される。そのために
は、例えば装置に選択した図形位置と描画位置を規定す
る偏向器の偏向量に依存して、偏向器の偏向量を変化さ
せる演算回路を設けると良い。補正量の決め方は種々あ
るが、補正量の図形位置及び偏向量依存テーブルを有
し、それを参照することが一つの方法である。また、補
正量は対物レンズの特性により決まり、選択した図形位
置の1次の多項式や偏向器の偏向量の2次の多項式でそ
の依存性を近似することが有効である。また、複数の描
画位置を規定する偏向器を有する場合には、各々の偏向
量の和に依存して偏向量を変化させることにより依存性
を簡略化する方法も有効である。また、この図形位置依
存性は試料の高さにより変化するため、試料の高さを計
測し補正量を変化させることにより高精度化を図ること
が出来る。更にこの補正量は、補正を行う偏向器の絶対
校正における上位の偏向の依存性を無視することにより
小さくすることが出来、補正をより簡単にできる。
【0008】すなわち、本発明による荷電粒子線描画装
置は、荷電粒子源と、荷電粒子源からの荷電粒子ビーム
が開口部に照射される第1のマスクと、第1のマスクを
通過した荷電粒子ビームを偏向する第1の偏向器と、第
1の偏向器により偏向された荷電粒子ビームが開口部に
照射される第2のマスクと、第2のマスクを通過した荷
電粒子ビームを試料台上に載置された基板の所定の位置
に偏向する第2の偏向器と、第1の偏向器での偏向量と
第2の偏向器での偏向量とにより発生する偏向誤差を求
めて第2の偏向器の偏向量を補正する補正手段と、を含
むことを特徴とする。
【0009】補正手段は、第1の偏向器の偏向位置と、
第2の偏向器の偏向位置とに依存する補正値を記憶した
補正テーブルを具備することができる。本発明による荷
電粒子線描画方法は、荷電粒子源からの荷電粒子ビーム
を開口部を有する第1のマスクに照射する工程と、第1
のマスクを通過した荷電粒子ビームを複数の開口部を有
する第2のマスクに偏向して照射する第1の偏向工程
と、第2のマスクを通過した荷電粒子ビームを試料台上
に載置された基板の所定の位置に偏向する第2の偏向工
程と、第1の偏向工程での偏向量と第2の偏向工程の偏
向量とにより発生する偏向誤差を求めて第2の偏向工程
に補正量として加味する補正工程と、を含むことを特徴
とする。
【0010】本発明による電子線描画方法は、複数の一
括図形の開口部が配置されたマスク上に電子線を偏向し
て一の一括図形の開口部を選択し、光軸上にない一括図
形の開口部を選択した場合、当該一括図形の開口部を通
過した電子線を試料上の描画位置に偏向して照射するた
めの偏向量を、光軸上の図形を選択した場合の偏向量に
対して、選択した一括図形の開口部のマスク上での位置
と前記偏向量に応じて補正することを特徴とする。
【0011】補正は、選択した一括図形の開口部のマス
ク上での位置に対する1次の多項式の依存性と、光軸上
の図形を選択した場合に当該図形を通過した電子線を試
料上の描画位置にて照射するための偏向量に対する2次
の多項式の依存性を有するものとすることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。 [実施の形態1]図1は、本発明による電子線描画装置
の構成例を示す概略図である。図の左側に制御部を示
し、右側に電子光学系及び機構部を示した。まず、右側
の電子光学系及び機構部について説明する。電子銃30
1より放出された電子は第1マスク302を照射する。
第1マスクの像は2つの転写レンズ303により第2マ
スク305上に投影される。
【0013】図3は、第2マスク305の平面模式図で
ある。第2マスク305は、中心に可変成形ビーム用の
開口31があり、その周辺に一括図形開口32〜36が
配置されている。一括図形開口32〜36にはそれぞれ
に個別の図形番号が付与されている。各図形開口の位置
はその左下の座標で定義されている。図形選択偏向量
は、可変成形開口の位置を原点として各図形開口の位置
までの距離として定義する。一括図形の選択は選択した
い図形番号の指定により行われる。図形番号が指定され
ると、図形選択偏向器の偏向量が、指定された図形番号
の図形選択偏向量に設定される。
【0014】図1に戻って、2つの転写レンズ303の
間には2つの図形選択偏向器100,101が配置され
ており、第2マスク305上の一括図形を選択する。2
段の偏向器が必要な理由は、2段転写レンズの中間位置
に形成されるクロスオーバ像を図形選択偏向の偏向中心
に正確に調整する必要があるためである。第2マスク3
05を通過した電子ビームは2つの縮小レンズ308に
より縮小され、最後に2つの対物レンズ313,314
により試料317上に結像される。
【0015】第2マスク305上で図形を選択すると、
選択された図形位置のマスク中心からの距離に縮小率を
かけた距離だけ試料上で像の位置がずれることになる。
従来は、対物レンズの上に2段の振り戻し偏向器を設置
してマスクを通過した電子ビームを光軸上に振り戻すこ
とでこの位置ずれの問題を回避していた。本実施の形態
では、対物レンズ313内に配置してある試料上での電
子ビームの位置を規定する電磁主偏向器311と静電副
偏向器102のうちの静電副偏向器102で、振り戻し
偏向器を兼用するようにした。これにより偏向器の数を
削減することが出来る。
【0016】図形選択偏向器100,101や静電副偏
向器102の制御は、図1の左側に図示した制御系によ
って行われる。まず、描画データと種々の補正用パラメ
ータ(偏向校正係数、ステージ制御パラメータ、近接効
果補正係数等)が制御用のコンピュータからデジタル制
御部に転送される。デジタル制御部では高速性を要求さ
れる描画データの図形分解、偏向校正計算等を行い、ア
ナログ信号に変換した後に電子ビーム鏡体へ送る。図1
にはアナログ制御部から3つの信号のみが鏡体へ送られ
るように図示されているが、これは図を簡単化したもの
で、実際には多数のレンズ、偏向器系に信号が送られて
いる。デジタル制御部には、本発明による補正演算部が
組み込まれている。補正演算は対物偏向系の偏向量に依
存した高速の演算が必要とされるので、DSPや積和演
算専用LSIを用いハードウエア化を図っている。
【0017】図4に、補正演算部の一例のブロック図を
示す。まず、一括図形の種類を表す一括図形番号204
と偏向量に依存した補正量のテーブル201を作る。一
括図形番号は第2マスク305上での一括図形の位置を
示し、図形選択偏向器100,101の偏向量を示すも
のである。全ての偏向量における補正量をテーブル化す
ることは困難なので代表点のみのテーブルを作成する。
テーブルの値はデジタル制御部の補正量テーブルメモリ
206に格納される。一方、パターンジェネレータ20
2は図形分解演算、偏向歪補正、近接効果補正などの各
種演算を行い副偏向器偏向量203及び主偏向器偏向量
210を求める。
【0018】パターンジェネレータで演算された主偏向
器偏向量210はアナログ制御部208及び補正量テー
ブルメモリ206へ、副偏向器偏向量203は偏向量演
算部209へ出力される。また、パターンジェネレータ
は、補正量テーブルメモリへ一括図形番号204も出力
する。補正量テーブルメモリ206は、主偏向器偏向量
210と一括図形番号204から補正量205を算出
し、偏向量演算部209へ出力する。偏向量演算部20
9は加算器により構成されており、副偏向器偏向量20
3と補正量205とを加算することにより副偏向量デー
タ207を演算しアナログ制御部208へ転送する。偏
向量は代表点のみであるために場合によっては実際の偏
向量での値を補間して求めても良い。
【0019】図5に、本実施の形態における対物偏向系
の偏向量及び図形選択偏向量と試料上での描画位置ずれ
量との関係を示す。図5の横軸は対物偏向系の偏向量を
表し、縦軸は誤差量(描画位置ずれ量)を表す。○は対
物レンズへの入射位置のずれ量(第2マスク305上で
の偏向量に縮小率を掛けた量)が5μmの場合、□は1
0μmの場合、△は15μmの場合、▽は20μmの場
合を示している。図5から分かるように、ずれ量は対物
偏向量の2次関数で表すことができる。また、対物偏向
量が同じ場合には、図形選択偏向量とずれ量はほぼ比例
関係にある。
【0020】図6は、補正テーブルの構造例を示す模式
図である。一括図形番号毎に、対物偏向系の主偏向器の
偏向量X及びYと補正量との関係を表すテーブルを設け
ている。補正テーブルは、本発明で問題としている一括
図形毎に偏向形状が異なるために生じる一括図形ビーム
の位置ずれを補正するためのテーブルである。補正テー
ブルの入力は主偏向器の偏向量と一括図形の図形番号で
あり、出力は入力された一括図形番号と対物偏向量に対
応するビーム照射位置補正量である。補正量は予め測定
により求めておく。しかし、全ての一括図形に対して測
定を行うことは膨大な時間を要するため、幾つかの一括
図形に対して補正量を測定し、その結果から全ての一括
図形に対する補正量を演算により求める方法が有効であ
る。
【0021】補正式の例を〔数1〕に示す。ここでX,
YはX方向及びY方向の補正量、Xc,Ycはそれぞれ
X方向及びY方向の図形選択偏向量、Xm,YmはX方
向及びY方向の対物偏向量、A〜A12、及びB
12はX方向補正係数及びY方向補正係数である。
【0022】
【数1】
【0023】補正量の算出に当たっては、幾つかの一括
図形を用いて補正量を求め、求めた補正量から上記〔数
1〕の補正係数A〜A12,B〜B12を求める。
その後、Xc,Yc,Xm,Ymをそれぞれ数式に当て
はめ、全ての補正量を算出する。本発明を用い最大対物
偏向量2.5mmでシリコンウエハ上の電子線レジスト
に一括図形を描画して半導体装置を製作したところ、異
なる図形間の接続精度は従来の0.04μmから0.0
3μmへと向上した。その結果、従来生じていたパター
ンの接続不良による配線不良の発生を防止でき、製品の
良品歩留まりが大幅に向上した。本実施の形態では荷電
粒子線として電子線を用いた例で説明したが、荷電粒子
線としてイオンビームを用いても極性が逆転するだけで
何ら動作としては変わるものではない。
【0024】[実施の形態2]電子線鏡体は実施の形態
1と同様であるが、制御部が異なっている電子線描画装
置の例について説明する。図7は、本実施の形態におけ
る制御部の補正演算部のブロック図である。補正演算部
に図7に示すような2面補正量テーブル401を用意
し、異なった高さでの補正値を格納しておく。描画の際
には実際に試料(ウエハ)317の高さを計測し、測定
したウエハの高さに応じた補正量テーブル402を演算
し、補正量テーブルメモリ404に書き込む。ウエハの
高さは電子線鏡体に固定した光源321からウエハ表面
に光ビームを斜め入射させ、ウエハ表面で反射した光ビ
ームが電子線鏡体に固定した光検出器322へ入射する
位置をもとに測定した。ウエハの高さはウエハ内で大き
く異ならなければ一定でも構わないが、大きく異なるよ
うであれば、適宜補正量を計算し直す必要がある。
【0025】また、本実施の形態では主偏向器偏向量2
10と副偏向器偏向量203を加算器403により加算
し、その結果を補正テーブルメモリ404の入力とし
た。すなわち、主偏向器311の偏向量と副偏向器10
2の偏向量の和によって補正量を求める方式とした。本
発明で問題としている歪みは、主に一括図形ビームが2
番目の対物レンズ314の軸外を通過することにより生
じているために、その影響は2つの偏向量の和で近似で
きる。その他は実施の形態1と同様であり、副偏向量デ
ータ207を演算しアナログ制御部208へ転送する。
この結果、主偏向の偏向量のみで補正した場合に比較し
て高精度が期待できる。
【0026】実施の形態1と同様に電子線レジスト上に
パターン形成を行い異なる図形間の接続を測定したとこ
ろ、0.025μmの接続精度を得ることが出来た。更
に誤差を少なくするには主偏向、副偏向それぞれのX偏
向量及びY偏向量の4変数からなる複雑なテーブルを作
れば良い。テーブルが大きくなるが歪みの大きなレンズ
を用いている場合には必要となる。本実施の形態では荷
電粒子線として電子線を用いた例で説明したが、荷電粒
子線としてイオンビームを用いても極性が逆転するだけ
で何ら動作としては変わるものではない。
【0027】[実施の形態3]制御部において補正量テ
ーブルを用いずに、図8に示す補正演算部501での演
算により副偏向量データを求める方式の電子線描画装置
の例について説明する。補正演算部501は、複数の行
列演算を行う必要があるため、DSPを用いて構成し
た。補正演算部における演算の入力変数は、主偏向器偏
向量210、副偏向器偏向量203、一括図形番号20
4及び描画試料の高さを示すZデータ503とし、補正
演算に必要な計算パラメータ502は測定により求め設
定した。補正演算部501で演算した副偏向量データ2
07は、他の実施の形態と同様にアナログ制御部208
へ転送する。
【0028】本実施の形態は、テーブルを用いた方式よ
り時間を要するが、より正確な補正が可能となる。補正
量は偏向量とマスク上の図形位置座標の多項式からな
り、偏向量の2次式及び図形位置座標の1次式の依存性
をもっている。試料の高さを考慮した補正は、予め複数
の基準となる高さにおいて前記〔数1〕の補正係数A
〜A12及びB〜B12をそれぞれ求める。ここで求
めた複数の高さでの補正係数から、任意の高さにおける
補正係数a〜a12及びb〜b12を算出する。こ
うして算出した補正係数を用いて補正量を求めることに
より、高さの依存性を考慮した補正を行うことができ
る。
【0029】また、本実施の形態では、振り戻しに用い
る偏向器の偏向量は偏向器単体の偏向のみを行ない、上
位の偏向器の偏向量依存性は無視した。これは入射位置
による歪み変化と振り戻しに用いる偏向器の偏向歪みの
主偏向量依存性に相関があるためである。この結果、図
形による歪み変化は小さくなり、少ない補正量ですむ。
本実施の形態でも電子線レジスト上にパターン形成を行
い異なる図形間の接続を測定したところ、0.020μ
mの接続精度を得ることが出来た。また、実施の形態2
と同様にウエハの高さを測定して高さに応じた計算パラ
メータを設定することにより、補正演算部の入力変数か
らZデータを省略し補正量を演算する方法をとってもよ
い。
【0030】本実施の形態では荷電粒子線として電子線
を用いた例で説明したが、荷電粒子線としてイオンビー
ムを用いても、負の電荷を持つイオンビームを用いた場
合には何ら変わるものではない。また、正の電荷を持つ
イオンビームを用いた場合には補正の極性が反転するが
補正方法は電子ビームを用いた場合と同じでよい。な
お、これらの実施の形態での種々の方式の組み合わせ
は、これら実施の形態に限らず有効である。例えば、本
実施の形態でも補正計算に用いる偏向量は主副独立で
も、主副偏向量の和を用いてもよい。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば、一括図形照射法が可能
な電子線描画装置において図形間の接続精度を向上させ
ることができ、半導体素子等の歩留まり向上に寄与す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による電子線描画装置の一例の概略図。
【図2】一括図形ビームと可変成形ビームとの位置ずれ
を説明する図。
【図3】第2マスクの平面模式図。
【図4】補正演算部の一例のブロック図。
【図5】対物偏向系の偏向量及び図形選択偏向量と試料
上での描画位置ずれ量との関係を示す図。
【図6】補正テーブルの構造例を示す模式図。
【図7】補正演算部の他の例のブロック図。
【図8】補正演算部の他の例のブロック図。
【符号の説明】
21…一括図形ビーム、22…可変成形ビーム、23…
可変成形開口、24…一括図形、31…可変成形ビーム
用の開口、32〜36…一括図形開口、100:第1図
形選択偏向器、101:第2選択偏向器、102:静電
副偏向器、201:補正量テーブル、202:パターン
ジェネレータ、203:副偏向器偏向量、204:一括
図形番号、205:補正量、206:補正量テーブルメ
モリ、207:副偏向量データ、208:アナログ制御
部、209:偏向量演算部、210:主偏向器偏向量、
301:電子銃、302:第1マスク、303:転写レ
ンズ、305:第2マスク、307:マスクステージ、
308:縮小レンズ、309:制限絞り、311:電磁
主偏向器、313:第1対物レンズ、314:第2対物
レンズ、315:反射電子検出器、316:ステージ、
317:試料、321…光源、322…光検出器、40
1:2面補正量テーブル、402:補正量テーブル、4
03:加算器、404:補正量テーブルメモリ、50
1:偏向量演算部、502:計算パラメータ、503:
Zデータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 博之 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式会 社日立製作所計測器グループ内 (72)発明者 川野 源 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式会 社日立製作所計測器グループ内 Fターム(参考) 2H097 AA03 CA16 LA10 5C033 GG05 5C034 BB04 5F056 AA04 BA08 CB14 CB16 CC02

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 荷電粒子源と、前記荷電粒子源からの荷
    電粒子ビームが開口部に照射される第1のマスクと、前
    記第1のマスクを通過した荷電粒子ビームを偏向する第
    1の偏向器と、前記第1の偏向器により偏向された荷電
    粒子ビームが開口部に照射される第2のマスクと、前記
    第2のマスクを通過した荷電粒子ビームを試料台上に載
    置された基板の所定の位置に偏向する第2の偏向器と、
    前記第1の偏向器での偏向量と前記第2の偏向器での偏
    向量とにより発生する偏向誤差を求めて前記第2の偏向
    器の偏向量を補正する補正手段と、を有することを特徴
    とする荷電粒子線描画装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の荷電粒子線描画装置にお
    いて、前記補正手段は、前記第1の偏向器の偏向位置
    と、前記第2の偏向器の偏向位置とに依存する補正値を
    記憶した補正テーブルを具備することを特徴とする荷電
    粒子線描画装置。
  3. 【請求項3】 荷電粒子源からの荷電粒子ビームを開口
    部を有する第1のマスクに照射する工程と、前記第1の
    マスクを通過した荷電粒子ビームを複数の開口部を有す
    る第2のマスクに偏向して照射する第1の偏向工程と、
    前記第2のマスクを通過した荷電粒子ビームを試料台上
    に載置された基板の所定の位置に偏向する第2の偏向工
    程と、前記第1の偏向工程での偏向量と前記第2の偏向
    工程の偏向量とにより発生する偏向誤差を求めて前記第
    2の偏向工程に補正量として加味する補正工程と、を含
    むことを特徴とする荷電粒子線描画方法。
  4. 【請求項4】 複数の一括図形の開口部が配置されたマ
    スク上に電子線を偏向して一の一括図形の開口部を選択
    し、光軸上にない一括図形の開口部を選択した場合、当
    該一括図形の開口部を通過した電子線を試料上の描画位
    置に偏向して照射するための偏向量を、光軸上の図形を
    選択した場合の偏向量に対して、選択した一括図形の開
    口部のマスク上での位置と前記偏向量に応じて補正する
    ことを特徴とする電子線描画方法。
  5. 【請求項5】 請求項4記載の電子線描画方法におい
    て、前記補正は、選択した一括図形の開口部のマスク上
    での位置に対する1次の多項式の依存性と、光軸上の図
    形を選択した場合に当該図形を通過した電子線を試料上
    の描画位置にて照射するための偏向量に対する2次の多
    項式の依存性を有することを特徴とする電子線描画方
    法。
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