JP2705102B2 - 荷電ビーム露光方法 - Google Patents

荷電ビーム露光方法

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JP2705102B2 JP63113170A JP11317088A JP2705102B2 JP 2705102 B2 JP2705102 B2 JP 2705102B2 JP 63113170 A JP63113170 A JP 63113170A JP 11317088 A JP11317088 A JP 11317088A JP 2705102 B2 JP2705102 B2 JP 2705102B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 集束荷電ビームによる露光の焦点合わせを焦点調整用
コイルの電流の加減によって行う荷電ビーム露光装置を
用いて、被露光基板表面に分布する複数の露光領域を露
光する方法に関し、 全ての露光領域に対して焦点が良く合うようにするこ
とを目的とし、 被露光基板表面に露光領域を外した複数の位置を設定
して、その位置で被露光基板表面に焦点が合うときの焦
点調整用コイルの電流値を各位置毎に求め、露光領域の
中心に対する該露光領域を囲む上記位置からの補間によ
り、該位置の上記電流値から該露光領域に焦点が合う電
流値を各露光領域毎に求め、その電流値に焦点調整用コ
イルの電流を合わせて該当する露光領域を露光するよう
に構成し、また、上記設定した位置で焦点が合うときの
電流値は、段差のあるマーク、電流値を切り替えたビー
ム走査、反射または二次電子の強度の微分波形のピーク
値、及びそのピーク値に近似する二次曲線を利用して求
めるように構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、荷電ビーム露光方法に係り、特に集束荷電
ビームによる露光の焦点合わせを焦点調整用コイルの電
流の加減によって行う荷電ビーム露光装置を用いて、被
露光基板表面に分布する複数の露光領域を露光する方法
に関する。
上記荷電ビーム露光は、集束荷電ビームとして電子ビ
ームやイオンビームが用いられ、半導体装置やその製造
に用いられるホトマスクなどの微細なパターンの形成に
適している。そしてパターンの一層の微細化が進むに従
い、焦点合わせに一層の留意が必要となってきた。
〔従来の技術〕
第3図は荷電ビーム露光装置の説明図であり、(a)
は荷電ビーム光学系の一例の側面図、(b1)〜(b3)は
焦点ボケを示す側面図、(c)は装置の焦点合わせに関
する要部の構成図、である。
同図において、(a)の側面図は荷電ビーム光学系の
一例を示し、荷電ビーム源Sから出射した荷電ビーム1
は、アパーチャA、集束レンズL、偏向電極Eなどの作
用により集束し且つ所属に偏向して、被露光基板2の表
面を照射し露光する。
その際、(b1)に示すようにビーム1の集束点が基板
2の表面に合致すれば焦点の合った露光となるが、(b
2)(b3)に示すように基板2の表面が上または下にず
れると焦点ボケが発生する。その場合には、ビーム1を
破線のように補正して焦点を合わせる必要がある。
そのため、(a)に示すように荷電ビーム光学系には
焦点調整用コイル3を設け、また、(c)に示すように
装置には、試料台上で高さの異なる二つの基準面5a、5b
と、基準面5a、5bの高さ及び試料台上の基板2の表面を
測定し得る例えばレーザ干渉計などの工学的測定器6
と、測定器6の信号によりコイル3の電流を設定し得る
電流制御回路を設けてある。
なお、この電流制御回路は、多くの場合、ビーム1の
偏向により生ずる焦点ボケに対して、これを補正するよ
うにコイル3の電流を補正する機能をも有している。
また、(a)における4は、基板2がビーム1の照射
を受けて出射する反射または二次電子を検出する電子検
出器であり、基板2の面方向の位置合わせなどに用いら
れる。
基板2に対する焦点合わせは、測定器6が基準面5a及
び5bの高さを測定した際の信号と、基準面5a及び5bに焦
点を合わせた際のコイル3の電流値から両者の相関を求
めておき、基板2表面の各露光領域毎にその高さを測定
器6で測定し、その信号から各露光領域毎にコイル3の
電流値を設定することによって行う。
かくして露光は、各露光領域毎に焦点合わせがなされ
て、基板2の反りなどにより露光領域が上下にずれても
支障を生ずることがない。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら上記の露光方法では、焦点合わせにする
コイル3の電流値の求めが、基準面5a、5b及び測定器6
を介して行うため間接的になって誤差を含み易く、然
も、測定器6が光学的なものであるため、基板2上の感
光膜(レジスト膜)の存在により基板2の表面とは異な
った高さに合わせて行われるというミスを起こす問題が
ある。このことは、半導体装置などにおいてパターンの
一層の微細化が進んだ際に的確なパターンの形成を困難
にさせる。
そこで本発明は、集束荷電ビームによる露光の焦点合
わせを焦点調整用コイルの電流の加減によって行う荷電
ビーム露光装置を用いて、被露光基板表面に分布する複
数の露光領域を露光する方法において、全ての露光領域
に対して、光学的測定器で基板表面の高さを測定するこ
となしに、ビームによって直接的に焦点が良く合うよう
にすることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、集束荷電ビームによる露光の焦点合わせ
を焦点調整用コイルの電流の加減によって行う荷電ビー
ム露光装置を用いて、被露光基板表面に分布する複数の
露光領域を露光するに際して、被露光基板表面に露光領
域を外した複数の位置を設定して、その位置で被露光基
板表面に焦点が合うときの焦点調整用コイルの電流値を
各位置毎に求め、露光領域の中心に対する該露光領域を
囲む上記位置からの補間により、該位置の上記電流値か
ら該露光領域に焦点が合う電流値を各露光領域毎に求
め、その電流値に焦点調整用コイルの電流を合わせて該
当する露光領域を露光する荷電ビーム露光方法によって
解決される。
〔作用〕
本発明の上記方法によれば、焦点調整用コイルの電流
が、各露光領域毎にその露光領域で焦点が合うような電
流値に設定される。
また、その設定の基になる上記設定した位置で焦点が
合うときの電流値の求めが、露光用ビームの照射によっ
て行うため直接的になり、従来の場合より誤差が少なく
なる。
かくして、全ての露光領域に対して焦点が良く合うよ
うになる。そしてそれは、半導体装置などにおいてパタ
ーンの一層の微細化が進んでも的確なパターンの形成を
可能にさせる。
〔実施例〕
以下本発明による荷電ビーム露光方法の実施例につい
て第1図及び第2図を用いて説明する。第1図は実施例
を説明する平面図、第2図はマークに焦点が合う電流値
の求めの説明図、である。
本発明の露光方法は、第3図で説明した露光装置を使
用するが、被露光基板2の表面に分布する複数の露光領
域に対し、各露光領域毎に焦点調整用コイル3の電流値
をビーム1の走査の利用による直接的な方法で求める点
が従来方法と異なっている。
一般に、上記露光装置における荷電ビーム1の偏向範
囲が半導体装置の1チップ分の広さより小さいことか
ら、露光は、基板2の移動により上記偏向範囲を基板2
上に並べて、露光の範囲が1チップ分に渡るようにし、
更には複数チップの分に及ぶようにする。
そこで、上記露光領域は、試料台上の基板2の表面高
さの変動状況により、1偏向範囲として捕らえたり、或
いは1チップ分として捕えるといった具合に、適宜の広
さの領域に設定すれば良い。
そして、コイル3の各露光領域毎に更新する電流値
は、次のようにして求める。
即ち第1図(a)に示すように、基板2の表面に露光
領域7を外した複数の位置を設定し、そこに、段差のあ
るマーク8を設ける。マーク8を設ける位置は、例えば
上記チップの4隅の外側近傍などで良く、マーク8は、
例えば3〜10μm角で深さ1μm程度の窪みまたは突起
で良い。従って、基板2の面方向の位置合わせのために
設けられた位置合わせマークをマーク8に兼用すること
も可能である。
基板2を露光するように試料台上に配置し、第2図に
より後述するようにしてマーク8の位置に焦点が合うと
きのコイル3の電流値を各マーク8毎に求める。
そして、任意の露光領域7を露光する際のコイル3の
電流値は、第1図(b)に示すように当該露光領域7の
周囲にあるマーク8a〜8d(第1図(a)におけるマーク
8の一部)で求めた上記電流値から、補間法により求め
る。
その部分をより具体的に説明するならば、例えば次の
ようである。第1図(b)において、マーク8a〜8dの配
置が方形であるとして、マーク8dを原点にしたマーク8a
の座標を(X0,0)、マーク8cの座標を(0,Y0)、露光領
域7の中心の座標を(X,Y)とし、また、マーク8a〜8d
の位置に焦点が合うときの上記電流値をIa〜Ibとすれ
ば、当該露光領域7を露光する際のコイル3の電流値I
は、補間法により I=〔Id(X0−x)(Y0−Y) +IaX(Y0−Y)+IbXY +IcY(X0−X)〕/X0Y0 で求められる。マーク8a〜8dに相当するマーク8が3個
以上で露光領域7を囲むならば、補間法を適用して同様
に求めることができる。
そしてこの電流値Iは、当該露光領域7に対して焦点
を良く合わせるものとなる。
ところで、マーク8の位置に焦点が合うときのコイル
3の電流値Imは、第2図に示すようにして求める。同図
における(a)はマーク8の平面図、(b1)〜(b3)は
マーク8を走査するビーム1と反射または二次電子強度
の微分波形との関係図、(c)は電流値Imを求める方法
を示す図、である。
先ず、電流値Imと思われるところを挟み適宜の間隔で
5段階の電流値I1〜I5を設定し、コイル3の電流を電流
値I1〜I5に切り替えながら第2図(a)に示すようにマ
ーク8上をビーム1で走査して、走査の際に発生する反
射または二次電子を電子検出器4(第3図(a)に図
示)で検出しその強度の微分波形を求める。
さすれば、基板2上に感光膜が存在しても反射または
二次電子は基板2の表面から出射するため、第2図の
(b1)に示すようにビーム1の集束点が基板2の表面に
合致すれば微分波形のピーク値pが最大になり、(b2)
(b3)に示すようにその集束点が上または下にずれると
そのずれに応じてピーク値pが小さくなる。一般に電流
値I1〜I5の中の何れかでピーク値pが最大になることは
希である。
そこで、電流値I1〜I5におけるピーク値pをp1〜p5
して、電流値をX軸(横軸)にピーク値pをY軸(縦
軸)に取って、両者の関係を二次曲線 Y=a(X−b)+c で近似させ、その二次曲線の最大点(Yが最大になる
点)即ちピーク値pが最大になる点の電流値を求めれ
ば、その電流値が電流値Imとなる。第2図(c)はその
様子を示す。
このようにして求めた電流値Imは、その位置にビーム
1を照射して求めていることから、測定器6でその位置
の高さを測定することを介して電流値を求める従来の方
法に比べて、求め方が直接的となり誤差が少ない。
かくして、露光領域7を露光する際のコイル3の電流
値は、各露光領域7毎に焦点が精度良く合うように求め
られるので、全ての露光領域7に対して焦点が良く合う
ようになる。
然も本方法では、測定器6が不要であるため露光装置
を低廉化させることが可能である利点もある。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明の構成によれば、集束荷電
ビームによる露光の焦点合わせを焦点調整用コイルの電
流の加減によって行う荷電ビーム露光装置を用いて、被
露光基板表面に分布する複数の露光領域を露光する方法
において、焦点調整用コイルの設定電流値をビームによ
って直接的に求めて、全ての露光領域に対して焦点が良
く合うようにすることが可能になり、半導体装置などに
おいてパターンの一層の微細化が進んでも的確なパター
ンの形成を可能にさせる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例を説明する平面図、 第2図はマークに焦点が合う電流値の求めの説明図で、
同図の(a)はマークの平面図、(b1)〜(b3)はマー
クを走査するビームと反射または二次電子強度の微分波
形との関係図、(c)は電流値Imを求める補間法を示す
図、 第3図は荷電ビーム露光装置の説明図で、同図の(a)
は荷電ビーム光学系の一例の側面図、(b1)〜(b3)は
焦点ボケを示す側面図、(c)は装置の焦点合わせに関
する要部の構成図、 である。 図において、 1は荷電ビーム、2は被露光基板、3は焦点調整用コイ
ル、4は電子検出器、7は露光領域、8、8a〜8dはマー
ク、I1〜I5、Imは3の電流値、p、p1〜p5は微分波形の
ピーク値、である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】集束荷電ビームによる露光の焦点合わせを
    焦点調整用コイルの電流の加減によって行う荷電ビーム
    露光装置を用いて、被露光基板表面に分布する複数の露
    光領域を露光するに際して、 被露光基板表面に露光領域を外した複数の位置を設定し
    て、その位置で被露光基板表面に焦点が合うときの焦点
    調整用コイルの電流値を各位置毎に求め、露光領域の中
    心に対する該露光領域を囲む上記位置からの補間によ
    り、該位置の上記電流値から該露光領域に焦点が合う電
    流値を各露光領域毎に求め、その電流値に焦点調整用コ
    イルの電流を合わせて該当する露光領域を露光すること
    を特徴とする荷電ビーム露光方法。
JP63113170A 1988-05-10 1988-05-10 荷電ビーム露光方法 Expired - Lifetime JP2705102B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6134936A (ja) * 1984-07-26 1986-02-19 Hitachi Ltd 電子線描画装置における試料面高さ補正方法
JPS63178523A (ja) * 1987-01-20 1988-07-22 Toshiba Corp 自動焦点合わせ方法

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