JP2732500B2 - 電子線描画装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体集積回路用のマスク等を製造する電
子線描画装置に係り、特にその描画精度を向上せしめる
装置に関わる。

［従来の技術］ 従来の半導体集積回路のマスク製作等に用いる電子線
描画装置は、特公昭62−44850号公報に記載されている
ように、面積が大きい図形を早く塗り潰せるように矩形
電子ビームを用いて該矩形電子ビームの大きさを例えば
描くべき図形の面積、形状等に応じて２つのマスクの間
に設置された偏向器に対して変えた偏向制御（X,Y）を
与えることによって変えるようにしていた。しかしなが
ら、実際、指定された偏向制御通りに試料上に矩形電子
ビームが投影照射されずに、誤差が伴うことになる。そ
こで、予め、この誤差を測定して偏向制御を補正するよ
うにしていた。

第５図は、実際、試料上に投影照射される矩形電子ビ
ームの各辺の寸法（長さ）を測定する方法を説明するた
めの図である。即ち、第５図に示すように、成形アパー
チヤ81と成形アパーチヤ82との間に設置された偏向板3
1,32に対して２辺の長さがX0、Y0に指定されて整形され
た矩形断面形状を有する電子ビーム１をｘ方向に一定の
速度で掃引し、遮蔽板２に遮られていない部分の面積の
掃引方向の変化を電子ビーム量の変化としてその長さ
Ｘ′を検出して測定し、同様にして遮蔽板２を90度回転
して電子ビームをｙ方向に掃引してその長さＹ′を検出
して測定するようにしていた。

この測定された矩形断面形状を有する電子ビームの各
辺の長さに含まれる誤差成分、即ち偏向板31,32に対し
て矩形電子ビームの各辺の長さを指定する入力値X0およ
びY0と上記測定された電子ビームの各辺の長さＸ′およ
びＹ′との差分ΔＸおよびΔＹは、一次近似で式（１）
のように表される。

ΔＸ＝a1＋b1・X0＋c1・Y0 ΔＹ＝a2＋b2・X0＋c2・Y0 （１） 任意の指定する入力値ＸおよびＹに対して上記式
（１）に基づいてｘ方向の誤差成分ΔＸを算出するため
の３ケの係数a1、b1、c1は、偏向板31、32に対して矩形
電子ビームの各辺の長さを指定する入力値ＸおよびＹ等
を３回変えて整形された各々における矩形断面形状を有
する電子ビームの各辺の長さを測定し、この測定された
３種類の電子ビームのｘ方向の辺の長さと３種類の指定
する入力値ＸおよびＹとの関係から上記式（１）に基づ
く３組の連立方程式より求めることができる。任意の指
定する入力値ＸおよびＹに対して上記式（１）に基づい
てｙ方向の誤差成分ΔＹを算出するための３ケの係数a
2、b2、c2も、同様にして測定された３種類の電子ビー
ムのｙ方向の辺の長さと３種類の指定する入力値Ｘおよ
びＹとの関係から上記式（１）に基づく３組の連立方程
式より求めることができる。また、上記偏向板31、32に
対して矩形電子ビームの各辺の長さを指定する入力値Ｘ
およびＹの変更と上記測定との回数をさらに増やし、最
小自乗法により上記各係数を算出すれば、各係数の正確
度を向上させることができる。

第６図は、上記６ケの係数を用いて補正を行なう従来
の補正装置の一例を示すブロック図である。実際に成形
アパーチヤ81と成形アパーチヤ82との間に設置された偏
向板31や32等に印加する信号は、入力信号X0とY0のそれ
ぞれに該入力信号に対応した上記誤差成分ΔＸとΔＹを
加えて補正したものである。従って、メモリ装置４に
は、偏向板31によって電子ビームをｘ方向に偏向制御す
る成分（X0＋ΔＸ）と偏向板32によって電子ビームをｙ
方向に偏向制御する成分（Y0＋ΔＹ）とが、各種の２辺
の長さで整形された矩形電子ビームを得るための種々の
入力値X0とY0とに対応させてテーブルの形で記憶されて
いる。

そこで、実際に描画する際、描くべき図形の面積、形
状等に応じて所望の指定された入力値X0とY0とが入力さ
れると、メモリ装置４からはこれらをアドレス信号とし
て、例えば［a1＋（b1＋１）・X0］と［c1・Y0］とが読
み出されて加算器51にて加算され、レジスタ52に一時記
憶された後DAコンバータ（デジタル・アナログ変換器）
53と偏向用増幅器54とを介して偏向板31にｘ軸方向の偏
向制御信号として印加され、所望の指定された入力値X0
とY0に対応したｘ方向の誤差成分が補正されることにな
る。ｙ軸方向についても、同様に、所望の指定された入
力値X0とY0とが入力されると、メモリ装置４からはこれ
らをアドレス信号として、例えば［a2＋（c2＋１）・Y
0］と［b2・X0］とが読み出されて加算器55にて加算さ
れ、レジスタ56に一時記憶された後DAコンバータ（デジ
タル・アナログ変換器）57と偏向用増幅器58とを介して
偏向板32にｙ軸方向の偏向制御信号として印加され、所
望の指定された入力値X0とY0に対応したｙ方向の誤差成
分が補正されることになる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来の補正法では、上記のように求めた６ケの係
数a1〜c2を用いて、実際に描画する際、描くべき図形の
面積、形状等に応じて種々の指定された入力値X0、Y0に
対応する補正量ΔＸ、ΔＹ等を求めていたが、ビームス
ポットの大きさがビーム電流値によって変化する点、即
ちクローン効果の影響について配慮されておらず、電子
線描画の精度をさらに向上させることが困難であった。

上記クローン効果は、特に電子ビームの電流密度が高
い場合に顕著になるので、高い電流密度で行なう高速描
画における精度を劣化させていた。

なお、クローン効果とは、電子ビームを構成する電子
相互間に作用する反発力によって電子ビームが広がろう
とする作用である。

本発明の目的は、上記課題を解決すべく、描画すべき
図形の面積、形状等に適切な矩形断面形状を有し、かつ
高い電流密度を有する電子ビームを用いて、クローン効
果に基づく描画精度の劣化を防止して、高速描画ができ
るようにした電子線描画装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記目的を達成するために、電子線源と、
指定されたＸ方向およびＹ方向の各々についての偏向量
に応じた制御信号に基づいて電子ビームを偏向させる偏
向手段を有し、該偏向手段による偏向制御量に応じて前
記電子線源から放射される電子ビームを所定の矩形断面
形状に整形する整形手段と、該整形手段によって整形さ
れた所定の矩形断面形状を有する電子ビームを基板上に
照射して描画する光学系とを備えた電子線描画装置にお
いて、前記整形手段における偏向手段に対して、予め指
定されたＸ方向およびＹ方向の各々についての偏向量に
応じた制御信号として、４種類以上の既知の偏向量に応
じた制御信号を与え、前記整形手段によって整形され、
前記光学系によって照射された４種類以上の電子ビーム
の矩形断面における各辺の寸法を測定する測定手段と、
該測定手段によって測定された４種類以上の電子ビーム
の矩形断面における各辺の寸法と前記制御信号として与
えた４種類以上の既知の偏向量との関係から次に示す式
（２）に基づいてＸ方向およびＹ方向の各々についての
誤差成分（ΔX;ΔＹ）を算出するための係数（a1,b1,c
1,d1;a2,b2,c2,d2）を算出し、該算出された係数（a1,b
1,c1,d1;a2,b2,c2,d2）と前記指定されたＸ方向および
Ｙ方向の各々についての偏向量（Ｘ＝X0;Y＝Y0）とを用
いて次に示す式（２）に基づいてＸ方向およびＹ方向の
各々についての誤差成分（ΔX,ΔＹ）を算出し、該算出
された誤差成分（ΔX,ΔＹ）で前記指定されたＸ方向お
よびＹ方向の各々についての偏向量（X0,Y0）を補正し
て制御信号として前記整形手段における偏向手段に印加
して制御する補正制御手段とを備えたことを特徴とする
電子線描画装置。

ΔＸ＝a1＋b1・Ｘ＋c1・Ｙ＋d1・Ｘ・Ｙ ΔＹ＝a2＋b2・Ｘ＋c2・Ｙ＋d2・Ｘ・Ｙ （２） ただし、d1・Ｘ・Ｙおよびd2・Ｘ・Ｙの各々は、矩形
断面形状を有する電子ビームの面積に比例して増加する
ビーム電流に応じたクローン効果によって生じる誤差補
正項である。

上記式（２）では、係数の数が従来の６ケから８ケに
増加している。このため、指定する入力値ＸおよびＹに
対して上記式（２）に基づいてｘ方向の誤差成分ΔＸを
算出するための４ケの係数a1、b1、c1、d1は、偏向板3
1,32に対して矩形電子ビームの各辺の長さを指定する入
力値ＸおよびＹ等を４回以上変えて整形された各々にお
ける矩形断面形状を有する電子ビームの各辺の長さを第
５図に示す如く測定し、この測定された４種類以上の電
子ビームのｘ方向の辺の長さと４種類以上の指定する入
力値ＸおよびＹとの関係から上記式（２）に基づく４組
以上の連立方程式より求めることができる。任意の指定
する入力値ＸおよびＹに対して上記式（２）に基づいて
ｙ方向の誤差成分ΔＹを算出するための４ケの係数a2、
b2、c2、d2も、同様にして遮蔽板２を90度回転して測定
された４種類以上の電子ビームのｙ方向の辺の長さと４
種類以上の指定する入力値ＸおよびＹとの関係から上記
式（２）に基づく４組以上の連立方程式より求めること
ができる。

また、本発明は、前記電子線描画装置の補正制御手段
として、矩形断面形状を有する電子ビームの面積に応じ
たクローン効果によって生じるＸ方向およびＹ方向の各
々についての誤差成分（d1・X0・Y0;d2・X0・Y0）を記
憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された矩形電子ビ
ームの面積に応じたＸ方向およびＹ方向の各々について
の誤差成分（d1・X0・Y0;d2・X0・Y0）を、他のＸ方向
およびＹ方向の各々についての誤差成分（a1＋b1・X0＋
c1・Y0;a2＋b2・X0＋c2・Y0）に加算する加算手段とを
備えたことを特徴とする。

また、本発明は、前記電子線描画装置の補正制御手段
として、算出された各係数（a1,b1,c1,d1;a2,b2,c2,d
2）を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された各
係数（a1,b1,c1,d1;a2,b2,c2,d2）と指定されたＸ方向
およびＹ方向の各々についての偏向量（Ｘ＝X0;Y＝Y0）
とを乗算する乗算手段とを備えたことを特徴とする。

また、本発明は、前記電子線描画装置の測定手段とし
て、矩形断面形状を有する電子ビームを遮蔽板上を掃引
する掃引手段と、該掃引手段で掃引された矩形断面形状
を有する電子ビームに対して遮蔽板で遮蔽されなかった
電子ビーム量の変化を検出して該電子ビームの掃引方向
の長さを測定する検出手段とを備えたことを特徴とす
る。

［作用］ 以上説明したように前記構成によれば、指定されたＸ
方向およびＹ方向の各々についての偏向量（X0,Y0）に
対して、矩形断面形状を有する電子ビームを面積に応じ
たクローン効果によって生じる誤差補正項（d1・X0・Y
0、d2・X0・Y0）についても補正するように構成したの
で、描画すべき図形の面積、形状等に適切な矩形断面形
状を有し、かつ高い電流密度を有する電子ビームを用い
て、クローン効果に基づく描画精度の劣化を防止して、
高速に描画することができる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。第
１図は、上記の式（２）に示した本発明の補正を行なう
補正装置のブロック図である。実際に成形アパーチヤ81
と成形アパーチヤ82との間に設置された偏向板31や32等
に印加する信号は、入力信号X0とY0のそれぞれに該入力
信号に対応した式（２）に示した誤差成分ΔＸとΔＹを
加えて補正したものである。従って、メモリ装置41に
は、偏向板31によって電子ビームをｘ方向に偏向制御す
る成分（X0＋ΔＸ）と偏向板32によって電子ビームをｙ
方向に偏向制御する成分（Y0＋ΔＹ）とが、各種の２辺
の長さで整形された矩形電子ビームを得るための種々の
入力値X0とY0とに対応させてテーブルの形で記憶されて
いる。

そこで、実際に描画する際、描くべき図形の面積、形
状等に応じて所望の指定された入力値X0とY0とが入力さ
れると、メモリ装置41からはこれらをアドレス信号とし
て、例えば［a1＋（b1＋１）・X0］と［c1・Y0］と［d1
・X0・Y0］とが読み出されて加算器51と61により加算さ
れ、レジスタ52に一時記憶された後DAコンバータ（デジ
タル・アナログ変換器）53と偏向用増幅器54とを介して
偏向板31にｘ軸方向の偏向制御信号として印加され、所
望の指定された入力値X0とY0に対応したｘ方向の誤差成
分が補正されることになる。上記［d1・X0・Y0］が本発
明により新たに生成されたクローン効果によって生じる
誤差補正項である。ｙ軸方向についても、同様に、所望
の指定された入力値X0とY0とが入力されると、メモリ装
置４からはこれらをアドレス信号として、例えば［a2＋
（c2＋１）・Y0］と［b2・X0］と［d2・X0・Y0］とが読
み出されて加算器55と62により加算され、レジスタ56に
一時記憶された後DAコンバータ（デジタル・アナログ変
換器）57と偏向用増幅器58とを介して偏向板32にｙ軸方
向の偏向制御信号として印加され、所望の指定された入
力値X0とY0に対応したｙ方向の誤差成分が補正されるこ
とになる。

第２図は、本発明を実行する電子線描画装置の概要を
説明する図である。電子線源６より放射された電子ビー
ム61を掃引してウエハー（基板）７上に描画する。電子
線源６より放射された電子ビーム61は、第３図に示すよ
うに、成形アパーチヤ81により４角形（矩形）の２辺に
相当する部分を削り落とされ、次いで第４図に示すよう
に成形アパーチヤ82により４角形（矩形）の他の２辺に
相当する部分を削り落とされて４角形（矩形）に整形さ
れる。

従って、成形アパーチヤ81により電子ビーム61の２辺
を整形した後、電子ビーム61を偏向板33（31、32）によ
り成形アパーチヤ82で整形される側にｘ方向およびｙ方
向に偏向制御することによって上記４角形の大きさ（各
辺の寸法）を変えて整形して成形アパーチヤ82から出射
させることができる。このように、指定されたＸ方向お
よびＹ方向の各々についての偏向量に応じた制御信号に
基づいて電子ビームを偏向させる偏向手段33（31、32）
を有し、該偏向手段による偏向制御量に応じて電子線源
６から放射される電子ビームを所定の矩形断面形状に整
形する整形手段としては、整形アパーチヤ81、82と偏向
板33（31、32）と成形レンズ９とによって構成される。
上記偏向制御は、演算装置10からの信号によりデータ制
御装置11および偏向制御装置13を介して偏向板33（31、
32）等に偏向制御信号を印加して行なわれる。データ制
御装置11内には、第１図に示したメモリ装置41、加算器
51、55、61、62およびレジスタ52、56等が含まれ、偏向
制御装置13にはDAコンバータ53、57および偏向用増幅器
54、58等が含まれる。

また、偏向板34、35は、所定の矩形断面形状に整形さ
れた電子ビームをｘ方向に掃引（走査）するものであ
る。該掃引制御は、演算装置10からの信号によりデータ
制御装置11および偏向制御装置13を介して偏向板34、3
5）等に偏向制御信号を印加して行なわれる。また成形
アパーチヤ82の下側に設置された成形レンズ９は、所定
の矩形断面形状に整形された電子ビームを基板７上に投
影照射するための光学系である。

演算装置10は、上記した偏向制御の他に、第３図で説
明した４角形に整形された電子ビームについての各辺の
長さの測定を行ない、得られた測定データと式（２）と
を用いて８ケの補正係数（a1,b1,c1,d1;a2,b2,c2,d2）
を算出し、これにより第１図に示すメモリ装置41に所望
のデータを描き込む制御動作も行なう。

９は、電子ビーム収束用の成形レンズであり、演算装
置10によりレンズ制御装置12を介して制御されるのであ
るが、本発明とは直接的な関係がないので詳しい動作の
説明は省略する。

なお、第１図に示した本発明の実施例では、実際に描
画する際、描くべき図形の面積、形状等に応じて指定さ
れる入力値X0とY0に対応させて予め式（２）の右辺の各
項を計算してメモリ装置41内に記憶するようにしていた
が、誤差測定により求めた定数a1,a2や各項の比例定数b
1,c1,d1,b2,c2,d2等を記憶し、上記X0,Y0等が入力され
る毎に乗算器によりこれらと上記比例係数とを乗じて各
誤差成分を算出して補正するようにすることもできる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、描画すべき図形
の面積、形状等に適切な矩形断面形状を有する電子ビー
ムを用いて、電流密度を高めて描画速度を早める場合に
おいて、顕在化していたクーロン効果による誤差を迅
速、かつ正確に補正できるので、描画速度を著しく早め
ると共に、描画精度の向上をはかることができる効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の動作原理を説明するブロック図、第２
図は本発明を実施する電子線描画装置の構成図、第３図
と第４図は電子ビームの断面形状を４角形に整形する成
形アパーチヤの作用を説明する図、第５図は整形された
４角形の電子ビームにおける各辺の長さを測定する測定
法を説明するための図、第６図は従来装置の動作原理を
説明するブロック図である。 １……電子ビーム断面、２……遮蔽板、31〜35……偏向
板、４と41……メモリ装置、51……加算器、52……レジ
スタ、53……デジタル・アナログ変換器、54……偏向用
増幅器、６……電子線源、７……基板、81……成形アパ
ーチヤ、９……成形レンズ、10……演算装置、11……デ
ータ制御装置、12……レンズ制御装置、13……偏向制御
装置。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−8334（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−93932（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−151065（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−68928（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−120406（ＪＰ，Ｕ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子線源と、指定されたＸ方向およびＹ方
   向の各々についての偏向量に応じた制御信号に基づいて
   電子ビームを偏向させる偏向手段を有し、該偏向手段に
   よる偏向制御量に応じて前記電子線源から放射される電
   子ビームを所定の矩形断面形状に整形する整形手段と、
   該整形手段によって整形された所定の矩形断面形状を有
   する電子ビームを基板上に照射して描画する光学系とを
   備えた電子線描画装置において、 前記整形手段における偏向手段に対して、予め指定され
   たＸ方向およびＹ方向の各々についての偏向量に応じた
   制御信号として、４種類以上の既知の偏向量に応じた制
   御信号を与え、前記整形手段によって整形され、前記光
   学系によって照射された４種類以上の電子ビームの矩形
   断面における各辺の寸法を測定する測定手段と、該測定
   手段によって測定された４種類以上の電子ビームの矩形
   断面における各辺の寸法と前記制御信号として与えた４
   種類以上の既知の偏向量との関係から次に示す式に基づ
   いてＸ方向およびＹ方向の各々についての誤差成分（Δ
   X;ΔＹ）を算出するための係数（a1,b1,c1,d1;a2,b2,c
   2,d2）を算出し、該算出された係数（a1,b1,c1,d1;a2,b
   2,c2,d2）と前記指定されたＸ方向およびＹ方向の各々
   についての偏向量（Ｘ＝X0;Y＝Y0）とを用いて次に示す
   式に基づいてＸ方向およびＹ方向の各々についての誤差
   成分（ΔX,ΔＹ）を算出し、該算出された誤差成分（Δ
   X,ΔＹ）で前記指定されたＸ方向およびＹ方向の各々に
   ついての偏向量（X0,Y0）を補正して制御信号として前
   記整形手段における偏向手段に印加して制御する補正制
   御手段とを備えたことを特徴とする電子線描画装置。 ΔＸ＝a1＋b1・Ｘ＋c1・Ｙ＋d1・Ｘ・Ｙ ΔＹ＝a2＋b2・Ｘ＋c2・Ｙ＋d2・Ｘ・Ｙ ただし、d1・Ｘ・Ｙおよびd2・Ｘ・Ｙの各々は、矩形断
   面形状を有する電子ビームの面積に比例して増加するビ
   ーム電流に応じたクローン効果によって生じる誤差補正
   項である。
2. 【請求項２】請求項１記載の補正制御手段として、矩形
   断面形状を有する電子ビームの面積に応じたクローン効
   果によって生じるＸ方向およびＹ方向の各々についての
   誤差成分（d1・X0・Y0;d2・X0・Y0）を記憶する記憶手
   段と、該記憶手段に記憶された矩形電子ビームの面積に
   応じたＸ方向およびＹ方向の各々についての誤差成分
   （d1・X0・Y0;d2・X0・Y0）を、他のＸ方向およびＹ方
   向の各々についての誤差成分（a1＋b1・X0＋c1・Y0;a2
   ＋b2・X0＋c2・Y0）に加算する加算手段とを備えたこと
   を特徴とする電子線描画装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の補正制御手段として、算出
   された各係数（a1,b1,c1,d1;a2,b2,c2,d2）を記憶する
   記憶手段と、該記憶手段に記憶された各係数（a1,b1,c
   1,d1;a2,b2,c2,d2）と指定されたＸ方向およびＹ方向の
   各々についての偏向量（Ｘ＝X0;Y＝Y0）とを乗算する乗
   算手段とを備えたことを特徴とする電子線描画装置。
4. 【請求項４】請求項１記載の測定手段として、矩形断面
   形状を有する電子ビームを遮蔽板上を掃引する掃引手段
   と、該掃引手段で掃引された矩形断面形状を有する電子
   ビームに対して遮蔽板で遮蔽されなかった電子ビーム量
   の変化を検出して電子ビームの掃引方向の長さを測定す
   る検出手段とを備えたことを特徴とする電子線描画装
   置。