JP2786660B2

JP2786660B2 - 荷電ビーム描画方法

Info

Publication number: JP2786660B2
Application number: JP1083707A
Authority: JP
Inventors: 清司服部; 寛次和田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-03-31
Filing date: 1989-03-31
Publication date: 1998-08-13
Anticipated expiration: 2013-08-13
Also published as: JPH02262326A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、LSI等の微細パターンを試料上に描画する
荷電ビーム描画装置に係わり、特に可変成形ビームの位
置決め方法の改良をはかった荷電ビーム描画方法に関す
る。

（従来の技術）従来、半導体のウェハ等の試料上に所望パターンを描
画するものとして、可変成形ビーム方式の電子ビーム描
画装置が用いられている。このような電子ビーム描画装
置で斜線パターンを描画するには、斜線パターンを微細
な矩形で近似していた。このため、斜線部ではスループ
ットが低下すると共に、エッジラフネスによりパターン
形成精度が劣化していた。

上記の問題を解決するために、可変成形ビーム方式の
電子ビーム描画装置において、矩形以外の例えば３角形
状のビームを発生させる方法が試みられている。これら
のビームを用いることにより、斜線パターンの形成精度
を向上させると共に、スループットを向上させることが
可能となる。このような装置では、形状の異なるビーム
の試料上の照射位置は、通常、その形状によって異なる
ため、その位置を正確に合わせるための補正技術が必要
となる。しかし、ビーム形状の種類が増えるにつれてそ
の補正技術（ビーム位置とビーム寸法を含む）は非常に
複雑となり、パターン精度を得るためには簡便で高精度
な補正技術が必要となる。

特に、矩形とそれ以外の例えば３角形ビームを形成す
る場合、２つのアパ−チャと成形偏向系との回転ずれ等
の影響で、これらのビームを寸法精度良く形成すること
は困難であった。また、矩形以外の３角形ビームを発生
させると、試料面上で矩形ビームに対する３角形ビーム
の位置ずれが生じる。この位置ずれを補正するには専用
の位置補正偏向器等が必要となり、特別にこの偏向器を
校正する必要があると共に、高速の偏向アンプや偏向制
御回路が必要でハードウェアが複雑化していた。

（発明が解決しようとする課題）このように従来、矩形及び矩形以外の成形ビームを用
いることにより、斜線パターンの形成精度及びスループ
ットを向上させることはできるが、高精度のパターン形
成精度を得るためのビーム補正技術がないのが現状であ
った。特に、矩形ビームに対する矩形以外の成形ビーム
の位置ずれを簡易に補正することは困難であった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その
目的とするところは、矩形及び矩形以外の成形ビームを
発生することができ、且つ矩形ビームに対する矩形以外
の成形ビームの位置ずれ量を簡易に補正することがで
き、パターン描画精度の向上等をはかり得る荷電ビーム
描画方法を提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明の骨子、成形偏向系の感度係数を校正すること
により矩形及び矩形以外の成形ビームの形状，寸法を精
度良く設定すると共に、矩形ビームに対する矩形以外の
成形ビームの位置ずれを、試料面上のビームの位置決め
を手段に用いる偏向系で補正することにある。

即ち本発明は、第１及び第２の成形アパーチャ間にビ
ーム成形用の成形偏向系を配置し、矩形及び矩形以外の
荷電ビームの寸法，形状を可変制御して、試料上に所望
パターンを描画する荷電ビーム描画方法において、成形
偏向系で第１アパーチャ像を偏向して矩形以外のビーム
を発生させ、寸法制御するとき、試料面上で１点の不動
点とこれを狭む２辺の不動辺ができるように、第１成形
アパーチャ像を第２成形アパーチャ上で偏向するように
した方法である。

また本発明は、第１及び第２の成形アパーチャ間にビ
ーム成形用の成形偏向系を配置し、矩形及び矩形以外の
荷電ビームの寸法，形状を可変制御して、試料上に所望
パターンを描画する荷電ビーム描画方法において、成形
偏向系で第１アパーチャ像を偏向して矩形以外のビーム
を発生したときに生じる試料面上での矩形ビームに対す
る位置すれ量を、試料面上での位置決め手段に用いる偏
向系で補正し、試料面上でそれぞれの成形ビームの不動
点が一致するようにした方法である。

さらに本発明は、上記２つの方法（感度係数の校正と
位置ずれ量の補正）を同時に行うようにした方法であ
る。

（作用）本発明によれば、矩形ビームに対する矩形以外の成形
ビームの位置ずれを、試料面上のビーム位置決め手段に
用いる偏向器で補正することにより、試料面上で矩形と
矩形以外のビームを滑らかにつなぐことができる。そし
てこの場合、専用の偏向器或いは偏向アンプ等を必要と
しないので、構成の複雑化を招くこともない。また、成
形偏向系の感度係数を校正することにより、矩形及びそ
れ以外の成形ビームの形状，寸法を精度良く設定するこ
とが可能となる。

（実施例）以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明す
る。

第１図は本発明の一実施例方法に使用した電子ビーム
描画装置を示す概略構成図である。図中10は試料室であ
り、この試料室10内には半導体ウェハ等の試料11を載置
した試料台12が収容されている。試料台12は、計算機30
からの指令を受けた試料台駆動回路31によりＸ方向（紙
面左右方向）及びＹ方向（紙面表裏方向）に移動され
る。そして、試料台12の移動位置はレーザ側長系32によ
り測定され、その測定情報が計算機30及び偏向制御回路
33に送出されるものとなっている。

一方、試料室10の上方には、電子銃21、各種レンズ22
a,〜,22e、各種偏向器23,〜,26及びビーム成形用アパー
チャマスク27a,27b等からなる電子光学鏡筒20が設けら
れている。ここで、偏向器23はビームをON-OFFするため
のブランキング偏向板であり、この偏向器23にはブラン
キング制御回路34からのブランキング信号が印加され
る。偏向器24、アパーチャマスク27a,27bの光学的なア
パーチャ重なりを利用してビームの寸法を可変制御する
ビーム寸法可変用偏向板であり、この偏向器24には可変
ビーム寸法制御回路35から偏向信号が印加される。ま
た、偏向器25,26はビームを試料11上で走査するビーム
走査用偏向板であり、これらの偏向器25,26には偏向制
御回路33から偏向信号が印加されるものとなっている。

また、試料室10内には、試料11からの反射電子等を検
出する電子検出器37が設けられている。この電子検出器
37は、試料11に形成された位置合わせマーク上を電子ビ
ームで走査したときの反射電子等を検出し、マーク位置
を測定するのに用いられる。なお、電子検出器37の検出
信号は計算機30に送出されるものとなっている。

次に、上記装置を用いた成形ビームの制御方法につい
て説明する。

まず、第２図に示すように、第１成形アパーチャ像41
aを第２成形アパーチャ42上で一様に走査し、試料面上
に設けられたファラデーカップでビーム電流を測定す
る。これにより、成形偏向系の座標と第２成形アパーチ
ャ42を通過するビーム電流との関係から第１成形アパー
チャ像41aと第２成形アパーチャ42との大まかな位置関
係を得ることができる。また、このビーム電流の代わり
に、第２成形アパーチャ42で反射する電子を検出しても
よい。なお、第１成形アパーチャ像41aは、前記第１図
に示すアパーチャマスク27aのアパーチャ（第１成形ア
パーチャ）41を、レンズ22cによりアパーチャマスク27b
上に投影して得られる像である。さらに、第２成形アパ
ーチャ42は、前記第１図に示すアパーチャマスク27bの
アパーチャである。

次いで、試料面上で矩形ビームの寸法設定値と実際の
ビーム寸法とが一致するように校正する。本実施例の場
合、主・副２段の偏向器25,26をレーザ座標に対して校
正した後、金の微粒子を成形ビームのエッジで走査して
得られる反射電子信号の波形が水平になるように第１及
び第２成形アパーチャ41、42の方向を合わせている。こ
の方法により、各アパーチャ41,42の辺をレーザ座標に
精度良く合わせることができる。さらに、矩形ビームを
発生させX,Y共ビーム寸法に対してビーム電流が直線的
に変化し、なおかつ寸法零のときにビーム電流が零にな
るように成形偏向系の回転誤差並びに平行移動誤差を取
り除き、最終的に試料面上でビーム寸法を測定し、設定
寸法の変化率と実測値の変化率とが一致するように倍率
係数を校正し、成形偏向系の感度係数を校正している。
これから得られた成形偏向系の偏向感度係数を式に示
し、さらにこの偏向感度係数を元にした成形偏向系の感
度補正式を式に示す。

但し、上式でX,Yは成形偏向座標、x,yはビーム寸法、ｉ
はビーム形状を示している。

ここで、第３図（ａ）（ｂ）に示す方向にビーム寸法
を変化させつつビーム電流を測定すると、第４図（ａ）
（ｂ）に示す関係が得られる。この結果から、第１成形
アパーチャ像41aの寸法L₁，L₂及び第２成形アパーチャ4
2の１辺ABの長さＬを試料面上の寸法で求めることがで
きる。例えば、この寸法を２μｍ、辺ABの実寸法を80μ
ｍとすると、成形ビームの縮小率（1/40）を求めること
ができる。従って、第５図に示した位置へ第１成形アパ
ーチャ像41aを移動させるためには、試料面上の寸法に
換算した位置関係を第２式に代入し、成形偏向座標に換
算した値を得て、第１成形アパーチャ像41aを偏向させ
れば、第５図に示した点に位置決めすることができる。
これにより、矩形ビームを基準（基準位置P₀）として３
角形ビーム発生用の基準位置P₁〜P₄を高精度に求めるこ
とができる。

また、この基準位置の精度を向上させる方法として、
次の方法が有効である。上記方法で求めた基準位置P₁〜
P₄を零点として４種類の３角形ビームの寸法を変化させ
ながらビーム電流を測定し、ビーム寸法とビーム電流と
の関係を２次関数に当てはめて零点（ビーム寸法の設定
データが零のとき実際のビーム寸法が零になる点）を調
整する。ここで、第６図に示すように、試料面上で１点
の不動点61とこれを挟む２辺の不動辺62が得られるよう
に第１成形アパーチャ像41aを移動させる。なお、４つ
の３角形ビームの偏向感度係数と補正式とを〜式に
示す。

この零点調整は、式のSi,Ti（ｉ＝1,2,3,4）のパラ
メータを調整したことになる。以上の方法により成形偏
向系の校正が終了し、設定値と実際の寸法とが一致した
３角形ビームを試料面上に発生することができる。

なお、上記校正に際しては、試料面上のビーム寸法を
求めなくてもビーム電流測定だけで行うことができる。
成形偏向器24の機械的な組み立て精度が高ければ、式
のa,b,c,dを次のように設定してもビーム寸法精度は劣
化しない。

前記第３図（ａ）（ｂ）に示すように矩形ビームの寸
法を変えつつビーム電流を測定し、両者の関係を２次関
数に当てはめ得られた２次関数の関数から式のθを求
めることができる。得られたθで成形偏向系を補正する
と、X,Y共ビーム寸法の変化に対しビーム電流が直接に
変化するようになる。また、成形偏向器を機械的にθ回
転させても、同様な効果が得られる。その後、ビーム寸
法零のときビーム電流が零になるように校正しなから、
第４図（ａ）（ｂ）に示す関係を求めると、第２アパ−
チャ上の寸法で換算したＫの値を求めることができる。
つまり、第２アパーチャの辺ABの長さが80μｍとする
と、式のｘに80μｍを入力したとき第１成形アパーチ
ャ像が辺AA′から辺BB′へ移動するようにＫの値を決定
する。別の手法として矩形ビームの寸法を測定し、設定
寸法の変化率と実測寸法の変化率の関係からもＫの値を
決定できる。また、同時に第２成形アパーチャ上におけ
る第１成形アパーチャ像の寸法を求めることができる。
最後に第５図に示すように、矩形ビームの零点P₀を基準
として３角形ビーム発生用の基準位置４点P₁〜P₄を第２
アパ−チャ上における第１成形ビームの寸法と第２成形
アパーチャの寸法から求め、式に代入すると。成形偏
向座標における４つの３角形ビーム発生用の基準位置を
求めることができる。

上記したように、各成形ビームに不動点が得られるよ
うに第１成形アパ−チャ像の位置を制御すると、矩形及
び３角形からなる５種類のビームを試料面上で滑らかに
つなぐためには、副偏向器でそれぞれのビームの位置を
平行移動させるだけでよい。５種類のビームの不動点61
（ビーム寸法を変化させても試料面上で移動しないビー
ムの端の点）を図形データの原点として描画データを構
成すると、５種類のビームは全て１点の不動点61と２辺
の不動点62（ビーム寸法を変化させても試料面上で移動
しないビームの辺）を持つため、それぞれのビームの位
置関係はビーム形状に存在した平行移動成分だけとな
る。

これを校正するために、本実施例では第７図に示した
ように、試料面上に設けられた金の微粒子71をそれぞれ
のビームで走査し、それぞれのビームの不動点61を測定
する。３角形ビーム72の場合、第８図に示すように45度
の方向の走査も必要となる。このとき、反射電子検出器
及びそのアンプの信号遅れによる位置ずれ量を補正しな
ければならない。それぞれのビームの不動点座標から矩
形ビームに対するずれ量（平行移動量）を求め、補正回
路のメモリ等に記憶する。実際の描画時には、ビーム形
状と寸法が決定されると、成形偏向器で第１成形アパー
チャ像を偏向して指定した形状及び寸法のビームを発生
させ、形状に対応した３角形の振り戻し演算（平行移動
補正）を副偏向制御回路で実行し、矩形及び３角形ビー
ムの位置を補正し、第10図に示すように試料面上でれぞ
れのビームの不動点を一致させる。

第９図に、本実施例での第１成形アパーチャ像41aと
第２成形アパーチャ42との位置関係を示す。このように
矩形と４種類の３角形ビームを発生させると、試料面上
では第10図（ａ）に示す如く、３角形ビーム51,52,53,5
4及び矩形ビーム55それぞれのビームはずれた位置に照
射される。これら前記ビームの位置ずれ量は、副偏向器
で補正できる。そのため、本実施例では副偏向器の偏向
補正演算回路に、これらの位置すれ補正（３角形の振り
戻し演算）回路を付け加えそれぞれのビームの位置補正
を行い、前記第10図（ａ）の各ビームの不動点が試料面
上で矩形ビーム55の不動点55aに一致させる。なお、こ
こでは矩形ビームの不動点に他の不動点を一致させるよ
うにしたが、試料面上の任意の一点を設定し、そこに各
不動点を一致させるようにしてもよい。補正式は、次式
に示すように、ビームの形状毎にビーム寸法を変数とし
た１次の多項式で表現している。

但し、X,Yは位置補正量、x,yはビーム寸法、M₀〜M₃，N₀
〜N₃はビーム形状毎の係数を示している。

本実施例では、次のようにビーム寸法及びその照射位
置を補正する。まず先に測定した成形偏向系の座標とビ
ーム電流との関係から、第１成形アパーチャ像41aと第
２成形アパーチャ42とのおおまかな位置関係が得られて
おり、零点調整がなされている。この結果、偏向感度と
零点のデータを用いて矩形ビーム及び３角形ビームの寸
法を指定すれば、指定値通りの寸法のビームを試料面上
に発生させることができる。

ここでさらに、それぞれのビームの形状毎にビーム寸法
を変化させ、試料面上に設けられた金の微粒子を走査し
て得られる反射電子信号の強度分布から、矩形ビームの
不動辺（ビーム寸法を変化させたときに試料面上で移動
しないビームのエッジ）に対する直角３角形ビームのエ
ッジの位置ずれ量を数点測定する。これらのデータを用
いて３角形ビームの寸法との関係を式に代入し、補正
関数M₀〜M₃，N₀〜N₃を決定する。これを各形状のビーム
について行い、それぞれ補正係数を決定する。以上によ
って決定された補正係数を用いることにより実際の描画
時には、ビームの形状と寸法が決定されると、成形偏向
器24で第１成形アパーチャ像41aを偏向して指定した形
状及び寸法のビームが発生でき、また形状に対応した３
角形の振り戻し演算を副偏向制御回路で高精度に実行す
ることができ、矩形及び３角形ビームを用いた高精度の
パターン描画が可能となる。

また、副偏向期によるビーム位置の補正量（３角形の
降り戻し補正量）は次に示す方法で測定することもでき
る。第11図に示すように、それぞれの３角形の動辺63と
不動辺62のエッジ位置を測定する方法である。この方法
の場合、ビーム寸法の設定精度が測定誤差として含まれ
てしまうが、反射電子検出器及びそのアンプの信号遅れ
補正を必要としない。。

また、さらに３角形ビームのつなぎ精度を左右するビ
ームのエッジ位置測定を高精度化するために、矩形ビー
ムと３角形ビームとの位置関係を測定する際、両者とも
同じ面積のビームを試料面上に発生させ、反射電子検出
器アンプのゲインとレベルを固定すると共に、エッジ検
出のためのスレッショルドレベルも同じにして両者のエ
ッジ位置を測定すると有効である。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものでは
なく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施
することができる。例えば、直角３角形ビームのエッジ
位置を測定する方法として、金の微粒子だけでなく突起
や穴を利用してもよく、また段差マークのエッジでも微
分処理等によりビームエッジ位置検出に利用できる。ま
た、装置構成は第１図に何等限定されるものではなく、
仕様に応じて適宜変更可能である。さらに、電子ビーム
描画に限らず、イオンビーム描画に適用することも可能
である。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明によれば、矩形ビームに対
する矩形以外の成形ビームの位置ずれを、試料面上のビ
ーム位置決め手段に用いる偏向器で補正しているので、
矩形及び矩形以外の成形ビームを発生することができ、
且つ矩形ビームに対する矩形以外の成形ビームの位置ず
れ量を簡易に補正することができる。従って、荷電ビー
ム描画装置におけるパターン描画精度の向上をはかるこ
とができると共に、専用の偏向器や偏向アンプ等を必要
とすることなく、その有用性は絶大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例方法に使用した電子ビーム描
画装置を示す概略構成図、第２図乃至第５図は零点調整
を説明するための模式図、第６図乃至第８図はビーム形
状補正を説明するための模式図、第９図乃至第11図は試
料でのビーム位置補正を説明するための模式図である。 10……試料室、11……試料、12……試料台、20……電子
光学鏡筒、21……電子銃、22a〜22e……レンズ、23〜26
……偏向器、27a,27b……ビーム成形用アパーチャ、30
……計算機、31……試料台駆動回路、32……レーザ側長
系、33……偏向制御回路、34……ブランキング制御回
路、35……可変成形ビーム寸法制御回路、41……第１成
形アパーチャ、41a……第１成形アパーチャ、42……第
２成形アパーチャ、61……不動点、62……不動辺、63…
…不動辺、71……金の微粒子、72……３角形ビーム。

フロントページの続き (56)参考文献特開昭59−232415（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−260628（ＪＰ，Ａ) 特開平１−120823（ＪＰ，Ａ) 特開平２−262328（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−237526（ＪＰ，Ａ) 特開平１−175737（ＪＰ，Ａ) 特公平７−107893（ＪＰ，Ｂ２) ＪｐａｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ, Ｖｏｌ．28，Ｎｏ．10 （1989−10）, ＰＰ．2065〜2069 Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ５（１）（1987），ＰＰ．70〜 74 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第１及び第２の成形アパーチャ間にビーム
成形用の成形偏向系を配置し、矩形及び矩形以外の荷電
ビームの寸法，形状を可変制御して、試料上に所望パタ
ーンを描画する荷電ビーム描画方法において、前記成形偏向系で第１アバーチャ像を偏向して矩形以外
のビームを発生させその寸法制御を行うにあたり、試料
面上で１点の不動点とこれを挟む２辺の不動辺ができる
ように、第１成形アバーチャ像を第２成形アバーチャ上
で偏向させることを特徴とす荷電ビーム描画方法。
【請求項２】第１及び第２の成形アパーチャ間にビーム
成形用の成形偏向系を配置し、矩形及び矩形以外の荷電
ビームの寸法，形状を可変制御して、試料上に所望パタ
ーンを描画する荷電ビーム描画方法において、前記成形偏向系で第１アバーチャ像を偏向して矩形以外
のビームを発生したときに生じる該ビームの試料面上で
の矩形ビームに対する位置ずれ量を、試料面上での位置
決め手段に用いる走査用偏向系で補正することを特徴と
する荷電ビーム描画方法。
【請求項３】第１及び第２の成形アパーチャ間にビーム
成形用の成形偏向系を配置し、矩形及び矩形以外の荷電
ビームの寸法，形状を可変制御して、試料上に所望パタ
ーンを描画する荷電ビーム描画方法において、前記成形偏向系で第１アバーチャ像を偏向して矩形以外
のビームを発生したとき、試料面上で１点の不動点とこ
れを挟む２辺の不動辺ができるように制御し且つ、前記成形偏向系で第１アバーチャ像を偏向して矩形以外
のビームを発生したときに生じる試料面上での矩形ビー
ムに対する位置ずれ量を、試料面上での位置決め手段に
用いる走査用偏向系で補正することを特徴とする荷電ビ
ーム描画方法。
【請求項４】矩形ビームの設定寸法データと試料面上で
の実際の寸法が一致するように矩形ビームを校正して求
めた成形偏向系の偏向感度係数を、矩形以外の成形ビー
ムの校正制御に用いることを特徴とする請求項１又は記
載の荷電ビーム描画方法。
【請求項５】成形偏向によって矩形以外のビームを発生
したときに生じる試料面上の矩形ビームに対する位置ず
れ量を、成形ビームの形状毎に、成形ビームの寸法を変
数とする多項式で補正することを特徴とする請求項２又
は３記載の荷電ビーム描画方法。
【請求項６】成形偏向によって矩形以外のビームを発生
したときに生じる試料面上の矩形ビームに対する位置ず
れ量を、成形ビームの形状毎に、試料上に設けられた基
板と異なる反射電子係数を持つ微粒子，エッジ，突起或
いは穴をビーム走査して得られる反射電子又は２次電子
信号を用いて測定することを特徴とする請求項２又は３
記載の荷電ビーム描画方法。
【請求項７】前記偏向系は主・副２段の偏向器からな
り、前記位置ずれ量の補正を副偏向器により行うことを
特徴とする請求項２又は３記載の荷電ビーム描画方法。
【請求項８】前記矩形及び矩形以外の成形ビームの不動
点を試料面上で一致させることを特徴とする請求項２又
は３記載の荷電ビーム描画方法。