JP2892068B2

JP2892068B2 - 荷電ビーム描画方法

Info

Publication number: JP2892068B2
Application number: JP1332602A
Authority: JP
Inventors: 一朗森; 尚孝池田; 修池永
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-12-25
Filing date: 1989-12-25
Publication date: 1999-05-17
Anticipated expiration: 2014-05-17
Also published as: JPH03195013A

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、荷電ビーム描画方法に係わり、特に描画パ
ターンの位置ずれを評価するための評価用パターンを描
画する荷電ビーム描画方法に関する。

（従来の技術）近年、半導体技術の進歩と共にLSIパターンの微細化
の必要性が高まり、益々高精度のパターンが要求される
ようになっている。電子ビームリソグラフィは、このよ
うな微細デバイスを形成するための最も有力な方法とし
て注目されており、中でもスループットの向上を目的と
して可変成形ビーム（VSB）を用いた方式が採用される
ようになっている。

可変成形ビームは、これまで矩形のものが主流であっ
たが、最近は斜線を含むパターンを高速且つ高精度に描
画するために、三角形ビームも使用され始めている。こ
のような可変成形ビームを用いた描画装置においては、
一般に主偏向手段と副偏向手段とを組み合わせた２段偏
向方式が用いられている。即ち、LSIのチップパターン
を主偏向幅で決まる領域であるフレームに分割し、さら
にこのフレーム領域を複数の副偏向領域に分割して、主
偏向手段により副偏向領域の位置を制御し、副偏向手段
により所望のパターンを成形ビームで順次描画するとい
う処理を繰り返し、所望領域全体のパターンを描画する
方式である。

このように２段偏向方式における試料載置のテーブル
移動については、次の２つの方式が採用されている。一
つは、テーブル連続移動方式と呼ばれるもので、テーブ
ルを所定の一方向（Ｙ方向）に連続的に移動しつつ、パ
ターンを描画する方式である。テーブル連続移動１回で
チップ上の主偏向幅の領域（フレーム領域と呼ぶ）を描
画し、続いてテーブルをフレーム幅分だけ、テーブル連
続移動方向に対して直角の方向（Ｘ方向）にステップ移
動させた後、逆方向に連続移動させながら隣接するフレ
ーム領域を描画する。この方式の場合は、テーブル移動
に合わせてビーム位置を補正するテーブル補正を行って
いる。他のテーブル移動方式は、X,Yいずれの方向につ
いても、主偏向領域毎にステップ移動する方式である。
この方式では、パターンを描画する際にはテーブルは停
止している。一つの主偏向領域を描画した後、テーブル
を主偏向領域の幅分だけステップ移動させ、隣接の主偏
向領域を描画し、順次これを繰り返す。この方式はステ
ップアンドリピート方式と呼ばれている。

ところで、上記のような描画方式においては、いずれ
の場合も描画パターンの位置ずれ誤差として、主偏向領域（フレーム領域）間のずれ副偏向領域間のずれの２つがあり、これらのずれを低減することが、高精度
にパターン形成を行う上での重要な課題となっている。

従来、電子ビーム描画方法におけるこれらの偏向領域
間のずれを測定する方法としては、次のような幾つかの
方法が用いられている。一つは、バーニヤパターンを用
いる方法である。隣接する偏向領域との境界線に接して
一方の偏向領域に主尺を、他方の偏向領域に副尺を描画
し、この２つの領域の境界でバーニヤパターンを形成
し、これを用いて偏向領域間のずれを読み取る方法であ
る。この方法は、極めて簡便であるが、バーニヤを顕微
鏡で目視することによって読み取るため、多数のデータを取得するのに膨大な時間が掛かる。

読み取りに個人差がある等の欠点があった。

偏向領域間のパターンの位置ずれを測定する他の方法
としては、座標測定機能を持った装置を用いる方法があ
る。偏向領域内に最低１個の座標測定用のマークを描画
し、このマークの位置座標を座標測定機によって測定
し、設計上のマーク位置座標と測定値とを比較して領域
間のずれを求める方法である。座標測定機としては、光
波式座標測定機や、電子ビーム描画装置に付加機能とし
て装着されている座標測定機能が用いられる。この方法
は、自動測定が可能であり、多数のデータを取得するに
は有利である。しかし、座標測定機は極めて高価な装置
であり、マーク座標を１つずつ測定するため、バーニア
パターンを用いる場合と比べて高速化がはかれるもの
の、全てのデータを得るのに膨大な時間が掛かる。この
ため、もっと簡便な装置で、高速且つ高精度の測定が行
える方法の実現が望まれていた。

（発明が解決しようとする課題）このように従来の描画方法では、主偏向領域や副偏向
領域等の偏向領域（分割領域）間のパターンずれを簡便
に、高速且つ高精度に測定するには限界があった。ま
た、上記の問題は電子ビーム描画に限らず、イオンビー
ム描画においても同様に言えることである。

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、高価で測定に時間が掛かる座標測
定機等を要することなく、分割領域間のパターン位置ず
れを高速且つ高精度に測定することができ、描画パター
ンのずれの評価精度の向上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）本発明の骨子は、分割領域の境界近傍に、測定用ビー
ムの走査により位置検出可能なパターンを設け、該パタ
ーンを検出することにより分割領域間のパターン位置ず
れを測定することにある。

即ち本発明は、試料上の描画すべき領域を複数の領域
に分割し、該分割領域毎に荷電ビームを位置決め制御し
て所望パターンを描画する荷電ビーム描画方法におい
て、隣接する分割領域の境界の一部を凹凸形状にし、該
凹凸部の近傍に、分割領域間の位置ずれを測定するため
の位置ずれ測定用パターン（例えば、凸部及び該凸部を
挟む凹部の両側に１回のビーム走査で検出可能なライン
パターン）をそれぞれ描画処理するようにした方法であ
る。

（作用）本発明によれば、凹凸部近傍に配置された位置ずれ測
定用パターンをビーム走査することにより、該パターン
の位置座標ではなく、互いの相対関係を測定することが
可能となる。位置ずれ測定用パターンの相対位置関係が
判れば、この関係から隣接する分割領域間の位置ずれを
測定することができる。従って、高価な座標測定機等を
必要とすることなく、位置ずれ測定用パターンをビーム
走査することにより、隣接する分割領域間の位置ずれを
測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９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60は試料室であ
り、この試料室60内には半導体ウェハ等の試料61を載置
した試料台62が収容されている。試料台62は、計算機71
からの指令を受けた試料台駆動回路72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62の位置はレーザ測長系73により測
定され、その計算結果が計算機71及び偏向制御回路76に
送出されるものとなっている。

一方、試料室60の上方には、電子銃81,各種レンズ82a
〜82e,各種偏向器83〜86,第１及び第２の成形アパーチ
ャマスク87,88等からなる電子光学鏡筒80が設けられて
いる。ここで、偏向器83はビームをon-offするためのブ
ランキング偏向板であり、この偏向板にはブランキング
制御回路74からのブランキング信号が印加される。偏向
器84は第１成形アパーチャマスク87のアパーチャ像と第
２成形アパーチャマスク88のアパーチャとの光学的な重
なりを利用してビームの寸法を可変制御するための偏向
器であり、この偏向器には可変ビーム寸法制御回路75か
ら偏向信号が印加される。また、主偏向器85及び副偏向
器86はビームを試料上61で走査するビーム走査用偏向器
であり、これらの偏向器85,86には偏向制御回路76から
偏向信号が印加されるものとなっている。

次に、上記装置を用いた矩形及び三角形ビームの発生
方法について説明する。

第10図は第１成形アパーチャ像及び第２成形アパーチ
ャの形状を示す図である。矩形の第１成形アパーチャ像
91を偏向器84で偏向し、大小の矩形パターンを組み合わ
せた第２成形アパーチャ92に照射する。この照射する位
置を変化させることによって矩形ビーム及び三角形ビー
ムを発生させている。さらに、第10図（ａ）の矢印で示
す方向へビームを移動させることにより、ビームの寸法
を変化させることが可能で、その際、点P₀及び点P₁〜P₄
はそれぞれ矩形ビーム及び三角形ビーム発生用の基準位
置であり、同時にビームを移動させる場合における基準
点となっている。本実施例では、第10図（ｂ）に示す如
く、第１成形アパーチャ像91と第２成形アパーチャ92と
の位置関係により、矩形ビーム93及び４種の三角形ビー
ム94〜97を発生することができる。

なお、このままビームを試料に照射すると、第11図
（ａ）に示す如く、三角形ビーム及び矩形ビームはそれ
ぞれずれた位置に照射されてしまう。そこで、副偏向器
86で振り戻しを行い、第11図（ｂ）に示す如く、４種類
の三角形ビーム94〜97の基準点P₁〜P₄が試料61上で矩形
ビーム93の基準点P₀に一致するように補正している。こ
のように三角形ビームを発生させる場合には、矩形ビー
ムの場合に比べて振り戻しが必要でしかも高精度で行う
必要がある。

次に、本発明の第１の実施例方法に係わる評価用パタ
ーンの形状及びその描画方法について説明する。

第１図は本実施例方法による領域分割の様子及び評価
用パターンの配置例を示す平面図である。図中破線は隣
接する副偏向領域（分割領域）の境界を示し、破線で区
切られた領域が一つの副偏向領域を示す。副偏向領域の
中には、図中に図示していないが、種々の所望パターン
が存在している。ここで、破線で示した副偏向領域２
は、パターンデータ領域全体を隙間無く、且つ重なりも
なく分割した領域であり、以下の説明の便宜上論理副偏
向領域と呼ぶ。

論理副偏向領域２は、一辺が30μｍの正方形の各辺の
中央部に２μｍ×５μｍの長方形を、４辺のうちX,Y方
向各々１辺は凸部５となるように付加し、他の２辺は凹
部６となるように引き抜いた形となっている。この凸部
５には、図に示すように１本のラインパターン１が、ま
た凹部６近傍には、４本のラインパターン１が配置され
ている。

第２図は第１図の凹凸部を拡大して示す図である。図
に示すように、凹部６の４本のラインL₁,L₂,L₄,L₅は、
凸部５の１本のラインL₃を片側２本ずつで挟むように配
置されている。ここで、５本のラインパターン（位置ず
れ測定用パターン）の４個のピッチa₁₂,a₂₃,a₃₄,a
₄₅は、設計上は全て同一の値a₀にしておく。本実施例で
は、a₀＝２μｍ、ラインの線幅は0.4μｍである。

次に、このパターンを描画する際に、副偏向器によっ
てビームが偏向される領域と前記論理副偏向領域２との
関係について説明する。本実施例におけるビームの副偏
向幅は、論理副偏向領域２が一辺30μｍの正方形に対し
てＸ及びＹ方向いずれも片側に５μｍの凸部があるため
に、X,Y方向共に35μｍとなる。ここでは、ビームの副
偏向幅で定義される一辺35μｍの正方形領域を物理的副
偏向領域３と呼ぶことにする。物理的副偏向領域３は、
第１図に一つの領域だけ、一点鎖線で示してある。但
し、論理副偏向領域２と同一境界部分は点線のままにな
っている。隣接する物理的副偏向領域３には、論理副偏
向領域２に凹凸があるため重なり部分があることにな
る。

本実施例の場合は、重なり部分の幅は５μｍである。
重なり部分があるため、隣接する物理的副偏向領域３の
間隔は30μｍである。第１図に、領域の中心間距離（物
理的副偏向領域３の中心４間の距離）として図示した。
従来の如く、論理副偏向領域２に凹凸がない場合には、
物理的副偏向領域３と論理副偏向領域２とは一致し、従
って隣接する領域の間隔も、領域の一辺の長さと同一で
ある。

次に、ラインパターンを用いて副偏向領域間の位置ず
れを測定する方法について説明する。５本のラインL₁〜
L₅間のピッチa₁₂,a₂₃,a₃₄,a₄₅を測定する。このピッチ
測定は、寸法測長SEMを用いて行うことができる。この
際、１回の測定用ビームの走査でピッチ測定を行っても
よいが、測定精度の向上をはかるために、走査位置を僅
かにずらして複数回（例えば10回）のビーム走査を行
い、その平均値をとるようにしてもよい。この場合、局
所的なエラー（レジストパターンのエッジラフネス等）
を解消することもできる。

ラインL₁,L₂,L₄,L₅は同一の論理副偏向領域（第１図
（ｂ）の領域（Ｂ））に含まれるため、ピッチa₁₂,a₄₅
の測定値は原理的には設計値a₀と同一である。これに対
して、ラインL₃は、L₁,L₂,L₄,L₅を含む論理副偏向領域
に隣接する領域（Ａ）に含まれるため、この２つの領域
間にＹ方向の位置ずれΔがある場合には、ピッチa₂₃はa
₀−Δ、ピッチa₃₄はa₀＋Δとなる。従って、寸法測長SE
Mによる測定で得られたa₂₃,a₃₄の値から、位置ずれ量Δ
は、Δ＝（a₃₄‐a₂₃）/2の関係から求めることができ
る。

ここで、ライン間のピッチ測定に用いる寸法測長SEM
について測定精度の観点から補足説明する。寸法測長SE
Mは公知のようにラインパターン上をラインと交差する
方向にビームを走査して、ラインパターン部で発生する
反射電子や２次電子を検出することによって、ラインの
線幅やライン間のピッチを測定するものである。走査方
向とラインの方向とは通常直角にとるが、必ずしも直角
である必要はない。ビームの走査幅以上のピッチを、高
精度に測定することは不可能であるが、走査幅以内の短
距離ピッチの寸法は極めて高精度に測定できる。従っ
て、前記の如き副偏向領域間の位置ずれ測定は、極めて
高精度に行うことができる。

寸法測長SEMでは、予めピッチ寸法の判っているライ
ン間隔を測定することによって測定値の校正を行う。本
実施例では、L₁とL₂のピッチa₁₂及びL₄とL₅のピッチa₄₅
の測定値を設計値a₀＝２μｍと比べて校正すればよい。
ラインL₁及びL₅がずれ測定用パターンに含まれている理
由は、ここにある。

以上のようにして２つの副偏向領域間の位置ずれを測
定することができる。ここで、本実施例方法で測定する
のは、個々のラインパターンの座標ではなく、ラインパ
ターン間の相対距離であり、隣接する副偏向領域間のず
れを求めるために必要なデータ（a₁₂,a₂₃,a₃₄,a₄₅）を
１回のビーム走査で測定することができる。このため、
バーニアパターンを用いた場合のように測定に長時間を
要することがなく、極めて短時間に測定することができ
る。さらに、２つのデータ（a₁₂,a₄₅）から測定値の校
正を簡易に行うことができる。従って本実施例方法によ
れば、高価な座標測定機等を要することなく、副偏向領
域間のパターン位置ずれを高速且つ高精度に測定するこ
とができ、描画パターンのずれの評価精度の向上をはか
り得る。

なお、以上の説明では、Ｘ方向に隣接する副偏向領域
間のＹ方向の位置ずれ測定について述べた。一方、Ｙ方
向に隣接する副偏向領域間のＸ方向の位置ずれは、第１
図の上辺或いは下辺の凹凸部分のラインパターンを用い
て、全く同様に測定することができる。

次に、第２の実施例方法について説明する。第３図
は、第２の実施例における一つの論理副偏向領域２及び
これに含まれる位置ずれ測定用パターン７を示す平面図
である。第１の実施例と同様の凹凸部を本実施例では領
域の４角近傍に２カ所ずつ計８カ所配置する。Ｘ及びＹ
方向のラインパターンを、第３図に示したピッチで配置
する。副偏向領域が隣接した場合、これらのラインがど
のように組み合わされるかを図示したのが第４図であ
る。４個の副偏向領域それぞれに含まれるラインは、白
抜き、黒塗り潰し及びハッチング等によって区別してあ
る。本実施例で、互いの領域の位置ずれが測定できる原
理は、第１の実施例で述べたものと全く同様である。本
実施例では、正方形領域の１辺に対して２カ所に凹凸部
があるので、副偏向領域間の位置ずれ測定精度の向上を
はかることができる。

また、第３図のラインに、第５図で黒く塗り潰したラ
インを加えると、隣接する副偏向領域の、領域が隣接す
る方向の位置ずれを測定することができる。第６図に図
示した３個のピッチa₁₂′，a₂₃′，a₃₄′を測定する
と、a₁₂′及びa₃₄′は設計値a₀に等しくなるのに対し
て、a₂₃′は上下の領域に位置ずれΔがあるとa₀＋Δと
なる。３個の値を比較することにより、この場合にはＹ
方向に隣接する領域のＹ方向のずれが測定できる。

次に、第３の実施例方法について説明する。本実施例
は、三角形ビームを用いて描画した斜線パターンを利用
する例である。第７図に、三角形ビームのみで描画した
位置ずれ測定用の斜線パターン８を示す。ラインが45°
の斜線であることを除けば、その他の構成及び測定原理
は第１の実施例と同様である。

また、第８図には領域の一辺に凹凸部を２カ所設け
て、それぞれ互いに直交する方向の45°斜線パターン8,
9を配置した例を示す。この２組の位置ずれデータを用
いると、Ｘ及びＹ方向の位置ずれ量を求めることができ
る。即ち、斜線パターン8,9のいずれかの位置ずれデー
タからＹ方向の位置ずれを求めることができ、斜線パタ
ーン8,9の各位置ずれデータの差分からＸ方向の位置ず
れを求めることができる。

なお、本発明は上述した各実施例方法に限定されるも
のではない。実施例では一つの副偏向領域に矩形又は三
角形ビームを用いた描画したパターンを用いたが、一つ
の副偏向領域に矩形ビームと三角形ビームそれぞれ用い
て描画したパターンを組み合わせて用いることもでき
る。三角形ビームを用いる場合には、前述のように、ビ
ーム構成時の基準点が矩形ビームの基準点と異なるた
め、偏向補正がなされている。このため、同一の副偏向
領域を描画しても、その補正に誤差がある場合には、三
角形ビームと矩形ビームとでは、位置ずれ量に差が現れ
る。高精度パターン形成のためには、このような組み合
わせの評価も極めて重要である。

また、実施例ではいずれも分割領域として副偏向領域
の場合について説明したが、主偏向領域のずれ測定に
も、全く同様にして適用することができる。また、電子
ビーム描画方法に限らず、イオンビーム描画方法に適用
できるのは勿論のことである。その他、本発明の要旨を
逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができ
る。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、分割領域間の境
界に凹凸部を設け、その凹凸部の近傍に分割領域間の位
置ずれを測定するための位置ずれ測定用パターンを配置
し、これらのパターンを描画することにより、そのパタ
ーンを用いて偏向領域間の位置ずれを簡便且つ高速・高
精度に測定することが可能となる。また、三角形ビーム
と矩形ビームを用いた位置ずれ測定用パターンを同一偏
向領域内に配置することにより、各々のビームによって
描画したパターンの位置ずれの差異を評価することがで
きる。

【図面の簡単な説明】第１図及び第２図は本発明の第１の実施例方法を説明す
るためのもので、第１図は領域分割の様子及び評価用パ
ターンの配置例を示す平面図、第２図は第１図の要部を
拡大して示す図、第３図乃至第６図は本発明の第２の実
施例方法を説明するためのもので、第３図は１つの論理
副偏向領域及び位置ずれ測定用パターンを示す平面図、
第４図は第３図のパターンの組み合わせ例を示す図、第
５図は１つの論理副偏向領域及び位置ずれ測定用パター
ンを示す平面図、第６図は第５図のパターンの組み合わ
せ例を示す模式図、第７図及び第８図は本発明の第３の
実施例方法を説明するためのもので、第７図は斜線パタ
ーンを示す図、第８図は互いに直交する２つの斜線パタ
ーンを示す図、第９図は電子ビーム描画装置の概略構成
図、第10図は第１アパーチャ像と第２アパーチャとの位
置関係を示す図、第11図は三角形ビームと矩形ビームと
の基準点補正を説明するための図である。 1,7,8……ラインパターン（位置ずれ測定用パター
ン）、２……論理副偏向領域、３……物理的副偏向領
域、４……物理的副偏向領域の中心、５……凸部、６…
…凹部、60……試料室、61……試料、71……計算機、80
……電子光学鏡筒、81……電子銃、82……レンズ、83〜
86……偏向器、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭64−89427（ＪＰ，Ａ) 特開平３−195012（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−162340（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−148347（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−12730（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−28820（ＪＰ，Ａ) 特開平２−5407（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−271424（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/027

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】試料上の描画すべき領域を複数の領域に分
割し、該分割領域毎に荷電ビームを位置決め制御して所
望パターンを描画する荷電ビーム描画方法において、隣接する分割領域の境界の一部を凹凸形状にし、凸部及
び該凸部を挟む凹部の両側に、少なくとも１回の測定用
ビームの走査で検出可能な分割領域間の位置ずれを測定
するための位置ずれ測定用パターンをそれぞれ描画する
ことを特徴とする荷電ビーム描画方法。
【請求項２】前記測定用ビームの走査により、前記凹部
に形成された位置ずれ測定用パターンと前記凸部に形成
された位置ずれ測定用パターンとの間の第１の相対距離
を測定すると共に、前記凹部に形成された複数の位置ず
れ測定用パターン間の第２の相対距離を測定し、第２の
相対距離の測定値に基づいて第１の相対距離の測定値の
校正を行うことを特徴とする請求項１記載の荷電ビーム
描画方法。