JP2988883B2 - 荷電ビーム描画装置におけるビーム調整方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、成形アパーチャと
成形偏向器にて荷電ビームを所望の形状に成形して所望
パターンを描画する荷電ビーム描画装置において、成形
ビームの調整を行うための方法に係わり、特に成形偏向
器の成形偏向感度と成形偏向方向を調整する荷電ビーム
描画装置におけるビーム調整方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子ビーム描画技術では、描画ス
ループットを向上させるために、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。この装置では、
第１の成形アパーチャの像を第２の成形アパーチャに結
像すると共に、成形偏向器により偏向し、第１の成形ア
パーチャ像と第２の成形アパーチャとの光学的重なりに
より電子ビームの寸法及び形状を可変成形できる。そし
て、試料面上で矩形や三角形等の基本単位図形を高精度
に繋いでパターンを描画するため、微小ビームをパター
ンの有無に応じてオン・オフしながら描画する方式に比
べてスループットが格段に高い。

【０００３】ところで、この種の装置では、描画精度を
上げるために、電子ビームの寸法を決める成形偏向器の
調整、特に成形偏向感度調整及び成形偏向方向調整が重
要である。

【０００４】従来、成形偏向感度を調整するには、図１
（ａ）に示すように、第１及び第２の成形アパーチャと
成形偏向器で成形した電子ビームを対物偏向器を用いて
試料面上のドットマーク上を走査する。そして、試料面
からの反射電子を反射電子検出器で検出し、図１（ｂ）
に示すように、検出信号のビームのラインプロファイル
からビーム寸法を算出し、この値が所望の寸法になるよ
うに成形偏向感度係数を調整している。

【０００５】また、成形偏向方向を調整するには、図２
（ａ）に示すように、第１及び第２の成形アパーチャと
成形偏向器で成形した電子ビームのビーム寸法を成形偏
向器によりステップ変化させ、これと同時に図２（ｂ）
に示すように、試料面上に設けたビーム電流検出器でビ
ーム電流を測定する。そして、測定したビーム電流変化
のリニアリティ誤差が許容値以内になるように成形偏向
方向係数を調整している。

【０００６】しかしながら、この種の調整方法にあって
は次のような問題があった。即ち、従来の成形偏向感度
調整は、微小なドットマーク上を走査することによりビ
ームプロファイルを検出していたが、ビームプロファイ
ルにドットマーク個体差が発生していた。これは、ドッ
トマーク形状の対象性が悪いことと、ドッマーク周辺部
材の電子ビーム反射率の不均一性のためであり、ビーム
寸法検出誤差を大きくしていた。また、成形偏向器で一
定のビーム寸法に設定するが、ビームプロファイル検出
までに数分の時間がかかり、この間にビームドリフトに
よるビーム寸法変化が発生して高精度なビーム寸法測定
ができなかった。

【０００７】また、従来の成形偏向方向調整は、上記の
ようにビーム電流を検出する方法であったが、成形アパ
ーチャの回転方向調整誤差による成形形状の誤差と成形
アパーチャ方向調整誤差がビーム電流値に反映してしま
っていた。即ち、ビーム電流値測定では、成形偏向方向
誤差とビーム形状誤差の両方が混入するので、これらを
分離して高精度に成形偏向方向調整することができなか
った。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように従来、電子
ビーム描画装置において各種のビーム調整を行う場合、
ドットマークを用いて成形偏向感度調整を行っても、ド
ットマークの個体差やビームドリフト等の影響で高精度
の調整は困難であった。さらに、ビーム電流測定により
成形偏向方向調整を行っても、成形偏向方向誤差とビー
ム形状誤差の両方が混入することから高精度の調整は困
難であった。また、上記の問題は電子ビーム描画装置に
限るものではなく、イオンビーム描画装置についても同
様に言えることである。

【０００９】本発明は、上記の事情を考慮して成された
もので、その目的とするところは、成形偏向感度調整と
成形偏向方向調整を高精度に行うことができ、描画精度
の向上に寄与し得る荷電ビーム描画装置におけるビーム
調整方法を提供するにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

（構成）上記課題を解決するために本発明は、次のよう
な構成を採用している。即ち本発明は、第１成形アパー
チャで成形された荷電ビームの像を、投影レンズにより
第２成形アパーチャ上に結像させると共に、成形偏向感
度係数，成形偏向方向係数，及び成形偏向オフセット値
で制御された成形偏向器により偏向し、第１成形アパー
チャの像と第２成形アパーチャとの光学的重なりで所望
寸法，形状の荷電ビームを成形する手段と、成形された
荷電ビームを対物レンズにより試料面上に結像・照射す
る手段と、成形された荷電ビームを対物偏向器により試
料面上で偏向走査する手段と、位置制御されたステージ
上に設けられたマーク上を対物偏向器を用いて荷電ビー
ムで走査して得られる反射電子信号とステージ位置測定
値により荷電ビームの位置を検出する手段とを備えた荷
電ビーム描画装置において、前記成形偏向感度係数及び
成形偏向方向係数を補正するためのビーム調整方法であ
って、前記成形偏向器で第１成形アパーチャの像を該ア
パーチャ像が第２成形アパーチャで遮られないように任
意の複数位置に偏向し、各々のビーム偏向位置で荷電ビ
ームの試料面上の位置を前記荷電ビーム位置検出手段に
より測定し、各々の測定結果から前記成形偏向器の感度
及び方向の誤差を算出し、算出された誤差に基づいて前
記成形偏向感度係数及び前記成形偏向方向係数を補正す
ることを特徴とする。

【００１１】（作用）本発明によれば、レーザ干渉計等
により高精度に位置制御されたステージ座標に対するビ
ーム位置検出を行うことにより、成形偏向器の成形偏向
感度調整及び成形偏向方向調整を行うことができる。そ
してこの場合、位置検出は極めて短い時間（数秒）で行
えるため、ビームドリフトの影響を受け難い。さらに、
マークはビームよりも大きくすることができるので、マ
ークの形状誤差は殆ど問題とならない。従って、ドット
マークを用いてビームのプロファイルから算出する従来
法に比して、成形偏向感度に対する調整精度の向上をは
かることができる。

【００１２】また、ビーム位置を直接測定することか
ら、成形偏向方向の調整に関しては、アパーチャ形状・
調整誤差の影響を受けずに調整できる。このため、ビー
ム電流を測定する従来法に比して、成形偏向方向に対す
る調整精度の向上をはかることができる。従って、荷電
ビーム描画装置の基準座標を成す高精度位置測定器の示
す座標に対して、高精度な成形偏向が可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。図３は、同実施形態に使用した
電子ビーム描画装置を示す概略構成図である。電子銃１
から出射された電子ビームのクロスオーバ像は、第１照
明レンズ２，第２照明レンズ３，第１投影レンズ４，第
２投影レンズ５，縮小レンズ６により５回結像されて、
最後は対物レンズ７の主面に結像される。また、第１成
形アパーチャ１０の像は第２成形アパーチャ１２上に結
像され、縮小レンズ６と対物レンズ７で試料面に成形像
が結像される。また、第１成形アパーチャ１０と第２成
形アパーチャ１２の間には成形偏向器１１を設けてあ
り、予め行われた計算値に基づいた回転調整が成されて
電子光学鏡筒へ組み込まれている。

【００１４】ここで、機械的な組み込み誤差及び計算誤
差、更にはレンズ励磁設定誤差などのため、機械的な調
整のみでは所望の形状寸法に高精度に成形できない。こ
れらの誤差を補正するために、成形偏向に対してはオフ
セット補正機能，感度補正機能，及び回転補正機能を備
えており、それぞれの補正パラメータはＣＰＵ２０又は
成形偏向制御盤２４に保存されている。これらの機能に
より高精度に成形されたビームは試料面上に縮小結像さ
れ、対物偏向器１４で所望の位置に偏向することにより
所望のパターンを形成する。

【００１５】また、レーザ干渉計２１で位置管理された
試料ステージ１９上にはマーク１５が設けられている。
そして、マーク１５を光軸位置に移動し、対物偏向器１
４で電子ビームをマーク１５上に走査し、反射電子検出
器１８で検出した信号をマーク信号処理器２５に取り込
んで算出したマークと電子ビーム間の距離と、ステージ
位置りレーザ干渉計値とから電子ビームの位置を検出す
る機能が設けられている。

【００１６】なお、図中の８はブランキング偏向器、９
はブランキングアパーチャ、１３は対物アパーチャ、１
６はクロスオーバ結像系、１７は成形像結像系、２２は
パターンデータ発生器、２３は対物偏向器制御盤、２６
はＡ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ）、２７，２８はＤ／Ｃコ
ンバータ（ＤＡＣ）を示している。

【００１７】次に、このような電子ビーム描画装置にお
ける成形偏向について説明する。図４に示すように、第
１成形アパーチャ１０で矩形に成形されたビーム（第１
成形アパーチャ像）１０ａを、成形偏向器１１で第２成
形アパーチャ１２上に偏向する。これにより、アパーチ
ャ像１０ａと第２成形アパーチャ開口部１２ａとの重な
りにより、所望の寸法の矩形又は三角形のビーム３０が
成形される。成形されたビーム３０はさらに、図５
（ａ）（ｂ）に示すように、縮小レンズ６と対物レンズ
７で像の回転を伴いながら試料面上に縮小結像される。

【００１８】縮小結像されたビームが高精度に所望の寸
法形状を満たすようにするために、成形偏向制御は次式
で行われる。 Ｘ＝Ｏｘ＋Ｇｘ×ｘ＋Ｒｘ×ｙ Ｙ＝Ｏｙ＋Ｇｙ×ｙ＋Ｒｙ×ｘ Ｘ，Ｙ：成形偏向ＤＡＣ値 ｘ，ｙ：偏向量（試料面上換算値） Ｏｘ，Ｏｙ：オフセットＤＡＣ値 Ｇｘ，Ｇｙ：感度係数 Ｒｘ，Ｒｙ：方向係数 このＸＹ座標系を成形偏向座標系と呼び位置をＰで表す
ことにする。これに対し、装置全体の基準としてレーザ
干渉計で管理されている試料面の座標系をレーザ座標系
と呼び位置をＰＬで表すことにする。

【００１９】また、像の回転作用のため、第１成形アパ
ーチャ１０と第２成形アパーチャ１２の回転調整も必要
となる。そこで、予め第１成形アパーチャ１０と第２成
形アパーチャ１２を回転させ、例えば矩形の場合、矩形
のＸエッジとＹエッジが試料面座標系のそれぞれＸ方
向、Ｙ方向と一致するように調整しておく。

【００２０】次に、電子ビームでマーク上を走査してビ
ーム位置を求める方法について、図６を基に説明する。
図６（ａ）に示すように、マークの位置Ｐｍ（Ｘｍ，Ｙ
ｍ）はレーザ干渉計測定値（Ｓｘ，Ｓｙ）とステージに
対するマークの固定位置（Ｆｘ，Ｆｙ）より、 Ｘｍ＝Ｓｘ＋Ｆｘ Ｙｍ＝Ｓｙ＋Ｆｙ で表せる。

【００２１】電子ビーム位置とマークの距離（Ｍｘ，Ｍ
ｙ）は、対物偏向器１１を用いた電子ビームのマーク上
の走査で得られるマークプロファイル（図６（ｂ））よ
り求められる。対物偏向器１１の偏向キャリブレーショ
ンは予め済ませておき、マークプロファイルの重心と走
査中心（ビーム位置）との距離を算出し、この距離をマ
ークとビームの距離（Ｍｘ，Ｍｙ）とする。これらによ
りビーム位置Ｐｂ（Ｘｂ，Ｙｂ）は、 Ｘｂ＝Ｍｘ＋Ｆｘ＋Ｓｘ Ｙｂ＝Ｍｙ＋Ｆｙ＋Ｓｙ で求められる。

【００２２】次に、本実施形態の第１の特徴である成形
偏向方向調整方法について、図７及び図８を基に説明す
る。成形偏向方向は、機械的誤差や調整誤差を含まない
場合はゼロで良いが、実際はこれらの誤差のために補正
調整が必要となる。最初に、調整を追い込むためのフィ
ードバック係数を求める。まず、第１成形アパーチャ像
を図８（ａ）に示すように、成形偏向座標系の偏向範囲
の−Ｘ方向の位置Ｐ０（Ｘ０，Ｙ０）に偏向する。この
とき、ビームが第２成形アパーチャに引っかからないよ
うにする。

【００２３】具体的には、図７（ａ）に示すように、第
１アパーチャ像を第２成形アパーチャの開口部に偏向し
ても良いし、図７（ｂ）に示すように、第２成形アパー
チャを外して偏向しても良い。さらに、図７（ｃ）に示
すように、大開口部を持った第２成形アパーチャを使用
して偏向しても良いし、図７（ｄ）に示すように、第１
アパーチャ像をそのまま通過させる専用アパーチャを使
用しても良い。

【００２４】次いで、上記マークスキャン方法により図
８（ｂ）に示すように、レーザ座標系での試料面上のビ
ーム位置ＰＬ０（ＸＬ０，ＹＬ０）を求める。さらに、
感度係数計算値Ｇｃ、方向係数Ｒ１を用いて、Ｐ０より
Ｘ方向にＧｘｃ×ｄＸ離れた−Ｘ方向の位置Ｐ１（Ｘ
１，Ｙ１）にビームを偏向する。ここで、 Ｘ１＝Ｘ０＋Ｇｘｃ×ｄＸ Ｙ１＝Ｙ０＋Ｒｙ１×ｄＸ Ｐ０と同様にして、ビーム位置ＰＬ１（ＸＬ１，ＹＬ
１）を求める。

【００２５】次いで、方向係数Ｒ２を用いてＰＬ２（Ｘ
Ｌ２，ＹＬ２）を求める。ここで、｜ＸＬ１−ＸＬ０
｜，｜ＸＬ２−ＸＬ０｜が｜ＹＬ２−ＹＬ１｜に対して
十分大きい値になるようにＲ２を決める。

【００２６】 Ｘ２＝Ｘ０＋Ｇｘｃ×ｄＸ Ｙ２＝Ｙ０＋Ｒｙ２×ｄＸ ＰＬ０とＰＬ１を結ぶ線分とＰＬ０とＰＬ２の結ぶ線分
の成す角度θ１を、 θ１＝ tan^-1（ＹＬ２−ＹＬ１）／（ＸＬ１−ＸＬ０） 又は θ１＝ tan^-1（ＹＬ２−ＹＬ１）／（ＸＬ２−ＸＬ０） で算出し、方向係数Ｒｙのフィードバック係数Ｋｒｙを Ｋｒｙ＝（Ｒｙ１−Ｒｙ０）／θ１ とする。

【００２７】次いで、ＰＬ０とＰＬ２を結ぶ線分とレー
ザ座標系Ｘ軸の成す角度θ２、 θ２＝ tan^-1（ＹＬ２−ＹＬ０）／（ＸＬ２−ＸＬ０） が、許容値θＴ（θＴＬ：最小許容値、θＴＨ：最大許
容値）以内になる方向係数Ｒｙを求める。

【００２８】方向係数Ｒｙ３ Ｒｙ３＝Ｒｙ２−Ｋｒｙ×θ２ を用いて上記と同様にしてＰ０とＰ３（ＸＬ３，ＹＬ
３）に偏向し、測定したＰＬ０とＰＬ３より求めたθ
３、 θ３＝ tan^-1（ＹＬ３−ＹＬ０）／（ＸＬ３−ＸＬ０） が、許容値θＴ以内であればＲｙ３を調整値とする。許
容値以内でない場合は以下に示すＲｙｎを用いてさらに
繰り返し、許容値以内に収まるＰｎ（ＸＬｎ，ＹＬｎ）
が求まるまで繰り返す。

【００２９】 Ｒｙｎ＝Ｒｙ（ｎ−１）−Ｋｒｙ×θ（ｎ−１） θＴＬ＜θｎ＝ tan^-1(YLn-YL0)/(XLn-XL0) ＜θＴＨ 以上では、一方の方向係数Ｒｙについて説明したが、他
方の方向係数Ｒｘについても同様に調整することができ
る。

【００３０】次に、本実施形態の第２の特徴である成形
偏向感度調整について、図９を基に説明する。図９は図
８と同様に、（ａ）は成形偏向座標系、（ｂ）はレーザ
座標系を示している。

【００３１】成形偏向感度は、機械的誤差や調整誤差を
含まない場合は計算値で良いが、実際はこれらの誤差の
ために僅かな補正調整が必要となる。最初に、第１成形
アパーチャ像を成形偏向座標系の偏向範囲の−Ｘ方向端
近傍の位置Ｐ０（Ｘ０，Ｙ０）に偏向し、上記マークス
キャン方法により試料面上のビーム位置ＰＬ０（ＸＬ
０，ＹＬ０）を求める。

【００３２】次いで、感度係数計算値Ｇ１、方向係数調
整値Ｒｘ，Ｒｙを用いて、Ｐ０よりＸ方向にｄＸ離れた
偏向範囲の＋Ｘ方向端近傍の位置Ｐ１（Ｘ１，Ｙ１）に
ビームを偏向する。ここで、 Ｘ１＝Ｘ０＋Ｇｘ１×ｄＸ Ｙ１＝Ｙ０＋Ｒｙ×ｄＸ Ｐ０と同様にして、ビーム位置ＰＬ１（ＸＬ１，ＹＬ
１）を求める。ＰＬ０とＰＬ１の距離ｄ１は、 ｄ１＝{(ＸＬ２−ＸＬ０）² ＋（ＹＬ２−ＹＬ０）² )}
^(1/2)−{(ＸＬ２−ＸＬ０）² ＋（ＹＬ２−ＹＬ０）
² )}^(1/2) となる。

【００３３】感度誤差ｅｒｒＧｘは、 ｅｒｒＧｘ＝｜１−ｄＸ／ｄ１｜ で表現される。

【００３４】感度誤差が許容値以内にならない場合はさ
らに、 Ｇｘ２＝Ｇｘ１×ｄＸ／ｄ１ で求めた感度Ｇｘ２を用いて感度誤差を求める。

【００３５】感度誤差が許容値以内にならない場合は上
述の方法を感度誤差が許容値以内になるまでｎ回繰り返
す。このように本実施形態では、試料面上のレーザ座標
系に対するビーム位置を直接測定しているため、アパー
チャ形状・調整誤差の影響を受けずに成形偏向方向の調
整精度が向上する。従来方法は、ビーム電流を測定する
方法であったので、成形アパーチャ形状とアパーチャ回
転調整精度誤差が混入し、精度が悪かった。本実施形態
による方法では、従来の精度１０ｍｒａｄが１ｍｒａｄ
になった。

【００３６】また、試料面上のレーザ座標系に対するビ
ーム位置を数秒で行えるため、ビームドリフトの影響を
受け難く成形偏向感度の調整精度が向上する。従来方法
は、成形したビームのプロファイルから算出する方法で
あったが、プロファイルを検出するためのマークの形状
誤差とビームドリフトの影響が大きく、調整精度が悪か
った。本実施形態による方法では、従来の精度１％が
０．１％に向上した。

【００３７】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れるものではない。実施形態では、電子ビーム描画装置
を例にとり説明したが、イオンビーム描画装置に適用す
ることもできる。また、ステージ位置はレーザ干渉計に
より測定したが、これに限らず、ステージ座標を高精度
に定めることのできるものであればよい。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。

【００３８】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、成
形偏向器で第１成形アパーチャの像が第２成形アパーチ
ャで遮られないように任意の複数位置に偏向し、各々の
ビーム偏向位置でマークスキャン法により試料面上のビ
ーム位置測定を行い、その測定結果から成形偏向器の感
度及び方向の誤差を算出し、更に算出された誤差に基づ
いて成形偏向感度係数及び成形偏向方向係数を補正する
ことにより、成形偏向感度調整と成形偏向方向調整を高
精度に行うことができ、描画精度の向上に寄与すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の成形偏向感度調整方法を説明するための
図。

【図２】従来の成形偏向方向調整方法を説明するための
図。

【図３】本発明の一実施形態に使用した電子ビーム描画
装置を示す概略構成図。

【図４】ビーム成形の原理を説明するための図。

【図５】成形ビーム回転軌道を説明するための図。

【図６】ビーム位置測定方法を説明すめための図。

【図７】第１成形アパーチャ像と第２成形アパーチャ開
口部との関係を示す図。

【図８】実施形態による成形偏向方向調整方法を説明す
るための図。

【図９】実施形態による成形偏向感度調整方法を説明す
るための図。

【符号の説明】

１…電子銃 ２，３…照明レンズ ４，５…投影レンズ ６…縮小レンズ ７…対物レンズ ８…ブランキング偏向器 ９…ブランキングアパーチャ １０…第１成形アパーチャ １０ａ…第１成形アパーチャ像 １１…成形偏向器 １２…第２成形アパーチャ １２ａ…第２成形アパーチャ開口部 １３…対物アパーチャ １４…対物偏向器 １５…マーク １６…クロスオーバ結像系 １７…成形像結像系 １８…反射電子検出器 １９…ステージ ２０…ＣＰＵ ２１…レーザ干渉計 ２２…パターンデータ発生器 ２３…対物偏向器制御盤 ２４…成形偏向器制御盤 ２５…マーク信号処理器 ２６…Ａ／Ｄコンバータ ２７，２８…Ｄ／Ｃコンバータ ３０…成形ビーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１成形アパーチャで成形された荷電ビー
   ムの像を、投影レンズにより第２成形アパーチャ上に結
   像させると共に、成形偏向感度係数，成形偏向方向係
   数，及び成形偏向オフセット値で制御された成形偏向器
   により偏向し、第１成形アパーチャの像と第２成形アパ
   ーチャとの光学的重なりで所望寸法，形状の荷電ビーム
   を成形する手段と、成形された荷電ビームを対物レンズ
   により試料面上に結像・照射する手段と、成形された荷
   電ビームを対物偏向器により試料面上で偏向走査する手
   段と、位置制御されたステージ上に設けられたマーク上
   を対物偏向器を用いて荷電ビームで走査して得られる反
   射電子信号とステージ位置測定値により荷電ビームの位
   置を検出する手段とを備えた荷電ビーム描画装置におい
   て、 前記成形偏向器で第１成形アパーチャの像を該アパーチ
   ャ像が第２成形アパーチャで遮られないように任意の複
   数位置に偏向し、各々のビーム偏向位置で荷電ビームの
   試料面上の位置を前記荷電ビーム位置検出手段により測
   定し、各々の測定結果から前記成形偏向器の感度及び方
   向の誤差を算出し、算出された誤差に基づいて前記成形
   偏向感度係数及び前記成形偏向方向係数を補正すること
   を特徴とする荷電ビーム描画装置におけるビーム調整方
   法。