JP3256648B2 - 荷電ビーム描画装置の成形ビームの評価方法及び荷電ビーム描画方法 - 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、ＵＬＳＩ等の微細
パターンを試料面上に描画する荷電ビーム描画装置の成
形ビームの評価方法及び荷電ビーム描画方法に関し、特
にビーム寸法の調整時に問題となるオフセット変動量の
測定法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体ウエハ等の試料上に所望の
微細パターンを描画するものとして荷電ビーム描画装置
が使われている。これらのうちでビーム寸法を可変とす
る荷電ビーム描画装置はビーム寸法固定方式の装置と比
較し、描画スループットが格段に高いという特徴を有す
る。

【０００３】ところで、可変成形ビーム方式の荷電ビー
ム描画装置では、設定ビーム寸法と実際のビーム寸法が
一致するようにビーム寸法を調整する必要がある。ビー
ム寸法調整は、例えば特開昭６３−２３７５２６号公報
に示されるように、まず第１成形アパーチャと第２成形
アパーチャの各辺を基準座標に対し平行になるように合
せた後、ビーム寸法を変化させてファラデーカップ等で
ビーム電流を測定する。ビーム寸法変化に対しビーム電
流の増加が直線になるように、アパーチャの回転を合
せ、上記直線のビーム電流が零になる点からオフセット
量を求め、この値を補正して、設定ビーム寸法通りの実
ビームが得られるようにする。

【０００４】しかしながら、以上に述べたような荷電ビ
ーム描画装置では、電子光学鏡筒（以下、ＥＯＳ(Elect
ron Optical System) と呼ぶ）内に電荷がたまり（以
下、チャージアップと呼ぶ）、電子ビームの軌道が変化
するいわゆるビームドリフトが発生することが知られて
いる。ビーム寸法を制御する成形偏向器の内部でチャー
ジアップによるビームドリフトが生じると、第２成形ア
パーチャ上での第１アパーチャ像の位置がドリフトし、
設定ビーム寸法に対して実ビーム寸法のずれが生じる。
これは前記オフセットが時間の関数として変化すること
を意味する（以下、これをオフセットドリフトと呼
ぶ）。

【０００５】このオフセットドリフトは極めて短時間に
大きく変化して飽和する短時間オフセットドリフトと、
数時間かけてだらだらとわずかに変化する長時間オフセ
ットドリフトとから成る。このオフセットドリフトの描
画パターンへの影響は微細パターンになるほど大きく現
われる。例えば、オフセットドリフトが０．０１μｍ
（試料面上で）ある時、０．５μｍルールの描画パター
ンにおいては２％（０．０１／０．５）の誤差となる
が、微細パターンである０．１μｍルールの描画パター
ンにおいては１０％（０．０１／０．１）の誤差となっ
てしまう。

【０００６】また対物レンズ内や試料上のレジスト内で
チャージアップが起こるとビーム寸法に変化はないもの
のビーム位置が変化するという問題を引き起す。このよ
うなビーム位置誤差を解消するため、所望パターンの描
画の途中で、一定時間毎に電子ビーム照射位置を測定
し、ドリフトの生じた分だけ電子ビームの偏向量を調整
してドリフトの補正を行い、描画精度の低下を防ぐこと
が行われている（例えば特開平５−３０４０８０号公報
参照）。この方法は、比較的ドリフトがゆっくり発生す
る場合には有効だが早いドリフトを補正することは困難
である。そのため実パターンを描画する前に、ビームの
ドリフトが比較的安定する程度の時間、被描画材料から
外れた場所にビームを照射し、任意のパターンを描画す
る、いわゆるダミー照射が行われている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法はビーム寸法を変化させるようなドリフトに対しては
効果はないため描画中の実際のビーム寸法を正しく管理
できないという欠点をもっている。すなわちビーム調整
時に計測されたビーム寸法はオフセットドリフトによっ
て変化するし、また時間的に安定したビーム寸法値にな
っているものの描画中のビーム寸法が不明となっている
という問題があった。また描画によってこの値を計測し
ようとしても、このような微小なオフセットドリフト量
は、描画パターン寸法から求めようとしても設定寸法と
描画パターン寸法とのリニアリティが成立しない領域に
属することから直接求めることが極めて難しい。

【０００８】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、ドリフトによって起こ
る設定ビーム寸法と実ビーム寸法のずれを評価できる成
形ビームの評価方法を確立することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、オフセットド
リフトの計測法、それを用いた荷電ビーム描画法に関す
るもので、その骨子とするところは以下の通りである。
まずａ×ｂμｍ² のビームの一辺、例えばａμｍ（ｘ方
向）をｎ分割して（ａ／ｎ）×ｂμｍ² の短冊状のライ
ンビームを作る。ビーム幅を分割するということは、未
知のオフセットドリフト量に匹敵する幅を持つラインビ
ームを作ることに相当する。こうするとラインビームに
おけるオフセットドリフトの影響の度合いが大きくなり
評価するのに都合が良くなる。次に、このラインビーム
をｎ本並べて描画する。ｘ方向の短時間のオフセットド
リフトが存在するとラインビーム各１本毎にオフセトッ
トドリフト量が加算されて太めのラインビームで並列描
画されることになるため、例えばネガレジストの場合、
ａ×ｂμｍ² のビームをワンショットで描画した場合に
比べて線幅が太くなる。そこでラインビームのｘ方向に
バイアス値を系統的に加えて上述と同様の並列描画を行
うと、短時間のオフセットドリフトとバイアス値とが相
殺される場合にのみ、ｎに無関係にａμｍの幅のライン
が形成されることになる。従ってバイアス値からｘ方向
のオフセットドリフト量を求めることができる。一方、
ｙ方向のオフセットドリフトの計測は、ａ×ｂμｍ² ビ
ームのもう一方の辺ｂμｍ（ｙ方向）をｍ分割してａ×
（ｂ／ｍ）μｍ² の短冊状のラインビームをつくる。こ
のビームで上述と同様の作業を行えばｙ方向のオフセッ
トドリフト量を求めることができる。これが第１の方法
である。この方法によって求めたｘ，ｙ方向の短時間オ
フセットドリフト量を予め考慮してビーム寸法の調整を
行うことによって微細パターンの描画精度の向上に寄与
し得る荷電ビーム描画方法を提供することができる。

【００１０】一方、第２の方法は以下の通りである。第
２の方法の骨子はビーム電流を直接計測することにあ
る。すなわちａ×ｂμｍ² のビームの一辺、例えばａμ
ｍ（ｘ方向）をｎ分割して（ａ／ｎ）×ｂμｍ² の短冊
状のラインビームを作る。このビームを例えば荷電ビー
ム描画装置の装備されるファラデーカップ（電流計測
器）に一定時間ｎ回ショットしてトータルの電荷量を計
測する。ｘ方向のオフセットドリフトが存在するとライ
ンビーム各１本毎にオフセットドリフト量が加算される
ことになるため、ａ×ｂμｍ² のビームを１ショットで
一定時間ファラデーカップに入射させたときの電荷量よ
りも多くなる。そこでラインビームのｘ方向にバイアス
値を系統的に加え上述の電荷量計測を繰り返すと、短時
間オフセットとバイアス値とが相殺される場合にのみ、
ｎに無関係にワンショットの場合の電荷量と同一とな
る。従ってその場合のバイアス値からオフセットドリフ
ト量を求めることができる。ｙ方向の短時間オフセット
ドリフトの計測は、ａ×ｂμｍ²ビームのもう一方の辺
ｂμｍ（ｙ方向）をｍ分割して、ａ×（ｂ／ｍ）μｍ²
の短冊状のラインビームをつくり、上述作業を行えば、
ｙ方向のオフセットドリフト量を求めることができる。
また計測時間はショット回数ｎで電荷量を測定している
が、ショット時間をｎ倍してもよい。

【００１１】本発明によれば、描画パターンでは描画パ
ターン寸法とのリニアリティが成立しないような微細パ
ターン領域に属するような微小オフセット量を求めるこ
とができるようになり、従来以上に高精度でビーム寸法
の調整、管理を行うことができる。この結果極めて精度
の高い描画が、長時間安定して持続できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明による荷電ビーム描画装置
の成形ビームの評価方法の第１の実施の形態を図１乃至
図１６を参照して説明する。

【００１３】図１は本実施の形態の成形ビームの評価方
法の評価手順を示すフローチャートである。図２は、本
実施の形態に係わる、荷電ビーム描画装置の概略構成図
である。図２において電子銃１０１から放射された電子
ビームは、コンデンサレンズ１０２により第１成形アパ
ーチャ１０３に照射される。この第１成形アパーチャ１
０３の像は、投影レンズ１０４によって第２成形アパー
チャ１０５の上に結像される。ビーム寸法は、ビーム成
形偏向器１０６によって２つのアパーチャ１０３，１０
５の重なりの程度を制御することにより変えることがで
きる。アパーチャ１０３，１０５の重なりによる像は、
縮小レンズ１０７及び対物レンズ１０８によって縮小さ
れて試料１０９上に結像される。そして、試料面上のビ
ーム位置は、主偏向器１１０によって制御される。試料
１０９は、ファラデーカップ１１１、ビーム寸法測定用
マーク台１１２とともに、可動ステージ１１３上に設置
され、ステージを移動することで試料１０９またはファ
ラデーカップ１１１またはビーム寸法測定用マーク台１
１２を選択することができる。

【００１４】次にオフセットドリフトの計測法の具体的
な説明の前にまず、ビーム寸法を変化させるオフセット
ドリフトについて述べる。ブランキング電極（図示せ
ず）への電圧印加（あるいは電圧解除）によってブラン
キングアパーチャ（図示せず）によって遮断されていた
電子ビームを試料１０９上に達するようにすると、ビー
ム成形偏向器１０６内部にチャージアップがたまりだし
てやがて飽和する。偏向器１０６内のチャージアップで
試料上へ向うビームの軌道変化が生じる。この変動の様
子は可動ステージ１１３上に設置されたファラデーカッ
プ１１１でビーム電流を計測することで知ることができ
る。オフセットドリフトの測定結果を図３に示す。図３
の信号はビーム電流を時間軸に対してプロットしたもの
でブランキング解除後からビーム成形偏向器１０６で成
形されたビームの形状がどう変化するかを示している。
この図３から荷電ビーム描画装置ではオフセットドリフ
トは数分間以内でおおよそ飽和して、その後非常にゆっ
くりとわずかづつ増加していくことがわかる。一方、再
びブランキングをかけた場合、チャージアップされた電
荷量はほぼ同じ時間をかけて零近くにまで達し、その後
時間をかけて完全に零にまで到達する。

【００１５】これに対してビーム寸法の調整をするため
にビームを試料面１０９上に照射する正味時間は数秒間
であることから、この時間ではビーム成形偏向器１０６
内にはチャージアップせず、オフセットドリフトは生じ
ない。しかしいったん描画が始まるとブランキング／ア
ンブランキングの繰り返しでビームが試料１０９面上に
照射されるが、ブランキング時間は極めて短いため、実
効的には常時試料１０９上にビームを照射しているのと
等価なため、オフセットドリフトは数分間でほぼ飽和
し、その後、非常にゆっくりと漸増する。

【００１６】したがって描画時のビーム寸法を正確に管
理するためには、少なくとも一定時間の描画で発生する
短時間オフセットドリフトを補正することが必要であ
り、さらに高精度が要求される場合には長時間のオフセ
ットドリフトも補正することが必要であることがわか
る。

【００１７】次にこの荷電ビーム描画装置を用いたオフ
セットドリフトの計測法について以下に述べる。

【００１８】まず最初に特開昭６３−２３７５２６号公
報に示されているように、従来のビーム寸法調整法に従
って第１成形アパーチャと第２成形アパーチャの各辺を
基準座標に対し平行になるように合わせた後、ビーム寸
法を変化させながらファラデーカップ等でビーム電流を
測定する。ビーム寸法変化に対しビーム電流の増加が直
線になるように、アパーチャの回転を合わせ、設定ビー
ム寸法を変化させた時のビーム電流値を一次関数で外挿
し、直線が原点を通るようにビーム成形用偏向器のオフ
セット調整を行う。このビーム寸法調整時の第１成形ア
パーチャ像１０３と第２成形アパーチャ１０５の位置関
係を図４に示す。

【００１９】次に、後述のバイアス値δおよび分割数ｎ
を設定した後（図１のステップＦ１，Ｆ２参照）、第１
成形アパーチャ像１０３と第２成形アパーチャ１０５を
重ねてａ×ｂμｍ^２のビームを成形する。本実施の形態
で用いた電子ビーム描画装置においては第２成形アパー
チャ１０５で成形されたビームは１／４０に縮小されて
試料面（ウエハ面）上に照射される。従ってウエハ上で
０．５×１μｍ^２のビームは第２成形アパーチャ部では
２０×４０μｍ^２の大きさに第１成形アパーチャ像１０
３と第２成形アパーチャ１０５とを重ねることになる。 （ｘ方向の短時間オフセットドリフトの計測） ここでは例えばウエハ上で０．５×１μｍ^２のビームを
考える。ｘ方向の一辺０．５μｍをｎ分割、例えば５０
分割する場合を考える。図１のステップＦ３に示すよう
にビーム成形偏向器１０６によって、第１成形アパーチ
ャ像１０３と第２成形アパーチャ１０５とを重ね、ウエ
ハ上で０．０１×１μｍ^２の短冊状ビーム１２０をビー
ム寸法調整によって設定する（図５（ｂ）参照）。次に
この成形ビーム１２０を使って描画を始め、ビーム成形
偏向器１０６内にチャージをためた後（図１のステップ
Ｆ４参照）、主偏向器１１０を使って０．０１μｍづつ
ずらしてビームの照射時間一定のもとで図５（ｂ）に示
すように０．０１×１μｍ^２のビーム１２０が５０本並
んだ描画パターンを作成する（図１のステップＦ５，Ｆ
６，Ｆ７，Ｆ８参照）。ｘ方向に短時間オフセットドリ
フトΔｘが存在すると（ｙ方向にも同様のドリフトが存
在するがここでは無視する）、図６に示すように０．０
１×１μｍ^２の寸法に成形されたビーム１２０であって
もその幅方向にオフセットドリフトΔｘが加算されて、
実際描画する時には（０．０１＋Δｘ）×１μｍ^２のビ
ーム１２０′になっている。従ってこのビーム１２０′
を５０本並べて描画すると、設計上の０．５×１μｍ^２
のパターンは描画できず、５０×Δｘの分だけ設計上よ
りもドーズ量が増えてパターンが描画されることにな
る。このように微小分割ビームを並列して描画すること
でビームの素性を調べることは特願平５−１９５７１０
号に記載されている。そこでライン状（短冊状）ビーム
の幅（ｘ）方向に系統的にバイアス値δ_ｘを加えてライ
ンの並列描画を継続して行うと短時間オフセットドリフ
トをほぼ飽和させた状態のままで各δ_ｘに対するパター
ン線幅を比較することができる。図７にΔｘとδ_ｘとの
大小関係と描画パターンとの関係を示す。

【００２０】Δｘ＋δ_x ＝０（図７（ｂ）参照）のとき
に線幅がちょうど５０×０．０１＝０．５μｍに仕上が
るレジスト現象プロセスにおいては図７（ａ）に示す条
件ではアンダードーズで線幅は細めに、図７（ｃ）に示
す条件ではオーバードーズで太めにレジストパターンが
仕上がることになる。さらにΔｘ＋δ_x ＝０の時、線幅
（本実施例では０．５μｍ）は分割数ｎに依存しない。
ただしｎが大きいほどビーム線幅に占めるオフセットド
リフト量の割合が大きくなるため、わずかなオフセット
ドリフト量の影響が顕著に現われる。従って評価も楽と
なる（ｎが小さいとｎ＝１の時と比較が難しい。例えば
ＳＥＭ(scanning electron microscope)を使って線幅を
計測し比較する場合、その値にばらつきが多い）。

【００２１】したがって、バイアス値δ_x をパラメータ
にしたときのレジストパターン幅θをｎを変化させて求
める（図１のステップＦ９，Ｆ１０，Ｆ１１参照）。

【００２２】図８（ａ）にバイアス値δ_ｘをパラメータ
にした場合のレジストパターン寸法（形成線幅）と分割
数ｎの関係を示す。各パラメータδ_ｘ毎の点に対して回
帰直線をそれぞれ求め、更にこれらの回帰直線の傾きを
求め、オフセット変化量（バイアス値）と傾きの関係を
図８（ｂ）の表に示す。また各バイアス値δ_ｘに対して
上記傾きをプロットしたグラフを図９に示す。上記傾き
が零となるバイアス値がオフセットドリフトとなる。図
９から、先の回帰直線のばらつき、すなわち本実験系で
のばらつきの範囲内におさまるバイアス値を求めるとδ
_ｘは１．７ｎｍ〜４．５ｎｍとなる。中心値は３．１ｎ
ｍである。従って、ｘのマイナス方向に３．１ｎｍのオ
フセットドリフトがあることがわかる（図１のステップ
Ｆ１２参照）。 （ｙ方向の短時間オフセットドリフトの計測） ここではウエハ上で１×０．５μｍ^２のビームを考え
る。このビームは第２成形アパーチャ上では４０×２０
μｍ^２の重なりとなる（図１０参照）。ｙ方向の一辺
０．５μｍをｎ分割、例えば５０分割する場合を考え
る。ビーム成形偏向器１０６によって、第１成形アパー
チャ像１０３と第２成形アパーチャ１０５とを重ね、ウ
エハ上で１×０．０１μｍ^２の短冊状ビーム１２１をビ
ーム寸法調整によって設定する（図１１（ｂ）参照）。
次にこの成形ビーム１２１を使って描画を始め、ビーム
成形偏向器１０６内にチャージをためた後、主偏向器１
１０を使って０．０１μｍづつずらしてビーム照射時間
一定のもとで図１１（ａ），（ｂ）に示すように１×
０．０１μｍ^２のビーム１２１が５０本並んだ描画パタ
ーンを作成する。ｙ方向に短時間オフセットドリフトが
存在すると（ｘ方向のドリフトは無視する）、図１２
（ａ）に示すように１×０．０１μｍ^２の寸法に成形さ
れたビーム１２１であってもその幅方向にオフセットド
リフトΔｙが加算されて、実際描画する時には１×
（０．０１＋Δｙ）μｍ^２のビーム１２１′になってい
る。従ってこのビーム１２１′を５０本並べて描画する
と、設計上の１×０．５μｍ^２のパターンは描画でき
ず、５０×Δｙの分だけ設計上よりもドーズ量が増えて
パターンが描画されることになる。そこで、ラインビー
ムの幅（ｙ）方向に系統的にバイアス値δ_ｙを加えてラ
インの並列描画を継続して行い、短時間オフセットドリ
フトをほぼ飽和させた状態のままで各δ_ｙに対するパタ
ーン線幅を比較することができる。図１３にオフセット
ドリフトΔｙとバイアス値δ_ｙとの大小関係と描画パタ
ーンとの関係を示す。

【００２３】Δｙ＋δ_ｙ＝０（図１３（ｂ）参照）のと
きに線幅がちょうど５０×０．０１＝０．５μｍに仕上
がるレジスト現象プロセスにおいては、図１３（ａ）に
示す条件はアンダードーズで線幅は細めに、図１３
（ｃ）に示す条件ではオーバードーズで太めに仕上がる
ことになる。この時、線幅（本実施例では０．５μｍ）
は分割数ｎに依存しない。ただしｎが大きいほどビーム
線幅に占めるオフセットドリフト量の割合が大きくなる
ためわずかなオフセットドリフト量の影響が顕著に現わ
れる。従って評価も楽となる（ｎが小さいとｎ＝１の時
と比較が難しい。例えばＳＥＭを使って線幅を計測し比
較する場合、その値にばらつきが多い）。図８に示すＸ
方向の場合と同様にバイアス値δ_ｙをパラメータにし
て、レジストパターン寸法と分割数ｎの関係を求め、各
パラメータ毎の点に対して回帰直線をそれぞれ求め、更
に上記回帰直線の傾きを求め、各バイアス値δ_ｙに対し
て傾きをプロットしたグラフを図１４に示す。この図１
４を使って本実験系のばらつきの範囲内におさまるバイ
アス値を求めるとδ_ｙは−２．４ｎｍ〜０ｎｍとなる。
中心値は−１．２ｎｍである。従って、ｙプラス方向に
１．２ｎｍのオフセットドリフトがあることがわかる。

【００２４】次に、求めたΔｘとΔｙを考慮して、ビー
ム寸法の調整を行う。図１５はその調整手順を説明する
ための図である。

【００２５】まず最初に特開昭６３−２３７５２６号公
報に示されるように、従来のビーム寸法調整法に従って
第１成形アパーチャと第２成形アパーチャの各辺を基準
座標に対し平行になるように合わせた後、ビーム寸法を
変化させながらファラデーカップ等でビーム電流を測定
する。ビーム寸法変化に対しビーム電流の増加が直線に
なるように、アパーチャの回転を合わせ、設定ビーム寸
法を変化させた時のビーム電流値を一次関数で外挿し、
直線が原点を通るようにビーム成形用偏向器のオフセッ
ト調整を行う。

【００２６】この結果、ウエハ上でＡ×Ｂμｍ^２のビー
ムが必要と指定すると第１成形アパーチャ像と第２成形
アパーチャの重なり１２２を４０×（ＡｘＢ）になるよ
うにする（ここで４０は縮小率の逆数）。ところが先述
した例ではｘ，ｙ方向にオフセットドリフトが存在する
ため、ビームを試料上に一定時間以上照射すると重なり
１２３が４０×｛（Ａ−Δｘ）×（Ｂ＋Δｙ）｝となっ
てしまう。そこで予め、ビーム調整時にｘ，ｙ方向のオ
フセットドリフトをキャンセルするようなバイアス値δ
_ｙ，δ_ｙを加算する。すなわち重なり１２４を４０×
｛（Ａ＋δ_ｘ）×（Ｂ−δ_ｙ）｝とする。これはビーム
の原点が第２成形アパーチャ１０５の左下の角となって
いるのを図１５（ａ）に示すＯ点にずらしておくことに
相当する。このようにするとビームを試料上に一定時間
以上照射した後、オフセットドリフトによって予め与え
ておいたバイアス値がキャンセルされ、原点が（０，
０）の位置にくることになる。このバイアス値の加算の
調整は可動ステージ上の例えばファラデーカップで計測
される電流量の増減を見ながら第１成形アパーチャ像の
位置を制御するビーム成形偏向器１０６を使って行うこ
とができる。

【００２７】図１６に本実施の形態の評価方法によって
求めたオフセットドリフトを用いて補正した場合と補正
しない場合の実験結果を示す。オフセットドリフトを補
正しない場合にライン幅０．１３５μｍのパターンを描
画するとｙ方向ラインでパターン寸法幅がｘ方向ライン
に比べて太くなっている。両者の差は基準寸法（０．１
３５μｍ）に比べて約５％にもなっている。これに対し
て上述したようにして補正をすると両者の差は基準寸法
に対して１％以下に低下している。

【００２８】以上の述べたようにビームを微小分割して
ライン状（短冊状）ビームを作り、これが幅方向に系統
的にバイアス値δを加え、短時間オフセットドリフト量
Δとバイアス値δを加えた時にδ＋Δ＝０となる場合で
は、微小分割ビームをｎ本並べてパターンを描画したと
きのパターン寸法幅はｎに依存しないで一定となること
を利用して短時間オフセットドリフト量を求める（ｘ，
ｙ方向についてそれぞれ）。次にこれを予め考慮してビ
ーム寸法の調整を行うようにする。これによって描画時
にビーム寸法管理がしっかりとなされ、安定して信頼性
の高い荷電ビーム描画装置を提供することができる。

【００２９】なお、上記実施の形態においては、パター
ン幅θの測定（図１のステップＦ９参照）は、ｎ回の照
射を行った後、レジストを現像して測定しているが、１
つのウェハーのレジスト上にｎとδを変えたものを各々
照射した後、現像してパターン幅θを測定しても良いこ
と（すなわち、ステップＦ９をステップＦ１０またはス
テップＦ１１の後で行っても良い）ことは言うまでもな
い。

【００３０】次に、本発明による荷電ビーム描画装置の
成形ビームの評価方法の第２の実施の形態を図１７乃至
図２２を参照して説明する。この第２の実施の形態が第
１の実施の形態と異なる大きな点は、パターン描画をせ
ずにファラデーカップで電流量を計測することで短時間
のオフセットドリフト量の算出を行うことにある（ＣＣ
Ｄセンサなどで直接計測してもよい）。図１７に本実施
の形態の評価方法の評価手順を示し、図１８にこの実施
の形態の評価方法に用いられる電荷の計測装置２００を
示す。図１８において１１１はファラデーカップ、２０
２は電荷の積分回路である。以下、この計測装置２００
を利用したオフセットドリフト量の計測法について述べ
る。第１の実施の形態と同様に、最初に特開昭６３−２
３７５２６号公報に示すような従来のビーム寸法調整法
に従って、第１成形アパーチャと第２成形アパーチャの
各辺を基準座標に対し平行になるように合わせた後、ビ
ーム寸法を変化させながらファラデーカップ等でビーム
電流を測定する。ビーム寸法変化に対しビーム電流の増
加が直線になるように、アパーチャの回転を合わせ、設
定ビーム寸法を変化させた時のビーム電流値を一次関数
で外挿し、直線が原点を通るようにビーム成形用偏向器
のオフセット調整を行う。

【００３１】次にバイアス値δおよび分割数ｎの設定を
行なう（図１７のステップＦ２１，Ｆ２２参照）。ビー
ム寸法調整後の第１成形アパーチャ像と第２成形アパー
チャ位置関係は第１の実施形態の時と同じて図３のよう
になる。次に第１成形アパーチャ像１０３と第２成形ア
パーチャ１０５を重ねてａ×ｂμｍ^２のビームを成形す
る。 （ｘ方向の短時間オフセットドリフトの計測） ここでは例えばウエハ上で０．５×１μｍ^２のビームを
考える。ｘ方向の一辺０．５μｍをｎ分割、例えば５０
分割する。すなわちビーム成形偏向器１０６によってア
パーチャ像１０３を第２成形アパーチャ１０５に重ね、
ウエハ上で０．０１×１μｍ^２のビーム１２０をビーム
寸法調整によって設定する（図１７のステップＦ２３参
照）。このビーム１２０の１回の照射時間ｔを決めてフ
ァラデーカップ１１１内へのショットを開始する（図１
７のステップＦ２４参照）。ビーム成形偏向器１０６内
にチャージアップが飽和した後、５０回ショットの電荷
量を計測する。

【００３２】ｘ方向に短時間オフセットドリフトが存在
すると、図６に示したものと同じような０．０１×１μ
ｍ² の寸法に成形されたビーム１２０であってもその幅
方向にオフセットドリフトΔｘが加算されて、実際ショ
ットする時には（０．０１＋Δｘ）×１μｍ² のビーム
１２０′になっている。従って、このビーム１２０′の
５０回ショット分の電荷量は設定上の電荷量：０．５×
１×ｔ×Ｊ（ここでＪは電流密度）より５０×Δｘ×１
×ｔ×Ｊだけ電荷量が多くなって計測されることにな
る。

【００３３】そこで、ビーム成形偏向器１０６内にチャ
ージアップが飽和した後に、ラインビームの幅（ｘ）方
向に系統的にバイアス値δ_ｘを加えて５０回のショット
の合計電荷量を電荷積分回路２０２で計測する（図１７
のステップＦ２５，Ｆ２６参照）。そしてδ_ｘとｎを変
えて測定を行い、各δ_ｘに対する電荷量をプロットする
とΔｘとδ_ｘの符号が反対で絶対値が等しい時に電荷量
が設定上の電荷量０．５×１×ｔ×Ｊと等しくなる。さ
らにΔｘ＋δ_ｘ＝０の時は電荷量は分割数ｎには依存し
ないで一定となる。従ってδ_ｘとｎを変えて電荷量を計
測して図１９に示すようなグラフを求める（図１７のス
テップＦ２７，Ｆ２８参照）。各δ_ｘ毎の点に対し回帰
直線をそれぞれ求め、これらの回帰直線の傾きを求め、
各バイアス値δ_ｘに対して傾きを再プロットしたのが図
２０である。この図２０において上記傾きが零となるバ
イアス値δ_ｘがオフセットドリフトとなる。図２０から
本実施の形態での実験系でのばらつき範囲内でバイアス
値を求めるとδ_ｘは２．１ｎｍ〜４．１ｎｍとなり、そ
の中心値は３．１ｎｍである。

【００３４】従ってｘのマイナス方向に３．１ｎｍのオ
フセットドリフトがあることがわかる。

【００３５】なおこの実施例では１回の測定でオフセッ
トドリフトを求めるように記述しているが、測定精度を
高めるためには複数回行って平均する方が好ましい。ま
た計測時間はショット回数ｎで電荷量を計測している
が、ショット時間をｎ倍してもよい。 （ｙ方向の短時間オフセットドリフトの計測） ここでは例えばウエハ上で１×０．５μｍ^２のビームを
考える。ｙ方向の一辺０．５μｍをｎ分割、例えば５０
分割する。ビーム成形偏向器１０６によってアパーチャ
像１０３をアパーチャに重ねウエハ上で１×０．０１μ
ｍ^２のビーム１２０をビーム寸法調整によって設定す
る。このビーム１２０の１回の照射時間ｔを決めてファ
ラデーカップ１１１内へのショットを開始する。成形偏
向器のチャージアップが飽和した後、５０回ショットの
電荷量を計測する。ｘ方向に短時間オフセットドリフト
が存在すると図６に示したものと同じような１×０．０
１μｍ^２の寸法に成形されたビーム１２０であってもそ
の幅方向にオフセットドリフトΔｙが加算されて、実際
ショットする時には１×（０．０１＋Δｙ）μｍ^２のビ
ーム１２０′になっている。従って、このビーム１２
０′の５０回ショット分の電荷量は、設定上の電荷量：
１×０．５×ｔ×Ｊ（ここでＪは電流密度）より１×５
０×Δｙ×ｔ×Ｊたけ電荷量が多くなって計測されるこ
とになる。そこで、成形偏向器内にチャージが飽和した
後にラインビームの幅（ｙ）方向に系統的にバイアス値
δ_ｙを加えて５０回のショットの合計電荷量を電荷積分
回路２０２で計測し、各δ_ｙに対する電荷量をプロット
するとΔｙとδ_ｙの符号が反対で絶対値が等しい時に電
荷量が設定上の電荷量１×０．５×ｔ×Ｊと等しくな
る。さらにΔｙ＋δ_ｙ＝０の時は電荷量は分割数ｎには
依存しないで一定となる。従ってδ_ｙとｎを変えて電荷
量を計測して図２１に示すようなグラフを求める。各δ
_ｙ毎の点に対し回帰直線を求め、その傾きを求め、各バ
イアス値δ_ｙに対して傾きを再プロットしたのが図２２
である。この図２２から本実施の形態での実験系でのば
らつき範囲内で傾き値を求めるとδ_ｙは−０．２ｎｍ〜
−２．２ｎｍとなり、その中心値は−１．２ｎｍであ
る。

【００３６】従ってｙのプラス方向に１．２ｎｍのオフ
セットドリフトがあることがわかる。

【００３７】次に、求めたΔｘとΔｙを考慮して、ビー
ム寸法の調整を行う。この調整手順は第１の実施の形態
で示した手順と同じである。また計測時間はショット回
数ｎで電荷量を計測しているが、ショット時間をｎ倍し
ても良い。

【００３８】すなわち、まず最初に特開昭６３−２３７
５２６号公報に示されたような従来のビーム寸法調整法
に従って、第１成形アパーチャと第２成形アパーチャの
各辺を基準座標に対し平行になるように合わせた後、ビ
ーム寸法を変化させながらファラデーカップ等でビーム
電流を測定する。ビーム寸法変化に対しビーム電流の増
加が直線になるように、アパーチャの回転を合わせ、設
定ビーム寸法を変化させた時のビーム電流値を一次関数
で外挿し、直線が原点を通るようにビーム成形用偏向器
のオフセット調整を行う。

【００３９】この結果、ウエハ上でＡ×Ｂμｍ² のビー
ムが必要と指定すると第１成形アパーチャ像と第２成形
アパーチャの重なり１２２を４０×（Ａ×Ｂ）；（４０
は縮小率の逆数）の大きさに重ねるようにする。ところ
が先述した例ではｘ，ｙ方向にオフセットドリフトが存
在するため、ビームを試料上に一定時間以上照射すると
重なり１２３が４０×｛（Ａ−Δｘ）×（Ｂ＋Δｙ）｝
となってしまう。そこで予めビーム調整時にｘ，ｙ方向
のオフセットドリフトのキャンセルするようなバイアス
値δ_x ，δ_y を加算する。すなわち重なり１２４を４０
×｛（Ａ＋δ_x）×（Ｂ−δ_y ）｝とする。これはビー
ムの原点が第２成形アパーチャの左下の角となっている
のを零点にずらしておくことに相当する。このようにす
るとビームを試料上に一定時間以上照射した後、オフセ
ットドリフトによって予め与えておいたバイアス値がキ
ャンセルされ、原点が（０，０）の位置にくることにな
る。このバイアス値の加算の調整は第１成形アパーチャ
像の位置を制御する偏向器を使って可動ステージ上の例
えばファラデーカップで計測される電流量の増減を見な
がら行うことができる。この方法での補正効果も十分で
図１６に示したような結果が得られている。

【００４０】以上説明したように、第２の実施の形態に
よれば第１の実施形態の方法よりも短時間で同様の効果
を得ることができる。

【００４１】なお、上記実施の形態においては、ファラ
デーカップ内に一定時間の照射をｎ回行い、ｎ回の照射
の照射量の合計値Σを求めているが、１回の照射量を求
め、照射時間をｎ倍し、ｎ倍の照射量の合計値Σを求め
ても良い。

【００４２】以上述べた実施の形態では一定時間ビーム
を試料上に照射した後に発生する短時間オフセットドリ
フトだけを補正している。しかしながら、長時間オフセ
ットドリフトもわずかではあるが徐々に増加していく。
従って高精度に描画する場合には、長時間のオフセット
ドリフトも予め計測しておいて、あるいは描画の最中に
合せて計測して、値を更新していく必要がある。この際
に用いる手法は前述の実施の形態で説明したものと同様
である。このようにすれば描画時に極めて精度の高いビ
ーム寸法管理ができることになる。

【００４３】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
るものではない。上記実施の形態においてはレジストパ
ターンでの評価と、ファラデーカップによる電荷量の計
測による方法を述べたが、分割されたビームを可動ステ
ージ上に設置されたマークに照射し、その時に生じる反
射電子を反射電子検出器で検出し、その信号から求める
ようにしてもよい。要するにオフセットドリフト量に匹
敵する幅をもつラインビームを形成し、その幅方向に系
統的にバイアス値を加え、オフセットドリフト量とバイ
アス値が相殺しあう値を見つけることが重要なことであ
る。従ってこの際に使用する信号は特に制限はなく、様
々な仕様に応じて本発明を適用すればよい。

【００４４】さらに上述の実施の形態においては、並列
描画、多重ショットによる電荷量計測で行っているが、
これは現在の計測技術ではラインビームワンショットで
の情報をＳ／Ｎを高くして得ることが難しいため、実施
していることであり、Ｓ／Ｎの高い計測法があればワン
ショットでの信号による評価で何んら問題ないことは明
らかである。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、描画パターンでは寸法
リニアリティが成立しないような微細パターン領域に属
するような微小オフセット量をも求めることができるよ
うになり、従来以上に高精度でビーム寸法の調整、管理
を行うことができる。この結果、極めて精度の高い描画
が長時間安定して持続できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による成形ビームの評価方法の第１の実
施の形態の評価手順を示すフローチャート。

【図２】電子ビーム描画装置を示す概略構成図。

【図３】オフセットドリフトの測定結果を示す図。

【図４】ビーム寸法調整後の第１成形アパーチャ像と第
２成形アパーチャとの位置関係を示す図。

【図５】オフセットドリフトのない場合でのｘ方向ライ
ンビームを説明するための図。

【図６】オフセットドリフトがある場合でのｘ方向ライ
ンビームを説明するための図。

【図７】オフセットドリフトΔｘとバイアス値δ_x との
大小関係による描画パターンの違いを説明する図。

【図８】δ_x をパラメータにしてレジストパターンの幅
寸法と分割数ｎとの関係を示す図。

【図９】各バイアス値δ_x での傾きをプロットした図。

【図１０】ビーム寸法調整後の第１成形アパーチャ像と
第２成形アパーチャとの位置関係を示す図。

【図１１】オフセットドリフトのない場合でのｙ方向ラ
インビームを説明するための図。

【図１２】オフセットドリフトがある場合でのｙ方向ラ
インビームを説明するための図。

【図１３】オフセットドリフトΔｙとバイアス値δ_y と
の大小関係による描画パターンの違いを説明する図。

【図１４】各バイアス値δ_y での傾き（レジストパター
ン幅寸法／分割数）をプロットした図。

【図１５】Δｘ，Δｙを考慮したビーム寸法の調整法を
説明するための図。

【図１６】オフセットドリフト補正の効果を説明する
図。

【図１７】本発明による成形ビームの評価方法の第２の
実施の形態の評価手順を示すフローチャート。

【図１８】電荷量の計測装置を示す概略図。

【図１９】電荷計測法によるδ_x パラメータ時の電荷量
と分割数ｎとの関係を示す図。

【図２０】各バイアス値δ_x での傾き（電荷量／分割
数）をプロットした図。

【図２１】電荷計測法によるδ_y パラメータ時の電荷量
と分割数ｎとの関係を示す図。

【図２２】各バイアス値δ_y での傾き（電荷量／分割
数）をプロットした図。

【符号の説明】

１０１ 電子銃 １０２ コンデンサレンズ １０３ 第１成形アパーチャ １０４ 投影レンズ １０５ 第２成形アパーチャ １０６ ビーム成形偏向器 １０７ 縮小レンズ １０８ 対物レンズ １０９ 試料面 １１０ 主偏向器 １１１ ファラデーカップ １１２ ビーム寸法測定用マーク台 １１３ 可動ステージ １２０ ｘ方向ラインビーム １２１ ｙ方向ラインビーム １２２ Ａ×Ｂμｍ² の成形ビーム １２３ オフセットドリフトを含んだ成形ビーム １２４ オフセットドリフトが補正された成形ビーム ２００ 電荷量計測器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉 原 和 佳 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33 株式 会社東芝 生産技術研究所内 (56)参考文献 特開 平７−50248（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−8321（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−214120（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−188180（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−301452（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−142740（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20 504 G21K 5/04

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の成形アパーチャを通過した荷電ビー
   ムを偏向し、第２の成形アパーチャを通過する前記荷電
   ビームの寸法を制御して可変成形ビームを成形し、この
   可変成形ビームを用いて、可動ステージ上に載置された
   試料上に所望のパターンを描画する荷電ビーム描画装置
   を用いて前記可変成形ビームを評価する荷電ビーム描画
   装置の成形ビームの評価方法において、 ｘ方向の寸法がａでかつ前記ｘ方向に直角なｙ方向の寸
   法がｂであるように成形されたビームの一方の辺を１／
   ｎに分割して短冊状のビームを成形する第１のステップ
   と、 前記短冊状のビームを前記試料面上又は前記可動ステー
   ジ上に一定時間以上照射する第２のステップと、 前記分割した方向のビーム幅にバイアス値δを加えたビ
   ームを成形する第３のステップと、 前記成形されたバイアス値を加えたビームを前記試料面
   上の感光材に一定時間照射して露光する第４のステップ
   と、 前記一方の辺の寸法の１／ｎだけ、分割した方向に、前
   記バイアス値を加えたビームをずらして前記第４のステ
   ップの動作を行うことを（ｎ−１）回繰り返した後、前
   記感光材を現像してパターン幅θを求める第５のステッ
   プと、 前記分割数ｎおよびバイアス値δを変化させて前記第１
   乃至第５のステップを繰り返す第６のステップと、 前記バイアス値δの各々に対して、前記分割数ｎに関す
   る前記パターン幅θの変化率Δθ／Δｎを求め、この変
   化率と前記バイアス値に基づいてオフセットドリフト量
   を求める第７のステップと、 を備えていることを特徴とする荷電ビーム描画装置の成
   形ビームの評価方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の評価方法を用いてｘ方向及
   びｙ方向のオフセットドリフト値を各々求め、これらの
   求められたオフセットドリフト値に基づいて前記ビーム
   寸法を補正し、この補正されたビーム寸法に基づいて描
   画を行うことを特徴とする荷電ビーム描画方法。
3. 【請求項３】第１の成形アパーチャを通過した荷電ビー
   ムを偏向し、第２の成形アパーチャを通過する前記荷電
   ビームの寸法を制御して可変成形ビームを成形し、この
   可変成形ビームを用いて、可動ステージ上に設置された
   試料上に所望のパターンを描画する荷電ビーム描画装置
   を用いて前記可変成形ビームを評価する荷電ビーム描画
   装置の成形ビームの評価方法において、 ｘ方向の寸法がａでかつ前記ｘ方向に直角なｙ方向の寸
   法がｂであるように成形されたビームの一方の辺を１／
   ｎに分割して短冊状のビームを成形する第１のステップ
   と、 前記短冊状のビームを前記試料面上又は前記可動ステー
   ジ上に一定時間以上照射する第２のステップと、 前記分割した方向のビーム幅にバイアス値δを加えたビ
   ームを成形する第３のステップと、 前記成形されたバイアス値を加えたビームを前記試料面
   上に一定時間照射することをｎ回繰り返し、ｎ回の照射
   の照射量の合計値Σを求める第４のステップと、 前記分割数ｎおよびバイアス値δを変化させて前記第１
   乃至第４のステップを繰り返す第５のステップと、 前記バイアス値の各々に対して、前記分割数ｎに関する
   前記照射量の合計値Σの変化率ΔΣ／Δｎを求め、この
   変化率と前記バイアス値に基づいてオフセットドリフト
   量を求める第６のステップと、 を備えていることを特徴とする荷電ビーム描画装置の成
   形ビームの評価方法。
4. 【請求項４】請求項３記載の評価方法を用いてｘ方向及
   びｙ方向のオフセットドリフト値を各々求め、これらの
   求められたオフセットドリフト値に基づいて前記ビーム
   寸法を補正し、この補正されたビーム寸法に基づいて描
   画を行うことを特徴とする荷電ビーム描画方法。