JP3357181B2

JP3357181B2 - 電子線描画装置およびその調整方法

Info

Publication number: JP3357181B2
Application number: JP12908794A
Authority: JP
Inventors: 康成早田; 恭宏染田; 秀寿佐藤; 博之伊藤; 慎一加藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-06-10
Filing date: 1994-06-10
Publication date: 2002-12-16
Anticipated expiration: 2017-12-16
Also published as: JPH07335531A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一括図形照射法を用い
る電子線描画装置の調整方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一括図形照射法を用いた電子線描画装置
における、図形選択時に収差がない場合の電子軌道を図
２に示す。すなわち、図２では図形選択に伴う離軸によ
る転写レンズ３での収差が発生しないことを仮定してい
る。離軸は縮小レンズ６によって縮小されるため、縮小
レンズ６や対物レンズ８内での収差量は小さい。これに
対し図３では、図形選択に伴って後段に設けた転写レン
ズ３により、中心から外側に偏向された電子ビームに収
差を発生した場合の電子軌道を示している。点線で示す
のは収差を考慮した場合の電子軌道を示す。第２アパー
チャー５の像面は第２アパーチャーの位置と選択した図
形とによって決るため、転写レンズ部における収差の影
響は直接には受けない。したがって、像面の離軸は図２
に示した場合と同じである。しかし、上記転写レンズ部
での収差は電子ビームの第２アパーチャーへの入射角を
変化させ、レンズ（特に対物レンズ）の中心部における
離軸を大きくする。すなわち、クロスオーバーに大きく
収差が現われることになる。そのため、転写レンズ部の
収差は、それに伴う電子軌道の変化により、下段のレン
ズ部において離軸収差を発生させやすくしている。ま
た、図３で注意すべきことは、第２アパーチャー５上の
異なる点に像を形成する電子は、それぞれが異なった量
の離軸による影響を受けることである。すなわち、アパ
ーチャー５の軸上を通る電子は収差の影響を受けにく
く、アパーチャー５の軸外ほど収差の影響を受けること
になる。この結果、アパーチャー５上の各点に到達する
電子の対物レンズ８内での電子軌道が大きく異なること
になる。このために、一括図形内の全ての点からの電子
ビームが、レンズの中心を通過するようにすることが困
難になる。対物レンズ８の軸外を電子ビームが通過する
ことは、描画装置の解像性の低下原因になるため、上記
の状態では一括図形を均一に転写することが不可能にな
る。

【０００３】従来の一括図形照射法では、竹本等が第４
０回応用物理学関係連合講演会講演予稿集５５２頁下段
で明らかにしているように、上記図形選択に伴う収差を
対物絞りを透過した試料上の電流量をモニタとし、それ
を最大にすることによって調整している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記調整法において
は、対物絞りが大きいと収差に対する感度が低く、微小
な収差までは補正しきれない。また、対物絞りの中心と
レンズの中心とは、製作精度を考慮すると必ずしも一致
しないため、透過電流を最大にすることが光学的に最適
であるとはいえない。

【０００５】本発明の目的は、上記対物絞りを用いるこ
となく、より高精度な光学調整を実現することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、一括図形照
射方法が可能な電子線描画装置の調整方法において、試
料上に照射された図形状ビームによる試料上の図形内で
の複数の位置を、異なる焦点条件のもとで測定し、それ
ぞれの変化量または複数の位置の間の相対的変化量、あ
るいはそれら両方を小さくする方向に、図形選択に伴う
非点収差の補正量、図形選択に伴う焦点の補正量、電子
鏡体のアライナの強度、アパーチャーの位置などの電子
光学系の調整を行うことにより達成される。

【０００７】上記照射図形内の複数の位置を、照射図形
内の決められた領域の重心によって定義することにより
達成され、また、上記図形状ビームがアパーチャーに設
けた２以上の独立した開口により形成されることにより
達成される。

【０００８】さらに、上記電子光学系の調整を、静電の
非点補正器または焦点補正器で行い、いずれかの補正器
を図形選択のための偏向器を兼用することによって達成
される。

【０００９】すなわち、まず照射図形内の複数の位置を
測定し、これら複数の位置間の距離は図形選択に伴う収
差が発生すると、焦点変化に伴い変化するため、この焦
点変化による位置の相対的変化量を小さくする方向に電
子光学系の調整を行い、高精度の調整が可能になる。ま
た、絶対的変化量を小さくすることは、照射図形全体の
軸を調整する上で有効である。位置は特定のパターンエ
ッジや特定のパターンの中心等での定義ができるが、決
められた領域の重心より定義する方法が特に有効であ
る。調整する電子光学要素としては、主にクロスオーバ
ーの非点や焦点を補正する補正器、光軸を定めるアナイ
ラあるいはアパーチャーの位置などが考えられる。

【００１０】また、これらの調整を行うために、専用の
開口図形を用いることも有効であって、独立した複数
（２つ以上で多くとも４つ程度の少数がよい）の開口を
もつ図形がよい。４つの開口からなる図形の場合には、
２方向で重なり合わないように配置すると調整が容易に
なる。

【００１１】

【作用】転写レンズ部で発生する収差は図１に示すよう
に、転写レンズ部で発生する非点や像面湾曲などの収差
を補正する補正器１５を、上記転写レンズ部に設置する
ことにより補正が可能である。なお、これらの補正器は
静電補正器でも電磁補正器でも構わない。これらの補正
器により電子ビームに発生する収差を補正することによ
って、対物レンズ内での離軸を小さくすることが可能に
なる。主にクロスオーバーに影響する収差を補正するの
で、補正器はクロスオーバーより遠い所（マスクおよび
その像面に近い所）に配置することが効果的になる。

【００１２】図３に示す試料面（描画するウエハやステ
ージ上の校正用マーク）近傍を拡大した図を図４に示
す。像の位置によって対物レンズ内での軸が異なるた
め、試料面における入射角度が異なり、図４内の２点の
距離は焦点条件によりからのように変化する。この
ため、上記２点間の距離が焦点条件の変化に対して出来
るだけ変化しないように調整することによって、転写レ
ンズ部での非点や像面を補正することができる。これに
より、対物レンズ内での離軸を抑制し、最終的には対物
レンズ内で発生する収差が低減される。また、図４は照
射図形内の軸が異なると、図形の寸法は焦点の誤差によ
り変化しやすいことも同時に示している。さらに、像の
位置の絶対的な位置変化を小さくすることにより、照射
図形の軸をレンズ中心に調整することが可能である。

【００１３】上記２点間の距離は特定のパターンエッジ
や特定のパターンの中心等で、位置を定義することによ
り求めることが可能であるが、決められた領域の重心よ
り位置を定義する方法が特に有効である。その理由は、
焦点を変化させると解像度が劣化するために、ビームプ
ロファイルの立上りが緩慢になり、従来用いられていた
エッジ検出などの方法では検出信号のレベル変動などに
より、精度が低下する怖れがある。したがって、パター
ンの重心を求める方法や相関法によるマークの検出方法
などのように、多くの座標から位置を定義する方法が有
効になる。さらに、これらの調整を精度よく行うために
は、描画に用いるデバイスパターンでなく、専用の開口
図形を用いることが有効になる。具体的には独立した複
数（２以上で多くとも４程度の少数がよい）の開口をも
つ図形が、それぞれの開口の位置の測定として簡単であ
り好ましい。またこの時、それぞれの開口がＸ、Ｙ方向
に重ならなければ、クロスワイヤ上などの１次元走査の
際に、複数の開口を独立に検出することができる。これ
らの開口は検出可能な電流量を得るためにある程度の大
きさが必要であり、これらの観点から５つ以上の開口を
設けることは困難である。

【００１４】上記説明では、後段の転写レンズの軸外収
差を仮定したが、図形選択偏向器４または１７の軸外を
通過することによる収差や上記図形選択偏向器の製作誤
差による収差等も存在し、同様に電子軌道に影響を与え
る。これらを低減するためには、上記のように非点と焦
点を補正することが重要であるがアナイラやアパーチャ
ー位置の調整により、電子ビームをできるだけ転写レン
ズ中心を通過させることが、軸外収差の発生自体を低減
するので有効になる。

【００１５】

【実施例】つぎに本発明の実施例を図面とともに説明す
る。図１は一括図形照射を行う電子線描画装置の第１実
施例における電子光学系を示す図、図５は上記第１実施
例のアパーチャーを示す図、図６は上記第１実施例のビ
ームプロファイルを示す図、図７はアパーチャーの位置
依存性を示す図、図８は本発明の第２実施例におけるア
パーチャーを示す図、図９は上記第２実施例のビームプ
ロファイルを示す図、図１０は非点補正の効果を示す
図、図１１は本発明の第３実施例におけるアパーチャー
を示す図、図１２は金ドット像を示す図、図１３は本発
明の第４実施例における電子光学系を示す図である。

【００１６】第１実施例本発明の第１実施例における電子光学系を示す図１にお
いて、第２アパーチャー２０は図５に示す配置にした。
中央に可変成形を配置し周辺に調整用の２点マークを配
したが、２点マークはウエハ面上で１μｍ角２つを５μ
ｍ角の２つのコーナに配置して形成されている。破線で
区切られた部分がそれぞれ一括図形になる。本実施例で
は１番右上の２点マークを用いて調整を行ったが、図形
の配置場所によらず他の位置のマークを用いても同様の
方法が適用できる。上記２点のマークのそれぞれ１μｍ
角の中心座標を測定することによって調整を行う。ま
ず、クロスワイヤあるいは軽元素基板上の十字重金属マ
ーク上をＸ、Ｙ方向にそれぞれ１次元走査し、ビームプ
ロファイルを求める。

【００１７】図６に２点マークのビームプロファイルを
示す。（ａ）は励磁を最適化し検出面上に焦点を結んだ
場合を示し、（ｂ）は対物レンズが強励磁の場合を示し
ている。強励磁の場合はビームエッジが緩慢になる。そ
れぞれの開口の重心から各励磁での開口の相対距離がそ
れぞれ求められる。この相対距離の励磁を変化させたと
きの変化を求める。重心は最も簡単な方法として、測定
点の座標と信号強度の積を決められた範囲で積算し、信
号強度の積算で語ることにより求めた。図６では強励磁
の場合の方が距離は短い。他にプロファイルのエッジに
より位置を求めるなど、何らかの位置の定義を行えば本
発明の適用が可能である。

【００１８】図７に焦点変化による相対距離変化をアパ
ーチャーの機械的な原点位置を変化させて求めた結果を
示す。移動距離３００μｍでＸ、Ｙともに変化量は最低
になる。したがって、移動距離３００μｍの位置でアパ
ーチャーが電子光学系の中心に位置することになる。こ
のようにアパーチャーの原点位置を転写レンズの中心に
移動させることにより、レンズ中での離軸の影響を低減
することが可能になり、図形内での相対距離の差は低減
される。結果として相対距離の変化を１／３にまで調整
できたことが判る。これにより描画図形の変形を防ぐこ
とが可能になり、ショット接続精度が０．０５μｍから
０．０３μｍへと向上した。解像度も０．１μｍが得ら
れた。なお、本実施例ではアパーチャーの原点位置にか
かわらず、電子ビームの電流密度は１％の精度で変化し
なかった。

【００１９】第２実施例アパーチャーの他の配置図を図８に示す。本実施例では
図８に示すようなマークを設けたが、これは０．５μｍ
角の開口を１μｍの間隔で４個並べたものである。これ
により、より正確に図形内の電子軌道の様子を知ること
ができる。ビームプロファイルは図９のようになり、そ
れぞれの重心を求めた。本実施例ではレンズを強励磁に
した際にＡとＢのＸ方向の相対距離が短縮され、ＣとＤ
のＹ方向の相対距離が拡大された。これは、転写レンズ
部で非点収差が生じていることを示している。非点収差
は偏向器の製作誤差やレンズの非対称性などにより生じ
る。これに対しては非点補正器３０（図１３参照）によ
り補正を行った。非点補正器は静電補正器と電磁補正器
の双方で補正できる。本実施例では静電の補正器を用い
た。その結果、図１０に示すようにＡとＢのＸ方向の相
対距離とＣとＤのＹ方向の相対距離の変化が、非点補正
量に従って変化し、最適値で補正前の１／１０へと低減
することができた。この結果、第１実施例と同様のショ
ット接続精度の向上を図ることができた。また、非点補
正器はアパーチャー上の各々の点での収差の差を補正す
るために、図形選択偏向の偏向中心に形成される電子源
のクロスオーバー像より第１または第２アパーチャー近
くに設置することが有効である。なお、この４点マーク
は図形ビームの図形歪の計測などにも応用が可能であ
る。これにより調整前に６インチウエハ内で０．０５μ
ｍあった寸法精度の誤差が、０．０３μｍまで低減でき
た。

【００２０】第３実施例本実施例では図１１に示す４点マークを用いたが、この
４点マークでは第１実施例および第２実施例のように１
次元のビームプロファイルを求めても、２つのマークが
重なってしまい各マークの重心を求めることができな
い。そこで本実施例では０．２μｍの金ドットを用いて
２次元の走査を行うことにより、図１２に示す４点マー
クの反射電子２次元像を得た。これにより４つのマーク
の位置情報を独立に得ることが可能になる。反射電子２
次元像でもそれぞれの点の２方向の重心を求めることに
より、相対距離の変化が定量的に求められる。図１２で
は全てのマークが等方的に外に向って移動しており、ク
ロスオーバーに像面湾曲を発生していることが考えられ
る。像面湾曲の補正は、転写レンズ内に静電または電磁
の補正器を設けることにより可能になる。２次元情報は
他に微小な孔の上を図形ビームで２次元走査し、上記孔
を透過した電子をモニタすることにより得ることも可能
である。本実施例では焦点補正により接続精度０．０７
μｍから０．０３μｍに向上することができた。

【００２１】第４実施例図１３は第４実施例の電子光学系を示す図である。転写
偏向部には可変成形用静電偏向器２９の上下に図形選択
用の８極静電偏向器３０が設けられている上下の偏向器
を連動することにより、偏向中心を可変成形と偏向中心
を一致させている。図形選択偏向に伴う収差は上部の８
極の静電偏向器３０に電圧を印加することにより、すな
わち、静電偏向器と静電非点補正器を兼用することによ
り補正を行う。これにより渦電流などの応答遅れの影響
がない静電補正での非点補正を、場所の増加なしに行う
ことができる。収差は選択する図形の位置によって変化
するために、収差の補正は図形選択に連動して動的に行
う必要がある。補正すべき値は上記実施例などの方法に
より予め求めることができるので、その値を設定するた
めの時間を短縮することが重要である。本実施例では静
電補正器による非点補正を行ったために、３μｓで補正
が可能であった。また、図形選択による離軸が大きな所
で補正を行うと、補正にともない第１アパーチャー像の
第２アパーチャー上における位置が大きく動き、補正を
行う上で障害になる可能性がある。したがって、非点補
正器３０を上段の偏向器と兼用にした方がこの影響を受
けにくいという利点がある。もちろん、下段の偏向器と
兼用しても補正は可能である。同様なことは静電の焦点
補正器で可能であり、偏向器に焦点補正用の電圧を印加
すればよい。

【００２２】また、上記各実施例に限らず、電子光学の
調整方法として電子銃の位置や動作条件、アパーチャー
の傾斜なども考えられ、いずれも照射図形の位置変化を
小さくすることにより調整が可能になる。

【００２３】

【発明の効果】上記のように本発明による電子線描画装
置の調整方法は、一括図形照射法が可能な電子線描画装
置の調整方法において、試料上に照射された図形状ビー
ムによる試料上の図形内での複数の位置を、異なる焦点
条件のもとで測定し、それぞれの変化量または複数の位
置の間の相対的変化量、あるいはそれら両方を小さくす
る方向に、図形選択に伴う非点収差の補正量と図形選択
に伴う焦点の補正量と、電子鏡体のアライナの強度およ
びアパーチャーの位置などの電子光学系の調整を行うこ
とにより、クロスオーバーに発生する収差を計測し、低
減することが可能であり、精度がよい描画を実現するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一括図形照射を行う電子線描画装置における第
１実施例の電子光学系を示す図である。

【図２】収差がない場合の図形選択時における電子軌道
を示す図である。

【図３】収差がある場合の図形選択時における電子軌道
を示す図である。

【図４】試料面近傍における電子軌道を示す図である。

【図５】上記第１実施例のアパーチャーを示す図であ
る。

【図６】上記第１実施例のビームプロファイルを示す図
で、（ａ）は結像状態の場合を示す図、（ｂ）は強励磁
の場合を示す図である。

【図７】アパーチャーの位置依存性を示す図である。

【図８】本発明の第２実施例におけるアパーチャーを示
す図である。

【図９】上記第２実施例のビームプロファイルを示す図
で、（ａ）は結像状態の場合を示す図、（ｂ）は強励磁
の場合を示す図である。

【図１０】非点補正の効果を示す図である。

【図１１】本発明の第３実施例におけるアパーチャーを
示す図である。

【図１２】金ドット像を示す図で、（ａ）は結像状態の
場合を示す図、（ｂ）は強励磁の場合を示す図である。

【図１３】本発明の第４実施例における電子光学系を示
す図である。

【符号の説明】

９、２７試料面（ウエハ）１３、１４、２０、２１アパーチャー１５非点補正器１９、３０、３１図形選択偏向器

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＨ０１Ｊ 37/305 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５４１Ｆ (72)発明者伊藤博之茨城県勝田市市毛882番地株式会社日立製作所計測器事業部内 (72)発明者加藤慎一茨城県勝田市市毛882番地株式会社日立製作所計測器事業部内 (56)参考文献特開平５−211113（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−100264（ＪＰ，Ａ) 特開平４−53221（ＪＰ，Ａ) 特開平３−232217（ＪＰ，Ａ) 特開平５−299328（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20 504 G21K 5/04 H01J 37/09 H01J 37/21 H01J 37/305

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一括図形照射方法が可能な電子線描画装置
の調整方法において、試料上に照射された図形状ビーム
による試料上の図形内での複数の位置を、異なる焦点条
件のもとで測定し、それぞれの変化量または複数の位置
の間の相対的変化量、あるいはそれら両方の変化量を小
さくする方向に、電子光学系の調整を行うことを特徴と
する電子線描画装置の調整方法。
【請求項２】前記電子光学系の調整は、静電の非点補正
器または焦点補正器で行い、前記いずれかの補正器を図
形選択のための偏向器と兼用することを特徴とする請求
項１記載の電子線描画装置の調整方法。
【請求項３】一括図形照射方法が可能な電子線描画装置
の調整方法において、試料上に照射された図形状ビーム
による試料上の図形内での複数の位置を、異なる焦点条
件のもとで測定し、それぞれの変化量または複数の位置
の間の相対的変化量、あるいはそれら両方の変化量を小
さくする方向に、図形選択に伴う非点収差の補正量、図
形選択に伴う焦点の補正量、電子鏡体のアライナの強
度、アパーチャーの位置の少なくとも一の調整を行うこ
とを特徴とする電子線描画装置の調整方法。