JP3469167B2 - 露光用ビームの寸法誤差検出方法及び露光用ビームの照射位置誤差検出方法 - 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、エネルギービーム
露光装置を用いて試料にパターン露光するための露光技
術において、特にビーム寸法及びビーム照射位置の誤差
を求めるための、露光用ビーム寸法誤差検出方法及び露
光用ビームの照射位置誤差検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の例えば半導体製造プロセスに用い
られる露光マスクを露光する為の電子ビーム露光では従
来の丸ビームを用いたものに加えて、スループットを上
げる為に矩形或いは三角形或いは任意形状の断面を有す
る電子ビームを発生して露光する可変成形ビーム方式の
電子ビーム露光装置が用いられる。

【０００３】図１に可変成形ビーム方式の電子ビーム露
光装置の概略図を示す。また、この可変成形ビーム方式
の電子ビーム露光装置で用いられるアパーチャーの平面
形状の平面図を図２に示す。

【０００４】図１において電子源１１から出射された電
子ビーム１２はステージ２０に載置された試料１５上の
所望の位置に位置決めされて照射され、試料１５に露光
がなされる。電子源１１と試料１５間には成形偏向器１
３、対物偏向器１４、投影レンズ１６、及び対物レンズ
１７が設置されている。

【０００５】このとき電子ビーム１２はＳ１アパーチャ
ー１８及びＳ２アパーチャー１９の２枚のアパーチャー
を介してステージ２０に載置された試料１５に照射され
る。それにより試料１５に照射される電子ビーム１２の
断面形状が任意の形状に成形された成形ビームとする。

【０００６】すなわち電子源１１から出射された電子ビ
ーム１２は、まず図２にその平面形状を示すような矩形
の開口部２１を有するＳ１アパーチャー１８上に照射さ
れその断面形状が矩形となるよう成形される。成形され
た電子ビーム１２は成形偏向器１３によって偏向され２
つの矩形を組み合わせた形状の開口部２２を有するＳ２
アパーチャー１９上の所望の位置に照射される。このと
き図２に示すようにＳ１アパーチャー像２３のＳ２アパ
ーチャー１９上における形成位置を調整して、Ｓ２アパ
ーチャー１９の開口部２２との重なり具合を変化させる
ことにより断面形状が所望寸法の矩形２４（タイプ１の
矩形）あるいは直角二等辺三角形２５〜２８（タイプ２
〜５の直角二等辺三角形）に成形される。さらに成形さ
れた電子ビーム１２は対物偏向器１４によって偏向され
試料１５面上の任意の位置にタイプ１の矩形、およびタ
イプ２〜５の直角二等辺三角形の像を形成する。

【０００７】上記方法で発生する電子ビーム像の試料面
上での寸法には上限があり、集積回路の回路パターンな
どの大規模なパターンを描画するには発生させた電子ビ
ームの基本単位図形（前記矩形あるいは直角二等辺三角
形）の像（以下ショットと呼ぶ）を試料面で高精度に接
続して露光していく。

【０００８】そのためビーム照射位置を所望の位置と
し、ビーム寸法を所望の値とするために、ビーム照射位
置の設定や、ビームの成形感度設定値及び成形オフセッ
ト設定値などのビーム寸法の設定に対して校正を行った
後にパターン露光を行っている。

【０００９】ところが装置に由来する不可避的な誤差要
因のため、ビーム寸法やビーム照射位置の校正を行って
も、前記基本単位図形を接続して露光した場合にはビー
ム寸法誤差やビーム照射位置誤差が生じてしまう。そし
てこのビーム寸法誤差やビーム照射位置誤差は露光精度
を低下させる。

【００１０】例えば、前記ビーム寸法誤差には成形感度
誤差α及び成形オフセット誤差βがある。以下に成形感
度誤差αおよび成形オフセット誤差βについて説明す
る。

【００１１】図６にビーム寸法設定値ｓとビーム実寸法
Ｓとの関係を示す。図６中の（ａ）が理想的な場合、
（ｂ）が実際の場合を示す。

【００１２】理想的な場合、ビーム実寸法Ｓはあらかじ
め設定した成形感度設定値Ａおよび成形オフセット設定
値Ｂ（ビーム寸法設定値ｓを０とした時のビーム寸法の
設定値）を用いて、 Ｓ＝Ａ×ｓ＋Ｂ で表される。通常はビーム寸法設定値ｓに対してビーム
寸法Ｓを一致させるので図６（ａ）に示すようにＡ＝
１、Ｂ＝０である。

【００１３】ところが実際の場合、成形感度及び成形オ
フセット値は成形感度誤差αと成形オフセット誤差βを
含み、 Ｓ＝ｓ（Ａ＋α）＋Ｂ＋β で表され、このためビーム寸法設定値とビーム実寸法Ｓ
との関係は図６（ｂ）に示すように誤差が生じてしま
う。

【００１４】また、ビーム照射位置誤差の例を、直角二
等辺三角形のショットを接続した斜線パターンを例に取
り説明する。図７（ａ）、（ｂ）には直角二等辺三角形
のショットを接続した斜線パターンの模式図を示す。い
ずれも斜線パターンを露光するにあたり、図７に示す断
面形状がタイプ２、４の直角二等辺三角形のビームとを
組み合わせて露光している。図７（ａ）はビーム照射位
置誤差のない場合、図７（ｂ）はビーム照射位置誤差の
ある場合を示す。図７（ｂ）はそれぞれビーム照射位置
に誤差があるためにショット境界に離れや重なりが生じ
てしまう。

【００１５】以上のようなビーム寸法誤差やビーム照射
位置誤差を定量的に高精度に求めることが可能であれ
ば、その誤差を露光装置にフィードバックすることによ
りその描画精度を向上させることが可能である。

【００１６】成形感度誤差α、成形オフセット誤差β、
あるいはビーム位置誤差を求める方法として特開平９−
２９３６６８号公報には以下のような方法が開示されて
いる。

【００１７】すなわち、電子ビーム露光装置を用いて、
ポジ型レジスト層が形成された基板上に、１つの図形を
複数のショットに分けてパターン露光する作業を、成形
感度設定値Ａ、成形オフセット設定値Ｂあるいはビーム
校正位置を変化させて複数回行う工程と、前記パターン
露光されたレジスト層を最適な現像時間より短い時間で
現像する工程と、前記現像されたレジスト層を走査型プ
ローブ顕微鏡で走査してレジスト層の深さ分布を測定
し、前記レジスト層の深さ分布測定結果から露光に用い
たビームの成形感度誤差α、成形オフセット誤差βある
いはビーム位置誤差を求めるというものである。

【００１８】例えば、成形感度誤差αを求めるには、レ
ジスト層を塗布した基板上に１つの図形を２つのショッ
トに分けてパターン露光する作業を複数回行う。図８に
露光したパターンの平面図とそのときのレジスト深さを
示す特性図を示す。各回のパターン露光では成形感度設
定値Ａを図８（ａ）〜（ｅ）のようにａ−２Δａ、ａ−
Δａ、ａ、ａ＋Δａ、ａ＋２Δａとわずかに変えて行
い、各レジスト層を最適な現像時間より短い時間で現像
する。その後レジスト層を前記現像されたレジスト層を
走査型プローブ顕微鏡で走査して（ａ）´〜（ｅ）´に
示すそれぞれのレジスト層の深さ分布を測定する。

【００１９】図８（ａ）は成形感度設定値Ａを小さくし
て露光したものでショット寸法が短くなっている。その
ためショットの離れが生じてショット境界部分で離れが
生じその部分は照射量が小さい。そのためレジスト層の
膜減り量が他の部分より小さくなるため走査型プローブ
顕微鏡で測定した図８（ａ）の点線部分の深さは他の部
分より高くなり（ａ）´のようになる。図８（ａ）〜
（ｅ）のように成形感度設定値Ａをわずかずつ（ここで
はΔａ）変化させて同様の測定を行ったものに対して、
深さの変化ΔＺを成形感度設定値Ａに対してプロットす
ると、図９のようになる。ΔＺが０になる成形感度設定
値Ａが例えばａ−Δａである場合、成形感度誤差αはΔ
ａであり、成形感度誤差αを考慮した成形感度設定値の
最適値はａ−Δａとすればよいことがわかる。

【００２０】成形オフセット誤差βを求める際も同様
に、成形オフセット設定値Ｂをわずかに変化させ、複数
回のパターン露光を複数回行う。次に現像後に走査型プ
ローブ顕微鏡により深さ分布を測定する。さらに図１０
に示すように成形オフセット設定値Ｂに対してΔＺをプ
ロットする。ΔＺが０となる成形オフセット設定値Ｂが
その最適値であり図１０ではΔｂ／２となる。

【００２１】また、ビーム照射位置誤差の評価手法につ
いては以下のように行っている。

【００２２】例えば、図１１に示すタイプ1の矩形とタ
イプ２の直角二等辺三角形の像を試料上に形成するにあ
たり、ビーム照射位置の校正は以下のように行う。ま
ず、Ｓ２アパーチャ上の開口部の配置では、タイプ１と
タイプ２の断面形状の成形ビームの照射位置を変化させ
ずにそのまま照射すると図１１（ａ）に示すようにタイ
プ１の像とタイプ２の像が離れて形成される。そのた
め、まず、座標データの処理上では、例えばタイプ２の
像を図１１（ｂ）に示すようにｘ２およびｙ２の距離そ
れぞれ移動させてタイプ１の左下の頂点の座標とタイプ
２の上側の頂点の１つの座標とが一致するよう設定す
る。この機能を振り戻しと言い、移動量（ｘ２、ｙ２）
を振り戻し量という。露光の際には振り戻し後の一致し
た点の座標を基準として露光の際のビーム位置を決定す
る。図１１（ｂ）は振り戻し量が理想的な場合であり、
実際には様々な誤差要因により振り戻し量は適正ではな
くなり図１１（ｃ）に示すようにタイプ１とタイプ２の
ビーム位置はずれたところに基準が設定されてしまう。

【００２３】特開平９−２９３６６８号公報において
は、ビーム照射位置誤差を考慮した最適な振り戻し量を
決めるために、各ショットが隣接するパターンのパター
ン露光を複数回行う。このとき成形感度誤差αあるいは
成形オフセット誤差βを求める際と同様に、各回のパタ
ーン露光では振り戻し量を設定値から意図的にわずかに
変化させて前記パターンを露光・現像し、図形の重なり
具合を走査型プローブ顕微鏡により深さを測定すること
により観測する。図１２に示すように振り戻し量の設定
値Ｘ値に対してΔＺをプロットする。ΔＺが０となる振
り戻し量がその最適値で図１２では０となる。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】上記したように従来技
術ではビーム寸法誤差やビーム照射位置誤差を定量的に
求めるために、成形感度設定値や成形オフセット設定
値、振り戻し量などの設定値を変化させて複数回のパタ
ーン露光を行う。通常１回の設定値を変更するたびに少
なくとも1枚の試料を用いるため、設定値を変更した上
でパターン露光を行うとすると、設定値を変えるたびご
とに試料を変え、設定値データを装置に転送し、パター
ン露光を行い、測定を行うという作業を複数回行うとい
う煩雑な手間を必要とする。

【００２５】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
で、可変成形ビーム方式のエネルギービーム露光装置を
用いてパターン露光を行うにあたり、ビーム寸法誤差や
ビーム照射位置誤差を少ない露光回数で求めることがで
き、描画精度の向上に寄与し得る露光用ビームの寸法誤
差検出方法及び露光用ビームの照射位置誤差検出方法を
提供することを目的とする。

【００２６】

【課題を解決するための手段】本発明は、試料に対しエ
ネルギービームを照射する手段と、前記照射するエネル
ギービームの成形オフセット値調整機能もしくは成形感
度調整機能とを備えたエネルギービーム露光装置を用い
て、レジスト層が表面に形成された試料に前記エネルギ
ービームを照射し前記レジスト層にパターン露光を行う
第１工程と、前記パターン露光されたレジスト層を最適
な現像時間より短い時間で現像する第２工程と、前記現
像されたレジスト層の深さ分布を検知する第３工程と、
前記検知されたレジスト層の深さ分布から露光に用いた
エネルギービームの成形オフセット誤差もしくは成形感
度誤差を検出する第４工程とを備える露光用ビームの寸
法誤差検出方法において、前記第１工程は、ｎ個のショ
ットに分割して露光される第１の矩形領域の分割方向の
幅をｗ、１ショットの前記分割方向の幅をｄ、ビームサ
イズをｓ、前記成形感度をＡ、前記成形オフセット値を
Ｂ、ショットの前記分割方向のずらし量をＰ、ショット
の前記分割方向と直行する方向のずらし量をＱとしたと
き、ｄ＝ｓ×Ａ＋Ｂ＝（Ｗ／ｎ）＋Ｐ＋Ｑとなる第１の
矩形領域が行列配置された複数の第１の領域を、行方向
に各々の前記第１の領域内の前記第１の矩形領域の前記
ずらし量Ｑが同じで、前記ずらし量Ｐが順次変わるよう
に、列方向に各々の前記第１の領域内の前記第１の矩形
領域の前記ずらし量Ｐが同じで、前期ずらし量Ｑが順次
変わるように行列配置した第２の領域及び、ｄ＝ｓ×Ａ
＋Ｂ＝（Ｗ／ｎ）＋Ｐとなる第２の矩形領域が、列方向
にショット数が同じく、行方向に前記ショット数が順次
変わるように行列配置された第３の領域を、前記第２の
矩形領域の前記ずらし量Ｐが順次変わるように前記第２
の領域の行方向の配列と対応させて複数個配列した第４
の領域とを有するパターンで、前記成形オフセット値も
しくは前記成形感度を固定して、一つの前記レジスト層
にパターン露光することを特徴とする露光用ビームの寸
法誤差検出方法である。

【００２７】また、本発明は、試料に対しエネルギービ
ームを照射する手段と、前記照射するエネルギービーム
の照射位置調整機能とを備えたエネルギービーム露光装
置を用いて、レジスト層が表面に形成された試料に前記
エネルギービームを照射し前記レジスト層にパターン露
光を行う第１工程と、前記パターン露光されたレジスト
層を最適な現像時間より短い時間で現像する第２工程
と、前記現像されたレジスト層の深さ分布を検知する第
３工程と、前記検知されたレジスト層の深さ分布から露
光に用いたエネルギービームの照射位置誤差を検出する
第４工程とを備える露光用ビームの照射位置誤差検出方
法において、前記第１工程では、前記請求項１に記載の
寸法誤差検出方法により検出された露光用ビームの寸法
誤差を校正した後、ビーム照射位置基準となる位置を固
定し、一つの前記レジスト層の異なる位置にエネルギー
ビームを複数照射してパターン露光することを特徴とす
る露光用ビームの照射位置誤差検出方法である。

【００２８】すなわち本発明においては、ビーム寸法誤
差やビーム照射位置誤差を定量的に求めるために、成形
感度設定値や成形オフセット設定値、あるいは振り戻し
量といった設定値を固定した上で、１つのレジスト層に
対して照射するビームのビーム寸法あるいはビーム照射
位置を変化させて複数ショットのビームを照射してパタ
ーン露光を行い、レジスト層の深さ分布、すなわちその
複数個のパターンにおけるレジスト開口部の深さの分
布、及び該パターン寸法あるいは露光位置との関係から
ビーム寸法誤差やビーム照射位置誤差を求めるものであ
る。これにより従来技術の如く設定値を変えて複数回の
パターン露光を行った場合と同等以上の精度でビーム寸
法誤差やビーム照射位置誤差を求めることができる上、
前記設定値は固定した上で露光を行うため、従来技術の
如く設定値を変えるたびごとに試料を変えて、パターン
露光を行い、レジスト層の深さ測定を行うという作業を
低減することができる。

【００２９】なお、本発明は可変成形ビーム方式のエネ
ルギービーム露光装置を用いた場合に限定されることな
く、さらにビーム形状の種類の多いキャラクタプロジェ
クション方式のエネルギービーム露光装置においても適
宜変更して実施することが可能である。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下本発明の詳細を説明する。

【００３１】本実施の形態では可変成形ビーム方式の電
子ビーム露光装置を用いてパターン露光を行うにあた
り、ビームの寸法誤差やビーム照射位置誤差を求める場
合について説明する。

【００３２】図１に本実施の形態で用いた可変成形ビー
ム方式の電子ビーム露光装置の一例を示す概略図を示
す。

【００３３】図１の電子ビーム露光装置においては電子
源１１から電子ビーム１２を発生する。本発明において
は、電子ビーム以外のエネルギービームを用いても良
い。例えば、光ビーム、イオンビーム、あるいは中性粒
子ビームであっても良い。電子源１１から発生した電子
ビーム１２はステージ２０に載置された試料１５上の所
望の位置に位置決めされて照射され、試料１５に露光が
なされる。試料１５には電子ビーム１２の照射によりそ
の性質を変えるポジ型レジスト層が形成されている。

【００３４】電子源１１と試料１５間には成形偏向器１
３及び対物偏向器１４、投影レンズ１６、対物偏向器1
４、対物レンズ１７が設置されている。

【００３５】電子ビーム１２は以下に示すようにＳ１ア
パーチャー１８及びＳ２アパーチャー１９に照射され、
その断面形状が成形された成形ビームとなる。

【００３６】電子ビーム１２は、まずＳ１アパーチャー
１８上に照射され、１段階目のビーム断面形状の成形が
行われる。Ｓ１アパーチャー１８により成形された電子
ビーム１２はさらに成形偏向器１３によって偏向され、
Ｓ２アパーチャー１９上の所望の位置に照射されて２段
階目のビーム断面形状の成形が行われる。Ｓ２アパーチ
ャー１９により成形された電子ビームは最終的に対物偏
向器１４によって偏向され試料１５面上の任意の位置に
Ｓ１アパーチャ像と、Ｓ２アパーチャー像が結像されて
露光が行われる。

【００３７】図２にＳ１アパーチャー１８とＳ２アパー
チャー１９の平面図を示す。図２において（ａ）はＳ１
アパーチャー１８、（ｂ）はＳ２アパーチャー１９を示
す。

【００３８】前記Ｓ１アパーチャー１８は、図２（ａ）
に示すように矩形の開口部２１を有する。前記Ｓ２アパ
ーチャー１９は、図２（ｂ）に示すように２つの矩形を
組み合わせた形状の開口部２２が設けられている。開口
部２２は、矩形、直角二等辺三角形の像を得る為の可変
成形用の開口部である。

【００３９】Ｓ１アパーチャー１８の開口部２１を透過
した電子ビームがＳ２アパーチャー１９の開口部２２に
結像されると、試料１５面上に結像されるＳ１アパーチ
ャ像及びＳ２アパーチャー像は矩形または直角二等辺三
角形となる。このとき成形偏向器１３に印加する電圧を
変えることによりＳ２アパーチャー１９上に形成される
Ｓ１アパーチャー像２３とＳ２アパーチャー１９の開口
部２２との重なり具合を変化させる。それにより電子ビ
ーム１２の断面形状が矩形２４（タイプ１の矩形）ある
いは直角二等辺三角形２５〜２８（タイプ２〜５の直角
二等辺三角形）に変化し各電子ビームの寸法も変化させ
ることができる。

【００４０】成形された電子ビーム１２は対物偏向器１
４によって偏向され試料１５面上に任意寸法のタイプ１
の矩形、あるいはタイプ２〜５の直角二等辺三角形の像
が任意の位置に形成される。 （１）成形オフセット誤差の測定 上記電子ビーム露光装置により露光を行う際に生じる成
形オフセット誤差を求めるために以下のような操作を行
った。 （第1工程）この装置を用いてポジ型レジストが塗布さ
れた試料１５上に以下のように設定した図形をパターン
露光した。露光した図形を示す平面図を図３に示す。

【００４１】描画した図形の基本単位は、図３（ａ）に
示す縦Ｉ、横Ｗのサイズを有する矩形の領域Ａ（３１）
である。

【００４２】領域Ａ（３１）はｎ個のショット３２に分
割して露光する。このとき１つのショット３２の横方向
の幅ｄは、（ｗ／ｎ）にずらし量Ｐ（変数）を加えた式
（１）で表されるものと設定する。（図３（ａ）におい
てＰはマイナスである。） ｄ＝ｓ×Ａ＋Ｂ＝（Ｗ／ｎ）＋Ｐ （１） 式（１）においてｓはビームサイズ設定値、Ａは成形感
度設定値、Ｂは成形オフセット設定値、Ｐはあらかじめ
設定したずらし量である。少なくとも１回の露光におい
て成形感度設定値Ａおよび成形オフセット設定値Ｂは固
定された値である。誤差がないとするとＰがマイナスの
時ショット間には隙間が開き領域Ａへの照射量が少なく
なり、Ｐがプラスの時にはショットが重なり領域Ａへの
照射量が多くなる。Ｐが０の時にはショット間には隙間
も重なりも生じない。

【００４３】このような領域Ａ（３１）がさらに図３
（ｂ）に示すように、行列に並列した領域Ｂ（３３）を
形成している。領域Ｂの前記行列においては、横方向
（行）にはショット数ｎが１、２…ｍ−１、ｍ（ｍは正
の数）と順次変えたｍ種類の領域Ａ（３１）が並列され
ている。縦方向（列）にはショット数が同じ領域Ａ（３
１）が並列されている。

【００４４】さらにこのような領域Ｂ（３３）が図３
（ｃ）に示すように、複数個並列された領域Ｃ（３４）
が形成されている。この領域Ｃ（３４）の複数個の各領
域Ｂ（３３）においては、各領域Ｂ（３３）内の領域Ａ
（３１）のずらし量Ｐを−２Δｐ、−Δｐ、…Δｐ、２
Δｐと順次変えたパターンとする。

【００４５】具体的な例としては、目標精度が１ｎｍ程
度の場合、ｎは１から１００、Ｐは−１０［ｎｍ］から
＋１０［ｎｍ］程度と設定することが望ましい。 （第２工程）次に前記パターン露光した試料１５を適正
現像時間よりも短い現像時間現像する半現像を行う。こ
れにより露光部においても照射量に応じてレジスト層の
開口部の深さ（レジスト深さ）が異なってくる。照射量
が大きい領域はレジスト深さが深くなり、照射量が小さ
い領域はレジスト深さが小さくなる。 （第３工程）つぎに現像した試料１５のレジスト深さ分
布を観察する。レジスト深さの観察は光学顕微鏡観察で
行うことが望ましい。光学顕微鏡観察はレジスト深さの
違いは色の違いとなって現れ、試料上のレジスト層上の
レジスト深さの違いが判別が容易である。また、プロー
ブ顕微鏡でレジストの深さを測定してもよい。光学顕微
鏡の場合もプローブ顕微鏡も評価の分解能は１ｎｍレベ
ルである。

【００４６】いずれにしろ１つのレジスト層に、ビーム
寸法が変化した複数ショットのパターンが形成されてい
るため、レジスト深さ分布の測定が容易に行われる。 （第４工程）つぎに観察されたレジスト深さ分布の測定
結果から成形オフセット誤差を検出する。

【００４７】実際に照射される１つのショット３２の横
方向の幅ｄ´は、成形感度誤差α及び成形オフセット誤
差βを含むため、下記の式（２）で表される。 ｄ´＝ｓ（Ａ＋α）＋Ｂ＋β （２） 式（２）においてｓはビームサイズ設定値、Ａは成形感
度設定値、Ｂは成形オフセット設定値、αは成形感度誤
差、βは成形オフセット誤差である。

【００４８】各領域Ａにおいて１つのショット３２毎の
ずらし量Ｐおよびβの値は分割数ｎによらずに一定であ
る。

【００４９】したがってオフセット誤差βが０であれば
Ｐが０である領域Ｂにおいては、分割数ｎによらずに全
ての領域Ａへの図形への照射量は同じになるので当該領
域Ｂ内の全ての領域Ａのレジスト深さは均一になる。オ
フセット誤差βが０でＰがマイナスである領域Ｂは、分
割数ｎが大きい領域Ａほど照射量が小さくなるためレジ
スト深さが小さくなっていく。オフセット誤差βが０で
Ｐがプラスである領域Ｂは、分割数ｎが大きい領域Ａほ
ど照射量が大きくなるのでレジスト深さが深くなってゆ
く。したがってＰが０の領域Ｂにおいてレジスト深さの
違いがｎが変化しても現れなければオフセット誤差βは
０である。

【００５０】一方、オフセット誤差βが０ではなけれ
ば、Ｐの値が０ではない領域Ｂの中に分割数ｎによらず
に全ての領域Ａの照射量が同じになりレジスト深さに違
いが出ないものが存在することになる。すなわちＰとオ
フセット誤差βが相殺されて０になる場合にはその領域
Ｂ内の全ての領域Ａはｎによらずに照射量が同じになり
レジスト深さの違いが出ない。このときの−Ｐの値がオ
フセット誤差βである。

【００５１】たとえば、Ｐの値を−５［ｎｍ］、−４
［ｎｍ］、−３［ｎｍ］…０［ｎｍ］、…３［ｎｍ］、
４［ｎｍ］、５［ｎｍ］と順次変えて、上記パターン露
光を行い、領域Ｃ（３４）を光学顕微鏡観察したとこ
ろ、Ｐの値を−３ｎｍと設定した領域Ｂ（３３）おい
て、ｎによらずにレジスト深さの違いがない場合、オフ
セット誤差βは３ｎｍであることがわかる。 （２）成形感度誤差の測定 上記電子ビーム露光装置により露光を行う際に生じる成
形感度誤差を求めるために以下のような操作を行った。 （第１工程）この装置を用いてポジ型レジストが塗布さ
れた試料１５上に以下のように設定した図形をパターン
露光した。

【００５２】露光した図形の平面図を図４に示す。

【００５３】描画した図形の基本単位は、図４（ａ）に
示す横Ｗのサイズを有する矩形の領域Ｄ（４１）であ
る。

【００５４】領域Ｄ（４１）はｎ´個のショット４２に
分割して露光する。このとき１つのショット４２の横方
向の幅ｄは（ｗ／ｎ´）にずらし量Ｐ´及びずらし量Ｑ
´を加えた式（３）で表されるものと設定する。（図４
においては（Ｐ´＋Ｑ´）はマイナスである。） ｄ＝ｓ×Ａ＋Ｂ＝（Ｗ／ｎ´）＋Ｐ´＋Ｑ´ （３） 式（３）においてｓはビームサイズ設定値、Ａは成形感
度設定値、Ｂは成形オフセット設定値、Ｐ´、Ｑ´はず
らし量（変数）である。

【００５５】少なくとも１回の露光において成形感度設
定値Ａおよび成形オフセット設定値Ｂは固定された値と
する。

【００５６】このような領域Ｄ（４１）はさらに図４
（ｂ）に示すように、単に行列に並列して領域Ｅ（４
３）が形成されている。

【００５７】さらにこのような領域Ｅ（４３）が図４
（ｃ）に示すように、行列に並列された領域Ｆ（４４）
が形成されている。この領域Ｆ（４４）の行列において
は、横方向（行）には、各々の領域Ｅ（４３）内の領域
Ｄ（４１）のずらし量Ｑ´が同じで、ずらし量Ｐ´を−
２Δｐ、−Δｐ、…Δｐ、２Δｐと順次変えた領域Ｅ
（４３）を並列する。縦方向（列）には、各々の領域Ｅ
（４３）内の領域Ｄ（４１）のずらし量Ｐ´が同じで、
ずらし量Ｑ´を−２Δｑ、−Δｑ、…Δｑ、２Δｑと順
次変えた領域Ｅ（４３）を並列する。領域Ｆ（４４）内
の全ての領域Ｄ（４１）においてはビームサイズ設定値
ｓ及び分割数ｎは固定の値とする。

【００５８】また、領域Ｆ（４４）に並列して前記
「（１）成形オフセット誤差の測定」と同様の領域Ｂ
（４５）を配列した領域Ｃ（４６）を配列する。このと
き領域Ｃ（４６）内の領域Ｂ（４５）におけるずらし量
Ｐは、領域Ｆ（４４）内の領域Ｅ（４３）のずらし量Ｐ
´と同様−２Δｐ、−Δｐ、…Δｐ、２Δｐと順次変え
たものとし、領域Ｆ（４４）内の横方向の配列と対応さ
せて配列する。 （第２工程）次に前記パターン露光した試料１５を適正
現像時間よりも短い現像時間現像する半現像を行う。 （第３工程）つぎに現像した試料１５のレジスト深さを
観察する。レジスト深さの観察は「（１）成形オフセッ
ト誤差の測定」と同様、光学顕微鏡観察で行うことが望
ましい。光学顕微鏡観察はレジスト深さの違いは色の違
いとなって現れ、試料上のレジスト層上のレジスト深さ
の違いが判別が容易である。 （第４工程）つぎに観察されたレジスト深さ分布の測定
結果から成形オフセット誤差を検出する。

【００５９】実際に照射される１つのショット３２の横
方向の幅ｄ´は、成形感度誤差α及び成形オフセット誤
差βを含むため、下記の式（２）で表される。 式（２）においてｓはビームサイズ設定値、Ａは成形感
度設定値、Ｂは成形オフセット設定値、αは成形感度誤
差、βは成形オフセット誤差である。

【００６０】一方、誤差のないショット３２の横方向の
幅ｄは、 ｄ＝ｓ×Ａ＋Ｂ であるから、誤差分は（ｓ×α＋β）となる。

【００６１】さて、まず領域Ｆ（４４）に隣接した領域
Ｃ（４６）を前記「（１）成形オフセット誤差の測定」
の（第３工程）と同様に観察して、ｎによりレジスト深
さの違いの出ない領域Ｂ（４５）を検出し、そのときの
Ｐの値（例えばΔｐ）からオフセット誤差βを検出す
る。すなわちオフセット誤差βは−Ｐ＝−Δｐである。

【００６２】さらに、前記レジスト深さの違いの出ない
領域Ｂ（４５）におけるずらし量Ｐ（Δｐ）と同一のず
らし量Ｐ´（Δｐ）を有する領域Ｅ（４３）の列の中か
ら、ショット間に隙間も重なりも生じないようパターン
ニングされている領域Ｄ（４１）を有する領域Ｅ（４
３）を検出する（例えばこのときのＱ´が−Δｑとす
る）。ショット間に隙間も重なりも生じないようパター
ンニングされている場合、その領域Ｄ（４１）における
ずらし量Ｑ´（−Δｑ）と成形感度誤差αにより生じた
誤差ｓ×αが相殺されて０となっている。したがってこ
のときの−Ｑ´の値（Δｑ）が成形感度誤差αにより生
じた誤差ｓ×αであり、成形感度誤差αは−Ｑ´／ｓ
（Δｑ／ｓ）であることがわかる。

【００６３】上記（１）あるいは（２）を行うことによ
り成形オフセット誤差あるいは成形オフセット誤差と成
形感度誤差を１回の露光で、しかも光学顕微鏡を用いる
観察により容易に検出することができる。このようにし
て求めた成形感度誤差及び成形オフセット誤差を考慮し
て最適な成形感度設定値及び成形オフセット設定値を偏
向器にフィードバックすることにより、ビーム寸法誤差
を低減することができる。 （３）ビーム位置誤差の測定 次に上記電子ビーム露光装置により露光を行う際に生じ
るビーム位置誤差を求めるために以下の様な操作を行っ
た。なお、ビーム位置誤差の測定は、上記（１）、ある
いは（２）の手法にてビーム寸法誤差の検出及びビーム
寸法の適正化を行った上で評価することが必要である。

【００６４】ビーム位置誤差は、タイプ１の矩形、及び
タイプ２〜５の振り戻しを行った上で、各図形の振り戻
し量の誤差を以下のように求めた。 （第1工程）ポジ型レジストが塗布された試料１５上に
以下のように設定した図形をパターン露光した。露光し
た図形の平面図を図５に示す。

【００６５】描画した図形の基本単位は、図５（ａ）に
示すタイプ1の矩形の像と、タイプ２〜５の４種の直角
二等辺三角形の像のうちの２種の直角二等辺三角形の像
とを組み合わせた図形である。

【００６６】図５（ａ）においてタイプ１の矩形、タイ
プ２及びタイプ４の直角二等辺三角形の像をそれぞれｘ
方向、ｙ方向に組み合わせた図形が５１及び５２、タイ
プ１の矩形、タイプ３及びタイプ５の直角二等辺三角形
の像をそれぞれｘ方向、ｙ方向に組み合わせた図形が５
３、５４である。

【００６７】タイプ１の矩形、タイプ２及びタイプ４の
直角二等辺三角形の像を組み合わせた図形５１及び図形
５２において、図形５１では、タイプ１の矩形と、タイ
プ２、タイプ４の直角三角形の像との間のｘ方向の距離
にそれぞれｄｘ２（タイプ１の矩形とタイプ２の直角二
等辺三角形の像とのｘ方向におけるずらし量）、ｄｘ４
（タイプ１の矩形とタイプ４の直角二等辺三角形の像の
ｘ方向におけるずらし量）を加え、図形５２においては
タイプ１の矩形と、タイプ２、タイプ４の直角三角形の
像との間のｙ方向の距離に、ｄｙ２（タイプ１の矩形と
タイプ２の直角二等辺三角形の像とのｙ方向におけるず
らし量）、ｄｙ４（タイプ１の矩形とタイプ４の直角二
等辺三角形の像とのｙ方向におけるずらし量）を加えた
ものと設定する。ずらし量ｄｘ２、ｄｘ４、ｄｙ２、ｄ
ｙ４はそれぞれ独立した変数である。

【００６８】タイプ１の矩形、タイプ３及びタイプ５の
直角二等辺三角形の像の組み合わせた図形５３、図形５
４においても、図形５３ではタイプ１の矩形と、タイプ
３、タイプ５の直角三角形の像との間のｘ方向の距離に
それぞれｄｘ３（タイプ１の矩形とタイプ３の直角二等
辺三角形とのｘ方向におけるずらし量）、ｄｘ５（タイ
プ１の矩形とタイプ５の直角二等辺三角形のｘ方向にお
けるずらし量）を加え、図形５４ではタイプ１の矩形
と、タイプ３あるいはタイプ５の直角三角形の像との間
のｙ方向の距離に、ｄｙ３（タイプ１の矩形とタイプ３
の直角二等辺三角形とのｙ方向におけるずらし量）、ｄ
ｙ５（タイプ１の矩形とタイプ５の直角二等辺三角形の
ｙ方向におけるずらし量）を加えたものと設定する。ず
らし量ｄｘ３、ｄｘ５、ｄｙ３、ｄｙ５はそれぞれ独立
した変数である。

【００６９】さらに図５（ａ）に示す図形５１，図形５
２，図形５３，図形５４を各々複数個組み合わせて、斜
線を形成し、さらにその斜線を複数個組み合わせてなる
図５（ｂ）に示すような領域Ｇ（５５）（図形５１の組
み合わせ）、領域Ｈ（５６）（図形５２の組み合わ
せ）、領域Ｉ（５７）（図形５３の組み合わせ）、領域
Ｊ（５８）（図形５４の組み合わせ）を各々形成する。
各領域Ｇ〜Ｊ内においてはずらし量ｄｘ２、ｄｘ４、ｄ
ｙ２、ｄｙ４、ｄｘ３、ｄｘ５、ｄｙ３、ｄｙ５は一定
である。このように図形５１〜５４を組み合わせること
により各像のつなぎ目が複数となるため、平均して各像
のつなぎ目が評価できる。

【００７０】このような領域Ｇ〜Ｊはさらに図５（ｃ）
に示すように行列に並列された領域Ｋ（５９）を形成し
ている。この領域Ｋ（５９）の行列においては、横方向
(行)には各領域Ｇ（５５）、領域Ｈ（５６）、領域Ｉ
（５７）、領域Ｊ（５８）が順に配列されている。縦方
向（列）には各領域内の図形のずらし量を変化させた領
域を配列している。

【００７１】例えば、領域Ｇ（５５）が配列された列で
は領域Ｇ（５５）内の図形５１におけるずらし量（ｄｘ
２，ｄｘ４）を、（−２Δｄｘ２，−２Δｄｘ４）、
（−Δｄｘ２，−Δｄｘ４）、・・・（Δｄｘ２，Δｄ
ｘ４）、（２Δｄｘ２，２Δｄｘ４）と順次変化させて
ある。同様に領域Ｈ（５６）の列では領域Ｈ（５６）内
の図形５２におけるずらし量（ｄｙ２，ｄｙ４）、領域
Ｉ（５７）の列では領域Ｉ（５７）内の図形５３におけ
るずらし量（ｄｘ３，ｄｘ５）、領域Ｊ（５８）の列で
は領域Ｊ（５８）内の図形５４におけるずらし量（ｄｙ
３，ｄｙ５）も同様に変化させている。 （第２工程）次に前記パターン露光した試料１５を適正
現像時間よりも短い現像時間現像する半現像を行う。 （第３工程）つぎに現像した試料１５のレジスト深さを
観察する。レジスト深さの観察は「（１）成形オフセッ
ト誤差の測定」と同様、光学顕微鏡観察で行うことが望
ましい。光学顕微鏡観察はレジスト深さの違いは色の違
いとなって現れ、試料上のレジスト層上のレジスト深さ
の違いが判別が容易である。 （第４工程）次に観察されたレジスト深さ分布の測定結
果から振り戻し量の誤差を求めた。

【００７２】領域Ｋ内の各領域Ｇ〜領域Ｊの列毎に、シ
ョット間に隙間あるいは重なりが最も少ないようパター
ンニングされてる図形を有する領域を検出する。それに
より当該領域におけるずらし量から振り戻し量の誤差を
見いだすことができる。

【００７３】例えば、ショット間に隙間あるいは重なり
も生じないようパターンニングされている図形が、領域
Ｇ（５５）の列においては（ｄｘ２，ｄｘ４）＝（−２
Δｄｘ２，−２Δｄｘ４）、領域Ｈ（５６）の列におい
ては（ｄｙ２，ｄｙ４）＝（−Δｄｙ２，−Δｄｘ
４）、領域Ｉ（５７）の列においては（ｄｘ３，ｄｘ
５）＝（−Δｄｘ３，−Δｄｘ５）、領域Ｊ（５８）の
列では（ｄｙ３，ｄｙ５）＝（Δｄｙ３，Δｄｙ５）で
あった場合、適正な振り戻し量に対する補正量は、それ
ぞれ（ｘ２，ｘ４）に対する補正量（−２Δｄｘ２，−
２Δｄｘ４）、（ｙ２，ｙ４）に対する補正量（−Δｄ
ｙ２，−Δｄｙ４）、（ｘ３，ｘ５）に対する補正量
（−Δｄｘ３，−Δｄｘ５）、（ｙ３，ｙ５）に対する
補正量（Δｄｙ３，Δｄｙ５）である。

【００７４】この結果を振り戻し量の設定値にフィード
バックすることにより形状精度の高い描画が可能とな
る。

【００７５】

【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、可
変成形ビーム方式のエネルギービーム露光装置を用いて
パターン露光を行うにあたり、ビームの寸法誤差やビー
ム照射位置誤差を少ない露光回数で求めることができ、
描画精度の向上に寄与し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 可変成形ビーム方式の電子ビーム露光装置の
一例を示す概略図。

【図２】 アパーチャーの平面図。

【図３】 成形オフセット誤差の測定のために基板上に
露光した図形を示す平面図。

【図４】 成形感度誤差の測定のために基板上に露光し
た図形を示す平面図。

【図５】 ビーム位置誤差の測定のために基板上に露光
した図形を示す平面図。

【図６】 可変成形ビーム方式の電子ビーム露光装置に
おけるビーム寸法設定値ｓとビーム実寸法Ｓとの関係を
示す特性図。

【図７】 直角二等辺三角形のショットを接続した斜線
パターンの模式図。

【図８】 成形感度誤差を求めるために基板上に露光し
たパターンの平面図とレジスト深さを示す特性図を示
す。

【図９】 露光したパターンの現像後のレジスト深さと
成形感度設定値との関係を示す特性図。

【図１０】 露光したパターンの現像後のレジスト深さ
と成形オフセット設定値との関係を示す特性図。

【図１１】 ビーム位置誤差の状態を示す平面図。

【図１２】 露光したパターンの現像後のレジスト深さ
と振り戻し量設定値との関係を示す特性図。

【符号の説明】

１１…電子源 １２…電子ビーム １３…成形偏向器 １４…対物偏向器 １５…試料 １６…投影レンズ １７…対物レンズ １８…Ｓ１アパーチャー １９…Ｓ２アパーチャー ２０…ステージ ２１…開口部 ２２…開口部 ２３…Ｓ１アパーチャー像 ２４…矩形（タイプ１） ２５…直角二等辺三角形（タイプ２） ２６…直角二等辺三角形（タイプ３） ２７…直角二等辺三角形（タイプ４） ２８…直角二等辺三角形（タイプ５） ３１…領域Ａ ３２…ショット ３３…領域Ｂ ３４…領域Ｃ ４１…領域Ｄ ４２…ショット ４３…領域Ｅ ４４…領域Ｆ ４５…領域Ｂ ４６…領域Ｃ ５１〜５４…矩形及び三角形を組み合わせた図形 ５５…領域Ｇ ５６…領域Ｈ ５７…領域Ｉ ５８…領域Ｊ ５９…領域Ｋ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料に対しエネルギービームを照射する手
   段と、前記照射するエネルギービームの成形オフセット
   値調整機能もしくは成形感度調整機能とを備えたエネル
   ギービーム露光装置を用いて、レジスト層が表面に形成
   された試料に前記エネルギービームを照射し前記レジス
   ト層にパターン露光を行う第１工程と、 前記パターン露光されたレジスト層を最適な現像時間よ
   り短い時間で現像する第２工程と、 前記現像されたレジスト層の深さ分布を検知する第３工
   程と、 前記検知されたレジスト層の深さ分布から露光に用いた
   エネルギービームの成形オフセット誤差もしくは成形感
   度誤差を検出する第４工程とを備える露光用ビームの寸
   法誤差検出方法において、 前記第１工程は、ｎ個のショットに分割して露光される
   第１の矩形領域の分割方向の幅をｗ、１ショットの前記
   分割方向の幅をｄ、ビームサイズをｓ、前記成形感度を
   Ａ、前記成形オフセット値をＢ、ショットの前記分割方
   向のずらし量をＰ、ショットの前記分割方向と直行する
   方向のずらし量をＱとしたとき、 ｄ＝ｓ×Ａ＋Ｂ＝（Ｗ／ｎ）＋Ｐ＋Ｑ となる第１の矩形領域が行列配置された複数の第１の領
   域を、行方向に各々の前記第１の領域内の前記第１の矩
   形領域の前記ずらし量Ｑが同じで、前記ずらし量Ｐが順
   次変わるように、列方向に各々の前記第１の領域内の前
   記第１の矩形領域の前記ずらし量Ｐが同じで、前期ずら
   し量Ｑが順次変わるように行列配置した第２の領域及
   び、 ｄ＝ｓ×Ａ＋Ｂ＝（Ｗ／ｎ）＋Ｐ となる第２の矩形領域が、列方向にショット数が同じ
   く、行方向に前記ショット数が順次変わるように行列配
   置された第３の領域を、前記第２の矩形領域の前記ずら
   し量Ｐが順次変わるように前記第２の領域の行方向の配
   列と対応させて複数個配列した第４の領域とを有するパ
   ターンで、 前記成形オフセット値もしくは前記成形感度を固定し
   て、一つの前記レジスト層に パターン露光することを特
   徴とする露光用ビームの寸法誤差検出方法。
2. 【請求項２】試料に対しエネルギービームを照射する手
   段と、前記照射するエネルギービームの照射位置調整機
   能とを備えたエネルギービーム露光装置を用いて、レジ
   スト層が表面に形成された試料に前記エネルギービーム
   を照射し前記レジスト層にパターン露光を行う第１工程
   と、 前記パターン露光されたレジスト層を最適な現像時間よ
   り短い時間で現像する第２工程と、 前記現像されたレジスト層の深さ分布を検知する第３工
   程と、 前記検知されたレジスト層の深さ分布から露光に用いた
   エネルギービームの照射位置誤差を検出する第４工程と
   を備える露光用ビームの照射位置誤差検出方法におい
   て、前記第１工程では、前記請求項１に記載の寸法誤差
   検出方法により検出された露光用ビームの寸法誤差を校
   正した後、ビーム照射位置基準となる位置を固定し、一
   つの前記レジスト層の異なる位置にエネルギービームを
   複数照射してパターン露光することを特徴とする露光用
   ビームの照射位置誤差検出方法。