JPH01110732A - 電子ビーム露光における位置合わせ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 電子ビームを偏向することによって試料の描画を行なう
電子ビーム露光方法であって、描画領域は描ｐ！［に試
料を装置するステージの移動を必要とし、かつ複数のビ
ーム偏向可能領域から成り、電子ビームの偏向を補正す
るための位置合わせ用のマークを描画゛領域の周辺に設
けた電子ビーム露光方法に関し、 光学系を用いることなく、試料の高さ変動を検出してビ
ーム偏向量を補正し、高精度及び高スループツトで試料
を描画することを目的とし、各位置合わせ用のマーク位
置で、マークをビーム偏向可能領域の中心とする仮想ビ
ーム偏向可能領域をつくり、該領域の四隅に相当する位
置へ順次マークをステージ移動させ、各仮想ビーム偏向
可能領域中心からビーム偏向によってマーク検出を行な
うことにより、各仮想ビーム偏向可能領域のビーム偏向
補正係数を求め、 各マーク位置と前記ビーム偏向可能領域の中心の位ｎと
の関係により、各ビーム偏向可能領域のビーム偏向補正
係数を、各仮想ビーム偏向領域のビーム偏向補正係数か
ら求めるように構成したものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、電子ビームを偏向することによって試料の描
画を行なう電子ビーム露光方法であって、描画領域は描
画時に試料を装置するステージの移動を必要とし、かつ
複数のビーム偏向可能領域から成り、電子ビームの偏向
を補正するための位置合わせ用のマークを描画領域の周
辺に設けた電子ビーム露光り法に関する。

電子ビーム露光方法は、電子ビームを用いてパターン形
成を行なう。電子ビームを用いたパターン形成は、ミク
ロン以下の微細なパターンを描画できることを大きな特
徴としている。電子ビーム露光方法は、ガウス形ビーム
方式と成形ビーム方式とに大別される。これらは更に、
試料を連続的に移動させながら描画するステージ３！！
続移動方式と、１描画領域ごとに試料を所定ωだけ移動
させるステップアンドレビート方式に分けられる。

一般に、上記のような電子ビーム露光方法では、試料の
状態の応じたビーム偏向量の補正が必要である。

〔従来の技術〕

従来、ビーム偏向によって試料の希望する位置へ描画す
る電子ビーム露光装置では、描画しようとする試料に設
けである、ビーム偏向のみで描画できる領域周辺にある
位置合わせマーク（例えば矩形状の領域の四隅に設けら
れる）を電子ビームによって走査してマーク位置を検出
し、これに基づいてビーム偏向量に補正を掛け、描画９
冒を調整している。描画するビームとマーク検出時のビ
ームは、位置合わせマークで囲まれた領域と描画したい
領域とが一致していれば、マーク位置はそれで囲まれた
試料の領域の状態（伸縮、回転、平行ずれ、高さ変動等
）によって変化するので、描画したい領域の試料の状態
がつかめる。

この試料の状態を第４図（Ａ）〜（Ｄ）に示す。

第４図（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ伸縮（振幅）、回転（
ローテーション）、傾き（台形）及び平行ずれ（オフセ
ット）を示す。尚、図中、実線で囲まれる領域は描画領
域を示し、破線で囲まれる領域は矢印で示す変動により
変化した描画領域を示す。

そして、４づのマーク位置の試料に応じた変化くずれ）
により、ビーム偏向量の補正係数を求める。この補正係
数は偏向の振幅補正に関するゲインと、偏向の回転補正
に関するローテーションと、偏向の振幅の位置の違いに
関する台形と、偏向の平行ずれ補正に関するオフセット
とから成る。この４つの補正係数を求めるためには４つ
の５１算式が必要であるため、必然的に４つの位置合わ
せマークが必要である。これらは、１つのまとまった描
画情報で描画される領域（以下、描画領域という）が、
ビーム偏向可能領域より小さい場合は適用できる。換言
すれば、ビーム偏向可能領域毎に４つの位置合わせマー
クを使用できる。しかし、描画領域が複数のビーム偏向
可能領域からなる場合には、描画領域内には位置合わせ
マークを配置できないことから、各ビーム偏向可能領域
の四隅付近に位置合わせマークを入れることができない
。

この様子を第５図に示す。図中、２０は描画領域、２０
ａ　〜２０ｄはｔ’−ム偏向可能領域、２２１〜２２３
．２２ｓ及び２２７はそれぞれ描画領域２０の四隅に配
置された位置合わせマーク、２２２゜２２４．２２ｓ及
び２２８は隣り合うビーム偏向可能領域の境界付近に配
置された位置合わせマークである。図示するように、各
ビーム偏向可能領域２０ａ〜２０ｄの三階にのみしか位
置合わせマークを設けることができない。このため、各
ビ−ム偏向可能領域毎にビーム偏向Ｍ補正を正しく掛け
ることができず（４つの位置合わせマークがないため、
４つの補正係数が求められない）、位置合わせマークが
配とされている隅の周辺に対しては精度が良いが、位置
合わせマークがない隅の周辺は精度が低下し、描画した
い位置に描画できないことになる。

ここで、従来の３つの位置合わせマークを用いて３つの
補正係数、すなわち、ゲイン、ローテーション及びオフ
セットを求める方法を説明する。

尚、台形は３つの位置合わせマークのみでは検出できな
い。

まｆ１第５図の一点鎖線に示すように、各ビーム偏向可
能領域の中心ａ−ｄからビームを偏向させて各マーク位
置を検出する。偏向の順番は、各マーク位置に記載され
た数字で示されている。ここで、ビーム偏向可能領域２
０ａを例にとり説明する。第６図はビーム偏向可能領域
２０ａを示す。

いま、Ｘ方向及びｙ方向の一辺の長さをそれぞれｆｌ　
／２及び之、／２とし、マーク位置１．２及び３での位
置ずれΔＸ＋、ΔＹ１　：ΔＸ２゜ΔＹ２　：△Ｘ３．
ΔＹ３とし、ゲイン、ローテーション及びオフセラ１−
をそれぞれＱ、ｒ及び０で表わすとする。また、マーク
１〜３の位置をそれぞれ（−４７２，１？、　　／２）
、（−４ｘ／２゜ｘｙ −Ｉｌ　／２）及び（之　／２．−之、／２）とすｙ　
　　　　　　　　　　　　ｘ る。この場合ΔＸ＋、△Ｘ２．△Ｘ３はそれぞれ以下の
とおり得られる。

△Ｘ　１＝１７２　（ＯＲ−＋　ｒ　　ｅ　　＋２０　
ｘ　）ｘｘ　　　ｘｙ ΔＸ２　＝１７２　　（Ｑ　　ｌ　　　ｒＸ　’ｌ　　
＋　２０ｘ　）ｘ　　　ｘ　　　　　　　　ｙ △Ｘ３＝１／２　（Ｑ　　［−ｒｘＩｌｙ＋２０ｘ）ｘ
ｘ 従って、Ｘ方向のゲインＱｘ１０−テーシコンｒｘ及び
オフセットｏｘは次のとおり得られる。

Ｑ　＝１／Ｉｌｘ　（△Ｘ３−△Ｘ２　）ｒ＝１．Ａ２
ｘ　（ΔＸ１−△Ｘ２） × ０ｘ＝１／２（ΔＸ１＋ΔＸ３） 同様にして、ｙ方向のゲインＱ７．ローテーションｒ　
及びオフセットＯ７は次のとおり１ｑられる。

■ ｏ＝１／ｌ、（ΔＹ＋−ΔＹ２） ｒ＝１＃！、（ΔＹ３−ΔＹ２　） Ｏｙ　＝１　／　２　　（ΔＹ１＋ΔＹ３）以上のよう
にして得られた３つの補正係数を用いて描画をした場合
には、高い精度が得られない。

そこで、描画領域が複数のビーム偏向可能領域で構成さ
れる場合では、次のような方法で描画している。第１の
方法は、描画領域の四隅の位置合わせマークを検出し、
その領域の位置をステージ移動Ｒに補正をかける。また
、ビーム偏向域の補正は、ステージ上の位置合わせマー
クを使用して、ステージ移動のＸ、Ｙにビーム偏向のＸ
、Ｙを合わせ込んで試料の変化、特に高さ変動が存在し
ても、粘度が維持できる程度の小さなビーム偏向域（ビ
ーム偏向可能領域より狭い領域）で描画する。

これは次の理由による。

第７図は高さ変動を説明するための図である。

図中、２４ａ及び２４ｂはそれぞれ高さＡ及びＢにある
試料面、２６ａ及び２６ｂはそれぞれ角度θｉ及びθ２
のビーム偏向Ｒの場合の電子ビームである。また之は高
さ八とＢとの距離である。いま高さＡにあった試料面が
高さＢに変動した場合、高さＡの位置を基準とした場合
の電子ビームの位置ずれ争Ｐａ及びＰ、は、 Ｐａ＝２−　ｔａｎθ＋　、Ｐｂ＝２−ｔａｎθ２とな
る。θ２〉θ１よりＰｂ＞Ｐ、となるから、ビーム偏向
量、すなわち描画する領域を、土泥ずれ吊が計容粘度よ
り小さい値になるように小さくすればよい。

第２の従来方法は、試料面の高さを光学系のに１ｉｌｌ
ｌＩ器（例えばレーザ干渉５１）で測定し、ステージ上
の位置合わせマークの高さとの差より、あらかじめ求め
である高さと偏向♀との関係により、ビーム偏向補正値
を求めて描画するものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記従来の方法は次の問題点を有する。

第１の方法は、小さなビーム偏向領域で描画するため、
ステージ移動回数が多くスルーブツトが低下してしまう
。また、ビーム偏向可能領域間のつなぎ目が多く、試料
の変化が大きい場合は精度が低下する。従って、試料面
の変化を小さくする機構、すなわち高さを一定にするた
めの機構が必要となるという問題点がある。

また、第２の方法は光学系の計測器が必要であり、装は
が複雑かつ大規模なものとなってしまう。

従って、本発明は上記問題点を解決し、光学系の剖測器
を用いることなく試料の高さ変動を検出してビーム偏向
ｍを補正し、ｎ精度及び高スループツトで試料を描画で
きる方法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、まず各位置合わせ用のマーク位置で、マーク
をビーム偏向可能領域の中心とする仮想ビーム偏向可能
領域をつくり、該領域の四隅に相当する位置へ順次マー
クをステージ移動させ、各仮想ビーム偏向可能領域中心
からビーム偏向によってマーク検出を行なうことにより
、各仮想ビーム偏向可能領域のビームＥ面補正係数を求
める。

次に、各マーク位置ど前記ビーム偏向可能領域の中心の
像質との関係により、各ビーム偏向可能領域のビーム偏
向補正係数を、各仮想ビニム偏向領域のビーム偏向補正
係数から求める。

〔作用〕 本発明では、描画領域周辺部の四隅に配置しである位置
合わせマークを用いて、各々の位置合わせマークでビー
ム偏向補正係数（ゲイン、ローテーション、オフセット
、台形）を求める。そして、求めた複数のビーム偏向補
正係数を求めた位置合わせマークの４Ｄ冒と、各ビーム
偏向可能領域の中心の位置関係とから、例えば補間ル１
算（内挿）を各位置合わせマークでのビーム−商補正係
数に対して行なうことにより、各ビーム偏向可能領域の
ビーム偏向補正係数を求めることができる。

従って、光学系の計測器を用いることなく、高精度及び
高スループツトで試料をＩＷ画することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。

第１図（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の一実施例の手順を説
明するための図である。

第１図（Ａ）に示すように、描画領Ｖ１．３０の四隅周
辺のステージ上には、位置合わぜマークＡ。

Ｂ、Ｃ及びＤが配置されている。描画領域３０は、図示
する例では１６個のビーム偏向可能領域から成る。

まず、第１図＜Ａ＞の−点鎖線の矢印で示すように、ス
テージ移動で各位置合わせマーク（以下、甲にマークと
いう）Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤをビームの中心付近に移動させ
、大きく偏向させることなくマーク検出を行ない、各ン
一りのずれ量より、描画領域３０に対するステージ移動
量の補正係数（Ｇニゲイン、Ｒ：ローテーション、）（
：台形、０：オフセット）を求める。

この補正係数は次のようにして求められる。第２図（Ａ
＞は描画領域３０を示し、以下に示す計り式をわかり易
くするために、４つのマークを１゜２．３及び４として
示しである。いま、各マークでのズレ吊を△Ｘ＋　、　
△Ｙ＋　　：　△Ｘ２　、　ΔＹ２　　：△Ｘ３．ΔＹ
３　：△Ｘ４　、ΔＹ４とし、描画領域３０の大きさを
ｉｘ、ｇ！、Ｖとすればマーク１〜４のイヒ首は、次の
とおりである１゜ マーク１：（−之ｘ／２．ｅ、／２）＝Ｘ＋　、Ｙ＋マ
ーク２　：　（−ｅ　　／２．−ｅＶ／２）　＝Ｘ２　
、　Ｙ２マーク３　：　＜ｆｌｘ／２．−ｆ？−、／２
＞　＝Ｘ３　、　Ｙ３マーク４　：　（２ｘ／２．２ｙ
／２）＝Ｘ＋　、Ｙ４ここで、Ｘ方向のみのズレ吊は次
のとおりである。

△ＸＩ＝Ｇ　−ｘ１＋Ｒ×・Ｙ１＋）１ｘ−ｘ１・Ｙ　
＋　＋　Ｏｘ ＝１／４　（−２Ｇｘ−ｅｘ＋２Ｒ，・乏。

−４−ｆｌ　　−Ｌｌ　　＋４０ｘ）・（１）ＶＸ △ｘ２−Ｇ　−×２＋ＲＸ−Ｙ２＋Ｆ１ｘ−Ｘ２・Ｙ　
２　＋　Ｏｘ ＝１／４　（−２Ｇｘ−２ｘ−２Ｒｘ−ｆｌ。

＋Ｈ−２・ｅ−＋４０ｘ）　　・・・■×ｘｙ Δｘ３−Ｇ　−×３＋Ｒ−Ｙ３＋Ｈｘ−×３×× ・Ｙ　３　＋　Ｏｘ ＝１／４　　（２Ｇ　　−ｅ　　−２Ｒｘ　−之。

×× −１１・２　・ｅ　　＋４０ｘ）　　・・・■ｘ　　　
　ｘ　　　　ｙ ΔＸ４−Ｇ　−ｘ４＋Ｒ−Ｙ４＋Ｈｘ−×４×　　　　
　　　　　　　ｘ ・Ｙ　４＋　Ｏｘ ＝１／４（２Ｇ　　−之　＋２Ｒｘ−９ｙ ＋Ｈ−Ｉｌ　　−２，＋４０ｘ）　　・・・（４）ｘ 上記（１）　−Ｌ　（２）＋■＋（４）より０　　＝（
△Ｘ１　＋△Ｘ２　＋ΔＸ３　＋ΔＸ４　　）／４上記
■＋（４）−（１）　−（２）よりＧＸ　＝　（ΔＸ３
＋−ΔＸ４Δ−Ｘ＋　　ＡＸｚ　）／２Ｉｌｘ 上記（１）−〇−■＋（４）より Ｒ＝　（ＡＸ＋　　−ＡＸｚ　−ΔＸ３−ｔ−ΔＸ４　
　）／２之。

上記■−（１）−■十（４）より Ｈｘ＝（ΔＸ２−ΔＸ１−Δｘ３＋ΔＸ４　）／２ｘ−
２゜ となり、それぞれのビーム偏向補正係数が得られる。

ｙについてし同様に行なうと、 Ｏｙ＝　（ΔＹ１＋ΔＹ２＋ΔＹ３＋△Ｙ、＋　）／４
Ｇｙ−（ΔＹ１−ΔＹ２−△Ｙ３＋△Ｙ４）／２〜 Ｒｙ＝　（△Ｙ３＋△Ｙ４−△Ｙ１−△Ｙ２）／２Ｉｌ
ｘ ト１　ｙ　＝　　（Δ　Ｙ　２　−　△　Ｙ　１　−　
△　Ｙ　３　　＋　Δ　Ｙａ　　　）／４ｘ−２゜ となる。

次に、上記のとおり求めたステージ移動補正をかけたス
テージ移動で、第１図（Ｂ）に示すように各マークＡ−
Ｄごとにマークをビームの中心下に移動させ、その中心
から、ビーム偏向可能領域の半分の吊で４方向にステー
ジ移動させ、ビーム偏向で追従してマーク検出を行ない
、そのマークでのビーム偏向補正係数（Ｇ、Ｒ，Ｈ，Ｏ
）を求める。第２図（Ｂ）にマークＡにおける詳細な図
を示す。図中、３２の矢印はビーム偏向可能領域のＸ方
向のサイズ、３４の矢印はビーム偏向可能領域のＹ方向
のサイズ、３６の矢印は、ビーム偏向によるマーク位置
検出、３８の一点鎖線で囲まれる領域は仮想ビーム偏向
可能領域を示している。

第２図（Ｂ）に示すように、マーク位置Ａをビーム中心
下に移動させ、その中心からビーム偏向可能領域の半分
のｍで、４方向にステージ移動させ、各点Ａ＋　、Ａ２
　、Ａ３−、Ａ４へビーム偏向で追従してマーク検出を
行ない、そのマーク位置でのビーム偏向補正係数Ｇ、Ｒ
，Ｈ及び０を求める。このようにして求められるビーム
偏向補正係数は、仮想ビーム偏向領１１ｉ３８のビーム
編向補正係数であると言える。この各ン−り（各仮想ビ
ーム偏向可能領域）のビーム偏向補正係数Ｇ、Ｒ，ｌ−
１及びＯは、前述した描画領域３０に対するステージ移
動量の補正算出と同様に求めることができる。

次に、それぞれのマーク位置で求めたビーム偏向補正値
を用いて、次式で示す補間Ｊ１算により、各ビーム偏向
可能領域の中心でのビーム偏向補正（直を求める。ここ
で、十達したマークΔ、　Ｂ、　Ｃ及びＤで求めたビー
ム偏向補正係数を５Ａ−３Ｄとし、第１図（Ｃ）に示寸
ように、１つのビーム偏向可能領域（Ｘ、Ｙ）でのビー
ム偏向補正値Ｓは、 ０１＝（（ＸＡ　　Ｘ）　ＳＤ　＋（Ｘ　　ＸＯ）　Ｓ
Ａ　）／　（ＸＡ−ＸＤ　’） Ｑ２　＝（（Ｘｅ　　Ｘ　）　Ｓｃ　＋　（Ｘ　　Ｘｏ
）　ＳＢ　）／　（Ｘ８−Ｘ、） ＺＩ　−（（ＸＡ　　Ｘ）ＹＤ　＋　（Ｘ　　ＸＤ　）
−ＹＡ　）／　（Ｘ　　−Ｘｏ） ＾ Ｚ２−（（Ｘ８−Ｘ）Ｙｏ＋　（Ｘ−Ｘｏ）ＹＢ　）／
　（Ｘ８−Ｘｏ） Ｓ−（（Ｚｚ　　Ｙ）Ｑ＋　＋　（Ｙ−ＺＩ　）Ｑ２　
）／（ＺＩ　　２２） のとおり冑られる。

そして、ビーム偏向可能領域の描画の際のビーム偏向補
正量は、各ビーム偏向可能領域中心のビーム偏向補正係
数の補正を用いて描画し、ビーム偏向可能領域間の移動
は、ステージ移＠■の補正をかけた移動を行なう。

以上のとおりビーム偏向化を補正１れば、試料面の高さ
変動に彩管されずに高精度で描画できる。

これは、以下の卵白による。第３図（８）に示す基準の
高さにある描画領域４ｏが高くなる方向、換言すれば電
子銃に近づく方向に変動すると、第３図（Ａ）に示すよ
うにゲイン４２及びローテーション４４が生じて図示す
る描画領域４６となる。

一方、描画領域４０が低くなる方向、換言すれば電子銃
から遠ざかる方向に変動すると、第３図（Ｃ）に示すよ
うに、ゲイン４８及びローテーション５０が生じて図示
する描画領域５２となる。

このように、高さが変化するとゲインとローテーション
が変化する。

本発明では、上述したように、各マーク位置で求めた４
つのビーム偏向補正係数を求め、各ビーム偏向可能領域
の中心のビーム偏向補正係数を、４つのマーク位置のビ
ーム偏向補正係数をビーム偏向可能領域の中心位■に応
じて補間して求めているので、ゲインとローテーション
に表われた高さ変動が加味された各ビーム偏向可能領域
のビーム偏向補正係数を求めることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、各マーク位δで
求めＩ、：４つのビーム−面補正係数を求め、各ビーム
偏向補正可能領域の中心のビーム偏向補正係数を、４つ
のマーク位ｌのビーム−面補正係数を各ビーム偏向可能
領域の中心と４つのマーク位置との位置関係に応じて補
間して求めることとしたため、従来のような光学系の計
測器で高さを検出する必要がなくなるとともに、各ビー
ム偏向可能領域で４つのビーム偏向補正係数が求められ
ているので、高精度及び高スループツトで描画できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の説明図、 第２図はビーム偏向補正係数算出の説明図、第３図は描
画領域の高さ変動の影響の説明図、第４図は試料面の描
画領域の状態を丞す図、第５図は従来方法の説明図、 第６図は従来方法のビーム−向補正係数ｐ出の説明図、
及び 第７図は試１１面の高さ変動の説明図である。 図において、 ３０は描画領域、 ３２はビーム偏向可能領域のＸ方向のサイズ、３４はビ
ーム偏向可能領域のＹ方向のリイズ、３６はビーム偏向
によるマーク、 ３８は仮想ビーム偏向可能ｆｆｉ域 を示す。 本発明の一実施例の説明図 第１図 （Ａ）　　　　　　　　ＣＢ） （Ｃ）　　　　　　　　　（Ｄ） 試料の描画領域の状態を示す図 第４図 従来の方法の説明図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　電子ビームを偏向することによって試料の描画を行な
   う電子ビーム露光方法であって、描画領域は描画時に試
   料を装置するステージの移動を必要とし、かつ複数のビ
   ーム偏向可能領域から成り、電子ビームの偏向を補正す
   るための位置合わせ用のマークを描画領域の周辺に設け
   た電子ビーム露光方法において、 各位置合わせ用のマーク位置で、マークをビーム偏向可
   能領域の中心とする仮想ビーム偏向可能領域をつくり、
   該領域の四隅に相当する位置へ順次マークをステージ移
   動させ、各仮想ビーム偏向可能領域中心からビーム偏向
   によってマーク検出を行なうことにより、各仮想ビーム
   偏向可能領域のビーム偏向補正係数を求め、 各マーク位置と前記ビーム偏向可能領域の中心の位置と
   の関係により、各ビーム偏向可能領域のビーム偏向補正
   係数を、各仮想ビーム偏向領域のビーム偏向補正係数か
   ら求めることを特徴とする電子ビーム露光における位置
   合わせ方法。