JPH02241021A - 電子ビーム露光装置の描画誤差補正方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電子ビーム露光装置の描画パターン精度の゛改
善に利用する。特に、試料の高さ方向の誤差によって生
じる描画誤差の補正方法に関する。

〔概　要〕

本発明は、試料の位置に応じて電子ビームの偏自振幅を
調整する電子ビーム露光装置の描画誤差補正方法におい
て、 半導体装置検出素子を用いて試料の高さを測定すること
により、 試料の高さ方向のずれに応じた電子ビームの偏向角の調
整を可能とし、描画パターンの精度を高めるものである
。

〔従来の技術〕

電子ビーム露光装置は、従来の光学的な方法では不可能
な非常に微細なパターンの描画が可能であり、半導体素
子をさらに集積化するうえで重要な技術となっている。

電子ビーム露光装置では、電子ビームの制御精度その他
の理由から、精度よく描画できる範囲が数１０癖ないし
１．５ｍｍ角程度に限られている。そこで、数１００μ
ｍ〜数ｍｍ角またはそれ以上のパターンを描画するには
、パターンをフィールドと呼ばれる小面積の領域に分割
し、試料を移動させて描画する。このため、隣接するフ
ィールドのパターン間に「つなぎ部」が存在する。この
つなぎ部は、パターンが微細であることから、試料の位
置が少しずれただけでも大きな配線ずれが生じ、極端な
場合には断線してしまう。

このような描画誤差を補正するためには、試料の位置を
検出し、その位置に対応して、試料表面における描画パ
ターンがあらかじめ定められた大きさとなるように電子
ビームの偏向角を調整することが必要である。

試料の位置を検出する方法として、従来は、その試料が
載置された試料ステージの位置をレーザ干渉測長器によ
り測定していた。レーザ干渉測長器は、５ｎｍ（Ｄ精度
で位置を検出できる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、試料ステージへの試料の取り付は精度は１０鴻
程度であり、試料ステージの高さを測定しても、実際の
試料の高さには１０μｍ程度の誤差が生じる欠点があっ
た。例えば、電子ビームの出射端と試料との間隔が１０
ｍａ＋程度であり、描画しようとするフィールドの一辺
の長さが８０μのとすると、１０μｍの高さの誤差で４
Ｑｎｍのつなぎ誤差が生じる。これにレーザ干渉測長器
による水平方向の測定誤差を加えると、最悪で４５ｎｍ
のつなぎ誤差が生じる。

この値は、光素子、例えば回折格子を製造する場合に、
無視できる値ではない。

これを解決するには、試料の高さを直接測定すればよい
。しかし、電子ビームの精度の点からその出射端を試料
に近接させているため、ここに測定装置を挿入すること
は困難である。

本発明は、以上の問題点を解決し、試料の高さを直接測
定して電子ビームの偏向角を補正する電子ビーム露光装
置の描画誤差補正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〕

本発明の電子ビーム露光装置の描画誤差補正方法は、試
料に斜め方向から光ビームを照射させ、このときの反射
光を半導体装置検出素子に入射させ、この半導体装置検
出素子の受光位置からその試料の高さを求めることを特
徴とする。

電子ビームの偏向角では描画パターンの大きさを補正で
きない程度に試料の高さが変化した場合には、ステッピ
ングモータにより試料の高さを調整する。

また、試料に複数の方向から光ビームを入射させ、この
ときのそれぞれの反射光を別々の半導体装置検出素子に
より受光し、これらの半導体装置検出素子の受光位置か
らその試料の傾きを求めることもできる。

本明細書では、電子ビームが鉛直方向に供給されるもの
と仮定する。したがって、「高さ方向」とは電子ビーム
が入射する方向をいい、「水平方向」とは高さ方向と直
交する方向をいう。

〔作　用〕

試料に光ビームを入射させた状態でその試料の高さが変
化すると、試料上の光ビームが照射される位置が変化し
、反射光の方向も平行移動する。

したがって、この反射光を半導体装置検出素子で受光す
ると、試料の高さの対応して受光位置が変化する。この
位置変化により試料の高さを求めることができる。

また、試料の傾きが変化した場合には、反射点の位置が
変化しなくても反射光の角度が変化するため、半導体装
置検出素子の受光位置が変化してしまう。このため、一
つの光ビームだけでは高さの変化と区別できない。そこ
で、複数の光ビームとそれに対応する半導体装置検出素
子とを用い、複数の方向について測定する。これにより
、試料の高さだけでなく傾斜も求めることができる。

求められた試料の高さおよび傾斜に基づいて電子ビーム
の偏向角を調整することにより、試料面における描画パ
ターンをあらかじめ定められた大きさとなるように調整
できる。

〔実施例〕

第１図は本発明実施例電子ビーム露光装置の構成図であ
る。

電子ビーム発生部１にはビーム源および収束レンズ（図
示せず）が設けられ、この電子ビーム発生部１で生成さ
れた電子ビームは、デフレクタ３により偏向されて試料
４に入射する。

露光室２には試料４を載置する試料ステージ５が設けら
れ、さらに、この試料ステージ５を上下左右に移動させ
るステッピングモータ６および試料ステージ５の水平方
向の位置を測定するレーデ干渉測長器７が設けられる。

レーザ干渉測長器７の測定結果は処理回路８に出力され
る。処理回路８は、偏向アンプ９を介してデフレクタ３
の電圧を制御することにより電子ビームの走査範囲を設
定する。試料ステージ５の位置が走査可能範囲外のとき
には、モータ駆動回路ｌＯを介して試料ステージ５を水
平方向に移動させる。

これにより、電子ビーム露光装置の露光室２内における
試料４の水平位置を検出し、この位置に対応して、試料
面における描画パターンがあらかじめ定められた大きさ
となるように電子ビームの偏向角を調整することができ
る。

ここで本実施例の特徴とするところは、露光室２内に半
導体レーザ１１および半導体装置検出素子１２を備え、
この半導体装置検出素子１２の出力が増幅器１３．１４
、信号処理回路１５．１６および距離演算回路１７を介
して処理回路８に供給されることにある。

半導体レーザ１１は、試料４に斜め方向から光ビームを
入射させる。半導体装置検出素子１２は、このときの反
射光を受光する。距離演算回路１７は、半導体装置検出
素子１２の受光位置から試料４の高さを求める。

半導体装置検出素子１２は、複数の電極の間に光スポッ
トが入射した場合にそれぞれの電極に流れる電流が入射
位置により異なる素子であり、それぞれの電極に現れる
電流の比から入射位置を求めることができる。このよう
な素子は、例えば浜松ホトニクス社により販売されてい
る。

電子ビームの偏向角では描画パターンの大きさを補正で
きない程度に試料４の高さが変化した場合には、ステッ
ピングモータ６により試料の高さを調整する。

処理回路８による処理の流れを第２図に示す。

第３図は半導体レーザ１１と半導体装置検出素子１２と
による高さの測定原理を示す。

試料と高さＨだけ異なる点Ａから試料に入射角θでレー
ザ光を入射したときに、そのレーザ光が点０で反射し、
点已に入射すると仮定する。また、このときの点Ａと点
Ｏとの水平距離および点Ｏと点Ｂとの水平距離が共にＸ
であると仮定する。このとき、 Ｈ＝ｘｔａｎθ　　　　　　　　　　　　　　（１）の
関係がある。

試料の位置がΔＨだけ例えば下がると、レーザ光は点０
とは水平距離でΔＸだけ異なる点Ｏ′で反射し、点Ｂよ
りΔｌだけ低い点Ｃに入射する。

したがって、 Ｈ＋ΔＨ＝　（ｘ＋ΔＸ）　ｔａｎθ　　　−（２）（
Ｈ＋ΔＨ）−Δｌ＝　（ｘ−Δｘ）　ｔａｎθ・−（３
） となる。（１）式および（２）式を（３）式に代入する
と、Δ１＝２Δｘ　ｔａｎθ が得られ、Δｘ　ｔａｎθ＝ΔＨにより、ΔＨ＝Δ１／
２　　　　　　　　　−・・−（４）となる。

したがって、点Ｂおよび点Ｃの差Δ１を測定することに
より、試料の高さの規定位置からの変化がΔ１／２とし
て求められる。

また、試料に複数の方向から光ビームを入射させ、この
ときのそれぞれの反射光を別々の半導体装置検出素子に
より受光し、これらの半導体装置検出素子の受光位置か
ら試料の傾きを求めることもできる。

第４図は試料の傾きの測定原理を示す。

試料に対して互いに向かい合う点Ａ、Ｂからそれぞれ試
料に入射角θでレーザ光を入射し、双方のレーザ光が点
Ｏで反射し、それぞれ点Ｂ、Ａに入射すると仮定する。

また、このときの点Ａと点０との水平距離および点０と
点Ｂとの水平距離が共にＸであると仮定する。したがっ
て、この場合にも上述した（１）式の関係が成立する。

試料の位置が角度ψだけ傾くと、点Ａからのレーザ光は
、点０とは水平距離でΔｘ１だけ異なる点０＋’で反射
し、点ＢよりΔ１１だけ低い点Ｃに入射する。同様に点
Ｂからのレーザ光は、点０とは水平距離でΔｘ２だけ異
なる点０２で反射し、点ＡよりΔ１２だけ低い点りに入
射する。

点０１の位置が傾斜によりΔｚ１だけ下方向に移動した
とすると、 Ｈ＋ΔＺｔ　＝　（ｘ＋Δｘｔ）　ｔａｎ（θ＋ψ）・
・（５） （Ｈ＋ΔＨ）−Δβ１＝（ｘ−Δｘ、）ｔａｎ（θ−ψ
）−・・・・・・（６） となる。ψ−〇であるから、（５）式および（６）式か
ら、Δβ１′−２Δｘ、ｔａｎθ　　　　　・−・　（
７）の近似式が得られる。

また、点０２の位置が傾斜によりΔｚ２だけ下方向に移
動したとすると、同様にして、Δβ２′−２Δｘ２ｔａ
ｎθ　　　　　　　−（８）が得られる。したがって、 Δ　２　重　　＝Δ　Ｌ　　／２　　　　　　　　　　
　　　　−・−・　（９）Δｚ２　＝Δ１２／２　　　
　　　・・・・・・　・叫となる。ここで、 であるので、（７）式ないし６０式を用いて、が得られ
る。すなわち、 ・・・−・・・αつ となる。

以上の説明ではレーザ光の出射点と反射光の入射点とが
重なるように説明したが、実際には、半導体レーザと半
導体装置検出素子とを隣接して配置し、出射点と入射点
とをずらすことが必要である。

以上説明したように、向かい合う二つの半導体レーザと
、それぞれの反射光を受光する二つの半導体装置検出素
子を用いることにより、一つの方向について試料の傾斜
を求めることができる。また、さらに二つの半導体レー
ザおよび二つの半導体装置検出素子を用い、二つの方向
、特に直交する方向についてそれぞれ傾斜を測定するこ
とにより、試料のあらゆる傾斜を求めることができる。

第５図は試料の高さの変化に対する電子ビームの偏向角
の制御を説明する図である。

試料が電子ビームの走査系からｈだけ離れた位置に配置
されるように設計されているとする。このとき、電子ビ
ームを２ａの範囲で走査すると仮定する。片側半分の範
囲について考えると、試料の高さがΔＨだけずれたとき
の走査長のずれΔａは、 ａ　　　　　Δａ ｈ　　　　　ΔＨ から、 Δａ＝（ΔＨ／ｈ）ａ となる。

典型的な電子ビーム露光装置では、ｈ＝ｌＱｍｍ。

ａ＝４０ｔＬｍ程度である。このとき、試料の高さが１
μｍ変動しただけで、走査長のずれΔａが４ｒ＋＋ｎに
なる。試料の取り付は精度は１０μｌ程度であり、高さ
の補正を行わない場合には、最悪で４Ｑｎｍの寸法誤差
やつなぎ誤差が生じることになる。

このような誤差を補正するには、電子ビームの偏向角φ
を変化させる。例えば第５図に示した例では、試料が設
計された位置に配置されているときには、 φ＝　ｊａｎ−’　（ａ／ｈ） とし、試料がΔＨだけ高くなったときには、φ＝　ｔａ
ｎ−’　（ａ／　（ｈ−ΔＨ））とする。

これにより、試料の高さが変化しても、同一寸法のパタ
ーンを描画できる。このときの誤差は、分解能が０．２
μｍの半導体装置検出素子を用いた場合に最大で０．８
ｎｒｎとなる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の電子ビーム露光装置の描
画誤差補正方法は、半導体装置検出素子を用いて試料の
高さを精度よく測定でき、高さ変動によるつなぎ誤差の
発生および寸法の変化を補正することができる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明第実施例電子ビーム露光装置の構成図。 第２図は処理回路による処理の流れを示す図。 第３図は半導体レーザと半導体装置検出素子とによる高
さの測定原理を示す図。 第４図は試料の傾きの測定原理を示す図。 第５図は試料の高さの変化に対する電子ビームの偏向角
の制御を説明する図。 １・・・電子ビーム発生部、２・・・露光室、３・・・
デフレクタ、４・・・試料、５・・・試料ステージ、６
・・・ステッピングモータ、７・・・レーザ干渉測長器
、８・・・処理回路、９・・・偏向アンプ、１０・・・
モータ駆動回路、１１・・・半導体レーザ、１２・・・
半導体装置検出素子、１３．１４・・・増幅器、１５．
１６・・・信号処理回路、１７・・・距離演算回路。 特許出願人　光計測技術開発株式会社 代理人　弁理士　井　出　直　孝 図形名号 夷ａ　ｇＪり 笛　１　図 肩　２　回 Ｘ ２× Ｘ　　−一一一一一一→− 扇 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電子ビーム露光装置の露光室内における試料の位置
   を検出し、 この位置に対応して試料表面における描画パターンがあ
   らかじめ定められた大きさとなるように電子ビームの偏
   向角を調整する 電子ビーム露光装置の描画誤差補正方法において、 上記試料に斜め方向から光ビームを入射させ、このとき
   の反射光を半導体位置検出素子により受光し、 この半導体位置検出素子の受光位置から上記試料の高さ
   を求める ことを特徴とする電子ビーム露光装置の描画誤差補正方
   法。 ２、電子ビームの偏向角では描画パターンの大きさを補
   正できない程度に試料の高さが変化した場合には、ステ
   ッピングモータにより試料の高さを調整する請求項１記
   載の電子ビーム露光装置の描画誤差補正方法。 ３、試料に複数の方向から光ビームを入射させ、このと
   きのそれぞれの反射光を別々の半導体位置検出素子によ
   り受光し、 これらの半導体位置検出素子の受光位置から上記試料の
   傾きを求める 請求項１記載の電子ビーム露光装置の描画誤差補正方法
   。