JPH02262326A

JPH02262326A - 荷電ビーム描画方法

Info

Publication number: JPH02262326A
Application number: JP1083707A
Authority: JP
Inventors: Seiji Hattori; 清司服部; Kanji Wada; 和田　寛次
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-03-31
Filing date: 1989-03-31
Publication date: 1990-10-25
Anticipated expiration: 2013-08-13
Also published as: JP2786660B2

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】［発明の目的コ（産業上の利用分野）本発明は、ＬＳＩ等の微細パターンを試料上に描画する
荷電ビーム描画装置に係わり、特にｎＪ変成形ビームの
位置決め方法の改良をはかった荷電ビーム描画方法に関
する。

（従来の技術）従来、半導体ウェハ等の試料上に所望パターンを描画す
るものとして、可変成形ビーム方式の電子ビーム描画装
置が用いられている。このような電子ビーム描画装置で
斜線パターンを描画するには、斜線パターンを微細な矩
形で近似していた。このため、斜線部ではスルーブツト
が低下すると共に、エツジラフネスによりパターン形成
精度が劣化していた。

上記の問題を解決するために、可変成形ビーム方式の電
子ビーム描画装置において、矩形以外の例えば３角形状
のビームを発生させる方法が試みられている。これらの
ビームを用いることにより、斜線パターンの形成精度を
向上させると共に、スループットを向上させることが可
能となる。このような装置では、形状の異なるビームの
試料上の照射位置は、通常、その形状によって異なるた
め、その位置を正確に合わせるための補正技術が必要と
なる。しかし、ビーム形状の種類が増えるにつれてその
補正技術（ビーム位置とビーム寸法を含む）は非常に複
雑となり、パターン精度を得るためには簡便で高精度な
補正技術が必要となる。

特に、矩形とそれ以外の例えば３角形ビームを形成する
場合、２つのアパーチャと成形偏向系との回転ずれ笠の
影響で、これらのビームを寸法粘度良く形成することは
困難であった。また、矩形以外の３角形ビームを発生さ
せると、試料面上で矩形ビームに対する３角形ビームの
位置ずれが生じる。この位置ずれを補正するには専用の
位置補正偏向器等が必要となり、特別にこの偏向器を校
正する必要があると共に、高速の偏向アンプや偏向制御
回路が必要でハードウェアが［１化していた。

（発明が解決しようとする課題）このように従来、矩形及び矩形以外の成形ビームを用い
ることにより、斜線パターンの形成精度及びスルーブツ
トを向上させることはできるが、高精度のパターン形成
精度を得るためのビーム補正技術がないのが現状であっ
た。特に、矩形ビームに対する矩形以外の成形ビームの
位置すれを簡易に補正することは困難であった。

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、矩形及び矩形以外の成形ビームを発
生することができ、且つ矩形ビームに対する矩形以外の
成形ビームの位置ずれ量を簡易に補正することができ、
パターン描画精度の向上等をはかり得る荷電ビーム描画
方法を提供することにある。

［発明の構成〕（課題を解決するための手段）本発明の骨子は、成形偏向系の感度係数を校正すること
により矩形及び矩形以外の成形ビームの形状０寸法を精
度良く設定すると共に、矩形ビームに対する矩形以外の
成形ビームの位置ずれを、試料面上のビーム位置決め手
段に用いる偏向系で補正することにある。

即ち本発明は、第１及び第２の成形アパーチャ間にビー
ム成形用の成形偏向系を配置し、矩形及び矩形以外の荷
電ビームの寸法、形状を可変制御して、試料上に所望パ
ターンを描画する荷電ビーム描画方法において、成形偏
向系で第１アパーチャ像を偏向して矩形以外のビームを
発生させ、寸法制御するとき、試料面上で１点の不動点
とこれを挟む２辺の不動辺ができるように、第１成形ア
パーチャ像を第２成形アパーチャ上で偏向するようにし
た方法である。

また本発明は、第１及び第２の成形アパーチャ間にビー
ム成形用の成形偏向系を配置し、矩形及び矩形以外の荷
電ビームの寸法、形状を可変制御して、試料上に所望パ
ターンを描画する荷電ビーム描画方法において、成形偏
向系で第１アパーチャ像を偏向して矩形以外のビームを
発生したときに生じる試料面上での矩形ビームに対する
位置ずれ瓜を、試料面上での位置決め手段に用いる偏向
系で補正し、試料面上でそれぞれの成形ビームの不動点
が一致するようにした方法である。

さらに本発明は、上記２つの方法（感度係数の校正と位
置ずれ量の補正）を同時に行うようにした方法である。

（作用）本発明によれば、矩形ビームに対する矩形以外の成形ビ
ームの位置ずれを、試料面上のビーム位置決め手段に用
いる偏向器で補正することにより、試料面上で矩形と矩
形以外のビームを滑らかにつなぐことができる。そして
この場合、専用の偏向器或いは偏向アンプ等を必要とし
ないので、構成の複雑化を招くこともない。また、成形
偏向系の感度係数を校正することにより、矩形及びそれ
以外の成形ビームの形状２寸法を精度良く設定すること
が可能となる。

（実施例）以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の一実施例方法に使用した電子ビーム描
画装置を示す概略構成図である。図中１０は試料室であ
り、この試料室１０内には半導体ウェハ等の試料１１を
載置した試料台１２が収容されている。試料台１２は、
計算機３０からの指令を受けた試料台駆動回路３１によ
りＸ方向（紙面左右方向）及びＹ方向（紙面表裏方向）
に移動される。そして、試料台１２の移動位置はレーザ
ΔＨ長系３２によりｄν１定され、その１１Ｆ１定情報
が計算機３０及び偏向制御回路３３に送出されるものと
なっている。

一方、試料室１０の上方には、電子銃２１、各種レンズ
２２ａ、〜＋　　２２　ｅ　％各種偏向器２３、〜，２
６及びビーム成形用アパーチャマスク２７ａ、２７ｂ等
からなる電子光学鏡筒２０が設けられている。ここで、
偏向器２３はビームをＯＮ　−０１’　Ｐするためのブ
ランキング偏向板であり、この偏向２；２３にはブラン
キング制御回路３４からのブランキング信号が印加され
る。

偏向器２４は、アパーチャマスク２７ａ、２７ｂの光学
的なアパーチャ重なりを利用してビームの寸法を可変制
御するビーム寸法可変用ｆＱ向板であり、この偏向器２
４には可変ビーム寸法制御回路３５から偏向信号が印加
される。また、偏向器２５．２６はビームを試料１１上
で走査するビーム走査用偏向板であり、これらの偏向器
２５．２６には偏向制御回路３３から（−白信号が印加
されるものとなっている。

また、試料室１０内には、試料１１からの反射電子等を
検出する電子検出器３７が設けられている。この電子検
出器３７は、試料１１に形成された位置合わせマーク上
を電子ビームで走査したときの反射電子等を検出し、マ
ーク位置を４１定するのに用いられる。なお、７ｕ子検
出器３７の検出信号は計算機３０に送出されるものとな
っている。

次に、上記装置を用いた成形ビームの制御方法について
説明する。

まず、第２図に示すように、第１成形アパーチャ像４１
ａを第２成形アパーチャ４２上で一様に走査し、試料面
上に設けられたファラデーカップでビーム電流を測定す
る。これにより、成形偏向系の座標と第２成形アパーチ
ャ４２を通過するビーム電流との関係から第１成形アパ
ーチャ１１４１ａと第２成形アパーチャ４２との大まか
な位置関係を得ることができる。また、このビーム電流
の代わりに、第２成形アパーチャ４２で反射する電子を
検出してもよい。なお、第１成形アパーチャ像４１ａは
、前記第１図に示すアパーチャマスク２７Ｂのアパーチ
ャ（第１成形アパーチャ）４１を、レンズ２２ｃにより
アパーチャマスク１７ｂ上に投影して得られる像である
。さらに、第２成形アパーチャ４２は、前記第１図に示
すアパーチャマスク２７ｂのアパーチャである。

次いで、試料面上で矩形ビームの寸法設定値と実際のビ
ーム寸法とが一致するように校正する。本実施例の場合
、主・副２段の偏向器２５゜２６をレーザ座標に対して
校正した後、金の微粒子を成形ビームのエツジで走査し
てｉすられる反射電子信号の波形が水甲になるように第
１及び第２成形アパーチャ４１．４２の方向を合わせて
いる。この方法により、各アパーチャ４１゜４２の辺を
レーザ座標に精度良く合イ〕せることかできる。さらに
、矩形ビームを発生させＸ。

Ｙ共ビーム寸法に対してビーム電流が直線的に変化し、
なおかつ寸法零のときにビーム電流が零になるように成
形偏向系の回転誤差並びに平行移動ｚ１λを取り除き、
最終的に試料面上でビーム寸法をＡＰｊ定し、設定寸法
の変化率と実測値の変化率とが一致するように倍率係数
を校正し、成形偏向系の感度係数を校正している。これ
から得られた成形偏向系の偏向感度係数を０式に示し、
さらにこの−向感度係数を元にした成形偏向系の感度補
正式を０式に示す。

［ｔｙｐｅ　　Ｏ］但し、上式でＸ、Ｙは成形偏向座標、ｘ、ｙはビーム寸
法、ｉはビーム形状を示している。

ここで、第３図（ａ）（ｂ）に示す方向にビーム寸法を
変化させつつビーム電流をａｌｌｌ定すると、第４図（
ａ）　（ｂ）に示す関係が得られる。この結果から、第
１成形アパーチャ像４１ａの寸法”　ｌ　ｒＬ２及び第
２成形アパーチャ４２の１辺ＡＢの長さしを試料面上の
寸法で求めることができる。

例えば、この寸法を２μｍ１辺ＡＢの実寸法を８０μｍ
とすると、成形ビームの縮小率（１／４０）を求めるこ
とができる。従って、第５図に示した位置へ第１成形ア
パーチャ像４１ａを移動させるためには、試料面上の寸
法に換算した位置関係を第２式に代入し、成形偏向座標
に換算した値を得て、第１成形アバ、−チャ像４１ａを
偏向させれば、第５図に示した点に位置決めすることが
できる。これにより、矩形ビームを基ヘヘ（基準位置Ｐ
。）として３角形ビーム発生用の、！！−準位置Ｐ、〜
Ｐ４を高精度に求めることができる。

また、この基準位置の精度を向上させる方法として、次
の方法が有効である。上記方法で求めた基■位置ｐ、−
ｐ４を零点として４種類の３角形ビームの寸法を変化さ
せながらビーム電流をδｐ１定し、ビーム−・」法とビ
ーム電流との関係を２次関数に当てはめて零点（ビーム
１」法の設定データが零のとき実際のビーム寸法が零に
なる点）を調整する。ここで、第６図に示すように、試
料面上で１点の不動点６１とこれを挟む２辺の不動辺６
２が得られるように第１成形アパーチャ像４１ａを移動
させる。なお、４つの３角形ビームの偏向感度係数と補
正式とを０〜０式に示す。

［ｔｙｐｅ　　＋　　］なお、上記校正に際しては、試料面上のビーム寸法を求
めなくてもビーム電流測定だけで行うことができる。成
形偏向器２４の機械的な組み立て精度が高ければ、■式
のａ、ｂ、ｃ、ｄを次のように設定してもビームリ°法
精度は劣化しない。

［ｔｙｐｅ　　２　　］［ｔｙｐｅ　　３　　］この零点調整は、■式のＳｉ、Ｔｉ　　（ｉ−１゜２．
３．４）のパラメータを調整したことになる。以上の方
法により成形偏向系の校正が終了し、設定値と実際の寸
法とが一致した３角形ビームを試料面上に発生すること
ができる。

前記第３図（ａ）（ｂ）に示すように矩形ビームの寸法
を変えつつビーム電流をａｌｌ定し、両者の関係を２次
関数に当てはめ得られた２次関数の係数から■式のθを
求めることができる。得られたθで成形偏向系を補正す
ると、Ｘ、Ｙ共ビーム寸法の変化に対しビーム電流が直
線に変化するようになる・。また、成形偏向器を機械的
にθ回転させても、同様な効果が得られる。その後、ビ
ーム寸法零のときビーム電流が零になるように校正して
から、第４図（ａ）（ｂ）に示す関係を求めると、第２
アパーチャ上の寸法で換算したＫの値を求めることがで
きる。つまり、第２７パーチヤの辺ＡＢの長さが８０μ
ｍとすると、■式のＸに８０μｍを入力したとき第１成
形アパーチャ像が辺ＡＡ’から辺ＢＢ’へ移動するよう
にＩ（の値を決定する。別の手法として矩形ビームの寸
法を７１ｐ１定し、設定寸法の変化率と実測寸法の変化
率の関係からもＫの値を決定できる。また、同時に第２
成形アパーチャ上における第１成形アパーチャ像の寸法
を求めることができる。

最後に第５図に示すように、矩形ビームの零点Ｐｏを基
準として３角形ビーム発生用の基準位置４点Ｐ１〜Ｐ４
を第２アパーチャ上における第１成形ビームの寸法と第
２成形アパーチャの寸法から求め、■式に代入すると、
成形偏向座標における４つの３角形ビーム発生用の基壁
位置を求めることができる。

上記したように、各成形ビームに不動点が得られるよう
に第１成形アパーチャ像の位置を制御すると、矩形及び
３角形からなる５種類のビームを試料面上で滑らかにつ
なぐためには、副偏向器でそれぞれのビームの位置を平
行移動させるだけでよい。５種類のビームの不動点６１
（ビーム寸法を変化させても試料面上で移動しないビー
ムの端の点）を図形データの原点として描画データを構
成すると、５種類のビームは全て１点の不動点６１と２
辺の不動辺６２（ビーム寸法を変化させても試料面上で
移動しないビームの辺）を持つため、それぞれのビーム
の位置関係はビーム形状に依存した平行移動成分だけと
なる。

これを校正するために、本実施例では第７図に示したよ
うに、試料面上に設けられた金の微粒子７１をそれぞれ
のビームで走査し、それぞれのビームの不動点６１を測
定する。３角形ビーム７２の場合、第８図に示すように
４５度の方向の走査も必要となる。このとき、反射電子
検出器及びそのアンプの信号遅れによる位置ずれ量を補
正しなければならない。それぞれのビームの不動点座標
から矩形ビームに対するずれ量（平行移動量）を求め、
補正回路のメモリ等に記憶する。実際の描画時には、ビ
ーム形状と寸法が決定されると、成形偏向器で第１成形
アパーチャ像を偏向して指定した形状及び寸法のビーム
を発生させ、形状に対応した３角形の振り戻し演算（平
行移動補正）を副偏向制御回路で実行し、矩形及び３角
形ビームの位置を補正し、第１０図に示すように試料面
上でそれぞれのビームの不動点を一致させる。

第９図に、本実施例での第１成形アパーチャ像４１ａと
第２成形アパーチャ４２との位置関係を示す。このよう
に矩形と４種類の３角形ビームを発生させると、試料面
上では第１０図（ａ）に示す如く、３角形ビーム５１．
５２゜５３．５４及び矩形ビーム５５それぞれのビーム
はずれた位置に照射される。これら前記ビームの位置ず
れ量は、副偏向器で補正できる。そのため、本実施例で
は副偏向器の偏向補正演算回路に、これらの位置ずれ補
正（３角形の振り戻し演算）回路を付は加えてそれぞれ
のビームの位置補正を行い、前記第１０図（ａ）の各ビ
ームの不動点が試料面上で矩形ビーム５５の不動点５５
ａに一致させる。なお、ここでは矩形ビームの不動点に
他の不動点を一致させるようにしたが、試料面上のｆＩ
−意の一点を設定し、そこに各不動点を一致させるよう
にしてもよい。補正式は、次式に示すように、ビームの
形状毎にビーム寸法を変数とした１次の多項式で表現し
ている。

但し、Ｘ、Ｙは位置補正量、ＸｒＹはビーム寸法、Ｍ、
−Ｍ３．Ｎ０〜Ｎ、はビーム形状毎の係数を示している
。

本実施例では、次のようにビーム寸法及びその照射位置
を補正する。まず先にＡｐｌ定した成形偏向系の座標と
ビーム電流との関係から、第１成形アパーチャ像４１ａ
と第２成形アパーチャ４２とのおおまかな位置関係が得
られており、零点調整がなされている。この結果、偏向
感度と零点のデータを用いて矩形ビーム及び３角形ビー
ムの寸法を指定すれば、指定値通りの寸法のビームを試
料面上に発生させることができる。

ここでさらに、それぞれのビームの形状毎にビーム寸法
を鹿化させ、試料面上に設けられた金の微粒子を走査し
て得られる反射？Ｉ子信号の強度分布から、矩形ビーム
の不動辺（ビーム寸法を変化させたときに試料面上で移
動しないビームのエツジ）に対する直角３角形ビームの
エツジの位置ずれ量を数点ａｌｌｌ定する。これらのデ
ータを用いて３角形ビームの寸法との関係を０式に代入
し、補正係数Ｍ　ｏ　−Ｍ　３　、　Ｎ　ｏ　−Ｎ　３
を決定する。これを各形状のビームについて行い、それ
ぞれ補正係数を決定する。以上によって決定された補正
係数を用いることにより実際の描画時には、ビームの形
状と寸法が決定されると、成形偏向器２４で第１成形ア
パーチャ像４１ａを偏向して指定した形状及び寸法のビ
ームが発生でき、また形状に対応した３角形の振り戻し
演算を副偏向制御回路で高精度に実行することができ、
矩形及び３角形ビームを用いた高精度のパターン描画が
可能となる。

また、副偏向器によるビーム位置の補正量（３角形の降
り戻し補正量）は次に示す方法でＡｐ１定することもで
きる。第１１図に示すように、それぞれの３角形の動辺
６３と不動辺６２のエツジ位置をＡＰＩ定する方法であ
る。この方法の場合、ビーム寸法の設定精度がＡｌｌ＋
定誤差色誤差含まれてしまうが、反射電子検出器及びそ
のアンプの信号遅れ補正を必要としない。。

また、さらに３角形ビームのつなぎ精度を左右するビー
ムのエツジ位置ΔＰ１定を高精度化するために、矩形ビ
ームと３角形ビームとの位置関係をＡ＞＋定する際、両
者とも同じ面積のビームを試料面上に発生させ、反射電
子検出器アンプのゲインとレベルを固定すると共に、エ
ツジ検出のためのスレッショルドレベルも同じにして両
者のエツジ位置を＆１１定すると有効である。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施す
ることができる。例えば、直角３角形ビームのエツジ位
置をｉ’１ｌｌｌ定する方法として、金の微粒子だけで
なく突起や穴を利用してもよく、また段差マークのエツ
ジでも微分処理等によりビームエツジ位置検出に利用で
きる。また、装置構成は第１図に０等限定されるもので
はなく、仕様に応じて適宜変更可能である。さらに、電
子ビーム描画に限らず、イオンビーム描画に適用するこ
とも可能である。

［発明の効果］以上詳述したように本発明によれば、矩形ビームに対す
る矩形以外の成形ビームの位置ずれを、試料面上のビー
ム位置決め手段に用いる偏向器で補正しているので、矩
形及び矩形以外の成形ビームを発生することができ、且
つ矩形ビームに対する矩形以外の成形ビームの位置ずれ
量を簡易に補正することができる。従って、荷電ビーム
描画装置におけるパターン描画精度の向上をはかること
ができると其に、専用の偏向器や偏向アンプ等を必要と
することなく、そのａ用件は絶大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例方法に使用した電子ビーム描
画装置を示す概略構成図、第２図乃至第５図は零点調整
を説明するための模式図、第６図乃至第８図はビーム形
状補正を説明するための模式図、第９図乃至第１１図は
試料でのビーム位置補正を説明するための模式図である
。１０・・・試料室、１１・・・試料、１２・・・試料台
、２０・・・電子光学鏡筒、２１・・・電子銃、２２ａ
〜２２ｅ・・・レンズ、２３〜２６・・・偏向器、２７
ａ。２７ｂ・・・ビーム成形用アパーチャ、３０・・・計算
機、３１・・・試料台駆動回路、３２・・・レーザＡ１
１＋長系、３３・・・偏向制御回路、３４・・・ブラン
キング制御回路、３５・・・可変成形ビーム寸法制御回
路、４１・・・第１成形アパーチャ、４１ａ・・・第１
成形アパーチャ像、４２・・・第２成形アパーチャ、６
１・・・不動点、６２・・・不動辺、６３・・・不動辺
、７１・・・金の微粒子、７２・・・３角形ビーム。出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第２図第１図（ａ）（ｂ）第４図、／′ＬＸ−、１４５°力向のじ゛−ム走査第図第図第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）第１及び第２の成形アパーチャ間にビーム成形用
の成形偏向系を配置し、矩形及び矩形以外の荷電ビーム
の寸法、形状を可変制御して、試料上に所望パターンを
描画する荷電ビーム描画方法において、前記成形偏向系で第１アパーチャ像を偏向して矩形以外
のビームを発生させその寸法制御を行うにあたり、試料
面上で１点の不動点とこれを挟む２辺の不動辺ができる
ように、第１成形アパーチャ像を第２成形アパーチャ上
で偏向させることを特徴とする荷電ビーム描画方法。
（２）第１及び第２の成形アパーチャ間にビーム成形用
の成形偏向系を配置し、矩形及び矩形以外の荷電ビーム
の寸法、形状を可変制御して、試料上に所望パターンを
描画する荷電ビーム描画方法において、前記成形偏向系で第１アパーチャ像を偏向して矩形以外
のビームを発生したときに生じる該ビームの試料面上で
の矩形ビームに対する位置ずれ量を、試料面上での位置
決め手段に用いる走査用偏向系で補正することを特徴と
する荷電ビーム描画方法。
（３）第１及び第２の成形アパーチャ間にビーム成形用
の成形偏向系を配置し、矩形及び矩形以外の荷電ビーム
の寸法、形状を可変制御して、試料上に所望パターンを
描画する荷電ビーム描画方法において、前記成形偏向系で第１アパーチャ像を偏向して矩形以外
のビームを発生したとき、試料面上で１点の不動点とこ
れを挟む２辺の不動辺ができるように制御し且つ、前記成形偏向系で第１アパーチャ像を偏向して矩形以外
のビームを発生したときに生じる試料面上での矩形ビー
ムに対する位置ずれ量を、試料面上での位置決め手段に
用いる走査用偏向系で補正することを特徴とする荷電ビ
ーム描画方法。
（４）矩形ビームの設定寸法データと試料面上での実際
の寸法が一致するように矩形ビームを校正して求めた成
形偏向系の偏向感度係数を、矩形以外の成形ビームの校
正制御に用いることを特徴とする請求項１又は３記載の
荷電ビーム描画方法。
（５）成形偏向によって矩形以外のビームを発生したと
きに生じる試料面上の矩形ビームに対する位置ずれ量を
、成形ビームの形状毎に、成形ビームの寸法を変数とす
る多項式で補正することを特徴とする請求項２又は３記
載の荷電ビーム描画方法。
（６）成形偏向によって矩形以外のビームを発生したと
きに生じる試料面上の矩形ビームに対する位置ずれ量を
、成形ビームの形状毎に、試料上に設けられた基板と異
なる反射電子係数を持つ微粒子、エッジ、突起或いは穴
をビーム走査して得られる反射電子又は２次電子信号を
用いて測定することを特徴とする請求項２又は３記載の
荷電ビーム描画方法。
（７）前記偏向系は主・副２段の偏向器からなり、前記
位置ずれ量の補正を副偏向器により行うことを特徴とす
る請求項２又は３記載の荷電ビーム描画方法。
（８）前記矩形及び矩形以外の成形ビームの不動点を試
料面上で一致させることを特徴とする請求項２又は３記
載の荷電ビーム描画方法。