JPH02262327A - 荷電ビーム描画方法 - 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】 ［発明の目的］ （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
荷電ビーム描画技術に係わり、特に可食成形ビームの位
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バターンを描画す
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、斜線部ではスループット
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
向上させるとノ（に、スルーブツ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
の捕ｉｒ、技術（ビーム位置とビーム寸法を含む）は非
常に１Ｍ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、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各ビーム
で位置ずれａｆ！−測定する必要があるが、全てのビー
ムで位置ずれ量を測定するためにビーム走査及びその後
に必要な演算等を行うと、位置ずれ量の測定に時間がか
かり、最初に測定したビームの位置ずれ量と最後に／ｌ
−１定したビームの位置ずれ量とに、ビムドリフトの影
響で誤差要因が発生ずる問題があった。

（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プッ
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、全てのビームに対して位置ずれ量の測定を行
う必要があり、位置ずれ量の測定に時間がかかることか
ら、ビームドリフトの影響を避け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、矩形ビームに対する矩形以外の成形
ビームの位置ずれ量を、ビームドリフトの影響なくΔＰ
１定することができ、パターンｔｉｆ１画精度の向上筒
をはかり得る（ｒ：ｊ　電ビーム描画方法を提Ｕ（する
ことにある。

［発明のＩＲ成］ （課題を解決するための手段） 本発明の骨子は、個々の成形ビーム毎にビーム走査１皮
射電子検出及び演算等を行って位置ずれ量を求めるので
はなく、全ての成形ビームについてビーム走査して得ら
れる反射電子或いは２次電子を波形メモリに記憶したの
ち、位置ずれ量の演算を行うことにある。

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１
関向器により第１成形アパーチャ像を偏向して発生させ
た矩形以外の成形ビームの矩形ビームに対する試料面上
での位置ずれ量をａｌｌ定する際に、試料上に設けられ
たマークを所望のビームで走査し、得られる反射電子或
いは２次電子信号をＡ／Ｄ変換して順次波形メモリに記
憶し、所望の全てのビームに対する走査と信号の記憶が
終了後、メモリからそれぞれのビームに対応するデータ
を読出し、各々のビームのエツジ位置を解ｔｒｉ　ｔ。

て前記位置ずれ量を求めるようにした方法である。

（作用） 本発明によれば、予め全てのビームに対してビーム走査
による反射電子或いは２次電子の検出を行い、これを波
形メモリに記憶させておき、その後に位置ずれ瓜を求め
るための演算等を行うので、最初に測定した成形ビーム
と最後に測定したビームにおいて、ビーム走査時刻のず
れは短いものとなり、ビームドリフトの影響は少なくな
る。つまり、矩形以外の成形ビームに生じる矩形ビーム
に対する位置ずれ量の測定（反射電子或いは２次ＴＩ！
子の検出までの操作）を高速化できるため、８１１定の
際に誤差要因として入り込むビームドリフトの影響を低
減でき、高精度の描画が可能となる。

（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ＩＲ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
ザ測長系３２により測定され、その測定情報が計算機３
０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、〜、２２ｅｓ各種１−向器２３、〜，２６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０Ｎ−ＯＦＦするためのブランキング１
−向板であり、この偏向器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２
４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１−向阪であり、この偏向器２４には可
変ビーム寸法制御Ｕ路３５から偏向信号が印加される。

また、１鑓向器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から偏向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／Ｉ−１定するのに用いられる。なお、電子
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Ｊ成形・アパーチャ（
ｔ４１ａ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１−内系の座標と第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（ｍ４］ｇ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１１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２７
ａのアパーチャ（第、１成形アパーチャ）４，１を、レ
ンズ２２ｃによリアパーチャマスク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・−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
して得られる反ｇ４　＋Ｑ　Ｊ’　１４号の波形が水平
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４
１゜４２の辺をレーザ座標に精度良く合わせることがで
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、
ビームに零点を校正後、試料上でビーム寸法を測定し、
ビーム寸法設定値の変化率とａＰ１定値の変化率が一致
するように成形１−内系の感度係数を校正している。こ
れから得られた成形１１向系の１−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（−白
系の感度補正式を０式に示す。

［Ｌｙｐｅ　　Ｏ］ ＩＵ　Ｌ、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７１１１１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［＝１４１ａの寸法ＬＬ２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２μＩ１１、辺ＡＢの実寸法を８０
μｎ１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成形アパーチャ（象４
１ａ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、矩形ビームを基準（基準位
置Ｐ。）として３角形ビーム発生用の基準位置Ｐ、〜Ｐ
４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準位置Ｐ１〜
Ｐ４を零点として４ｆ！１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１ｌｐＩ定し、ビーム寸法と
ビーム電流との関係を２次関数に当てはめて零点（ビー
ム司法の設定データが零のとき実際のビーム司法が零に
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。

［Ｌｙｐｃ　　Ｉ　　］ み立て精度が高ければ０式のａ、ｂ、ｃ、ｄを次のよう
に設定してもビーム寸法精度は劣化しない。

［ｔｙｐｅ　　２　　］ ［ｔｙｐｅ　　３　　］ ［Ｌｙｐｃ　　４　　］ この零点調整は、０〜０式のＳＬ、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Ｖｌ、ｉＦ−が終了し、設定
値と実際の１Ｊ法とが一致した３角形ビームを試料面上
に発生ずることができる。

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１−同盟２４の機械的な組前記第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７
１＄１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−
司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（−同盟を機械的に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■式のＫの値を求めることができる。つまり
、第２アパーチャの辺ＡＢの長さが８０１ｚｍとすると
、■式のＸに８０１ｚｍ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１多動するようにＫの
値を決定する。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Ｐ。を
基準として３角形ビーム発生用の基準位置４点ｒ’、　
−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
の基準位置を求めることができる。

次に、矩形及び３角形からなる５　ｆ！Ｉｉ類のビーム
を試料面上で滑らかにつなぐために、副ｆ−同盟でそれ
ぞれのビームの位置を補正する。５種類のビームの不動
点（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点の不動点と２辺
の不動辺（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、ｍ８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。

そこで本実施例では、この位置ずれを求める際、第９図
に示すように、それぞれのビームに対応する波形メモリ
９３を装置し、矩形ビームと３角形ビームとをペアにし
てビーム走査を実行し、反射電子をＡ／Ｄ変換してメモ
リ９３に順次記憶する。つまり、４８類の３角形ビーム
の位置ずれ量を求める場合、矩形ビームの走査の直後に
３角形ビームの走査を実行し、次に同じ矩形ビームの走
査と別の３角形ビームの走査を実行する。このように矩
形と３角形をペアにしたビーム走査を４回実行すれば、
ビームドリフトの影響を最小限にして各ビームの位置ず
れ瓜を求めることができる。なお、第９図において９１
は増幅器、９２はＡ／Ｄ変換器を示している。

ビーム走査のときにはビーム走査と同時に平均加算処理
を実行してノイズを低減させ、メモリ９３に順次記憶し
ていく。この矩形ビームと３角形ビームをペアにしたビ
ーム走査を全ての３角形について実行し、ビーム走査が
終了後メモリ９３から波形データを読出し不動辺エツジ
位置を解析し、各ペア毎に矩形ビームの位置を基準にし
て３角形ビームの相対位置を求める。

このようにして求められた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
、前記偏向制御回路３３等の内部に設けられる補正回路
のメモリに記憶する。

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２４で第１成形アバーチト１ｔ４１ａを１１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）を偏向
制御回路３３で実行し、矩形及び３角形ビームの位置抽
圧を行う。

以上のように、電子ビーム描画装置で矩形及び矩形以外
の成形ビームを発生させるのに際して、不動点とその不
動点の両側に不動辺を形成するように成形偏向を制御す
ることにより、その寸法及び位置の構成が非常に簡便と
なる。さらに、波形目盛りを用いて各ビームにおける不
動点位置ＪＰ１定を高速化することにより、ビームドリ
フトによる誤差要因を低減でき、高精度なビーム制御が
可能となる。

第１０図に、本実施例での第１成形アパーチャＩ！Ｊ！
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４ＦＩｉ類の３角形ビームを発生させ
ると、試料面上では第１１図に示す如く、それぞれのビ
ームはずれた位置に照射される。これらの位置ずれ量は
、先にも説明したように副偏向器で補正できる。そのた
め、本実施例では前記１−向制御回路３３の内部等に設
けられる副ｆ−同盟の１−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うようにした。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、ｘ、ｙはビーム寸法、Ｐｌ
ｌｏ　−Ｍ３　、　Ｎｏ　〜Ｎ　ａ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Ｊｉｌｔ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１ｉ４
１ａ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−ｊ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−司
法を変化させ、試料面上に設けられた金の微粒子を走査
して得られる反射電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測定する。これらのデータを
用いて３角形ビームの−Ｊ法との関係を０式に代入し、
補正係数Ｍ　ｏ　〜Ｍ　＊　、　Ｎ　ｏ　−Ｎ　ｉ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１ｇ向同盟第１成形アパーチ
ャ像を偏向して指定した形状及び司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１−
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δか１定することもで
きる。第１２図に示すように、それぞれの３角形の動辺
６３と不動辺６２のエツジ位置を測定する方法である。

この方法の場合、ビーム寸法の設定精度が測定誤差とし
て含まれてしまうが、反射１１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上、エツジ位置測定に際
し金の微粒子だけでなく段差マークを使用することもで
きる。

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δ−１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測定する際、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δｔ１定すると有効である。さらに精度を
向上させるために、第１３図にに示すように複数走査分
の波形メモリ９４を持ち、矩形ビームと３角形ビームの
ベアによるビーム走査を複数回繰返してメモリ９４に順
次記憶し、測定終了後に波形データを解析して複数回分
のエツジを求め、これらの平均値から矩形ビームと３角
形ビームとの相対位置を求めると高精度化が可能である
。また、波形メモリ９３．９４は計算機の主記憶であっ
てもよく、波形データを解析する前に全てのビームの波
形データを取込んでしまえば同様な効果が得られる。

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Δに１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い。また、装置構成は第１図に何
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、全ての成形ビーム
についてビーム走査して得られる反射電子或いは２次電
子を波形メモリに記憶し、この記憶が全ての成形ビーム
で終了した後に位置ずれ量の演算を行うようにしている
ので、矩形ビームに対する矩形以外の成形ビームの位置
ずれ息を高速に測定することができる。従って、ビーム
ドリフトの影響なく位置ずれ量を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。

【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図は波形メモリの
記憶状態を示す模式図、第１０図乃至第１２図は試料で
のビーム位置補正を説明するための模式図、第１３図は
波形メモリの記憶状態を示す模式図である。 １０・・・試料室、１１・・・試料、１２・・・試料台
、２０・・・電子光学ｌｌｔ筒、２１・・・電子銃、２
２ａ〜２２ｅ・・・レンズ、２３〜２６・・・偏向器、
２７ａ。 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Δｐ
ｊ長系、３３・・・偏向制御回路、３４・・・ブランキ
ング制御回路、３５・・・可変成１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・・・動辺、
７１・・・金の微粒子、７２・・・３角形ビーム、９３
，９４・・・波形メモリ。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第２図 第１図 （ａ） 第４図 （ｂ） 第 図 第 図 第 図 ／ ／＾−−−−４５”方向の？ムＬ登 第 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （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、 前記成形偏向器により第１成形アパーチャ像を偏向して
   発生させた矩形以外の成形ビームの矩形ビームに対する
   試料面上での位置ずれ量を測定する際、試料上に設けら
   れたマークを所望のビームで走査し、得られる反射電子
   或いは２次電子信号をＡ／Ｄ変換して順次波形メモリに
   記憶し、所望の全てのビームに対する走査と信号の記憶
   が終了後、メモリからそれぞれのビームに対応するデー
   タを読出し、各々のビームのエッジ位置を解析して前記
   位置ずれ量を求めることを特徴とする荷電ビーム描画方
   法。
2. （２）それぞれのビーム形状に対して複数回ずつビーム
   を走査し、全てのビームの走査が終了後、メモリから読
   出した複数回分の波形データからエッジ位置を解析して
   該エッジ位置の平均値を求め、該平均値から前記位置ず
   れ量を求めることを特徴とする請求項１記載の荷電ビー
   ム描画方法。
3. （３）矩形以外の成形ビーム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偏向系で
   補正することを特徴とする請求項１記載の荷電ビーム描
   画方法。