JPH03108312A

JPH03108312A - 荷電ビームの非点収差補正方法

Info

Publication number: JPH03108312A
Application number: JP1243313A
Authority: JP
Inventors: Seiji Hattori; 清司服部; Shuichi Tamamushi; 秀一玉虫; Eiji Nishimura; 英二西村; Naotaka Ikeda; 池田　尚孝; Kanji Wada; 和田　寛次
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-09-21
Filing date: 1989-09-21
Publication date: 1991-05-08
Anticipated expiration: 2013-12-14
Also published as: DE69023592D1; EP0419287A3; DE69023592T2; EP0419287A2; EP0419287B1; JP2835097B2; US5047646A

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
荷電ビーム描画方法に係わり、特に成形ビームの非点収
差を自動的に補正するための荷電ビームの非点収差補正
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、可変成形電子ビームを用いた電子ビーム
描画装置が用いられている。

電子ビーム描画装置では、電子銃がら放射され成形アパ
ーチャを通過したビームが、各種電子レンズにより集束
されて試料上に照射される。

このとき、電子レンズに非点収差があることがら、成形
ビームにも非点収差が存在する。ビームに非点収差があ
ると描画精度の低下を招くので、非点収差をなくす必要
がある。この非点収差をなくすには、試料上のマークを
成形ビームで走査して得られる反射電子信号或いは２次
電子信号からビームの分解能を測定し、対物レンズの近
傍に設けられた非点補正コイルで非点を補正する方法が
採用されている。

しかしながら、この種の方法にあっては次のような問題
があった。即ち、従来の電子ビーム描画装置における成
形ビームの非点収差補正方法は、矩形ビームの場合、辺
に平行又は垂直な０度と９０度方向に対してのみ実施さ
れており、このような方向のみでは矩形ビームの角部で
の分解能の測定は極めて困難であり、例えば４５度や１
３５度方向の非点収差補正については実用的な方法が提
案されていないのが現状である。従って、高精度な成形
パターンを得ることは極めて困難であった。また、０度
と９０度方向の非点収差補正に関しても、試料上のマー
クを成形ビームで走査して得られる反射電子信号或いは
２次電子信号からビームの分解能を測定して非点及び焦
点を補正すると、ノイズ等の影響によりビームの分解能
が精度良く測定できず、十分な補正精度が得られなかっ
た。また、精度を得るためにビーム波形の処理を複雑化
すると処理時間を多く必要としていた。

（発明が解決しようとする課題）このように従来、可変成形ビーム方式の荷電ビーム描画
方法においては、マークをビーム走査して得られるビー
ムの分解能に基づいて非点収差を補正しているが、この
ような方法では、ノイズ等の影響によりビームの分解能
が精度良く測定できず、補正精度が低下する問題があっ
た。さらに、高い補正精度を得るには処理速度が低下す
る問題があった。また、矩形ビームの各辺に対しである
傾きを持つ、例えば４５度と１３５度方向の非点収差に
関しては、これを容易に補正することは困難であった。

本発明は、上記した欠点を除くためになされたもので、
その目的とするところは、成形ビームの各辺に対して垂
直な方向の非点収差のみならず、斜め方向の非点収差を
も容易に補正することができると共に、処理速度が速く
、ノイズの影響を受は難い荷電ビームの非点収差補正方
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、例えば０度、９０度方向の辺を有する
矩形のみならず４５度又は１３５度方向等の斜辺を持つ
三角形ビームを発生させ、この三角形ビームを試料上で
４５度−１３５度方向に走査してそれぞれの方向のビー
ムエツジ分解能を求めて成形ビームの非点収差を補正す
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荷電
ビームの寸法及び形状を可変制御するためのビーム成形
用の偏向器を配置すると共に、対物レンズの近傍に非点
収差を補正するための非点補正コイルを設けた荷電ビー
ム描画装置において、成形ビームの非点収差を補正する
方法であって、例えば矩形ビームのエツジ分解能を試料
上で測定し、該測定したエツジ分解能に基づいて０度と
９０度方向の非点収差を補正し、三角形ビーム等の成形
ビームの斜辺のエツジ分解能を試料上で測定し、該測定
したエツジ分解能に基づいて４５度と　１３５度方向等
の非点収差を補正するようにした方法である。

より具体的に説明すると本発明は、可変成形電子ビーム
描画装置において、矩形のみならず例えば４５度と　１
３５度方向の斜辺を持つ三角形ビームを発生させ、試料
上に設けられた金粒子を４５度−１３５度方向に走査し
てそれぞれの方向のビームエツジ分解能を求める。ここ
では、ビーム分解能の代わりに成形ビームの強度分布信
号をＡ／Ｄ変換し、得られた波形データとこれを遅延さ
せたデータとの差信号（微分）を計算し、既に設定され
ているスレショルド・レベル以上の差信号データを累積
加算する。焦点合わせの際、焦点を変えながら累積加算
値を計算し、この累積加算値が最大になる点を最適焦点
とする。

この焦点合わせ方法を用いて、非点補正値を変えながら
、４５度と　１３５度方向の非点隔差を求め、非点隔差
が零になる非点補正値を求める。０度と９０度方向につ
いても同様な方法で非点補正値を求める。

（作用）本発明によれば、成形ビームの辺に対して斜めの辺（成
形ビームが０度と９０度方向の辺を有する場合、例えば
４５度或いは１３５度方向の斜辺）を有する三角形ビー
ムのエツジ分解能を測定し、４５度或いは１３５度方向
の非点補正コイルで非点補正を行うことにより、０度と
９０度方向だけでなく４５度と　１３５度方向の非点収
差を正確に補正することができ、しかも波形のノイズに
大きく依存しないで、高速に非点収差を補正することが
できる。また、ビーム分解能を計算する複雑な処理回路
又はソフトウェアを必要とせず、容易な計算でビーム分
解能に相当するデータを得ることができ、短時間で正確
な補正が可能となる。

（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
測長系３２により測定され、その測定情報が計算機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、〜、２２ｅ、各種偏向器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２
３はビームを０Ｎ−ＯＦＦするためのブランキング偏向
板であり、この偏向器２３にはブランキング制御回路３
４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偏向板であり、この偏向器２４
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２
５．２６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、対物レンズ２２ｅの近傍に
は後述する非点補正コイル２８及び図示しない焦点補正
コイル等が配置されている。

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
ーク位置を測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、第１図のように構成された電子ビーム描画装置に
おいて、非点補正・焦点合わせを行う方法について以下
に説明する。電子ビーム描画装置は第２図に示す矩形の
第１成形アパーチヤと矢印形の第２成形アパーチヤを採
用しており、矩形ビームと４種類の三角形ビームを発生
させることができるものとする。また、非点補正コイル
２８は対物レンズ２２ｅの近傍に配置されており、第３
図（ａ）に示す如く試料座標に対して０度と９０度方向
（Ａ方向）の非点補正コイル、４５度と　１３５度方向
（Ｂ方向）の非点補正コイルからなる。それぞれの非点
補正コイルは連動して動作し、成形ビームのＡ方向とＢ
方向の非点収差を独立に補正する。

矩形ビームに入方向及びＢ方向に非点収差がある場合、
焦点を変化させると第４図（ａ）　（ｂ）に示すように
矩形ビームの強度分布が変化する。

Ａ方向の非点収差は、矩形ビームの０度及び９０度方向
のエツジ分解能の変化を測定すれば補正できるが、Ｂ方
向の非点収差に関しては補正することは困難である。そ
こで４５度と　１３５度の斜辺を持つ直角三角形ビーム
で４５度と　１３５度方向のビームエツジ分解能の変化
を測定すれば、Ｂ方向の非点補正が可能となる。

本実施例では、金粒子法（試料上に設けられた金の微粒
子を成形ビームで走査して得られる反射電子信号からビ
ームの強度分布を得る方法）で焦点・非点を補正する。

まず、最初に焦点を合わせる。焦点合わせは金粒子法で
得られるビームの強度分布からビームの分解能（ビーム
の強度分布が波高値の１０％から９０％まで変化する距
、１！ｉ）を測定する。焦点を変化させつつビーム分解
能を測定し、これらの測定データを２次関数に当てはめ
て、ビーム分解能が最小となるピーク値を求めれば最適
焦点値を求めることができる。ここでは、第５図に示す
ように矩形ビームを用いて金粒子上を０度と９０度方向
にビーム走査し、第６図に示すように両方向のビームエ
ツジ分解能を測定する。そして、０度及び９０度方向の
最適焦点値ｆＰＩ＋ｆＰ２を求め、（ｆｐ＋＋ｆ　Ｐ２
）　／　２を焦点値として焦点補正コイルに設定する。

ここまでが、焦点合わせである。

次に、非点補正を行う。前記最適焦点値ｆＰＩとｆＰ２
との差は非点隔差であり、この差が零になれば非点収差
が補正されたことになる。まず、Ａ方向の非点補正値を
決定する。非点補正コイルの電流値を変化させて、上記
と同様に０度と９０度方向の最適焦点値ｆＰｌ＋ｆＰ２
を求めると、両者の関係は第７図に示すような結果にな
る。

Ａ方向の非点補正値と０度と９０度方向の最適焦点値（
ピーク値）を１次関数に当てはめ、２つの１次関数の交
点から非点補正値を求め、これを非点補正コイルに設定
すれば入方向の非点収差を補正できる。

Ｂ方向の非点収差についても同様に、第８図に示すよう
に直角三角形ビーム１．２を発生させビーム１を４５度
方向、ビーム２を１３５度方向へ金粒子上を走査し金粒
子からの反射電子信号からビーム１の　１３５度エツジ
、ビーム２の４５度エツジの分解能を測定する。Ｂ方向
の非点補正コイルの電流値を変えつつ、４５度と　１３
５度方向の最適焦点値から第７図と同様に非点隔差を測
定し隔差が零になる非点補正値を求め、Ｂ方向の非点収
差を補正する。

最後に焦点を微調して合わせれば成形ビームの非点・焦
点が精度良く補正され描画パターンの形成精度が飛躍的
に向上することになる。

かくして本実施例方法によれば、成形ビームの焦点を補
正することができるのは勿論のこと、０度と９０度方向
だけでなく４５度と　１３５度方向の非点収差をも正確
に補正することができる。しかも、金粒子法等を用いて
成形ビームのエツジ分解能を測定し、この測定値に基づ
き非点収差を補正しているので、波形のノイズに大きく
依存しないで、高速に非点収差を補正することができる
。また、ビーム分解能を計算する複雑な処理回路又はソ
フトウェアを必要とせず、容易な計算でビーム分解能に
相当するデータを得ることができ、短時間で正確な補正
が可能となる。

また、この実施例では０度、９０度方向の辺を有する矩
形ビームや４５度、１３５度の斜辺を有する三角形ビー
ムを用いたが、基本的には成形ビームの各辺に垂直な方
向と斜めの方向、それぞれに対して非点補正が行えれば
よく、そのために三角形ビームの斜辺は４５度、１３５
度以外の斜め方向の辺を有するものでもよい。

くその他の実施例〉次に、本発明の第２の実施例方法について説明する。こ
の実施例方法は、焦点補正を行う手段として、ビームの
分解能を用いる代わりに、下記第１式を用いることによ
り、さらに高速・高精度の焦点合わせを実現したもので
ある。

即ち、先の実施例方法で用いたビームの分解能の代わり
に、金粒子法で得られたビームの強度分布をＡ／Ｄ変換
したデータ（第９図（ａ））と、これを遅延差せたデー
タ（第９図（ｂ））との差信号（第９図（Ｃ））を得る
。そして、この差信号（微分）の絶対値を計算し、さら
にビーム強度の２分の１に設定されているスレッショー
ルドレベル以上の差信号データの累積加算値２累積加算値−Σ　（Ｙｉ−ｖ）　　・・・　（１）１−
ｔ＋を計算する。第１０図に、このようにして得られた累積
加算値と焦点との関係を示す。この関係から焦点を合わ
せる場合、累積加算値の最大値或いは両者の関係を２次
関数（Ｙ−ａｘ２＋ｂｘ十ｃ）に当てはめてピーク値（
−ｂ／　２ａ）を求める。これを最適焦点値とすれば、
高速且つノイズの影響を受は難い焦点合わせ方法を実現
できる。

次に、本発明の第３の実施例方法について説明する。こ
の実施例方法は、非点補正を行う手段として、次のよう
にしたものである。即ち、１度焦点を合わせた後、焦点
を一定量ずらして、非点補正値を変えなから０度と９０
度方向のビームのエツジ分解能を求めると第１１図（ａ
）に示す関係が得られる。さらに、ビームのエツジ分解
能の代わりに差信号データの累積加算値を求めると、第
１１図（ｂ）に示す関係が得られる。

そこで、非点補正値とビームのエツジ分解能或いは差信
号の累積加算値との関係を、直交した２方向の０度と９
０度方向に対して測定し、これらの関係を２つの２次関
数に当てはめ、その交点（０度と９０度方向のエツジ分
解能或いは差信号の累積加算値が一致する点）から最適
な非点補正値を求めることができる。これは、三角形ビ
ームを用いて４５度と　１３５度方向の非点補正にも適
応でき、入方向及びＢ方向共に非点収差を補正すること
ができる。

次に、本発明の第４の実施例方法について説明する。こ
の実施例は、焦点・非点補正の手順を最適化することに
より、非点補正の高精度化をはかったものである。

まず、矩形ビームで最初に第１２図に示すように波形デ
ータをそのまま、５０％［（＋＊ａｘ＋■１ｎ）１２）
］のスレッショールドレベルを設けて累積加算し、第１
０図と同じ方法で焦点と累積加算値の関係からピーク値
を求めて粗く焦点を合わせた後、微調して第９図及び第
１０図の焦点と差信号の累積加算値との関係から（ｆ　
Ｐｌ＋　ｆ　Ｐ２）／２に焦点を設定する。次いで、三
角形ビームを発生させＢ方向の非点収差を補正後、矩形
ビームで入方向の非点収差を補正する。最後に、入方向
の非点補正の際得られた非点隔差の関係から隔差が零に
なる焦点値を焦点合わせ用のコイルに設定すればよい。

このようにＢ方向の非点収差を補正し、最後に入方向の
非点収差を補正すれば入方向（０度−９０度）に他の補
正コイルの影響が入り込まないため入方向の非点補正が
高精度化でき、０度と９０度方向の微細なパターンを形
成する場合非常に有効となる。

また、以上で述べた焦点・非点補正の際、同じ面積の成
形ビーム（矩形ビームと三角形ビーム）で試料上の金粒
子を走査しビームのエツジ分解能又は差信号の累積加算
値を求めれば、それぞれの方向の非点収差を補正すると
きに空間電荷効果によるビームのぼけの影響が同じにな
る上に、反射電子検出器アンプのゲインとレベルが同一
となるため１度合わせるだけで良く、処理を高速化する
ことができる。

なお、本発明は上述した各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。実施例では、電子ビーム描画装置の
例で説明したが、イオンビーム描画装置に適用できるの
は勿論である。また、光学系及び回路の構成は第１図に
同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。但し、本発明の方法を実施するには、例えば
０度及び９０度方向の辺を持つ矩形ビームと、この矩形
ビームの辺に対して斜めの方向、例えば４５度或いは１
３５度方向の辺を持つビーム（例えば、２種類の三角形
ビーム）を成形する機能と、０度と９０度方向の非点収
差及び４５度と　１３５度方向の非点収差を補正するた
めの非点補正コイルを備えている必要がある。

［発明の効果］以上詳述したように本発明によれば、矩形のみならず４
５度又は１３５度方向の斜辺を持つ三角形ビームを発生
させ、この三角形ビームを試料上で４５度或いは１３５
度方向に走査し、それぞれの方向のビームエツジ分解能
を求めて非点収差を補正しているので、０度と９０度方
向の非点収差は勿論のこと、４５度或いは１３５度方向
の非点収差をも容易に補正することができる。しかも、
波形のノイズに依存することなく、また容易な計算でビ
ーム分解能に相当するデータを得ることができ、短時間
で正確な非点収差補正を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第８図は本発明の一実施例方法を説明するた
めのもので、第１図は同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図は上記装置に用い
たアパーチャ形状を示す図、第３図は非点補正コイルの
配置例を示す図、第４図は非点収差によるビームのぼけ
を示す模式図、第５図は０−９０度方向のビームエツジ
分解能を測定する際のビーム走査方向を示す模式図、第
６図は焦点値に対するビームエツジ分解能の変化を示す
特性図、第７図は非点補正値に対する最適焦点値の変化
を示す特性図、第８図は４５−　１３５度方向のビーム
エツジ分解能を測定する際のビーム走査方向を示す模式
図、第９図及び第１０図は焦点合わせの他の例を説明す
るための模式図、第１１図は非点補正の他の例を説明す
るための模式図、第１２図は焦点・非点補正の他の例を
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
〜２２ｄ・・・各種レンズ、２３〜２６・・・各種偏向器、２７ａ、２７ｂ・・・ビーム成形用アパーチャマスク、
３０・・・計算機、３１・・・試料台駆動回路、３２・
・・レーザ測長系、３３・・・可変成形ビーム寸法制御回路、３４・・・ブ
ランキング制御回路。

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荷電ビームの
寸法及び形状を可変制御するためのビーム成形用の偏向
器を配置すると共に、対物レンズの近傍に成形ビームの
非点収差を補正するための非点補正コイルを設けた荷電
ビーム描画装置において、成形ビームの非点収差を補正
するに際し、成形ビームのエッジ分解能を試料上で測定し、該測定し
たエッジ分解能に基づいて前記成形ビームの各辺に対し
て垂直な方向の非点収差を補正すると共に、前記成形ビ
ームの辺に対し斜めの辺を有する成形ビームを用いて前
記斜辺のエッジ分解能を試料上で測定し、該測定したエ
ッジ分解能に基づいて前記斜辺に対して垂直な方向にお
ける非点収差を補正するようにしたことを特徴とする荷
電ビームの非点収差補正方法。
（２）第１及び第２の成形アパーチャ間に荷電ビームの
寸法及び形状を可変制御するためのビーム成形用の偏向
器を配置すると共に、対物レンズの近傍に成形ビームの
非点収差を補正するための非点補正コイルを設けた荷電
ビーム描画装置において、成形ビームの非点収差を補正
するに際し、０度及び９０度方向の辺を持つ矩形ビームを発生させ、
この矩形ビームのエッジ分解能を試料上で測定し、該測
定したエッジ分解能に基づいて０度と９０度方向の非点
収差を補正すると共に、４５度或いは１３５度方向の斜
辺を有する三角形ビームを発生させ、この三角形ビーム
の斜辺のエッジ分解能を試料上で測定し、該測定したエ
ッジ分解能に基づいて４５度と１３５度方向の非点収差
を補正するようにしたことを特徴とする荷電ビームの非
点収差補正方法。
（３）成形ビームで試料上のマークを走査し、成形ビー
ムの焦点を補正するための焦点補正コイルの電流値を変
えて直交する２方向のビームエッジ分解能が最小となる
最適焦点値をそれぞれ求め、該２方向の最適焦点値の差
を非点隔差とし、矩形ビームを用いて０度と９０度方向
の非点隔差を、また４５度或いは１３５度の斜辺を持つ
二種類の三角形ビームを用いて４５度と１３５度方向の
非点隔差を求め、それぞれの方向において非点隔差を零
にする非点補正コイルの電流値を設定することを特徴と
する請求項２記載の荷電ビームの非点収差補正方法。
（４）非点補正コイルの電流値を設定する手段として、
非点補正コイルの電流値を順次変化させて、前記非点隔
差を非点補正コイル電流の複数点で求め、該非点隔差の
関係を各々１次式で近似しその交点から非点補正コイル
の電流値を設定することを特徴とする請求項３記載の荷
電ビームの非点収差補正方法。
（５）最適焦点値を求める手段として、焦点補正コイル
に流す電流を変化させながら、試料上に作られたマーク
を荷電ビームで走査し、反射若しくは二次電子検出信号
をＡ／Ｄ変換して得られた波形データと、これを遅延さ
せたデータとの差信号（微分）を計算し、予め設定され
ているスレッショールドレベル以上の差信号データを累
積加算し、該累積加算値を最大にする電流を最適焦点値
として求めることを特徴とする請求項３記載の荷電ビー
ムの非点収差補正方法。
（６）一度焦点を合わせた後、一定量焦点をずらし、非
点補正コイルの電流値を変えつつ非点収差が補正される
直交した２方向のエッジ分解能或いは前記累積加算値を
求め、該２方向のエッジ分解能或いは該累積加算値が一
致する非点補正値、又は非点補正値と該２方向のエッジ
分解能或いは該累積加算値との関係を各々２次関数曲線
にあてはめ、これら２曲線の交点となる非点補正値を求
めることを特徴とする請求項１又は２記載の荷電ビーム
の非点収差補正方法。
（７）焦点又は非点収差を補正する際、同じ面積の成形
ビームのエッジ分解能或いは前記累積加算値を用いるこ
とを特徴とする請求項１又は２記載の荷電ビームの非点
収差補正方法。