JPH0722349A - 荷電ビーム描画装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アパーチャマスクの方向とキャラクタの縮小
率を精度良く求めることができ、描画精度の向上をはか
り得る荷電ビーム描画装置を提供すること。 【構成】 第１アパーチャマスク２７ａの成形アパーチ
ャ像を繰返しパターン図形を有する第２アパーチャマス
ク２７ｂに照射して該パターン図形の成形ビームを生成
し、これを縮小投影すると共に偏向し試料上の所望の位
置に該パターン図形を描画するキャラクタプロジェクシ
ョン方式の荷電ビーム描画装置において、アパーチャマ
スク２７ｂに設けられた複数個のビーム透過孔５２と、
透過孔５２にビームを照射した時に投影されるビームで
試料上のマークを走査してそれぞれのビーム位置を測定
する機構と、測定されたビーム位置と透過孔５２の設計
座標との関係から試料面の基準座標に対するアパーチャ
マスク２７ｂの方向と縮小率を得、縮小レンズの励磁と
アパーチャマスク２７ｂの方向を補正する機構とを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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
にキャラクタプロジェクション方式の荷電ビーム描画装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体ウェハ等の試料上に所望の
パターンを描画するものとして、矩形・三角形などの可
変成形ビームを用いた電子ビーム描画装置が使われてい
る。このような電子ビーム描画装置では、微細なパター
ンを描画する場合、単位面積当たりの図形数が増大する
ため、描画時間がこれに比例して増加しスループットが
著しく低下するという問題があった。

【０００３】そこで最近、この問題を解決する方法とし
て、ＬＳＩチップ等で繰り返し使う複雑な形状のパター
ン図形を数種類アパーチャマスク上に加工形成してお
き、アパーチャマスク上の各パターン図形に選択的にビ
ームを照射し、通過して生成されるビームパターンを試
料上に縮小投影する方式（以下「キャラクタプロジェク
ション方式」と呼ぶ）の描画装置が提案されている。こ
の装置では、矩形・三角形など複数個を組み合わせた複
雑な形状のビームパターン等を１回で照射できるため、
大幅な描画の高速化が可能となる。

【０００４】しかしながら、キャラクタプロジェクショ
ン方式の電子ビーム描画装置にあっては次のような問題
があった。即ち、ＬＳＩパターンを描画するには、それ
ぞれのキャラクタビームにおいて厳密な位置精度が必要
であるが、具体的なビーム校正方法が提案されていない
のが現状である。キャラクタプロジェクション方式にお
いて、アパーチャマスクの方向とキャラクタビームの縮
小率がずれると、試料上に投影するキャラクタビームの
接続精度が劣化しパターン精度が劣化する。また、成形
偏向する場合に生じる試料上でのビーム位置ずれの補正
精度が劣化しても同様にパターン精度が劣化するため、
高精度な補正方法が要求されていた。さらに、描画装置
に装着されたアパーチャマスクの欠陥を簡易に効率良く
検査する機能も要求されていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように従来、キャ
ラクタプロジェクション方式の荷電ビーム描画装置にお
いては、アパーチャマスクの方向とキャラクタビームの
縮小率がずれると試料上に投影するキャラクタビームの
接続精度が劣化しパターン精度が劣化するため、キャラ
クタビームの厳密な位置精度が必要であるが、具体的な
ビーム校正方法が提案されていないのが現状であった。

【０００６】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、アパーチャマスクの方
向とキャラクタビームの縮小率を精度良く校正すること
ができ、描画精度の向上をはかり得る荷電ビーム描画装
置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、次のような構成を採用している。

【０００８】即ち本発明は、繰り返しパターン図形を有
するアパーチャマスクに荷電ビームによる成形アパーチ
ャ像を照射して該パターン図形の成形ビームを生成し、
これを縮小投影すると共に偏向して試料上の所望の位置
に該パターン図形を描画するキャラクタプロジェクショ
ン方式の荷電ビーム描画装置において、アパーチャマス
クに設けられた同一形状の複数個のビーム透過孔と、こ
れらの透過孔にビームを照射した時に投影されるビーム
で試料上のマークを走査してそれぞれのビーム位置を測
定する手段と、該手段により測定されたビーム位置と透
過孔の設計座標との関係から試料面の基準座標に対する
アパーチャマスクの方向と縮小率を得て、縮小レンズの
励磁とアパーチャマスクの方向を補正する手段とを具備
してなることを特徴とする。

【０００９】また、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものがあげられる。

【００１０】(1) 荷電ビームによる成形アパーチャ像を
形成するのは第１のアパーチャマスクであり、繰り返し
パターンを有するアパーチャマスクは第２のアパーチャ
マスクであること。

【００１１】(2) 第２のアパーチャマスク上に第１のア
パーチャマスクの成形アパーチャ像が成形されない大き
さの透過孔を設けておき、第２のアパーチャマスクの方
向を校正した後、成形アパーチャ像を該透過孔のエッジ
に垂直な方向へ偏向しつつ透過電流若しくは反射電子を
測定し、ビーム偏向量に対する透過電流若しくは反射電
子の変化が線形になるように第１のアパーチャマスクの
方向を校正すること。

【００１２】(3) 第２のアパーチャマスク上に同一形状
の透過孔を全面に配置し、それぞれの透過孔にビームを
照射した時に成形され試料上に投影されるビームで試料
上のマークを走査してビーム位置を測定し、それぞれの
透過孔から試料上にビームを投影し、そのビーム位置が
全て一致するような対物偏向補正量を求め、透過孔の設
計座標と対物偏向補正量の関数を得て、パターン図形の
ビームを投影するときにその透過孔の設計座標に対する
対物偏向補正量を該関数から求めること。

【００１３】(4) それぞれのキャラクタの設計図形デー
タと予め測定した電流密度から透過電流を算出し、第２
のアパーチャマスクの各透過孔に第１のアパーチャマス
クの成形アパーチャ像を位置決め若しくは走査して透過
電流を測定し、該算出結果と比較して第２のアパーチャ
マスクを検査すること。

【００１４】

【作用】本発明によれば、ビーム透過孔を通して得られ
る単純形状のビームで試料上のマークを走査することに
より、ビーム位置を精度良く測定することができる。そ
して、複数の透過孔を利用することにより、第２のアパ
ーチャマスクの方向及びキャラクタビームの縮小率、更
にはビームの対物偏向偏向量を精度良く求めることがで
きる。従って、第２のアパーチャマスクの方向及びキャ
ラクタビームの縮小率を精度良く補正することができ、
描画精度の向上をはかることが可能となる。また、第２
のアパーチャマスクを透過するビーム電流を測定して、
設計データを比較することにより、簡易的に透過孔の欠
陥，寸法変換差などを検出可能である。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００１６】図１は、本発明の一実施例に係わる電子ビ
ーム描画装置を示す概略構成図である。試料室１０内に
は、試料１１を載置したＸ−Ｙステージ１２が収容され
ている。このステージ１２は試料台駆動回路１３により
駆動され、ステージ１２の移動位置はレーザ測長系３２
により測定される。また、試料１１からの反射電子は電
子検出器３７により検出されるものとなっている。

【００１７】試料室１０の上方には、電子光学系２０が
設けられている。電子光学系２０は、電子銃２１、各種
レンズ２２ａ〜２２ｅ、各種偏向器２３〜２６、ビーム
成形用アパーチャマスク２７ａ，２７ｂから構成されて
いる。ブランキング用偏向器２３は、ブランキング制御
回路３４により制御されてビームをオン・オフする。ビ
ーム成形用偏向器２４は、可変成形ビーム寸法制御回路
３５により制御されてビームを成形する。ビーム走査用
偏向器２５，２６は偏向制御回路３３により制御され
て、試料１１上でビームを走査するものである。

【００１８】図２は、本装置の特徴であるキャラクタプ
ロジェクション方式を説明するための模式図である。第
１の成形アパーチャマスク２７ａには、矩形の穴（アパ
ーチャ）が設けられている。このマスク２７ａのアパー
チャ像（成形アパーチャ像）は、レンズ２２ｃと成形偏
向器２４によりキャラクタアパーチャの第２の成形アパ
ーチャマスク２７ｂ上の任意の位置に結像させることが
できる。

【００１９】キャラクタアパーチャマスク２７ｂ上に
は、ＬＳＩチップで使用頻度が高いキャラクタ４０ａ〜
４０ｄが複数個加工されている。そして、成形偏向器２
４でビームの偏向位置を変えることにより、ビームを希
望するキャラクタ、ここでは４０ａに成形し、この成形
したキャラクタビームを偏向器２５，２６によって試料
１１上の希望する位置に照射することにより、ＬＳＩパ
ターンを高速に描画することができるものとなってい
る。

【００２０】第２の成形アパーチャマスク２７ｂに設け
られた４０ｅは、第１の成形アパーチャマスク２７ａの
矩形アパーチャとのビームの重ね合わせにより、矩形・
三角形のビームを形成するためのアパーチャである。ま
た、アパーチャマスク２７ｂはピエゾ素子２９で移動可
能な構成になっており、ビーム校正用の透過孔ブロッ
ク、複数レイヤー分のキャラクタ透過孔ブロックを１枚
のアパーチャマスク２７ｂに作り込むことが可能で、必
要に応じてアパーチャマスク２７ｂ上のブロックを選択
するものとなっている。

【００２１】次に、本装置におけるビーム校正方法につ
いて説明する。まず、アパーチャマスク２７ｂの移動に
伴って試料１１上の基準座標に対して正確にその方向を
合わせなければならない。そこで、図３に示すように、
各アパーチャブロック５１に微小なビーム透過孔５２及
び後述する大きなビーム透過穴５３を作っておく。そし
て、それぞれの透過孔５２に第１成形アパーチャ像を照
射して試料１１上に投影し、試料１１上のマークを走査
してビームの位置をそれぞれ求める。この場合、Ｙ方向
の座標が一致するようにアパーチャマスク２７ｂの方向
を校正する。

【００２２】ここで、仮に第１成形アパーチャ像の方向
がずれていてもアパーチャマスク２７ｂの透過孔５２で
成形されるため、影響を受けることはない。また、ビー
ム位置のＸ座標の差とアパーチャマスク２７ｂ上の透過
孔５２の設計座標の差から縮小率を得ることができる。
具体的には、アパーチャマスク２７ｂ上に正方形の透過
孔５２を４００μｍ間隔で配置してビーム成形した場
合、試料１１上で測定したＸ方向のビームの相対距離が
１０μｍであれば縮小率１／４０を求めることができ、
ずれがある場合は縮小レンズの励磁電流を調整する。

【００２３】本実施例の装置では、マーク検出精度が
０．００５μｍであるため、方向合わせ精度は０．００
５／１０＝０．５mrad、縮小率校正精度は０．００５／
１０＝０．０５％となり、ビームサイズの誤差としては
０．００２５μｍ（最大ビームサイズ５μｍとした場
合）に相当する。上記の計算においてアパーチャマスク
２７ｂの製作精度は含まれていない。アパーチャマスク
２７ｂの製作において寸法変換差がある場合において
も、上記の方法で構成すると誤差が入らないが、キャラ
クタビームの寸法は１／縮小率の誤差が入り込むことに
なる。

【００２４】このようにアパーチャマスク２７ｂ（第２
成形アパーチャ）の方向と縮小率を校正した後、第１成
形アパーチャ像が完全に遮らない大きな透過穴５３のエ
ッジに垂直な方向に第１成形アパーチャ像を走査しつ
つ、その透過電流を測定する。ここで、偏向量に対する
ビーム電流の関係をアパーチャ像の方向と比較すると図
４に示すようになる。なお、（ａ）は成形アパーチャ像
が左回転している場合、（ｂ）は成形アパーチャ像が一
致している場合、（ｃ）は成形アパーチャ像が右回転し
ている場合である。また、図の右側が成形アパーチャ像
と透過穴５３との関係、中央が偏向量と電流との関係、
左側が偏向量とリニアリティとの関係を示している。

【００２５】偏向量とビーム電流の関係を回帰直線に当
てはめて、直線との誤差が最小になるように、つまり図
４（ｂ）に示すように最もリニアリティが良くなるよう
に成形アパーチャ像の方向を校正する。ビーム電流によ
る校正は、試料面上のマークからの反射電子を得てビー
ムの方向を測定するより、ノイズの影響が小さく他の誤
差要因、例えばアパーチャマスク２７ｂより下方に配置
されたレンズの焦点ずれに依存する誤差が入り込まない
ことから高精度化が可能になる。

【００２６】本実施例装置の場合、電流密度１０Ａ／ｃ
ｍ² 、最大ビームサイズ５μｍ、１０ｐＡ精度でビーム
電流を測定すると０．１mrad以下の精度で方向合わせが
可能である。

【００２７】上記アパーチャマスク２７ｂの方向と縮小
率が校正された後、成形偏向器２５，２６によって偏向
する量だけ試料面上でビームの位置ずれを補正しなけれ
ばならない。実際に使用するキャラクタビームを発生さ
せ、試料１１上の点形状のマークを走査してビームの画
像情報を取り込み、位置ずれを測定する方法が提案され
ているが、ここではもう少し簡易的な手法を提案する。

【００２８】図５に示すようにアパーチャマスク２７ｂ
上に全面に同一形状の微小なビーム透過孔５４を配置し
たブロック５１、具体的にはビーム構成用アパーチャブ
ロックを選択する。ここでは任意の２つの透過孔５４を
選択してアパーチャマスク２７ｂの方向を微調整する。

【００２９】次いで、アパーチャマスク２７ｂのそれぞ
れの透過孔５４からビームを透過させて試料１１上のマ
ークを走査してビーム位置を測定し、基準となる透過孔
５４のビーム位置に他のビームが一致するように位置補
正する。アパーチャマスク２７ｂ上の透過孔５４の座標
をｘ，ｙ、試料１１上のマーク測定で得られた対物偏向
補正量をＸ，Ｙとすると、これらの関係を３次の多項式
に当てはめて係数を求める。下記のような多項式で補正
すれば、偏向歪みがあっても補正量を精度良く求めるこ
とができる。

【００３０】Ｘ＝x+a0+a1*x+a2*y+a3*x*y+a4*x² + a5*y
²+ a6*x² *y+ a7*x*y² + a8*x³ +a9*y ³ Ｙ＝Y+b0+b1*x+b2*y+b3*x*y+b4*x² + b5*y²+ b6*x² *y+
b7*x*y² + b8*x³ +b9*y ³ 各キャラクタの透過孔の座標が決定されると、上式から
それぞれのキャラクタビームに対する補正量を求めて補
正メモリに書き込んでおき、実際の描画時に位置ずれを
補正する。本実施例における装置の場合、マーク位置検
出精度が０．００５μｍであるため、補正量は同じ精度
で得ることができる。

【００３１】これら一連のキャリブレーションを実行し
て、実際のキャラクタビームを使った描画処理をスター
トさせることになる。ここでは、その前段階としてアパ
ーチャマスク２７ｂの簡易的な検査方法について述べ
る。

【００３２】あるレイヤーのキャラクタ図形群が作り込
まれたブロック５１へ移動させた後、２つの透過孔５２
を使ってアパーチャマスク２７ｂの方向を微調する。矩
形ビーム発生用の透過孔を基準として、矩形ビーム校正
で得た偏向感度を基にそれぞれのキャラクタ透過孔４０
の設計座標から成形偏向量を算出して偏向し、全てのキ
ャラクタ透過孔４０にビームを投影し、透過電流を測定
する。

【００３３】一方、透過孔の設計データから透過する面
積を求めておき、予め求めておいた電流密度から透過電
流の計算値を求める。実測値と計算値とを比較し、差が
許容値以内であればアパーチャブロック５１は使用可と
して予め求めておいた対物偏向補正式からそれぞれのキ
ャラクタ用透過孔４０の座標から対物偏向補正量を求
め、対応するメモリに書き込んでから描画スタートす
る。

【００３４】また、アパーチャマスク２７ｂの検査方法
として、第１成形アパーチャ像を走査させつつ透過電流
を測定し、偏向量と電流値との関係を設計データからの
シミュレーション結果と比較するとさらに詳細な欠陥を
判別できる。但し、それぞれのキャラクタが接近してい
る場合には隣の透過孔からビーム電流が漏れるためこの
方式は困難になる。

【００３５】このように本実施例によれば、微小なビー
ム通過孔５２を用いてビーム位置を測定することによ
り、アパーチャマスク２７ｂの方向及びキャラクタビー
ムの縮小率を簡易にかつ高精度に補正することができ
る。また、大きなビーム透過穴５３を用いて偏向量と透
過電流との関係を測定することにより、成形アパーチャ
像の方向を補正することができる。さらに、多数のビー
ム通過穴５４を用いて、透過孔５４の座標ｘ，ｙと試料
１１上のマーク測定で得られた対物偏向補正量Ｘ，Ｙと
の関係を元に予め多項式を求めておき、実際に偏向する
際にこれを基に補正することにより、偏向歪みがあって
も補正量を精度良く求めることができる。

【００３６】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。実施例では、アパーチャ
マスクの方向とキャラクタビームの縮小率、対物偏向補
正量の補正、欠陥や寸法変換差の検査を行ったが、これ
らのうちで必要なものだけを選択して実施するようにし
てもよい。また、実施例では電子ビーム描画装置につい
て説明したが、イオンビーム描画装置に適用することも
できる。その他、本発明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。

【００３７】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ビ
ーム透過孔を通して得られる単純形状のビームで試料上
のマークを走査することにより、アパーチャマスクの方
向及びキャラクタビームの縮小率を精度良く求めること
ができ、従ってアパーチャマスクの方向とキャラクタビ
ームの縮小率を精度良く校正することができ、描画精度
の向上をはかることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わる電子ビーム描画装置
を示す概略構成図。

【図２】キャラクタプロジェクション方式を説明するた
めの模式図。

【図３】アパーチャマスクの方向合わせに用いる透過孔
を示す図。

【図４】第１成形アパーチャ像の方向合わせの方法を示
す図。

【図５】成形偏向量に応じた試料面でのビーム位置ずれ
量を補正するための透過孔群を示す図。

【符号の説明】

１０…試料室 １１…試料 １２…Ｘ−Ｙステージ ２０…電子光学系 ２１…電子銃 ２２ａ〜２２ｅ…各種レンズ ２３〜２６…各種偏向器 ２７ａ，２７ｂ…アパーチャマスク ３０…計算機 ３１…試料題駆動回路 ３２…レーザ測長系 ３３…偏向制御回路 ３４…可変成形ビーム寸法制御回路 ３５…ブランキング制御回路 ３７…反射電子検出器 ４０ａ〜４０ｄ…キャラクタアパーチャ ４０ｅ…可変成形ビーム用アパーチャ ５１…アパーチャブロック ５２，５４…微小なビーム透過孔 ５３…大きなビーム透過穴

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】繰り返しパターン図形を有するアパーチャ
   マスクに荷電ビームによる成形アパーチャ像を照射して
   該パターン図形の成形ビームを生成し、これを縮小投影
   すると共に偏向して試料上の所望の位置に該パターン図
   形を描画するキャラクタプロジェクション方式の荷電ビ
   ーム描画装置において、 前記アパーチャマスクに設けられた同一形状の複数個の
   ビーム透過孔と、これらの透過孔にビームを照射した時
   に投影されるビームで試料上のマークを走査してそれぞ
   れのビーム位置を測定する手段と、該手段により測定さ
   れたビーム位置と前記透過孔の設計座標との関係から試
   料面の基準座標に対するアパーチャマスクの方向と縮小
   率を得て、縮小レンズの励磁とアパーチャマスクの方向
   を補正する手段とを具備してなることを特徴とする荷電
   ビーム描画装置。