JPH09246135A

JPH09246135A - 荷電粒子ビーム描画装置

Info

Publication number: JPH09246135A
Application number: JP4581996A
Authority: JP
Inventors: Koji Nagata; 浩司永田; Masahide Okumura; 正秀奥村; Hiroya Ota; 洋也太田; Yasuko Goto; 泰子後藤; Hiroyuki Takahashi; 弘之高橋
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-03-04
Filing date: 1996-03-04
Publication date: 1997-09-19

Abstract

(57)【要約】【課題】荷電粒子ビームを用いた描画装置において、ビ
ームドリフトは描画精度を低下させる大きな要因であ
る。このビームドリフトを高速に計測し、補正すること
により描画装置の高速・高精度化を図る。【解決手段】最大偏向領域105内に標準マークに相当す
るビームドリフト測定用マーク102を設置し、ビームド
リフトの測定に使用する。【効果】ビーム位置ドリフトを測定する際にステージ移
動を必要とせず、高速なビームドリフト測定が可能にな
る。また、従来に比べて頻繁にビームドリフトを補正す
ることが可能になる。したがって、描画装置の高速、高
精度化が達成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビーム描画な
ど荷電粒子ビームを偏向制御して試料上にLSIパターン
などの微細なパターンを形成する荷電粒子ビーム描画技
術に係わる。特に、荷電粒子ビーム鏡体内の汚染物質の
帯電、または鏡体の熱的あるいは機械的な変形に起因す
るビーム位置変動を高速かつ高精度に計測し補正する荷
電粒子ビーム描画装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子ビーム描画装置など荷電粒子ビーム
を用いるリソグラフィー装置では、ビームの位置安定性
がその加工精度を決定する重要な要因である。ビームの
位置安定性が劣化する要因の一つに、荷電粒子ビーム鏡
体内に付着した炭素化合物などの汚染物質の帯電、また
は鏡体や試料台の熱的あるいは機械的な変形に起因して
生じるビーム位置変動（ビームドリフト）がある。この
ビームドリフトが生じた場合、描画直前のマーク検出で
決定された描画座標と描画時点での描画座標の間にずれ
が生じるため、接続精度や重ね合わせ精度などの描画精
度が低下する。

【０００３】従来、ビームドリフトにより生じる描画座
標間のずれは次のような方法によって補正されている。
まず、描画直前に標準マークのマーク座標（X0、Y0）を
求める。そして、描画中に描画動作を一時停止して再び
標準マークのマーク検出をおこない、その時点でのマー
ク座標（X1、Y1）を求める。ここで、前回のマーク座標
（X0、Y0）と今回のマーク座標（X1、Y1）との差（ΔX
1、ΔY1）をとることでビームドリフトにより生じる描
画座標の間のずれ量を得る。そして、この差（ΔX1、Δ
Y1）に基づいて荷電粒子ビームの偏向位置、または試料
ステージ位置を補正することで、ビームドリフトにより
生じる描画座標の間のずれを補正する。以降、描画終了
まで、上記動作を繰り返しおこなう。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来方法
においてはビームドリフト補正をおこなうために数十秒
間描画動作を停止する必要があり、補正の回数を増やす
と描画装置の処理能力（スループット）を低下させてし
まうという問題がある。従来方法においてこの問題点を
解決するには、補正回数を減らし補正動作で生じる描画
不能時間を短くしなければならない。しかし、この方法
では補正の周期がビームドリフトの変動時間と比べて非
常に長くなり、描画精度が低下してしまう。

【０００５】本発明が解決しようとする課題は、ビーム
ドリフト量の測定および補正を高速化し、描画装置のス
ループットを低下させることなく描画動作中にビームド
リフト量の測定および補正を多数回おこなえるように
し、描画精度と速度を向上することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】従来の方法において、ビ
ームドリフト量測定時に長い描画停止時間が必要となる
のは、ビームドリフト量の測定に標準マークを用いてい
るためである。通常、標準マークは試料ステージの端部
に設けられ、描画領域とは遠く離れている。そのため、
標準マークのマーク検出をおこなうためには描画動作を
一旦停止してステージの移動により標準マークを偏向領
域内に移動する必要がある。この動作には数十秒間が必
要である。したがって、荷電粒子ビームの最大偏向領域
内に標準マークに相当する基準マークを設置し、ビーム
ドリフト量の測定に使用する。これによって、ビームド
リフト量を測定する際にステージの移動を必要とせず、
高速なビームドリフト量測定が可能になる。

【０００７】

【発明の実施の形態】従来の標準マークを使用する方法
においては、ビームドリフト量測定をおこなうために数
十秒間描画動作を停止する必要があり、高精度化のため
に補正の回数を増やすと描画装置のスループットが低下
してしまうという問題がある。

【０００８】本発明は描画装置のスループットと描画精
度の向上のために、荷電粒子ビームの最大偏向領域内か
つ試料上方に標準マークに相当する基準マークを設置
し、該マークを使用したビームドリフト量の測定および
その測定データに基づいたビームドリフト補正をおこな
う。これによって、ビームドリフトを測定する際にステ
ージの移動を必要とせず、高速なビームドリフト量測定
が可能になり、描画装置のスループットと精度が向上さ
れる。

【０００９】（実施例）図１に本発明の一実施例を示
す。前記基準マークにあたるビームドリフト測定用マー
ク102は、描画領域106の外部かつ最大偏向領域105の内
部に、また試料103の近傍に位置決めされステー107を介
して鏡体109など可動部以外の部位に固定されている。
ここで、描画領域106は偏向器（偏向器駆動回路）の最
大偏向領域105よりも小さく設定されている。まず、描
画直前にビームドリフト測定用マーク102を用いてビー
ムドリフト量測定および補正をおこなう。ビームドリフ
ト補正終了後、ビーム104は偏向器101によって制御さ
れ、描画領域106の内部にパターンを描画していく。そ
して、１チップまたは特定の描画領域内の描画が終了し
た時点または一定時間間隔で再びビームドリフト測定用
マーク102を用いてビームドリフト量測定および補正を
おこなう。本発明によれば、ビームドリフトの測定をお
こなう際に試料ステージ110を移動する必要が無いので
高速にビームドリフト補正をおこなうことができ、描画
装置のスループットが向上される。また、ビーム位置ド
リフト補正をおこなう周期を従来の方法に比べ非常に短
くでき、最初のマーク検出によって決定された描画座標
系からのずれ量が最小になり描画精度が向上される。

【００１０】図２は従来の電子ビーム描画装置の反射電
子検出装置201の一例を示す図である。反射電子検出装
置201は、電子ビーム鏡体109の下部に設置されている
（図２a）。また、中央部分には、例えば直径約10mmの
ビーム通路ホール203があり、その周りに複数の荷電粒
子検出器202（この例の場合は半導体検出器である）が
等間隔に配置されている（図２b）。

【００１１】図３は本発明の一実施例であり、ビームド
リフト測定用マーク102を図２に示した電子ビーム描画
装置の反射電子検出装置201部分に取付けた場合を示
す。ビームドリフト測定用マーク102は試料面から数十
μｍ〜数百μｍ上方に位置決めされ、導体で構成される
ステー107により反射電子検出装置201に固定されている
（図３a）。この、ステー107は、ビーム通路ホール203
の内部に延びており（図３b）、ビームドリフト測定用
マーク102は、例えば5mm角の描画領域106の外部かつ最
大偏向領域105の内部に設置されている（図３c）。ステ
ー107の先端には、図３dのように、例えば矩形の切り欠
きが形成されている。そして、その部分を試料103側か
ら塞ぐかたちでドリフト補正マーク102が取付けられて
いる。これは、ビームドリフト測定用マーク102がなる
べく試料面に近くなるようにするためである。ビームド
リフト測定用マーク102は厚さ20μｍの半導体（Si）を
ベースとしてその上に形成した重金属（W）層を加工す
ることにより、描画座標系のX・Y軸302にそれぞれ平行
なXライン・Yラインを持つ十字形状を形成したものを例
にした。

【００１２】ビームドリフト補正は、描画直前に上記ビ
ームドリフト測定用マーク102のXライン・Yラインをそ
れぞれビーム104でスキャンしてマーク座標（X0、Y0）
を求め、その座標と１チップまたは特定の描画領域内の
描画が終了した時点または一定時間間隔で再びマーク10
2のXライン・Yラインをそれぞれビーム104でスキャンし
て求めたマーク座標（X1、Y1）とを比較して得られる補
正値（ΔX、ΔY）=（X0、Y0）-（X1、Y1）を用いて偏向
制御信号、またはステージ制御信号を補正する。尚、ド
リフト補正マーク102は、通常描画をおこなう試料面よ
りも高い位置にあるので、マーク検出時に予め求めた高
さデータを用いて焦点補正をおこなう場合もある。以降
１チップまたは特定の描画領域内の描画が終了した時点
または一定時間間隔で、同様にマーク座標（Xn、Yn）を
求め、初期マーク座標（X0、Y0）と各時点でのマーク座
標（Xn、Yn）の差（ΔXn、ΔYn）=（X0、Y0）-（Xn、Y
n）を補正値として補正をおこなう。

【００１３】図４はビームドリフト測定用マーク102と
描画領域106との位置合わせ方法の例を説明する図であ
る。図４aのようにドリフト補正マークを描画領域の-x
方向の境界に合わせる場合には、まず偏向器駆動回路に
描画領域の-x方向フルスケールに相当するデータを与え
る。この状態で、ビームドリフト測定用マーク102を固
定するステー107に備えられている、例えば圧電素子や
モータなどの位置制御装置を駆動してビームドリフト測
定用マーク102をシフトさせる。このときに得られる反
射電子信号強度をマークシフト量に対してプロットする
と図４bのようになる。図中のA、B、C点およびra、rb、
rcはそれぞれ、ビームがマークエッヂに当たっていない
状態、ビームの半分がマークエッヂに当たっている状
態、ビームが完全にマークに当たっている状態、および
それぞれの点でのマークシフト量を示す。したがって、
マークシフト量をraに設定することで、ドリフト補正マ
ークを描画領域の-x方向の境界に合わせることができ
る。また、ビームアライメントコイルに流す電流値を変
化させて、描画領域をシフトさることでビームドリフト
測定用マーク102を位置決めすることも可能である。こ
のときに得られる反射電子信号強度をビームアライメン
トコイルに流す電流値に対してプロットすると図４cの
ようになる。図中のA、B、C点およびIa、Ib、Icはそれ
ぞれ、ビームがマークエッヂに当たっていない状態、ビ
ームの半分がマークエッヂに当たっている状態、ビーム
が完全にマークに当たっている状態、およびそれぞれの
点でのビームアライメントコイルに流す電流値を示す。
したがって、ビームアライメントコイルに流す電流値を
Iaに設定することで、ビームドリフト測定用マーク102
を描画領域106の-x方向の境界に合わせることができ
る。

【００１４】図５はビームドリフト測定用マーク102の
配置例を示す図である。（a）は最大偏向領域105内のあ
る一辺に設けた場合、（b）は最大偏向領域105内の四隅
に設けた場合、（c）は最大偏向領域105内の四辺に設け
た場合である。当然、この他のビームドリフト測定用マ
ーク102配置方法も可能である。

【００１５】図６は半導体デバイスの製造過程を説明す
る図である。Ｎマイナスシリコン基板601に通常の方法
でＰウエル層602、Ｐ層603、フィールド酸化膜604、多
結晶シリコン／シリコン酸化膜ゲート605、Ｐ高濃度拡
散層606、Ｎ高濃度拡散層607、などを形成した（図6
a)。次に通常の方法でリンガラス（ＰＳＧ）の絶縁膜60
8を被着した。その上にレジスト609を塗布し、本発明の
ビームドリフト測定用マークおよびドリフト補正方法を
適用した電子ビーム描画装置によりホールパターン610
の露光をおこなった。その結果、図6bに示すようにホー
ルパターン610が形成された。次にレジストをマスクに
して絶縁膜611をドライエッチングしてコンタクトホー
ル612を形成した（図6c）。次に、通常の方法でＷ／Ｔ
ｉＮ電極配線613を形成し、次に層間絶縁膜614を形成し
た。次に、レジストを塗布し、本発明のビームドリフト
測定用マークおよびドリフト補正方法を適用した電子ビ
ーム描画装置によりホールパターン615の露光をおこな
った。ホールパターン615の中はＷプラグで埋め込み、
Ａｌ第２配線616を連結した（図6d）。以降のパッシベ
ーション工程は従来法を用いた。以上に示したように、
本発明のビームドリフト測定用マークおよびドリフト補
正方法を適用した電子ビーム描画装置により、通常生じ
るビームドリフトを低減することができ、高い位置決め
精度を得ることが出来た。したがって、本例に示したCM
OSLSIを高歩留まりで製造することが出来た。

【００１６】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明のビームドリ
フト測定用マークを用いれば、ビームドリフトの測定・
補正の際にステージの移動を必要とせず高速なビームド
リフト量の測定および補正が可能になる。その結果、描
画装置の精度と処理速度が向上される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を説明する図

【図２】従来の描画装置を説明する図

【図３】本発明の一実施例を説明する図

【図４】位置合わせ方法の例を示す図

【図５】ビームドリフト測定用マークの配置方法の例を
示す図

【図６】半導体デバイスの製造過程を説明する図

【符号の説明】

100・・・レンズ、101・・・偏向器、102・・・ビーム
ドリフト測定用マーク1、103・・・試料、104・・・電
子ビーム、105・・・最大偏向領域、106・・・描画領
域、107・・・ステー、109・・・鏡体、110・・・ステ
ージ、201・・・反射電子検出装置、202・・・荷電粒子
検出器、203・・・ビーム通過ホール、302・・・描画座
標、601・・・Nマイナスシリコン基板、602・・・Pウエ
ル層、603・・・P層、604・・・フィールド酸化膜、605
・・・多結晶シリコン/シリコン酸化膜ゲート、606・・
・P高濃度拡散層、608・・・絶縁膜、609・・・レジス
ト、610・・・ホールパターン、611・・・絶縁膜、612
・・・コンタクトホール、613・・・W/TiN電極配線、61
4・・・層間絶縁膜、615・・・ホールパターン、616・
・・Al第２配線層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者後藤泰子東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者高橋弘之東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】荷電粒子ビームにより試料室内の試料台上
に置かれた試料に所定のパタ−ンを対物レンズを介して
描画する描画装置であって、上記試料の上記対物レンズ
側で且つ荷電粒子の偏向領域に基準マ−ク手段を設けた
ことを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
【請求項２】上記基準マーク手段は、荷電粒子ビ−厶を
遮蔽できる厚さを持つことを特徴とする請求項１記載の
荷電粒子ビーム描画装置。
【請求項３】上記基準マーク手段は、導体あるいは半導
体基板上に該基板とは異なる荷電粒子の反射率を持つ物
質を付着することで形成されることを特徴とする請求項
１記載の荷電粒子ビーム描画装置。
【請求項４】上記基準マーク手段は、導体あるいは半導
体基板上に該基板とは異なる２次電子放出率を持つ物質
を付着することで形成されることを特徴とする請求項１
記載の荷電粒子ビーム描画装置。
【請求項５】上記基準マーク手段は、段差形状を有する
ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム描画装
置。