JPS5821823A

JPS5821823A - 電子ビ−ム描画装置

Info

Publication number: JPS5821823A
Application number: JP12012681A
Authority: JP
Inventors: Isao Sasaki; 勲佐々木
Original assignee: Toshiba Corp; Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1981-07-31
Filing date: 1981-07-31
Publication date: 1983-02-08

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】本発明は、電子ビーム描画装置の改良に係わり、詳しく
はシャープエツジ法を用いて電子ビームの径を測定する
機能を備えた電子ビーム描画装置の改良（二関する。

近時、半導体ウェハやマスク基板等の試料に微細パター
ンを形成するものとし”ｃｍ電子ビーム描画装置用いら
れているが、この装置では描画時間を左右する因子とし
て電子銃の輝度およびレジスト感度が重要となる。輝度
βは描画面におけるビーム電流をＩＢ　、ビーム直径な
ｄとすると次式で示される。

βｏ＝ｉｎ／ｄ２　　　　　　　　　・・・・・・（１
）この第１式からも判るよう（二、輝度βを正確（二評
価するにはビーム径ｄを正確に測定する必要がある。

従来、電子ビームの径を測定する（二は、ワイヤ法やシ
ャープエツジ法Ｑ）が用いられている。

これらは電子ビームで細いワイヤ或いはシャープエツジ
を走査し、このとき得られる反射電子信号に茫づいてビ
ーム径を測定するものであり、上記測定を比較的容易に
行うことができる。

しかしながら、この柚の方法にあってはそれぞれ次のよ
うな問題があった。すブＺわち、前記ワイヤ法では得ら
れるワイヤの細さおよび表面平滑さに限界があるため、
ビーム径が１０〔μｍ〕以下、特に１〔μｍ〕以下の場
合には測定精度の著しい低下を招いた。

また、前記シャープエツジ法では王にシリコン単結晶の
襞間なオリ用してシャープエツジを形成している。これ
は、シリコン単結晶の襞間面が（１１ｘ）　面であるこ
とをＡｌ１用している。例えは、（１００）面のシリコ
ン単結晶をリサ開すれば、アンターカットの状態で［１
１）而が現われるので、切り口つまり　（１００）　面
と（１１１）而とのなす角が５４度とシャープとなり、
Ｊ方謂シャープエツジが形成されることになる。しかし
、−ｂ記襞間によるシャープエツジ形成は容易とはピい
＃ｉ＋＜、必ずしも１回のＡ３夕開できれいにシャープ
“エツジが？１、）られるとは］沢しなかった。また、
りη開（二より形成されたシャープエツジは、使用して
いるうちに劣化しそのエツジが丸くなり、これにより１
１［Ｊ記ビーム測定ｆｒｆ度の低−ドを招く等の問題が
あった。

そこで最近、シャープエツジ法の改良としてシャープエ
ツジを金マーカで形成したものが考えられている。金マ
ーカは電子反射率が筒く劣化がないため、ビーム径１１
１１１定（＝際し極めて有効となる。しかし、この金マ
ーカを使用する場合次のような問題を招いた。すなわち
、金マーカの製法（＝はエツチング法、メッキ法、リフ
トオフ法および蒸着法等があるが、いずれの製法にあつ
又もエツジの部分に金マーカの厚さに相当する曲率半径
を持った丸みが生じる。そして、このエツジの丸みが、
ビーム径測定鞘段、竹にｈ４１１いビーム径の測定精度
を低下させる要因となる。

このように従来、電子ビームの径、特に細いビーム径を
正確に測定することはできなかった。

このため、電子ビーム描画に際し電子ビームの径を常（
二所望径（−保持することができず、露光のむらやばら
つきを招く等の問題があった。

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、シャープエツジ法を用いて電子ビーム
の径を常に正確（二測定することができ、電子ビームの
径を所望径（二保持し電子ビーム露光のむらやばらつき
等を未然（＝防止し得る電子ビーム描画装置を提供する
こと（二ある。

まず、本発明の詳細な説明する。前記ビーム径測定精度
の低下は、エツジに生じる丸み（二起因“す〜るもので
ある。この丸みをなくすこと、つまり前記曲率半径１ｔ
を苓（二することは不可能である。したがって、エツジ
の丸みを小さくするため（二は、マーカの厚さを小さく
シＪ’ｅさにｌｌ＋３等しいエツジの曲率半径を小さく
すればよい。しかし、マーカをあまり（二薄く形成する
ことは、マーカと該マーカが形成された試料基根等との
反射電子放出率差が小さくなり、ビーム測定感度が著し
く低下すること（二なるので好ましくない０そこで本発明者等は、前記エツジの丸みに起因するビー
ム？１ｉｌｌ定誤差を求め、予め測定ビーム径と真のビ
ーム径との補正曲線を求めておき、これ（−より測定ビ
ーム径から真のビーム径を算出し、この算出結果を電子
ビーム光学系にフィードバックし、電子ビーム描画に供
される電子ビームの径が真のビーム径と一致するよう（
二制御することを考えた。

第１図は本発明に係わるマーク部およびビーム強度分布
を示す模式図である。図中１は金マ−カー、２はその下
地となる導電性基板（試料）、例えはシリコンウェハで
ある。金マーカ１のエツジ部７ａ（二はマーカｌの月り
さＲに相当する曲率半径の丸みか形成されている。３は
電子ビーム光学系（図示せず）からの入射電子Ｅｉ　　
が上記マーカ１或いは基板２Ｃ二突入した結果、マーカ
１或いは基板２から反身１してくる反射電子Ｉ’ｒｒ　
　を検出する反射電子検出器である。

入射電子Ｅｉ　　は通常円形であり、その強度分布はガ
ウス分布、椋準偏差σである。いま、原点Ｏからビーム
中心までの距離をＸ、鏡面電子反射方向と入射点から見
た反射電子検出方向とのなす角度をＦ　（ｘ）とすると
、反射電子検出器３にて検出される信号強度は＝ｓ　Ｆ
　（ｘ）に比例する。

入射電子Ｅｌ　　を紙面左から右の方向（二走査した場
合、反射電子検出器３（二人る電子ビームの変化はＸの
関数として次式で計算される。

］、（ｘ）−＝Ｊｆ（−Ｎ（ｘ）・ｗＦ（ｘ）・ｄｘ　
　　−−−−−・（２）ただし、Ｉぐは反射率で金マー
カッと基板２とでは異なる値となる。また、Ｎ（ｘ）は
ビームの強度分イ１ｊである。上記第２式の岨算結呆が
６０２２図であり、この場合マーカッの４さｌ（、＝０
．３（μｍ〕、マーカ１と基板２との反射率の比目Ａ　
Ｌｌ　：　Ｓ　ｉ−３：１とした。また、ビーム強助分
布の標準個テ５σをパラメータとしＣ：Ｉ６す、曲イｊ
・・Ｐｌはσ＝０．４（μ１１１；、曲％”ｒ　Ｌ’　
２はσ−０，２（７ｔｍＪ　、曲、ｉ（ｄ　Ｐ　３はｃ
　＝＝　Ｑ、　ｉ　（μｍ）　、曲線Ｐ３けａ　＝　０
．０４０ｔｍ”Ｊの場合である。真のビーノ、径は２．
５６σと定義されるので、上５己曲線１’ｌ　＊　１’
２・Ｐ３・Ｐ４の真のビーム径はそれぞれ１〔μＩη〕
、０．５〔μｌ１ｌ）　、　０．２６　（／ｌＩｌ’１
．１０．１〔μｉｌｌ　）になる。この第２図に示した
。ｆｌ’　：Ｇ′ｉ’による曲線は央、験結果とよく一
致ずろ。

第２図と同Ｏ９ｔ＋〜ＩＩＩ定曲物からビーム径を求め
る（二はθ（σり」二５（二している。すなわち、反Ｑ
ｑ　１！！。

子検出器３の（食出信号の最大レベルと最小レベルとの
差を１１どし、最大レベルより０．１１−１小さい点と
最小レベルより０．１　）−１大きい点との間の走査方
向幅ｄをビーム径として測定している。

このようにして求めた測定ビーム径ｄと真のビーム径２
．５６σ　との関係な示したのが第：３図であり、マー
カ１の厚さＲがパラメータである。

曲１ｒａＱ１はＲ−０，１〔μｍ〕、曲１ｊｌ　Ｑ２は
１％＝＝Ｑ。３（μｎ−＋）、曲線Ｑ３ばＲ＝　Ｑ。５
〔μｍ〕、曲線Ｑ４はＲ＝１．．０（μｍ〕　の場合で
ある。また、破線で示す直線は測定ビーム径と真のビー
ム径とが等しい場合、すなわちｌ（、＝Ｑの場合である
。第３図から判るようにマーカ１の厚さＲが小さい程ビ
ームが正羅（−評価される。ビーム径が１〔μｍ〕の場
合、略正確（＝評価されるのは曲線Ｑ、つまりマーカッ
の厚さＲが０．１〔μｍ〕およびこれ以下のとぎであり
、マーカ１の厚さ刊が０．１〔μｍ３以上どｔｒると測
定誤差が大きくなる。また、図Ｃ二は示されていないが
ビーム径が１０〔μｍ〕の場合には曲１７　Ｑ、　＜が
Ｗ線に近ずき、ビーム測定誤差は無視できる程度であっ
た。第３図の計算結果によると、ビーム径が大きい場合
（＝は真のビーム径より細く測定され、ある程度以下の
ビーム径の場合には真のビーム径よりも太く評価されて
いることになる。しかし、そのビーム径の境界はマーカ
ッの厚み（：よって異っている。

第４図はマーカ１の厚ざｌモが１０００〔）＼〕と５ｏ
ｏｏ（Ａ）とのものについての実験結果を示すもので、
実１チ１の電子ビーム描画装置を用いてｉ＋ａ定した。

Ｊｒ（屯１１は測定されたビーム径、横１軸は上記装鮪
の’ｌ＋、’ｌ：子光掌鏡筒（二おける第２コンデンサ
レンズの６九ｌ整目盛で数字が犬さくなる程ビーム径は
小さく　ｉｃる。曲ｈｌ　：３１．　Ｓ２はマーカ１の
厚さＪ（がぞれぞれ１．０００Ｃ人〕および５０００（
：Ａ）の場合を示１．ている。第４ν１から寸Ｉ」るよ
う（二、６１１１定されるビーム径か０．３〔μｍ〕　
を境にして、これより太いビームではマーノＪｊｖさ５
０００（Ａ）の方が１０００〔Ａ〕　のものより細くな
り、０．３〔μｍ）Ｊ２＋、上では逆になっている。し
たがって、前記第２図に示した理論ｊ１算の結果は、こ
の実験結果とよく一致しており、正しいことが判る。

ところで、金マーカ１を形成するに際してその製造方法
は伸々あるが、理Ｍ、（的に第１図における曲率”１を
径■：、　＞−零に１−ることは非常に困難であり、前
３’Ｂ　Ｌ、た如く金マーカッの厚さ１ｔに相当する曲
率半（イミをイ♂するのが通？ル′である。

したがって、実用的な面から見た場合、そして前述した
：Ｒ１！　Ｆｉｌ？ｉｉ削紳および実験結果等から見た
場合、例えば１〔μｎＴ）のビーム径を正確（二測定す
るには厚さ０．１〔μｍ〕の金マーカを用いればよいこ
とが判る。さらに、これらの結果がらマーカ１の厚さは
測定すべきビーム径の１／１ｏ以下であれは、正確な測
定を行えることが判明する。しかし、例えば０．１〔μ
ｍ〕　のビーム径を正確Ｃ二測定しようとすると、マー
カ１の厚さを１００〔Ａ〕　と非常に薄くしなければな
らず、前述した測定感度低下を招き実用性がなくなる。

そこで本発明者等は鋭意研究を重ねた結果、前記第３図
に示した測定ビーム径と真のビーム径との関係が第２式
で容易に求められるので、これを利用し測定ビーム径か
ら真のビーム径が求められるこ、とを見出した。一方、
電子ビーム描画装置は、通常計算機によっ℃制御されて
おりビーム電流およびビーム径をも自動測定する機能を
有し又いる。したかつ℃、使用されるマーカ１のエツジ
形状を予め調べておけば第２式を用いて測定値と真値と
の対応が判るので、測定結果から真のビーム径を求め正
確な輝度も計算できる。このことを利用し、描画（二必
装な輝度を常に一定値（二保つため、最適のバイアス抵
抗或いはバイアス電比をコンピュータ制御（＝よって自
動的（＝設定できることＬ：なる。したがって、マーカ
１の厚さが測定すべきビーム径の１／１０以上の場合で
あっても、上記補正法を用いて、ビーム径を常≦二要求
される状態に保持できることになる。

本発明はこのような点（二着目し、電子ビーム描画装置
（二おいて、標準偏差σの強度分布の電子ビームでシャ
ープエツジを走査したときに得られる反射電子を反射電
子検出器で検出し、この検出信号に基づいて電子ビーム
の径を測定し、この測定されたｇ＋＋＋定ビームビーと
真のビーム径２．５６σ　との関係を予め求めておき、
これにより所望とする真のビーム径（：対する測定ビー
ム径の値ｄｍを求め、前記測定ビーム径が上記値ｄｍと
なるよう（二電子光学系を制御するよう（二したもので
ある。

したがって本発明によれば、シャープエツジ法を用いて
電子ビームの径を常に正確（＝測定することができ、電
子ビーム露光のむらやばらつき等を未然に防止すること
ができる。このため、良好な電子ビーム描画を行い得る
と云う効果を萎する。

以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

第５図は本発明の一実施例を示す概略構成図である。図
中１０はカンード１１、ウェネルト電極１２およびアノ
ード１３からなる電子銃である。電子銃１０から発射さ
れた電子ビームは第１コンｙ　ンサＬ／ンズ２１、第２
コソデソサレンズ２２、対物レンズ２３および各棟偏向
器２４．２５を介し、収束拳加速・偏向制御されて試料
３０上に照射される。試料３０上（二はシャープエツジ
を有する金マーカ４０が設けられている。この金マーカ
４０のエツジには同マーカ４０の厚さに相当する曲率半
径の丸みが形成されている。また、対物レンズ２３の下
方には反射電子検出器５０が設けられている。なお、こ
こで、上記電子銃１０、レンズ２１，２２゜２３および
偏向器２４．２５から電子光学系が構成されている。

一方、上記電子光学系を構成する各要素ｃ二はＣＰＵｅ
ｏからの指令かインタフェース７０を介して供給され、
各要素はそれぞれ計算機制御されている。この制御は通
常の描画装置と何ら変わるものではなく周知である。

前記反射電子検出器５０の検出信号はインタフェース２
０を介１−てＣＰＵ６０に供給される。

そして、ＣＰＵｅｏは上記検出信号から前記第２図にボ
したよう（＝ビーム径を測定する。また、ＣＰＵｅｏに
は前記第３図に示した測定値と真値との関係が予め記憶
されている。

このような構成であれは、電子ビームでマーカ４０上を
走査することにより、反射電子検出器５０にて反射電子
が検出され、この検出信号に基づい℃前述した如く電子
ビームの径が測定される。そして、ＣＰＵ６０ｉ二記憶
された測定値と真値との関係から測定ビーム径ｄに対す
る真のビーム径が求められる。このとき、上記求められ
た真のビーム径が所望径と一致していないと、ＣＰＵｅ
ｏから制御指令が発せられ、電子銃１０のバイアス抵抗
或いはバイアス電圧が可変制御される。かくして、試料
３０上に照射される電子ビームの径は所望とする値（−
自動的に、かつ正確（二設定されることＬ：なる。

このよう（二本装置では、金マーカ４０からなるシャー
プエツジを電子ビームで走査し、このとき得られる反射
電子信号に基づいてビーム径を測定し、この測定ビーム
径に対する真のビーム径を求め、この真のビーム径と所
望径との差を電子光学系にフィードバックしているので
、電子ビームの径を常に所望径（二保持することかでさ
る。このため、マーカ４０の厚さが所望するビーム径の
１／１０以上の場合であっても、ビーム径を正確に測定
でき、所望状態に保持することができる。

５６０・・・、ＣＩＩＰＵ、７ｏ・・・インタフェース。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、前記シャープエツジを形成するためのマー
カの材質は、金に限らず白金、クロム、銀或いはニッケ
ル等電子反射率の大きな金属であればよい。また、電子
光学系の構成は仕様に応じて適宜定めればよいのは、勿
論のことである。その他、本発明の要旨を逸脱しない範
囲で、他々変形して実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図はそれぞれ本発明の詳細な説明するた
めのもので第１図はマーカ部およびビーム強度分布を示
す模式図、第２図は反射電子ビーム強度の計算結果を示
す図、第３図は測定ビーム径と真のビーム径との関係を
示す図、第４図は実験結果を示す図、第５図は本発明の
一実施例を示す概略構成図である。１．４０・・・マーカ、２．３０・・・試料、３゜５０
・・・反射電子検出器、１０・・・電子銃、２１゜２２
．２３・・・レンズ、２４．２５・・・偏向器、６出願人代理人　弁理士　　鈴　江　武　彦第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電子銃から発射された電子ビームを電子光学系（
二て収束・加速・偏向制御して試料上（＝照射し、該試
料を所望パターン（二描画する電子ビーム描画装置にお
いて、標準偏差σの強反分布の電子ビームでシャープエ
ツジを走査したときに得られる反射電子を検出する反射
電子検出器と、この反射電子検出器の検出信号（＝基づ
いて前記電子ビームの径を測定する測定手段と、上記測
定された測定ビーム径ｄと真のビーム径２．５６σとの
関係を予め求めておく手段と、該手段（二より所望とす
る真のビーム径に対する測定ビーム径の値ｄｍを求め、
測定ビーム径が上記値ｄｍとなるよう前記電子光学系を
調整する手段とを具備してなることを特徴とする電子ビ
ーム描画装置。
（２）前記シャープエツジは、試料上に形成された金マ
ーカからなるものであることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の電子ビーム描画装置。
（３）前記測定手段は、ｔｌｉｉｌ記反射電子検出信号
の最大レベルと最小レベルとの差をＨとし、上記最大レ
ベルより０．１Ｈ小さい点と上記最小レベルより０．１
Ｈ大きい点との間のビーム走査方向幅をビーム径として
測定するものであることを特徴とする特許晶氷の範囲第
１項記載の電子ビーム描画装置。