JPS6222260B2 - - Google Patents

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JPS6222260B2
JPS6222260B2 JP54000784A JP78479A JPS6222260B2 JP S6222260 B2 JPS6222260 B2 JP S6222260B2 JP 54000784 A JP54000784 A JP 54000784A JP 78479 A JP78479 A JP 78479A JP S6222260 B2 JPS6222260 B2 JP S6222260B2
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JP
Japan
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area
planned
actual
chip
mark
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Application number
JP54000784A
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English (en)
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JPS54112173A (en
Inventor
Edowaado Aaruburetsukusuto Doyuruu
Kai Dooran Samyueru
Sutanree Yooku Hanon
Saribu Maikairu Mitsushiru
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by International Business Machines Corp filed Critical International Business Machines Corp
Publication of JPS54112173A publication Critical patent/JPS54112173A/ja
Publication of JPS6222260B2 publication Critical patent/JPS6222260B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/304—Controlling tubes by information coming from the objects or from the beam, e.g. correction signals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/21—Means for adjusting the focus

Description

【発明の詳細な説明】 先行技術を説明するに、米国特許第3644700号
には、正方形状ビームを制御する為の方法と装置
が示されている。ビームは、半導体ウエハのチツ
プ上に所望のパターンを書込むと共に、夫々のチ
ツプに設けられた１対の位置合せ（レジストレー
シヨン）用表示マークの位置を検出し、夫々のチ
ツプを所定位置に置く為に用いられる。上記の米
国特許における２つの表示マークの位置割出し
は、パターンがチツプ内に確実に書込れるように
するために行われる。
ビームを或る領域に印加する際には正確さが要
求されるので、夫々のチツプの大きさはその中で
生じうるビーム誤差を或る許容範囲内にとどめる
様にパターン書込み領域内に制限されなければな
らない。従つて、パターンの大きさがビームの書
込みが可能で且つビームの誤差が所望の許容範囲
内にあるような最大領域面積を越える場合は、そ
の大きなパターンを単一の書込み領域に描こうと
するため上記最大面積をもつチツプ領域の大きさ
を広げることはできない。
ミツシエル等の発明である特公昭52−23221
は、単一のパターンの書込みが１つの書込み領域
に限定されるのではなく複数の書込み領域に分割
して描かれるようにした点で上記米国特許に対し
て改良を加えた方法及び装置である。かくてミツ
シエル等の装置によれば、パターンの書込みのた
めにビームを正確に印加できる領域よりも大きな
連続的パターンを半導体ウエハ上に描くことがで
きる。
ミツシエル等は夫々の領域が隣接する領域と互
いに重なる複数個の正方形若しくは長方形の領域
を用いる事によりこれを達成する。かくて、ウエ
ハの領域のうち周辺部に存在しない領域の夫々
は、４つの他の隣接する領域と重なり合つた関係
を有する。領域の４つの角の夫々には、表示マー
クが設けられこれは隣接する領域の表示マークで
もある。
これら位置表示マークはこれらマークが４つの
角に位置表示マークを有する四辺形の領域を規定
するように設計上の位置におかれていることが望
ましいが、表示マークは或る公差範囲内でウエハ
に書込まれるので、通常、各表示マークには計画
位置即ち設計上の位置からのわずかな位置ずれが
ある。従つて、表示マークは通常それらの計画位
置にではなく、計画位置からわずかに逸脱した位
置に存在する。特定の領域に関する４つの表示マ
ークの夫々の実際位置と計画位置の夫々との位置
ずれを確認する事により書込み領域の境界が見つ
け出される。
ビームは、書込み領域が完全に正方形若しくは
長方形であるという想定のもとに予め定められた
パターンに従つて印加されるが、個々の領域の位
置表示マークに位置ずれがある場合は完全な正方
形若しくは長方形でない領域が規定され、従つ
て、補正がなされていない場合にはビームを前以
つて定められたパターンに従つて印加すると、ビ
ームが表示マークにより規定された境界を越えて
印加され、他の領域に入り込むことになる。
特定の１つの領域内に書込まれるパターンは、
マークに位置ずれがあつた場合でもその領域を越
えてビームが印加されることがないようなもので
あろうが、単一のパターンを複数に分割しそれら
を順番に個々の領域に書込む様な場合には上記の
如きパターンは使用されない。即ち、ビームで正
確に書込みを行うことができる領域の面積には限
度があり、複数の領域分の面積をもつた書込み領
域に単一のパターンを正確に書込むためには、上
記複数の領域分の面積をもつた書込み領域を上述
の如きビームを正確に書込める面積をもつ単一領
域に分割し、その夫々の領域で単一のパターンの
一部が描かれる様にビームが夫々の領域に別々に
印加されなければならない。
かくて、上記の如く分割された領域に単一パタ
ーンの一部分を書込む場合、ビームによつて描か
れるパターンはビームが２つの隣接する領域の間
の境界に於て前のビーム位置の連続として印加さ
れ夫々の領域で描かれたビームがあたかも連続す
るパターンを形成する様に特定の境界に於て停止
しなければならない。
従つて、表示マークの実際の位置により規定さ
れた領域の境界内にビームを確実に印加する為に
は、ビームが領域内のある位置から領域内の次の
ビーム印加計画位置へステツプ移動するときにビ
ームの位置を動的に補正し、そして、ビームが領
域の４つの表示マークにより規定された実際の領
域の位置に従つて実際の位置（ビーム印加計画位
置からずれた位置）へ印加される様にする事が必
要である。夫々のビーム印加計画位置に於けるこ
の動的補正により、ビームは表示マークの実際の
位置により規定された領域境界内に所定のパター
ンを書込むことができるようになる。
ビームをＸ方向に且つ右側へある領域から隣接
する次の領域へ移動させる事により書込みが行わ
れる場合、第１領域の右側上部及び下部の表示マ
ークが、次の領域の左側上部及び下部の表示マー
クである。従つて、これら２つの表示マークは２
つの領域の間の共通の境界を規定し、隣接する次
の領域に於てビームが印加される基準点として働
く。領域の他の境界は他の隣接する領域の表示マ
ークに関して同様に規定される。
基準点が表示マークの実際の位置に関して確認
され、表示マーク自体ではなく領域の境界を規定
する為に用いられてもよい。この領域境界の規定
は計算機で達成されるが、領域の角に於ける４つ
の表示マークにより規定された領域の範囲内に書
込まれるパターンの概念に少しも影響を及ぼさな
い。
領域の夫々の表示マークの実際の位置を確認す
る事により、種々のデジタル定数が決定され特定
の領域におけるパターンの書込みの際に利用され
る。デジタル定数はＸ及びＹ方向に於けるビーム
の並進運動、拡大、回転及び扁向を補正する為に
用いられる。ビーム印加計画位置に夫々に於てＸ
及びＹ方向の夫々に磁気扁向電圧を用い且つ個々
の領域に関しての適切なデジタル定数によりこれ
らの電圧を変更する事により、表示マークの実際
の位置により規定された実際の領域に従つて、ビ
ーム印加計画位置から実際の逸脱した位置へビー
ムをシフトさせる様にＸ及びＹの静電扁向板に補
正電圧が与えられる。
補正電圧を与えてビームをシフトさせる結果と
して、ビームは例えば夫々の線に於て、ビーム印
加計画位置と実際の位置との間の差を補正すべく
縮小され若しくは拡大され、そして、ビームは実
際に規定された領域の範囲内に書き込まれる。
ミツシエル等の方法は異なる時刻に複数のレベ
ルで複数個のパターンを１つのチツプに書込む事
が要求される場合、特に有効である。かくてこれ
により、チツプの様々なレベルにおける書込み領
域間の正確な位置合わせが可能になる。
ミツシエル等による書込み領域間の正確な位置
合わせは、前に述べられた様に、領域の４つの表
示マークの夫々の実際の位置を確認する事及びこ
れら実際の位置をパターン書込みの種々のレベル
全体にわたつてパターン書込みの際の位置の基準
とするために、その位置を記憶しておく事により
達成される。新しい１組の表示マークを用いる事
が必要とされる場合これら表示マークは、先の表
示マークの実際の位置に関して決定された実際の
位置に書込まれる。かくて、Ｘ及びＹ方向のビー
ムの並進運動拡大、回転及び扁向を補正する為の
デジタル定数を用いることによりビームは、パタ
ーンが書込まれるレベルに関係なく常に、計画位
置から実際にずれた位置にシフトされ、夫々のレ
ベルに於けるパターンは、同一領域上のレベルが
異なるパターンとの正確な位置合わせができるよ
うになる。
上記米国特許第3644700号及び特公昭52−23221
には、書込みが行われるシリコンウエハが比較的
平らである場合に、多数のオーバーレイあるいは
チツプ位置にうまく書込みが行われるように動作
する装置が述べられている。しかしながらシリコ
ンウエハは半導体製造の他の段階で用いられる熱
処理工程で歪む傾向がある。従つて典型的に電子
ビーム・システムで処理されまた多数のチツプ位
置に書込まれるシリコンウエハはかなりの歪みを
持つことになる。この歪みにより与えられたウエ
ハ表面は電子ビームの焦点面からずれてしまう。
またこの歪みが上記米国特許第3644700号あるい
は特公昭52−23221のどちらの装置を用いても補
正することができない誤差を生じている。
その上電子ビーム・システムを用いる書込みマ
スクに生じる他の問題は、操作によるマスクの傾
きである。この問題は以前に述べたシステムのど
ちらにも詳しく述べられていない。
従つて本発明の目的は上記米国特許第3644700
号及び特公昭52−23221のシステムとの関係にお
いて各チツプ位置で電子ビームの焦点が与えられ
た半導体ウエハの表面に一致するように補正する
手段を提供することである。さらに本発明の目的
はマスクの傾きを補正する技術を提供することで
ある。
本発明には、電子ビームあるいは荷電粒子ビー
ムが多数のチツプ位置にわたつて走査され且つ与
えられたチツプ位置でのビームに関してビームの
拡大、補正が行われる上記米国特許第3644700号
及び特公昭52−23221に述べられている電子ビー
ム装置と共に用いるために改良された方法及び装
置について述べてある。このようなシステムは４
つの位置表示マークの位置を測定し且つ夫々のチ
ツプでのビームの拡大を計算するために電子ビー
ムが用いられる位置表示システムを含む。本明細
書ではまた好実施例としてビーム焦点の誤差即ち
高さの誤差信号を計算するためにビームの拡大誤
差が用いられる。それからビーム焦点面を与えら
れたチツプ位置でウエハの表面に十分一致するよ
うに動かすために、高さの誤差信号に比例した値
によりビーム束を動的に収束するコイル電流が補
正される。
第１図を参照するに、荷電粒子のビーム１１を
周知の方法で発生する為の電子銃１０が示されて
いる。電子ビームはビーム１１を形づくる為にプ
レート１４のアパーチヤ１２を通過する。ビーム
１１は正方形であることが好ましく、その一辺は
形成すべきパターンの最小線幅に等しい寸法であ
る。
ビーム１１はビームが印加される時期及びビー
ム１１がブランキングされる時期を決定する１対
のブランキング・プレート１６の間を通過する。
ブランキング・プレート１６は、デジタル制御ユ
ニツト１８により制御されているアナログ・ユニ
ツト１７の回路により制御される。デジタル制御
ユニツト１８は計算機１９に接続される。
次いで、ビーム１１はプレート２２の円形アパ
ーチヤ２１を通過する。これによつてビーム１１
は、レンズ（図示せず）の中心を通る荷電粒子だ
けが使用される様に制御され、その結果なんら歪
のない正方形状のスポツトが形成される。
次にビーム１１は磁気扁向コイル２３，２４，
２５及び２６により扁向される。磁気扁向コイル
２３及び２４はビーム１１の水平方向即ちＸ方向
の扁向を制御し、一方磁気扁向コイル２５及び２
６はビーム１１の垂直方向即ちＹ方向の扁向を制
御する。従つて、磁気扁向コイル２３乃至２６は
ビーム１１を適当に扁向させて水平走査の態様で
ビーム１１を移動させるように協働する。
ビーム１１はラスター状に動かされるが、隣接
した線では反対方向に移動する様に両方向走査方
式で動かされるのが好ましい。かくて、順方向走
査期間には負に向うのこぎり波が磁気扁向コイル
２３及び２４に与えられ、逆方向走査期間には正
に向うのこぎり波が磁気扁向コイル２３及び２４
に与えられる。
次いで、ビーム１１は、第１静電扁向プレート
２７，２８，２９及び３０の間を通過する。静電
扁向プレート２７及び２８は、水平即ちＸ方向に
ビーム１１をステツプ状に扁向し、一方、静電扁
向プレート２９及び３０は垂直即ちＹ方向にビー
ムをステツプ状に動かす様に協働する。第１静電
扁向プレート２７乃至３０は、ビーム１１が動か
されるビーム印加計画位置若しくはスポツトの
夫々に於てビーム１１に必要な位置変位を与える
為にも用いられる。
ビーム１１は第１静電扁向プレート２７乃至３
０の間を通過した後、第２静電扁向プレート３
１，３２，３３及び３４の間を通過する。静電扁
向プレート３１及び３２はビーム１１を水平方向
即ちＸ方向に扁向し、一方静電扁向プレート３３
及び３４はビーム１１を垂直方向即ちＹ方向に扁
向する様に協働する。プレート３１，３２は所定
のパターンに従つてビームの移動されるビーム印
加計画位置からビームをＸ方向に扁向させプレー
ト３３，３４はビームをこの位置からＹ方向に扁
向させ、そして、計画位置から領域のずれ（形状
及び位置の両方）に基づいてその実際の位置へビ
ームが印加されてそこでビームの書込みが行われ
るようにする。
ビーム１１は第２静電扁向プレート３１乃至３
４の間を通過した後収束コイル３６を通過する。
収束コイル３６は後で述べるようにウエハの歪み
に対して与えられたチツプ位置でビームの収束を
補正するために、高さの誤差補正信号を受信する
手段である。収束コイル３６は第１図及び第２図
に関して詳しく述べるアナログ・ユニツト１７及
びデジタル制御ユニツト１８に接続される。
次にビーム１１はテーブル３５に支持されてい
るターゲツトに照射される。テーブル３５は、Ｘ
及びＹ方向に移動可能である。ビーム１１は、連
続するＡ、Ｂ及びＣサイクルにより動かされる。
パターンが書込まれるＢサイクルの期間に、設計
上の領域と実際の領域との比較により実際のずれ
位置を判定しそしてビーム１１がステツプ移動さ
れるビーム印加計画位置からその実際のずれ位置
へビームをシフトさせる信号を印加する。
第４図に示される様に、ターゲツトは互いに重
なり合つた部分を有する複数個の領域３９を含
む。各領域３９にはビーム１１により露光される
べきレジストを有するチツプ４０が形成され、従
つて複数個のチツプ４０が半導体ウエハ４１上に
存在する。
チツプ４０が複数個の領域３９を含んでいても
よく、又領域３９の１つが複数個のチツプ４０を
もつていてもよい。以下の説明では各領域３９内
に１つのチツプ４０が形成されるものとする。
位置表示マーク４２（第４図に於て十字記号と
して図示されている）は領域３９の夫々の４つの
角に存在する。第４図に示される様に隣接する領
域３９の重なり合いの結果同一の表示マーク４２
が４つの異なつた隣接する領域の夫々に用いられ
る。たとえば、第４図に示された唯一の完全な領
域３９の右下角の表示マーク４２は、完全な領域
３９の右側の領域３９の左下角、完全な領域３９
の下の領域３９の右上角及び完全な領域３９の右
斜め下の領域３９の左上角でもある。
位置表示マーク４２の夫々は、第５図に示され
るように、水平方向に延びる複数個の（好ましく
は２つの）バー４３と垂直方向に延びる複数個の
（好ましくはバー４３と同数の）バー４４を含む
のが好ましい。バーは、例えば、細長い小さなく
ぼみである。しかし、Ｘ方向に於てマークの垂直
縁を走査し、Ｙ方向に於てマークの水平縁を走査
し得るものであれば、他の任意の構成の位置表示
マークも使用できる。
領域３９の重なり合いは隣接する領域間でのパ
ターンの書込みを可能にする。チツプ４０の夫々
の境界線はチツプ４０の領域３９の重なり合つた
部分の中にあり且つ、通常、位置表示マーク４２
の間を結ぶ線により規定される。
位置表示マーク４２の夫々の正確な位置は、Ｘ
方向の走査の際に電子ビーム１１が、マーク４２
の垂直方向に配置されたバー４４の垂直縁を通過
し、またＹ方向の走査の際に電子ビーム１１がマ
ーク４２の水平方向に配置されたバー４３の水平
縁を通過するのを検出することにより得られる。
かくて、位置表示マーク４２の夫々の実際の位置
が得られる。位置表示マーク４２の検出はその表
示マークにより規定される領域内のパターン書込
みがなされる前に行われなければならないのは無
論である。
もし表示マーク４２がその計画位置に置かれる
ならば、その計画領域は第３図の計画位置１，
２，３及び４の表示マーク４２により規定される
通りに存在し、そしてビーム１１はその領域に印
加されることになる。計画領域５０は完全な正方
形若しくは長方形である。
しかし、ウエハ４１の表面状態、特定のレベル
に於けるウエハ４１の材料、ウエハ４１の傾斜、
ウエハ４１の位置に基づく回転誤差、ビーム１１
の位置上の誤差及び位置表示マーク４２の形成の
際の誤差等の多くの要因により、位置表示マーク
４２は第３図に示される様な計画位置１，２，３
及び４に置かれない。そのかわり、これら多くの
要因により、位置表示マーク４２は、例えば第３
図に示される様な１′，２′，３′及び４′の如き位
置に置かれる。その結果、ビーム１１がパターン
を書込む実際の領域５１は計画位置１，２，３及
び４ではなく位置１′，２′，３′及び４′の表示マ
ーク４２により形成され、その形状は４辺形では
あるが必ずしも完全な正方形又は長方形になると
は限らない。
領域５１の内のチツプ４０及び例えば領域５１
の右側の領域内のチツプ４０の両方にパターンを
書込むことが要求される場合は、領域５１の右側
の領域にパターンを書込むときにビーム１１が領
域５１内の同じパターン線の連続部を形成する様
に、位置２′と３′との間の境界線が正確に規定さ
れなければならない。位置２′と３′との間を結ぶ
線は、領域５１の範囲内のチツプ４０と領域５１
の右側の領域内のチツプ４０との間の境界線で、
２つのチツプ４０の間の共通境界線である。ビー
ム１１がパターンを書込むチツプ４０の領域は、
表示マーク４２の位置により規定された領域全体
である必要はなく、それよりも小さな領域でもよ
く且つ基準点として表示マーク４２を使用でき
る。
表示マーク４２の夫々の実際の位置と計画位置
とのずれは、Ｘ及びＹの両方向に於て表示マーク
４２の計画位置及び実際の位置の間の差を求める
ことにより表わされる。任意の特定の表示マーク
の位置に関する式は次の如くである。
dX＝Ａ＋BX＋CY＋DXY (1) dY＝Ｅ＋FX＋GY＋HXY (2) 式(1)及び(2)に於て、Ｘは、Ｘ方向の表示マーク
の計画位置を表わし、Ｙは、Ｙ方向の計画位置を
表わし、dXはＸ方向の計画位置と実際の位置と
の間の距離で、dYはＹ方向の計画位置と実際の
位置との間の距離である。Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，
Ｆ，Ｇ及びＨの夫々はビーム１１が印加される特
定領域に関して決定されるデジタル定数である。
デジタル定数ＡはビームのＸ方向の並進運動を
示し、一方デジタル定数ＥはビームのＹ方向の並
進運動を示す。デジタル定数ＢはＸ方向の拡大誤
差を示し、デジタル定数ＧはＹ方向の拡大誤差を
示す。デジタル定数ＣはＸ方向のビーム１１の回
転誤差を示し、デジタル定数ＦはＹ方向のビーム
１１の回転誤差を示す。デジタル定数ＤはＸ方向
のビーム１１の歪を示し、デジタル定数ＨはＹ方
向のビーム１１の歪を示す。
かくて、計画領域５０に関する表示マークの４
つの位置１，２，３及び４と実際の領域５１を画
定する実際の表示マークに関する４つの位置
１′，２′，３′及び４′との間の距離を決定する
為、Ｘ方向に関しては、下式が用いられる。式中
のＸ、Ｙに付した数値は個々の位置１，２，３及
び４に対応する。
dX1＝Ａ＋BX1＋CY1＋DX1Y1 (3) dX2＝Ａ＋BX2＋CY2＋DX2Y2 (4) dX3＝Ａ＋BX3＋CY3＋DX3Y3 (5) dX4＝Ａ＋BX4＋CY4＋DX4Y4 (6) 同様に計画位置１，２，３及び４の夫々と表示
マーク４２の実際の位置１′，２′，３′及び４′と
のＹ方向の距離の夫々は下式によつて定められ
る。式中のＸ、Ｙに付した数値は個々の位置１，
２，３及び４に対応する。
dY1＝Ｅ＋FX1＋GY1＋HX1Y1 (7) dY2＝Ｅ＋FX2＋GY2＋HX2Y2 (8) dY3＝Ｅ＋FX3＋GY3＋HX3Y3 (9) dY4＝Ｅ＋FX4＋GY4＋HX4Y4 (10) 例えば、計画領域５０は正方形として示されて
いる。この例に関しては、計画領域５０における
位置１と２のマーク４２相互間の距離もしくは計
画領域５０の位置３と位置４の間との距離は等し
く、ｗとして表わされる。同様に、位置１と４も
しくは位置２と３との間の計画領域５０の距離は
等しくｈとして表わされる。
第３図において領域は４つのマークの位置関係
が対称であつて、Ｘ軸は右方向に正、Ｙ軸は下方
向に正の特別の場合であり、この場合４つの位置
の夫々のＸ及びＹの位置はｈ及びｗに関連して次
のように決定される。
X1＝−ｗ／２、Y1＝−ｈ／２ X2＝ｗ／２、Y2＝−ｈ／２ X3＝ｗ／２、Y3＝ｈ／２ X4＝−ｗ／２、Y4＝−ｈ／２ これらの値をdX1乃至dX4に関して式(3)乃至(6)
に、dY1乃至dY4に関して式(7)乃至(10)に代入し、
そしてデジタル定数Ａ乃至Ｈを求めれば下式の如
くなる。
Ａ＝ｄＸ１＋ｄＸ２＋ｄＸ３＋ｄＸ４／４ (11) Ｂ＝ｄＸ２−ｄＸ１＋ｄＸ３−ｄＸ４／２ｗ (12) Ｃ＝ｄＸ４−ｄＸ１＋ｄＸ２−ｄＸ３／２ｈ（13） Ｄ＝ｄＸ３−ｄＸ４＋ｄＸ１−ｄＸ２／ｈｗ（14） Ｅ＝ｄＹ１＋ｄＹ２＋ｄＹ３＋ｄＹ４／４ （15） Ｆ＝ｄＹ２−ｄＹ１＋ｄＹ３−ｄＹ４／２ｗ（16） Ｇ＝ｄＹ４−ｄＹ１＋ｄＹ３−ｄＹ２／２ｈ（17） Ｈ＝ｄＹ３−ｄＹ４＋ｄＹ１−ｄＹ２／ｈｗ（18） 従つて、Ｘ及びＹ方向の夫々における計画位置
１，２，３及び４からの夫々の実際の位置は既に
提案されている技術によつて知ることが可能なの
で、表示マーク４２の位置１′，２′，３′及び
４′により画定されるような領域５１に関するＡ
乃至Ｈのデジタル定数は計算機１９内で計算され
る。
式(11)乃至（18）は、４つのマーク位置関係が対
称の特殊な場合であるが、計画表示マーク４２の
４つの位置１，２，３及び４間の位置関係が非対
称である一般的な場合に関しても、同様な式が考
えられよつてマーク位置の関係がどの様な場合で
あつてもdX1、dX2、dX3、dX4、dY1、dY2、dY3
及びdY4を求めるのが可能である。かくて、式(3)
乃至(6)は下式（19）の如く変換され、式(7)乃至(10)
は下式（20）の如く変換される。
ここで、式（19）及び（20）の夫々の単一列の
行列の夫々はベクトル行列で４行の行列はシステ
ム行列である。
式（19）は式（21）に変換され、式(11)乃至
（14）との関係に置かれる。
同様に式（20）は式（22）に変換され、式
（15）乃至（18）との関係に置かれる。
式（21）及び（22）の夫々において、４行の行
列は式（19）及び（20）のシステム行列の逆行列
で計算機１９により計算される。
式（21）からＡ、Ｂ、Ｃ、及びＤが得られる。
式（22）からＥ、Ｆ、Ｇ及びＨが得られる。
デジタル定数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ及び
Ｈは、計画領域５０の位置１，２，３及び４の計
画されたXY値並びに位置１，２，３及び４と位
置１′，２′，３′及び４′との間のＸ及びＹ方向の
dX1乃至dX4及びdY1乃至dY4により表わされる実
際の距離を用いることにより求められる。領域５
０に於けるビーム１１の夫々の位置は特定の位置
におけるビーム１１の磁気扁向電圧によつても表
わされる。
決められるビーム拡大による誤差の定数につい
ては第６図を参照することにより、焦点補正の補
正技術を理解することができる。第６図にはビー
ムに対して垂直なウエハ平面１０５の４つの位置
表示マーク１０１，１０２，１０３及び１０４の
間のチツプの幅が決められ描かれている。ビーム
扁向動作の距離Ｄ１はビームに対して垂直な平面
と扁向を起こさせる地点１０６の間で決められ
る。同様にチツプの幅が典型的な半導体ウエハを
処理する時に起こると考えられる歪んだウエハ平
面１０８に対しても決められる。
図から明らかなようにウエハのビーム扁向角は
動作距離が異なるように平面１０５及び１０８で
は異なる。さらに高さの誤差ΔＺは図では検討中
の特定のチツプに対して補正されなければならな
い焦点の物理的な距離として決められている。
いつたん高さの誤差ΔＺが計算されると、ΔＺ
に比例してビームの焦点面を夫々特定のチツプ位
置でウエハ平面に一致するように移動さすために
動的に収束コイル電流が変えられる。しかし焦点
の補正が上記の方法で行われる時は、ビーム拡大
の変化が現われる。かくて、次のチツプ位置で測
定されるビーム拡大は高さの誤差ΔＺによる成分
と前に印加された焦点補正成分を持つことになる
であろう。
このことについて、更に詳細に述べる。
デジタル定数Ｂ及びＧは、各々Ｘ及びＹ方向の
ビームの拡大誤差を示すものとして求められたも
のであるが、これらは、ビームのＸ及びＹ方向の
適用範囲ｘ及びｙが各々Δｘ及びΔｙ拡大した時
のそれらの割合、即ちΔｘ／ｘ及びΔｙ／ｙであ
る。
今、特定のチツプ位置におけるウエハ平面のビ
ーム焦点距離ｚをΔｚだけ補正することを考え
る。ビームの適用範囲は、ｚ−ｘ平面では第６図
を参考にすると、高さがｚで底辺がｘの二等辺三
角形から、相似な関係にある高さがｚ＋Δｚで底
辺がｘ＋Δｘの二等辺三角形となる。これら相似
な二等辺三角形においては、Δｚ／ｚ＝Δｘ／ｘ＝Ｂの
関 係が成り立つ。同様に、ｚ−ｙ平面におけるビー
ムの適用範囲の考察からΔｚ／ｚ＝Δｙ／ｙ＝Ｇの関係
が 成り立つ。よつて、理論的にはＢとＧは等しくな
るが、今ＢとＧは各々Ｘ及びＹ方向について別々
に求められる値であるから、それらの平均をとる
ことにより、より正確にΔｚ／ｚを求めることが
できる。
さて、ｎ番目のチツプ位置の補正値ΔＺoにつ
いて考える。
まず、ｎ番目のチツプ位置におけるビームの拡
大誤差を示すデジタル定数Ｂo及びＧoから、平均
値Ｍoを求める。
Ｍo＝Ｂｏ＋Ｇｏ／２ （23） ところで拡大による誤差は、以下の原因により
生じる。
(a) 公称の焦点距離からｎ番目のチツプ位置がず
れることによる幾何学的な拡大。
(b) 公称のサイズからのｎ番目のチツプ領域のず
れ。これは、基準調整グリツドに対する領域の
扁向を調整することにより、根本的には除去さ
れる。
(c) チツプ位置の角における位置合わせマークの
物理的な設定違いによる誤差。
(d) 前のチツプ位置（ｎ−１番目）における焦点
補正電流の印加による領域サイズの変化。これ
は、ｎ−１番目の位置における焦点補正電流に
線型的に比例するものとして近似できる。それ
故に、これはまた、前に行なわれたチツプ位置
の焦点補正値ΔＺo-1に線型的に比例する。即
ち、K2・ΔＺo-1に等しい。K2は、システムの
定数である。
もし、上記(b)及び(c)の原因を無視するなら、焦
点距離のずれによるｎ番目の位置における拡大誤
差を示す定数は、Ｍo−K2・ΔＺo-1となる。
前にΔｚ／ｚ＝Δｘ／ｘ＝Ｂと示したように、Δｚは
拡 大誤差を示す定数に比例するので、ΔＺoも上記
のＭo−K2・ΔＺo-1に比例する。故に、 ΔＺo＝K1（Ｍo−K2・ΔＺo-1） （24） K1は、システムの他の定数であり、ΔZ0＝０
である。定数Ｋ１及びＫ２は有効動作距離及び動
的な焦点コイルの感度に依存する。上記システム
ではほぼＫ１は100mm程度の値でありＫ２は約0.2
であることがわかつた。
かくて、実際の領域５１に関するデジタル定数
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ及びＨが計算された
後、Ｘ方向及びＹ方向に関する磁気扁向電圧が式
(1)及び(2)に代入され、dX及びdYが求められる。
従つて、これにより、例えば第３図の位置５
（Ｘ、Ｙ）の如きビーム印加計画位置のビーム１
１が位置５′（X′、Y′）の如き実際の位置にシフ
トされるように補正電圧が求められる。かくて、
dXはビーム１１をそのビーム印加計画位置Ｘか
らその実際の位置X′にシフトさせる為にＸ方向
に印加される補正電圧であり、dYはビーム１１
をそのビーム印加計画位置Ｙからその実際の位置
Y′にＹ方向にシフトさせる為に印加させる補正
電圧である。
従つて、異なるパターンの書込み期間にビーム
１１がステツプ移動されるビーム印加計画位置の
夫々における磁気扁向電圧を式(1)及び(2)に代入す
れば、書込パターンにおける任意の実際の位置に
関するdX及びdYを求めることができる。この結
果磁気扁向電圧に関連する補正が可能になる。
式(1)を解くことにより得られた補正電圧dXは
第２静電扁向プレートの３１及び３２に印加さ
れ、式(2)を解くことにより得られた補正電圧dY
は第２静電扁向プレート３３及び３４に印加され
る。かくて、ビーム印加計画位置の夫々における
補正電圧はビーム１１がステツプ移動されるビー
ム印加計画位置の夫々に於てビーム１１の扁向を
動的に補正するビーム・シフトを与えてビーム１
１を実際のずれた位置に移動させ、それにより、
予定のパターンは計算機１９でプログラムされた
計画領域５０ではなくて実際の領域５１に書込ま
れる。
従つて、計画領域５０ではなくて実際の領域５
１の所定のパターンを書込むためには、領域内の
任意の位置に於てＸ方向及びＹ方向の磁気扁向電
圧を連続的に決定することが必要である。Ｘ方向
及びＹ方向の磁気扁向電圧を式(1)及び(2)に代入し
て、適当な補正電圧（dX及びdY）を決定した
後、Ｘ方向に関しては、補正電圧dXが、第２静
電扁向プレートの３１及び３２に供給され、Ｙ方
向に関しては、補正電圧dYが第２静電扁向プレ
ートの３３及び３４に供給される。
同時にΔＺあるいは高さの誤差成分による焦点
誤差は前に述べたように式（23）及び（24）を用
いて計算され、そして動的な焦点補正に対する補
正信号をビームに連続的に印加するために電流が
収束コイル３６に印加される。
計算されたデジタル定数の補正値Ａ乃至Ｈをビ
ーム１１に連続的に印加するために、前述のミツ
シエル等の発明に詳細に述べられた回路が用いら
れる。さらに高さの誤差補正信号ΔＺを印加する
ために、第２図の回路が用いられる。
第２図はその出力が差動アンプ１１３の１つの
入力に印加されるように用いられるデジタル−ア
ナログ変換器１１１を示している。差動アンプの
他の入力はアースされている。差動アンプの出力
は第１図に示されているように動的な収束コイル
３６に接続される。
デジタル−アナログ変換器は前述のミツシエル
等の発明に述べられた方法で第１図のデジタル制
御ユニツト及びコンピユータ１９からの入力を受
ける。実際これらの入力はビームの拡大による誤
差それゆえにコイル３６に印加されるΔＺの高さ
の誤差に対する特定の補正成分の導出を可能にす
るＢ及びＧについて計算された値である。
上記の方法及び装置は前述の米国特許第
3644700号及び特公昭52−23221に述べられている
電子ビーム・システム内の歪んだウエハハに対し
てすばらしい補正を提供するものであることがわ
かつた。ウエハのパターンの書込みあるいは露光
を真空中で行わなければならない場合、従来のウ
エハを平らにする技術は真空を用いるそのような
電子ビーム・システム内では用いることができな
いので、ウエハの歪みを補正する技術は特に効果
がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は電子ビーム及びビーム制御装置の概要
図、第２図は第１図のシステムの動的収束コイル
に収束電流の補正信号を与えるための信号を動的
に供給するための回路のブロツク図、第３図は表
示マークの位置に対する動的補正がなかつた場合
にビームが印加される予定の計画領域とビームが
印加されるべき実際の領域との関係を示す概略
図、第４図はビームが印加計画領域と隣接する計
画領域との重複領域の関係を示す半導体ウエハの
一部分の平面図、第５図は電子ビームの書込みが
行われる領域の１つの角を確認する位置表示マー
クの拡大平面図、第６図は本来のターゲツト平面
に向い合うように考えられたターゲツト平面に関
して生じる高さの誤差の存在を示すチツプ位置で
組み立てられたビーム図である。 ３６……収束コイル、１０１，１０２，１０
３，１０４……位置表示マーク、１０５，１０８
……ターゲツト平面、１０６……ビーム扁向地
点、１１１……デジタル−アナログ変換器、１１
３……差動アンプ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 照射ビームのターゲツト面に沿つた方向の制
    御が所定の許容誤差範囲内となるように設計され
    た設計上のターゲツト領域の位置及び形状を該領
    域に対応する実際のターゲツト領域の位置及び形
    状に補正して、上記ビームが上記設計上のターゲ
    ツト領域における予定位置ではなくて該予定位置
    に対応する上記実際のターゲツト領域内の補正位
    置に照射されるように照射ビームの制御を可能と
    したビーム照射装置において、 上記ビームが上記補正位置に照射される際に、
    上記ビームの実効焦点面が上記実際のターゲツト
    領域の表面に一致するように、上記設計上のター
    ゲツト領域の位置及び形状を上記実際のターゲツ
    ト領域の位置及び形状に補正することに基づいて
    上記ビームの収束を制御する手段を設けたことを
    特徴とするビーム照射装置。
JP78479A 1978-02-13 1979-01-10 Electron beam system Granted JPS54112173A (en)

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EP0003527A2 (de) 1979-08-22
EP0003527B1 (de) 1982-05-19
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