JPH03195013A - 荷電ビーム描画方法 - Google Patents

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、荷電ビーム描画方法に係わり、特に描画パタ
ーンの位置ずれを評価するための評価用パターンを描画
する荷電ビーム描画方法に関する。

（従来の技術） 近年、半導体技術の進歩と共にＬＳＩパターンの微細化
の必要性が高まり、益々高精度のパターンが要求される
ようになっている。電子ビームリソグラフィは、このよ
うな微細デバイスを形成するための最も有力な方法とし
て注目されており、中でもスルーブツトの向上を目的と
して可変成形ビーム（ＶＳＢ）を用いた方式が採用され
るようになっている。

可変成形ビームは、これまで矩形のものが主流であった
が、最近は斜線を含むパターンを高速且つ高精度に描画
するために、三角形ビームも使用され始めている。この
ような可変成形ビームを用いた描画装置においては、一
般に主偏向手段と副偏向手段とを組み合わせた２段偏向
方式が用いられている。即ち、ＬＳＩのチップパターン
を主偏向幅で決まる領域であるフレームに分割し、さら
にこのフレーム領域を複数の副偏向領域に分割して、主
偏向手段により副偏内領域の位置を制御し、副偏向手段
により所望のパターンを成形ビームで順次描画するとい
う処理を繰り返し、所望領域全体のパターンを描画する
方式である。

このような２段偏向方式における試料載置のテーブル移
動については、次の２つの方式が採用されている。一つ
は、テーブル連続移動方式と呼ばれるもので、テーブル
を所定の一方向（Ｙ方向）に連続的に移動しつつ、パタ
ーンを描画する方式である。テーブル連続移動１回でチ
ップ上の主偏向幅の領域（フレーム領域と呼ぶ）を描画
し、続いてテーブルをフレーム幅分だけ、テーブル連続
移動方向に対して直角の方向（Ｘ方向）にステップ移動
させた後、逆方向に連続移動させながら隣接するフレー
ム領域を描画する。この方式の場合は、テーブル移動に
合わせてビーム位置を補正するテーブル補正を行ってい
る。他のテーブル移動方式は、Ｘ、Ｙいずれの方向につ
いても、主偏向領域毎にステップ移動する方式である。

この方式では、パターンを描画する際にはテーブルは停
止している。

一つの主偏向領域を描画した後、テーブルを主偏向領域
の幅分だけステップ移動させ、隣接の主偏向領域を描画
し、順次これを繰り返す。この方式はステップアンドリ
ピート方式と呼ばれている。

ところで、上記のような描画方式においては、いずれの
場合も描画パターンの位置ずれ誤差として、 ■　主偏向領域（フレーム領域）間のずれ■　副偏向領
域間のずれ の２つがあり、これらのずれを低減することが、高精度
にパターン形成を行う上での重要な課題となっている。

従来、電子ビーム描画方法におけるこれらの偏向領域間
のずれを測定する方法としては、次のような幾つかの方
法が用いられている。一つは、バーニヤパターンを用い
る方法である。隣接する偏向領域との境界線に接して一
方の偏向領域に主尺を、他方の偏向領域に副尺を描画し
、この２つの領域の境界でバーニヤパターンを形成し、
これを用いて偏向領域間のずれを読み取る方法である。

この方法は、極めて簡便であるが、バーニヤを顕微鏡で
目視することによって読み取るため、 ■多数のデータを取得するのに膨大な時間が掛かる。

■読み取りに個人差がある 等の欠点があった。

偏向領域間のパターンの位置ずれを測定する他の方法と
しては、座標測定機能を持った装置を用いる方法がある
。偏向領域内に最低１個の座標測定用のマークを描画し
、このマークの位置座標を座標測定機によって測定し、
設計上のマーク位置座標と測定値とを比較して領域間の
ずれを求める方法である。座標測定機としては、光波式
座標測定機や、電子ビーム描画装置に付加機能として装
着されている座標測定機能が用いられる。この方法は、
自動測定が可能であり、多数のデータを取得するには有
利である。しかし、座標測定機は極めて高価な装置であ
り、マーク座標を１つずつ測定するため、バーニアパタ
ーンを用いる場合と比べて高速化がはかれるものの、全
てのデータを得るのに膨大な時間が掛かる。このため、
もっと簡便な装置で、高速且つ高精度の測定が行える方
法の実現が望まれていた。

（発明が解決しようとする課題） このように従来の描画方法では、主偏向領域や副偏向領
域等の偏向領域（分割領域）間のパターンずれを簡便に
、高速且つ高精度に測定するには限界があった。また、
上記の問題は電子ビーム描画に限らず、イオンビーム描
画においても同様に言えることである。

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、高価で測定に時間が掛かる座標測定
機等を要することなく、分割領域間のパターン位置ずれ
を高速且つ高精度に測定することができ、描画パターン
のずれの評価精度の向上をはかり得る荷電ビーム描画方
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、分割領域の境界近傍に、ｎ１定用ビー
ムの走査により位置検出可能なパターンを設け、該パタ
ーンを検出することにより分割領域間のパターン位置ず
れを測定することにある。

即ち本発明は、試料上の描画すべき領域を複数の領域に
分割し、該分割領域毎に荷電ビームを位置決め制御して
所望パターンを描画する荷電ビーム描画方法において、
隣接する分割領域の境界の一部を凹凸形状にし、該凹凸
部の近傍に、分割領域間の位置ずれを測定するための位
置ずれ測定用パターン（例えば、凸部及び該凸部を挾む
凹部の両側に１回のビーム走査で検出可能なラインパタ
ーン）を描画処理するようにした方法である。

（作用） 本発明によれば、凹凸部近傍に配置された位置ずれ測定
用パターンをビーム走査することにより、該パターンの
位置座標ではなく、互いの相対関係を測定することが可
能となる。位置ずれ測定用パターンの相対位置関係が判
れば、この関係から隣接する分割領域間の位置ずれを測
定することができる。従って、高価な座標＋１１Ｊ定機
等を必要とすることなく、位置ずれ測定用パターンをビ
ーム走査することにより、隣接する分割領域間の位置ず
れを測定することが可能となる。

（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９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６０は試料室であ
り、この試料室６０内には半導体ウェハ等の試料６１を
載置した試料台６２が収容されている。試料台６２は、
計算機７１からの指令を受けた試料台駆動回路７２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６２の位置はレーザ測長
系７３により測定され、その計算結果が計算機７１及び
偏向制御回路７６に送出されるものとなっている。

一方、試料室６０の上方には、電子銃８１゜各種レンズ
８２ａ〜８２ｅ、各種偏向器８３〜８６゜第１及び第２
の成形アパーチャマスク８７．８８等からなる電子光学
鏡筒８０が設けられている。

ここで、偏向器８３はビームをｏｎ−ｏｆｆするための
ブランキング偏向板であり、この偏向板にはブランキン
グ制御回路７４からのブランキング信号が印加される。

偏向器８４は第１成形アパーチヤマスク８７のアパーチ
ャ像と第２成形アパーチヤマスク８８のアパーチャとの
光学的な重なりを利用してビームの寸法を可変制御する
ための偏向器であり、この偏向器には可変ビーム寸法制
御回路７５から偏向信号が印加される。また、主偏向器
８５及び副偏向器８６はビームを試料上６１で走査する
ビーム走査用偏向器であり、これらの偏向器８５．８６
には偏向制御回路７６から偏向信号が印加されるものと
なっている。

次に、上記装置を用いた矩形及び三角形ビームの発生方
法について説明する。

第１０図は第１成形アパーチヤ像及び第２成形アパーチ
ヤの形状を示す図である。矩形の第１成形アパーチヤ像
９１を偏向器８４で偏向し、大小の矩形パターンを組み
合わせた第２成形アパーチヤ９２に照射する。この照射
する位置を変化させることによって矩形ビーム及び三角
形ビームを発生させている。さらに、第１０図（ａ）の
矢印で示す方向へビームを移動させることにより、ビー
ムの寸法を変化させることが可能で、その際、点Ｐ。及
び点Ｐ、〜Ｐ４はそれぞれ矩形ビーム及び三角形ビーム
発生用の基準位置であり、同時にビームを移動させる場
合における基準点となっている。本実施例では、第１０
図（ｂ）に示す如く、第１成形アパーチヤ像９１と第２
成形アパーチヤ９２との位置関係により、矩形ビーム９
３及び４種の三角形ビーム９４〜９７を発生することが
できる。

なお、このままビームを試料に照射すると、第１１図（
ａ）に示す如く、三角形ビーム及び矩形ビームはそれぞ
れずれた位置に照射されてしまう。そこで、副偏向器８
６で振り戻しを行い、第１１図（ｂ）に示す如く、４種
類の三角形ビーム９４〜９７の基準点Ｐ１〜Ｐ４が試料
６１上で矩形ビーム９３の基準点Ｐ。に一致するように
補正している。このように三角形ビームを発生させる場
合には、矩形ビームの場合に比べて振り戻しが必要でし
かも高精度で行う必要がある。

次に、本発明の第１の実施例方法に係わる評価用パター
ンの形状及びその描画方法について説明する。

第１図は本実施例方法による領域分割の様子及び評価用
パターンの配置例を示す平面図である。図中破線は隣接
する副偏向領域（分割領域）の境界を示し、破線で区切
られた領域が一つの副偏向領域を示す。副偏向領域の中
には、図中に図示していないが、種々の所望パターンが
存在している。ここで、破線で示した副偏向領域２は、
パターンデータ領域全体を隙間無く、且つ重なりもなく
分割した領域であり、以下の説明の便宜上論理副偏向領
域と呼ぶ。

論理副偏向領域２は、−辺が３０μｍの正方形の各辺の
中央部に２μｍＸ５μｍの長方形を、４辺のうちＸ、Ｙ
方向各々１辺は凸部５となるように付加し、他の２辺は
凹部６となるように引き抜いた形となっている。この凸
部５には、図に示すように１本のラインパターン１が、
また凹部６近傍には、４本のラインノくターン１が配置
されている。

第２図は第１図の凹凸部を拡大して示す図である。図に
示すように、凹部６の４本のラインＬ＋　、Ｌ２　、Ｌ
；４　、Ｌ５は、凸部５の１本のラインＬ３を片側２本
ずつで挾むように配置されている。ここで、５本のライ
ンパターン（位置ずれ測定用パターン）の４個のピ・ソ
チａ、２゜ａ２３＋　　ａ　３４＋　　８４５は、設計
上は全て同一の値ａＯにしておく。本実施例では、ａｏ
−２μｍ１ラインの線幅は０．４μｍである。

次に、このパターンを描画する際に、副偏向器によって
ビームが偏向される領域と前記論理副偏向領域２との関
係について説明する。本実施例におけるビームの副偏向
幅は、論理副偏向領域２が一辺３０μｍの正方形に対し
てＸ及びＹ方向いずれも片側に５μｍの凸部があるため
ζこ、Ｘ、Ｙ方向共に３５μｍとなる。ここでは、ビー
ムの副偏向幅で定義される一辺３５μｍの正方形領域を
物理的副偏向領域３と呼ぶことにする。

物理的副偏向領域３は、第１図に一つの領域だけ、−点
鎖線で示しである。但し、論理副偏向領域２と同一境界
部分は点線のままになって０る。隣接する物理的副偏向
領域３には、論理副偏向領域２に凹凸があるため重なり
部分があることになる。

本実施例の場合は、重なり部分の幅は５μｍである。重
なり部分があるため、隣接する物理的副偏向領域３の間
隔は３０μｍである。第１図に、領域の中心間距Ａｔ１
（物理的副偏向領域３の中心４間の距離）として図示し
た。従来の如く、論理副偏向領域２に凹凸がない場合に
は、物理的副偏向領域３と論理副偏向領域２とは一致し
、従って隣接する領域の間隔も、領域の一辺の長さと同
一である。

次に、ラインパターンを用いて副偏向領域間の位置ずれ
を測定する方法について説明する。

５本のラインＬ１〜Ｌ６間のピッチａ１□＋ａ２３＋ａ
　３４＋　　ａ４５を測定する。このピッチ測定は、寸
法測長ＳＥＭを用いて行うことができる。この際、１回
の測定用ビームの走査でピッチ測定を行ってもよいが、
測定精度の向上をはかるために、走査位置を僅かにずら
して複数回（例えば１０回）のビーム走査を行い、その
平均値をとるようにしてもよい。この場合、局所的なエ
ラー（レジストパターンのエツジラフネス等）を解消す
ることもできる。

ラインＬｒ　、Ｌ２　、Ｌ４　、Ｌ５は同一の論理副偏
向領域（第１図（ｂ）の領域（Ｂ））に含まれるため、
ピッチａ　１２＋　　８４５の測定値は原理的には設計
値ａ。と同一である。これに対して、ラインＬ３は、Ｌ
＋　、Ｌ２　、Ｌ４．Ｌ５を含む論理副偏向領域に隣接
する領域（Ａ）に含まれるため、この２つの領域間にＸ
方向の位置ずれΔがある場合には、ピッチａ２３はａ。

−Δ、ピッチａ３４はａ。＋Δとなる。従って、寸法測
長ＳＥＭによるｎ１定で得られたａ２ｍ＋　　８３４の
値から、位置ずれ量Δは、Δ−（８３４ａ２ｉ）／２の
関係から求めることができる。

ここで、ライン間のピッチ測定に用いる寸法測長ＳＥＭ
について測定精度の観点から補足説明する。寸法測長Ｓ
ＥＭは公知のようにラインパターン上をラインと交差す
る方向にビームを走査して、ラインパターン部で発生す
る反射電子や２次電子を検出することによって、ライン
の線幅やライン間のピッチを測定するものである。走査
方向とラインの方向とは通常直角にとるが、必ずしも直
角である必要はない。ビームの走査幅以上のピッチを、
高精度に測定することは不可能であるが、走査幅以内の
短距離ピッチの寸法は極めて高精度に測定できる。従っ
て、前記の如き副偏向領域間の位置ずれ測定は、極めて
高精度に行うことができる。

寸法測長ＳＥＭでは、予めピッチ寸法の判っているライ
ン間隔を測定することによって測定値の校正を行う。本
実施例では、Ｌ、とＬ２のピッチａ１２及びＬ４とり、
のピッチａ４５の測定値を設計値ａ。−２μｍと比べて
校正すればよい。ラインＬ１及びＬ５がずれ測定用パタ
ーンに含まれている理由は、ここにある。

以上のようにして２つの副偏向領域間の位置ずれを測定
することができる。ここで、本実施例方法で測定するの
は、個々のラインパターンの座標ではなく、ラインパタ
ーン間の相対距離であり、隣接する副偏向領域間のずれ
を求めるために必要なデータ（ａｔ□＋　　ａ　２３＋
　　ａ３４＋　　ａ４５）を１回のビーム走査で測定す
ることができる。

このため、バーニアパターンを用いた場合のように測定
に長時間を要することがなく、極めて短時間に測定する
ことができる。さらに、２つのデータ（ａ＋２＋　　８
４ｓ）から測定値の構成を簡易に行うことができる。従
って本実施例方法によれば、高価な座標測定機等を要す
ることなく、副偏向領域間のパターン位置ずれを高速且
つ高精度に測定することができ、描画パターンのずれの
評価精度の向上をはかり得る。

なお、以上の説明では、Ｘ方向に隣接する副偏向領域間
のＸ方向の位置ずれ測定について述べた。一方、Ｘ方向
に隣接する副偏向領域間のＸ方向の位置ずれは、第１図
の上辺或いは下辺の凹凸部分のラインパターンを用いて
、全く同様に測定することができる。

次に、第２の実施例方法について説明する。

第３図は、第２の実施例における一つの論理副偏向領域
２及びこれに含まれる位置ずれ測定用パターン７を示す
平面図である。第１の実施例と同様の凹凸部を本実施例
では領域の４角近傍に２カ所ずつ計８カ所配置する。Ｘ
及びＸ方向のラインパターンを、第３図に示したピッチ
で配置する。副偏向領域が隣接した場合、これらのライ
ンがどの１うに組み合わされるかを図示したのが第４図
である。４個の副偏向領域それぞれに含まれるラインは
、白抜き、黒塗り潰し及びハツチング等によって区別し
である。本実施例で、互いの領域の位置ずれが測定でき
る原理は、第１の実施例で述べたものと全く同様である
。本実施例では、正方形領域の１辺に対して２カ所に凹
凸部があるので、副偏向領域間の位置ずれ測定精度の向
上をはかることができる。

また、第３図のラインに、第５図で黒く塗り潰したライ
ンを加えると、隣接する副偏向領域の、領域が隣接する
方向の位置ずれを測定することができる。第６図に図示
した３個のピッチａ１２　　＋　　８２３　　＋　　ａ
３４　　を測定すると、ａ１２及びａ３４　　は設計値
ａ。に等しくなるのに対して、ａ２３　は上下の領域に
位置ずれΔがあるとａｏ＋Δとなる。３個の値を比較す
ることにより、この場合にはＸ方向に隣接する領域のＸ
方向のずれが測定できる。

次に、第３の実施例方法について説明する。

本実施例は、三角形ビームを用いて描画した斜線パター
ンを利用する例である。第７図に、三角形ビームのみで
描画した位置ずれ測定用の斜線パターン８を示す。ライ
ンが４５°の斜線であることを除けば、その他の構成及
び測定原理は第１の実施例と同様である。

また、第８図には領域の一辺に凹凸部を２カ所設けて、
それぞれに互いに直交する方向の４５°斜線パターン８
，９を配置した例を示す。

この２組の位置ずれデータを用いると、Ｘ及びＹ方向の
位置ずれ量を求めることができる。即ち、斜線パターン
８，９のいずれかの位置ずれデータからＹ方向の位置ず
れを求めることができ、斜線パターン８．９の各位置ず
れデータの差分からＸ方向の位置ずれを求めることがで
きる。

なお、本発明は上述した各実施例方法に限定される。も
のではない。実施例では一つの副偏向領域に矩形又は三
角形ビームを用いた描画したパターンを用いたが、一つ
の副偏向領域に矩形ビームと三角形ビームそれぞれを用
いて描画したパターンを組み合わせて用いることもでき
る。

三角形ビームを用いる場合には、前述のように、ビーム
構成時の基準点が矩形ビームの基準点と異なるため、偏
向補正がなされている。このため、同一の副偏向領域を
描画しても、その補正に誤差がある場合には、三角形ビ
ームと矩形ビームとでは、位置ずれ量に差が現れる。高
精度パターン形成のためには、このような組み合わせの
評価も極めて重要である。

また、実施例ではいずれも分割領域として副偏向領域の
場合について説明したが、主偏向領域のずれ測定にも、
全く同様にして適用することができる。また、電子ビー
ム描画方法に限らず、イオンビーム描画方法に適用でき
る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、種々変形して実施することができる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明７こよれば、分割領域間の境
界に凹凸部を設け、その凹凸部の近傍に分割領域間の位
置ずれを測定するための位置ずれ＃１定用パターンを配
置し、これらのパターンを描画することにより、そのパ
ターンを用いて偏向領域間の位置ずれを簡便且つ高速・
高精度に測定することが可能となる。また、三角形ビー
ムと矩形ビームを用いた位置ずれｎ１定用パターンを同
一偏向領域内に配置することにより、各々のビームによ
って描画したパターンの位置ずれの差異を評価すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の第１の実施例方法を説明す
るためのもので、第１図は領域分割の様子及び評価用パ
ターンの配置例を示す平面図、第２図は第１図の要部を
拡大して示す図、第３図乃至第６図は本発明の第２の実
施例方法を説明するためのもので、第３図は１つの論理
副偏向領域及び位置ずれ測定用パターンを示す平面図、
第４図は第３図のパターンの組み合わせ例を示す図、第
５図は１つの論理副偏向領域及び位置ずれ測定用パター
ンを示す平面図、第６図は第５図のパターンの組み合わ
せ例を示す模式図、第７図及び第８図は本発明のｍ３の
実施例方法を説明するためのもので、第７図は斜線パタ
ーンを示す図、第８図は互いに直交する２つの斜線パタ
ーンを示す図、第９図は電子ビーム描画装置の概略構成
図、第１０図は第１アパーチヤ像と第２アパーチヤとの
位置関係を示す図、第１１図は三角形ビームと矩形ビー
ムとの基準点補正を説明するための図である。 １．７．８・・・ラインパターン （位置ずれ測定用パターン）、 ２・・・論理副偏向領域、 ３・・・物理的副偏向領域、 ４・・・物理的副偏向領域の中心、 ５・・・凸部、 ６・・・凹部、 ６０・・・試料室、 ６１・・・試料、 ７１・・・計算機、 ８０・・・電子光学鏡筒、 ８１・・・電子銃、 ８２・・・レンズ、 ８３〜８６・・・偏向器、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 試料上の描画すべき領域を複数の領域に分割し、該分割
   領域毎に荷電ビームを位置決め制御して所望パターンを
   描画する荷電ビーム描画方法において、 隣接する分割領域の境界の一部を凹凸形状にし、凸部及
   び該凸部を挾む凹部の両側に、少なくとも１回の測定用
   ビームの走査で検出可能な分割領域間の位置ずれを測定
   するための位置ずれ測定用パターンを描画することを特
   徴とする荷電ビーム描画方法。