JPH09298157A

JPH09298157A - 荷電粒子ビーム加工方法および加工装置

Info

Publication number: JPH09298157A
Application number: JP9051231A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Someta; 恭宏染田; Yasunari Hayata; 康成早田; Yoshinori Nakayama; 義則中山; Hiroyuki Ito; 博之伊藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-03-06
Filing date: 1997-03-06
Publication date: 1997-11-18
Anticipated expiration: 2017-03-06
Also published as: JP3550476B2

Abstract

(57)【要約】【課題】可変成形ビーム法および一括図形照射法を併用
して被描画試料表面にパタン描画する荷電粒子ビーム描
画方法において、可変成形ビーム法による描画パタン部
分と一括図形照射法による描画パタン部分との間の位置
ずれをなくして両描画パタン部分間の接続を良好にする
こと。【解決手段】被描画試料表面に投射される面積ビームの
重心位置を測定し、測定した重心位置に基づいて上記面
積ビームの被描画試料表面への投射位置を補正するため
の投射位置補正量を求め、求めた投射位置補正量に基づ
き上記面積ビームの被描画試料表面への投射位置を補正
した上で実際の描画を行なう。【効果】面積ビームの重心位置を基準としてビーム投射
位置を補正することにより、被描画試料表面に描画され
るパタン部分同士の接続部における位置ずれ量を大幅に
減らして、両部分間の良好な接続を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、荷電粒子線描画
（または加工）技術に関し、特にそれにおける面積ビー
ムのビーム調整方法およびパターン整合方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、面積ビームを用いる電子線描
画法として、可変成形ビーム法と一括図形照射法とが知
られており、例えば、半導体装置製造に際してのパタン
描画には、通常上記両方法が併用されている。すなわ
ち、一括図形照射法は繰り返し性の有る定形パタン部分
の描画に用いられ、可変成形ビーム法は繰り返し性の無
い不定形パタン部分の描画に用いられる。しかるに、一
括図形照射法を用いる場合には、ビーム軌道や装置の使
用方法が可変成形ビーム法の場合とは大きく異なるた
め、従来可変成形ビーム法で用いられてきたビーム調整
法以外に一括図形照射法専用のビーム調整法が必要とな
る。一例として、可変成形ビーム法による描画パタン部
分と一括図形照射法による描画パタン部分との接続（整
合）を良くするためのビーム調整法が必要となる。すな
わち、可変成形ビーム法での描画パタン部分と一括図形
照射法での描画パタン部分、若しくは、一括図形照射法
での同種または異種の描画パタン部分同士が、それらの
接続部において互いに精度良く繋がらなければならな
い。しかし、描画装置光学系の設計上の問題等に起因し
て、可変成形ビーム法による描画パタンと一括図形照射
法による描画パタンとの接続描画を行なうと、両描画パ
タン部分間に僅かながらずれが生じる。つまり、設計上
のデータに基づいてターゲット（被描画物）表面上の同
位置に可変成形ビームと一括図形ビームを照射しても、
実際には両ビームのターゲット表面上での照射位置が異
なる（ずれる）ことになる。この問題を解決するため、
一括図形照射法によりパタン描画する際には、可変成形
ビーム法による描画パタン部分に対する一括図形照射法
による描画パタン部分の変位量（位置ずれ量）を何らか
の方法により測定し、その測定結果に基づき実際に一括
図形照射法によりパタン描画する位置をシフトさせて、
可変成形ビーム法による描画パタン部分に対して一括図
形照射法による描画パタン部分を位置合わせする手法が
一般に用いられている。

【０００３】上記した位置合わせ手法の代表的な例に、
大野，佐合らが、１９９５年春季第４２回応用物理学会
関係連合講演会の発表番号３０ａ−Ｓ−１（ブロック露
光時のビーム調整法）、および発表番号３０ａ−Ｓ−２
（ブロック露光時のウェハ上の位置ずれ補正）と題して
発表した方法がある。この方法では、一括図形照射法を
用いて標準マーク上を選択されたパタンの面積ビームで
走査して、ウェハ上での面積ビームの形状を測定し、こ
の測定されたビーム形状と設計上のパタン形状とを比較
することによって一括図形ビーム法によるビームの位置
ずれ量を求め、さらに、可変成形ビーム法を用いて上記
と同様の測定を行って、可変成形ビーム位置に対する一
括図形ビームの相対的な位置ずれ量を求め、この相対的
位置ずれ量を補正することにより、可変成形ビーム法に
よる描画パタン（可変成形図形）と一括図形ビーム法に
よる描画パタン（一括図形）との良好な接続を実現しよ
うとしている。

【０００４】ところで、一括図形照射法におけるビーム
軸の調整法は、上記可変成型ビーム法の場合と大きく異
なる。可変成型ビーム法では、焦点位置を変化させた場
合のビーム電流波形のエッジ部を検出することにより軸
調整を行っていた。しかし、一括図形照射法では、ビー
ム形状が任意であるため、そのビーム電流波形も様々で
あり、ビーム電流波形のエッジ部の検出が困難である。
そこで、従来は、一括図形照射法におけるビーム軸の調
整は、金ドット上を一括図形ビームで走査することによ
って、一括図形ビームのビーム軸位置を検出し、該ビー
ム軸位置の装置光学軸位置からのずれ量が最小となるよ
うに、軸調整用偏向器による補正偏向量をカットアンド
トライで調節することにより行なわれていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来技術にお
いては、面積ビーム(可変成形ビームや一括図形ビーム)
による描画パタンの位置ずれ誤差を測定するに際して、
ビーム形状を詳細に特定するのに長時間を要する上、測
定に当ってアパーチャを交換したり、ビーム位置がドリ
フトにより変動する度毎に位置ずれ誤差を測定・補正す
る必要が有るために、描画のスループットを大きく低下
させると云う問題があった。また、上記のビーム軸調整
は手動で行なわれているため、補正作業に長時間を要す
る上、補正精度にも限界があった。

【０００６】従って、本発明の目的は、上記した従来技
術における問題点を解決し、如何なる形状の一括図形を
用いた場合でも、ビームの位置ずれ量を高速且つ正確に
測定して、可変成形図形と一括図形との良好な接続およ
び一括図形ビームの高精度な光学系調整を実現する方式
を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、面積ビーム
(一括図形ビーム)の位置ずれ量を求めるのに、該面積ビ
ームのビーム形状を検出するのではなく、それぞれのビ
ーム形状の性質を反映した代表位置を検出することによ
って達成される。すなわち、本発明では、面積ビームの
重心位置を測定し、この測定重心位置を設計重心位置と
比較して、面積ビームの位置ずれ誤差を求めている。す
なわち、面積ビームに対し線状のマークを用い、該線状
マークに対し上記面積ビームを２次元方向に走査し、上
記マークからの反射電子を検出することによって得られ
るビーム電流波形から上記各走査方向での該面積ビーム
の重心位置を求める。そして、求めた重心位置を設計重
心位置と比較して両者間の位置ずれ誤差量を求め、求め
た位置ずれ誤差量を補正値として補正用ビーム偏向器に
与えることによりビームの位置ずれ補正をした上で実際
の描画を行なう。また、ビーム軸調整の場合には、ビー
ムの焦点位置を変化（いわゆるワブラー動作）させて、
ビームの重心位置のずれ量を測定することにより、高精
度なビーム軸補正が可能となる。具体的には、上記面積
ビームを上記線状マークに対して走査して得られるビー
ム電流波形から上記面積ビームの重心位置を求めた後
に、ビームの焦点位置を変化させて、この焦点位置変化
に拘らず上記面積ビームの重心位置が変わらないように
ビーム偏向器の調整を行なう。各ビーム位置におけるマ
ークからの反射電子の強度は各ビーム位置でのビーム電
流強度に比例するため、該マークからの反射電子強度の
検出によってＸ及びＹ方向のビーム電流強度分布を検出
できる。すなわち、面積ビームの重心位置も同様にして
反射電子強度分布の重心位置から求めることができる。
なお、ここでは検出電子は反射電子としたが、代わり
に、二次電子もしくは透過電子を用いることも可能であ
る（以後、"反射電子"と云う場合には、二次電子の場合
をも含むものと理解されたい）。また、描画中における
上記位置ずれ量のドリフトを考慮して、ある時間毎，ス
トライプ毎等に上記位置ずれ量の再測定を行なってビー
ム偏向器に補正をかけることにより、さらに高精度の描
画が可能となる。

【０００８】本発明の上記以外の目的，構成および奏す
る作用効果については、以下の実施例を挙げての詳細な
説明の中で、順次明らかにされるであろう。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
き、図面を参照して詳細に説明する。

【００１０】〈実施例１〉本実施例では、面積ビームの
重心位置を測定することによって、可変成形図形と一括
図形との接続部における位置ずれ量を測定して、位置ず
れ補正を行なう。図１に本実施例における測定・補正工
程のフローチャートを、図２に本実施例で用いた電子線
描画装置の概略構成を示す。

【００１１】図２において、電子銃１からの放射電子ビ
ーム２は、第１転写マスク３および第２転写マスク４に
設けられたビーム成形用開口を通して面積ビーム（矩形
断面形状の可変成形ビームまたは任意断面形状の一括図
形ビーム）に成形された後、縮小レンズ５，および第
１，第２対物レンズ６，７を介してステージ８上に載置
されたターゲット(被描画試料)９表面上に縮小・投影さ
れ、所望の描画(露光)がなされる。

【００１２】第１，第２転写マスク３，４間に設けられ
た転写レンズ１０は第１転写マスク３の開口を通過した
ビームを第２転写マスク４の表面上に縮小・投影するた
めのものである。第１転写マスク３には通常一つの矩形
開口が設けられており、第２転写マスク４には通常複数
の可変成形ビーム形成用パタン開口と複数の一括図形ビ
ーム形成用パタン開口とが設けられている。ターゲット
９表面上に描画すべきパタン形状の選定は、第１転写マ
スク３の矩形開口を通過したビームを成形偏向器１１を
用いて第２転写マスク４表面上で偏向移動させて、第１
転写マスク３の矩形開口像を第２転写マスク４上に設け
られた何れか一つの開口に重ね合わせることによって行
なわれる。すなわち、第１転写マスク３の矩形開口像を
第２転写マスク４上の可変成形ビーム形成用パタン開口
のうちの何れか一つと重ね合わせかつその重なり合い状
態を調節することにより所望形状・寸法の可変成形ビー
ムの形成が行なわれ、第１転写マスク３の矩形開口像を
第２転写マスク４上の一括図形ビーム形成用パタン開口
のうちの何れか一つと重ね合わせることにより一括図形
ビームの形成が行なわれる。また、ターゲット９表面上
での描画位置の選定は、第１，第２対物レンズ６，７間
に設けられた主偏向器１２Ａ，副偏向器１２Ｂ，副副偏
向器１２Ｃからなる３段構成の投射偏向系１２を用いて
行なわれる。

【００１３】また、ターゲット９表面上でのビーム電流
強度分布の測定は、該ターゲット９表面と同一平面上に
設けられた線状タングステンマーク１３上を上記面積ビ
ーム(可変成形ビームまたは一括図形ビーム)で走査し、
該マーク１３からの反射電子を検出器１４で検出するこ
とによって行なわれる。

【００１４】なお、図２において、１５は電子銃用電
源、１６は転写レンズ用電源、１７は縮小レンズ用電
源、１８，１９はそれぞれ第１，第２対物レンズ用電
源、２０は成形偏向器用電源、２１は検出器用電源であ
り、２２は主偏向器用電源２２Ａ，副偏向器用電源２２
Ｂ，および副副偏向器用電源２２Ｃを含む投射偏向系用
電源であり、これらの電源は、制御計算機２３からの制
御信号を受けてそれぞれ対応する制御対象の制御を行な
う。

【００１５】ここで、図１の測定・補正操作のフローに
ついて説明する。 (1) 先ず、面積ビーム(可変成形ビーム)ｎ₀ でマーク１
３上をｘ方向に走査し、マーク１３からの反射電子を検
出器１４で検出して、面積ビームｎ₀ のｘ方向について
の反射電子強度信号を取得する。 (2) 上記(1)で得られた反射電子強度信号から、面積ビ
ームｎ₀ のｘ方向の重心位置を制御計算機２３内の演
算部２４で計算して求める。 (3) 面積ビームｎ₀ でマーク１３上をｙ方向に走査し、
面積ビームｎ₀ のｙ方向についての反射電子強度信号を
得る。 (4) 上記(3)で得られた反射電子強度信号から、面積ビ
ームｎ₀ のｙ方向の重心位置を演算部２４で算出す
る。 (5) 次に、面積ビーム(一括図形ビーム)ｎでマーク１３
上をｘ方向に走査して、マーク１３からの反射電子を検
出器１４により検出し、面積ビームｎのｘ方向につい
ての反射電子強度信号を取得する。 (6) 上記(5)で得られた反射電子強度信号から、面積ビ
ームｎのｘ方向での重心位置を演算部２４で計算して
求める。 (7) 面積ビームｎでマーク１３上をｙ方向に走査し、
面積ビームｎのｙ方向についての反射電子強度信号を
得る。 (8) 上記(7)で得られた反射電子強度信号から、面積ビ
ームｎのｙ方向での重心位置を演算部２４で算出す
る。 (9) 上記(1)〜(8)で実際に測定された面積ビーム(可変
成形ビーム)ｎ₀ のｘ，ｙ方向の重心位置および面積ビ
ーム(一括図形ビーム)ｎのｘ，ｙ方向の重心位置とそれ
らの設計値とを基にして、可変成形ビームｎ₀ と一括図
形ビームｎとの間の相対位置ずれ量を演算部２４で計算
して求める。 (10) 上記(9)で求めた相対位置ずれ量をビーム位置補正
量（偏向補正量）として制御計算機２３内の記憶テーブ
ル２５に格納する。 (11) 上記とは別の面積ビーム(一括図形ビーム)ｎにつ
いてのビーム位置補正が必要かどうかを判断し、必要と
判断した場合には、上記(5) に戻って測定を続行する。
また、不要と判断した場合には、次の(12)に進んで、実
際にパタン描画を行なう。 (12) 以上のようにして、面積ビーム(可変成形ビーム)
ｎ₀による描画パタン部分と面積ビーム(一括図形ビー
ム) ｎによる描画パタン部分との良好な接続を実現す
るための位置ずれ補正量が得られたら、両面積ビームｎ
₀ ，ｎを用いて実際にパタン描画を行なう。

【００１６】本実施例においては、図１に示した測定・
補正フロー中での面積ビームｎ₀ に可変成形ビームを、
面積ビームｎに一括図形ビームをそれぞれ対応させてい
る。両面積ビームｎ₀，ｎの重心位置の検出は、それぞ
れの面積ビームをターゲット９表面上に間欠的に照射
(ショット)しながら、マーク１３に対してＸ方向および
Ｙ方向に走査することにより得られる検出器１４の出力
信号波形（反射電子信号波形＝ビーム電流波形）の微分
波形を演算して求め、各ショット時のマーク１３からの
反射電子信号強度とショット間隔(つまり偏向距離)とか
らビーム電流波形の重心位置を求める。検出器１４から
得られる反射電子信号の波形は、使用する面積ビームの
形状によって様々に異なるが、図３の(ａ)，(ｂ)に示す
ように反射電子信号波形の重心位置３３，４３を検出す
ることによって、いかなる反射電子信号波形に対しても
それぞれ基準となる位置を求めることが可能である。各
反射電子信号波形の重心位置の計算は、次の(1)式，(2)
式を用いて行なう。 Gx = Σ(X・I_X)/ΣI_X ・・・・・・・・ (1) Gy = Σ(Y・I_Y)/ΣI_Y ・・・・・・・・ (2) ここで、Gx ，Gy はそれぞれｘ，ｙ方向での重心位置、
Ｘ，Ｙはそれぞれｘ，ｙ方向でのビーム位置、I_X ，I_Y
はそれぞれビーム位置Ｘ，Ｙにおける反射電子信号強度
である。ビーム位置Ｘ，Ｙにおける反射電子強度は該ビ
ーム位置Ｘ，Ｙでのビーム電流強度に比例するため、こ
の反射電子強度分布の測定によりＸおよびＹ方向でのビ
ーム電流強度分布が測定できる。従ってまた、ビーム電
流強度分布の重心位置も、同様に反射電子強度分布の重
心位置として求めることができる。

【００１７】上記の測定を一括図形ビームｎおよび可変
成形ビームｎ₀ のそれぞれについて行なって、両ビーム
の重心位置を求める。一括図形ビームおよび可変成形ビ
ームの"重心位置"はそれぞれの"中心位置"とは異なる
が、設計上のデータより両者間の距離は計算可能であ
る。なお、ここに云う"中心位置"とは、可変成形ビーム
の最大図形ショット時における重心位置とする。設計上
での一括図形ビームの重心−中心間の距離をRxc，Ryc、
可変成形ビームの重心−中心間の距離をRxv，Ryvとし、
実際に測定される一括図形ビームの重心位置をGxc，Gy
c、可変成形ビームの重心位置をGxv，Gyvとすると、一
括図形ビームの可変成形ビームに対する位置ずれ量は、
次の(3)式および(4)式で表される。 Dx = (Gxc - Rxc) - (Gxv - Rxv) ・・・・・・・・ (3) Dy = (Gyc - Ryc) - (Gyv - Ryv) ・・・・・・・・ (4) ここで、Dx ，Dy はそれぞれｘ，ｙ方向での位置ずれ量
（中心位置としてのずれ量）を表す。得られた位置ずれ
量は、一括図形描画時の偏向補正量として、制御計算機
２３内の記憶テーブル２５に格納される。また、複数の
一括図形を用いる場合には、それぞれの一括図形に対し
て上記の補正量が測定されて記憶テーブル２５に格納さ
れる。上記の操作手順は、可変成形図形と一括図形との
接続に関してのものであるが、その他の場合でも、上記
の重心位置測定を少なくとも２回行なって、各測定重心
位置の差と各設計重心位置の差とを求めた後、上記測定
重心位置の差から上記設計重心位置の差を差し引いて補
正量を求めることができる。

【００１８】上記の方式を用いて、一括図形ビームの可
変成形ビームに対するずれ量を測定した。使用した可変
成形ビームは、図３の(ａ)に示すごとく正方形(１μｍ
□)の断面パタン３１を有するものであり、一括図形ビ
ームは、図３の(ｂ)に示すごとく三角形の断面パタン４
１を有するものである。両ビームをそれぞれ線状マーク
１３に対し走査して該マークからの反射電子を検出器１
４により検出した結果、図３の(ａ)，(ｂ)に示すような
検出信号波形３２，４２を得ることができた。各波形の
重心位置３３，４３を(1)式および(2)式を用いて求め、
さらに、可変成形ビーム(正方形ビーム)３１に対しての
一括図形ビーム(三角形ビーム)４１の位置ずれ量を(3)
式及び(4)式により求めた結果、横方向(ｘ方向)で Dx =
0.04μｍ，縦方向(ｙ方向)で Dy = 0.05μｍのずれ量
が算出された。算出されたずれ量は、制御計算機２０内
の記憶テーブル２５に記憶される。

【００１９】実際の描画時には、一括図形ビームのショ
ット位置を記憶テーブル２５に記憶されたずれ量だけシ
フトさせることによりビーム位置の補正を行なう。この
描画時におけるビーム位置補正の流れを図４に示す。こ
のビーム位置補正は、副偏向器１２Ｂを用いての副偏向
工程毎にそれに先立って行なわれる一括図形の選択時
に、一括図形ビームの副偏向量を上記の位置ずれ測定に
よって得られた偏向補正量分だけシフトさせることによ
って行なわれる。

【００２０】以下に、図４の描画フローについて説明す
る。 (1) 先ず、ターゲット(被描画試料)９表面上に描画すべ
きパタンについての設計上の描画データを取得し、制御
計算機２３に入力する。 (2) 上記(1) で入力された描画データに基づいて、ステ
ージ駆動系２６に信号を送ってターゲット９を載置して
いるステージ８を所要位置に位置決めする。 (3) ターゲット９表面上でのパタン描画すべき位置に応
じて、主偏向器１２Ａによるビームの主偏向量を設定す
る。 (4) 描画すべき全パタンのうちの一括図形ビームにより
描画すべきパタン部分に対応するセルパタンについての
補正偏向量を記憶テーブル２５から取り込む。 (5) 副偏向器１２Ｂによる設計上の副偏向量に記憶テー
ブル２５から取り込んだ補正偏向量を加算して、一括図
形ビームによる実際のパタン描画に際して必要な副偏向
量を設定する。 (6) 副副偏向器１２Ｃによる設計上の副副偏向量にステ
ージ８の精密位置計測用のレーザ測長計２７から得られ
るステージ位置追従量を加算して、実際に必要な副副偏
向量を設定する。 (7) 上記した３種類の偏向量の補正・設定を済ませた後
に、実際に、成形された面積ビームをターゲット９表面
上に照射して所望のパタン描画(露光)を行なう。 (8) そして、所定数の副副偏向領域について、順次副副
偏向量を設定し直しつつ描画を繰り返し、全ての副副偏
向領域についての描画が完了したら次のステップ(9)へ
と進む。 (9) 次いで、所定数の副偏向領域について、順次副偏向
量を設定し直しつつ描画を繰り返し、全ての副偏向領域
についての描画が完了したら次のステップ(12)へと進
む。 (10)なお、上記の副偏向領域についての描画に際して
は、それぞれの副偏向領域の描画に先立って改めて副偏
向量の再補正が必要かどうかを判断し、再補正不要と判
断された場合には直ちに上記ステップ(4)へ戻って次の
副偏向領域への描画を行ない、再補正要と判断された場
合には次のステップ(11)へ進んで副偏向量の再設定を行
なう。 (11)上記ステップ(10)で副偏向量の再補正が必要と判断
された場合には、改めて前述した一括図形ビームの位置
ずれ量(補正偏向量)の測定をやり直し記憶テーブル２５
の内容を修正してから次の副偏向領域の描画を行なう。 (12)以上のようにして、一つの主偏向領域内の全ての副
偏向領域についての描画が完了したら、次の主偏向領域
についての描画へと進み、所定数の主偏向領域について
順次主偏向量を設定し直しつつ描画を繰り返し、全主偏
向領域についての描画が完了したら次のステップ(13)へ
と進む。 (13)ここでは、ターゲット９表面上のさらに別の領域に
対して上記同様の描画を繰り返すかどうかを判断し、繰
り返す場合には、上記のステップ(2) へと戻ってステー
ジ８の位置を設定し直してから、上記と同様にして、新
たな描画領域への描画を行なう。 (14)上記ステップ(13)で全ての描画工程を終了すると決
定されたら、所定の描画終了措置を経て、描画を終了す
る。

【００２１】なお、描画中の位置ずれ量のドリフトを考
慮して、ある時間毎，ストライプ毎等に上記の位置ずれ
量測定を行なってビーム位置を補正することにより、さ
らに高精度の描画が可能となる。この副偏向量のシフト
によるビーム位置補正には、副偏向器１２Ｂを用いて上
記の偏向量シフト分(偏向補正量)を本来の(設計上の)副
偏向量に重畳させることによって行なう。なお、図４に
は、ステップアンドリピート方式で描画する際の描画フ
ローを示したが、連続移動描画方式（ステージ８を連続
移動させながら描画を行なう方式）を採る場合には、主
偏向領域がストライプ領域になる。本方式を用いて実際
に一括図形と可変成形図形との混在パタンを描画した結
果、可変成形図形と一括図形との接続部分のずれ量を0.
02μｍ以下に抑えた、高精度の描画を実現できた。

【００２２】なお、本実施例では、可変成形ビームと一
括図形ビームとの重心の位置関係を比較することによっ
て一括図形ビーム位置の補正を行なっているが、例えば
可変成形ビームのエッジ位置，中心位置，その他何らか
の特徴部分に基準位置を定めて、この可変成形ビームの
基準位置と一括図形ビームの重心位置との関係を比較す
ることによっても、本実施例と同様の効果を得ることが
できる。

【００２３】〈実施例２〉実施例１においては、ある大
きさの可変成形ビームを用い、基準位置を定めていた
が、本実施例においては可変成形ビームに最大ビームサ
イズを使用した例を示す。図５(ａ)に任意のビームサイ
ズを用いた場合の第２転写マスク４上の第１転写マスク
３の開口像を、図５(ｂ)に最大ビームサイズを用いた場
合の第２転写マスク４上の第１転写マスク３の開口像を
それぞれ示す。先の実施例１においては、可変成形ビー
ムの重心位置を検出する場合、図５(ａ)に示すごとく可
変成形ビーム３１のビームサイズは、第２転写マスク４
上の第１転写マスク像５１と第２転写マスク４内の可変
成形用開口５２とが重なり合った部分のビーム断面積に
より規定される。つまり、可変成形ビーム３１の一方の
ビームエッジ５３は第２転写マスク４の開口端により規
定され、他方のビームエッジ５４は第１転写マスク３の
開口端により規定される。このため、ビームサイズの補
正残り等が原因となって、設計ビームサイズと実際のビ
ームサイズとの間に違いが生じる可能性がある。その結
果、前記実施例１の(3)式，(4)式中での Rxv，Ryv に誤
差が生じ、これが一括図形ビームによる描画パタンと可
変成形ビームによる描画パタンとの接続部分における位
置ずれ誤差を招く原因となる。そこで、本実施例では、
可変成形ビームには、最大矩形ビームを用いることとし
た。この場合には、第２転写マスク４上での第１転写マ
スク像５１は、図５(ｂ)に示すように第２転写マスク４
内の可変成形用開口５２を完全に覆うこととなって、得
られる可変成形ビーム３１’のビームエッジ５３’，５
４’は、双方共、第２転写マスク４の可変成形用開口５
２の開口端により規定されることになる。従って、実際
に得られる可変成形ビーム３１’のビームサイズは設計
ビームサイズ通りとなり、その重心位置は設計上の重心
位置（＝中心位置）と完全に一致する。これはRxv = Ry
v = 0 となることを意味し、これにより可変成形ビーム
の重心位置についての不確定要素が無くなる。さらに、
ビームサイズが最大であるがために検出信号強度も最大
となり、検出Ｓ／Ｎ比が最も良好となる。

【００２４】そこで、本方式を用いて、可変成形ビーム
と一括図形ビームとの位置ずれ量を検出した結果、横方
向(ｘ方向)で0.045μｍ，縦方向(ｙ方向)で0.04μｍの
位置ずれ量が検出された。そして、実施例１と同様にし
て、この検出結果に基づいて一括図形パタンの描画位置
を補正し描画を行なった結果、可変成形パタンと一括図
形パタンとの接続部分における位置ずれ量を 0.015μｍ
以下に抑えた高精度のパタン描画を実現できた。

【００２５】〈実施例３〉先の実施例１，実施例２にお
いては、本発明による位置ずれ補正方式を電子線描画装
置における一括図形パタンの描画位置調整に適用した場
合について示したが、本実施例では、同様の位置ずれ補
正方式を図８に示す収束イオンビーム装置に適用した場
合について示す。図８において、イオン銃８１から放射
されたイオンビーム８２は、第１転写マスク８３の矩形
開口８３Ａを通して矩形断面形状に成形された後、投射
レンズ９０によって第２転写マスク８４上に投射され、
該第２転写マスク８４上に設けられた可変成形ビーム形
成用の矩形開口８４Ａまたは一括図形ビーム形成用のセ
ル開口８４Ｂを通して矩形または一括図形ビームに成形
された後、対物レンズ８６によりステージ８８上に載置
されたターゲット８９の表面に投影され、露光(パタン
描画)が行なわれる。ビーム断面形状の選択は、転写偏
向器９１によってイオンビーム８２を第２転写マスク８
４表面上で偏向・移動させることにより行なわれる。ビ
ーム電流分布の検出は、ターゲット８９と同一平面上に
設けられた線状のタングステンマーク９３上をイオンビ
ーム８２で走査し、マーク９３からの反射粒子を検出器
９４で検出し、この検出信号波形の重心位置を演算処理
部１０４で算出することによって行なう。本実施例にお
いては、図１に示したフローチャート中の面積ビームｎ
₀ に可変成形ビームを、面積ビームｎに一括図形ビーム
をそれぞれ用いている。反射粒子の検出によって得られ
る反射粒子信号波形は、使用する面積ビームの断面形状
によって様々に異なるが、反射粒子信号波形の重心位置
を検出することにより、いかなる反射粒子信号波形に対
してもその基準位置を精度良く検出可能である。

【００２６】本収束イオンビーム装置を用いて、一括図
形パタンと可変成形パタンとの間の位置ずれ量の測定，
補正を試みた。測定，補正の方式は、実施例１の場合と
同様である。ビーム位置測定の結果、縦(ｙ)方向 0.05
μｍ，横(ｘ)方向 0.04μｍの位置ずれ量が得られた。
得られた位置ずれ量は、制御計算機１０３内の記憶テー
ブル１０５に記憶され、実際の描画時には、偏向器電源
１０２Ａ，１０２Ｂから偏向器９２Ａ，９２Ｂに供給す
る偏向電圧に補正をかけ、成形イオンビーム８２のター
ゲット８９表面上へのショット位置を設計上のショット
位置から記憶テーブル１０５に記憶された位置ずれ量分
だけシフトさせて描画を行なう。本方式を用いて、可変
成形パタン部分と一括図形パタン部分とが混在するパタ
ンを描画した結果、可変成形パタン部分と一括図形パタ
ン部分との接続部における位置ずれ量を 0.02μｍ以下
に抑えた高精度のパタン描画を実現できた。

【００２７】〈実施例４〉先の実施例１，実施例２で
は、面積ビーム（可変成形ビームおよび一括図形ビー
ム）の重心位置を測定し、一括図形ビームのビーム位置
調整を行なったが、本実施例では、重心位置測定をビー
ム軸の調整に応用した場合について説明する。図６中の
(ａ)に示すように、ビーム軸が装置の光学軸と合致して
いる場合には、ビームの焦点位置をずらしてもターゲッ
ト表面上での像位置６１，６２，６３は変化しないが、
ビーム軸が装置光学軸からずれている場合には、同図中
の(ｂ)に示すように、ビームの焦点位置を変化させた時
に、ターゲット表面上での像位置６１’，６２’，６
３’が変化する。そこで、この性質を利用して、ターゲ
ット上でのビーム位置の検出に、本発明による方法を用
いる。具体的にはビーム波形の重心位置を求めた後に、
ビームの焦点位置を変化させて、ターゲット面上での面
積ビームの重心位置が上記のビーム焦点位置変化に拘ら
ず変わらなくなるように、ビーム偏向系の調整を行な
う。ビームには２.５μｍ□の可変成形ビームを用い
た。ビーム電流波形の測定は、タングステンマーク１３
上を可変成形ビームで走査し、マーク１３からの反射電
子を検出することにより行なった。そして、測定された
ビーム電流波形の重心位置を求めた。次に、対物レンズ
６，７の励磁電流を１％ずらすことにより焦点位置を１
％ずらして、同様にビームの重心位置を測定する。上記
の操作を軸調整用偏向器２８に偏向電源２９から供給す
る偏向電圧を変化させながら行なって、上記した焦点位
置の変化にも拘らずビーム位置が変化しなくなるような
偏向電圧値に固定設定する。この方法を用いてビームの
軸調整を行なった結果、従来手動にてビーム軸調整を行
なっていた場合には調整所要時間が約３分，調整精度が
約１mradであったのに対して、調整所要時間が約３０
秒，調整精度が０.１mrad以下と、大幅な時間短縮およ
び精度向上の効果が得られた。

【００２８】〈実施例５〉上記実施例４においては、軸
調整用偏向器２８を用いて可変成形ビームの光軸調整を
行なったが、本実施例では一括図形ビームの軸調整を行
なう場合について説明する。一括図形の選択には、図２
に示した上下２段構成の転写偏向器３０を用いて、第１
転写マスク３の開口を通過したビームの偏向を行なって
いる。この２段構成の転写偏向器３０の上下の偏向器３
０Ａと３０Ｂとの偏向電圧は互いにほぼ等しくされてお
り、ビーム軸が装置光学軸と合っている場合は、上下の
偏向器３０Ａ，３０Ｂの偏向中心がビーム成形用の成形
偏向器１１の偏向中心と一致している。ビーム軸が装置
光学軸からずれている場合には、成形偏向器１１と転写
偏向器３０との偏向中心が一致しないため、上下の偏向
器３０Ａと３０Ｂとの偏向電圧比を変化させることによ
って偏向中心を一致させる。

【００２９】上記した方法を用いて一括図形ビームのビ
ーム軸調整を行なった。実施例４の場合同様、一括図形
ビームの場合も、図７に示すようにビーム軸が装置光学
軸と合っている場合には、対物レンズ６，７の励磁電流
を変えてビームの焦点位置を変えてもビーム位置７１，
７２，７３は変わらないが、ビーム軸が装置光学軸から
ずれている場合には、焦点位置が変わるとビーム位置７
１’，７２’，７３’に変化が生じる。従って、上下の
転写偏向器３０Ａ，３０Ｂの偏向電圧比を変化させつ
つ、対物レンズ６，７の励磁電流を変えてビーム焦点位
置を変化させ、該ビーム焦点位置変化にも拘らずビーム
位置が変化しなくなるような偏向電圧比を求め、求めた
偏向電圧比を固定保持することによって一括図形ビーム
の軸調整ができる。本方式を用いて一括図形ビームの軸
調整をした結果、一括図形ビームの軸調整作業が自動化
され、従来手動で軸調整作業を行なっていた場合に調整
所要時間が約２０分も要していたのを、調整所要時間約
３分と大幅に短縮することができた。また軸調整の精度
も従来約１mradであったものを０.１mrad以下に改善す
ることができた。

【００３０】なお、上記の実施例では、面積ビームの重
心位置を測定して、一括図形ビームの位置補正，可変成
形ビームおよび一括図形ビームの軸調整を行なう例につ
いて示したが、これらの補正，調整の他にも面積ビーム
の重心位置を基準位置として利用することにより面積ビ
ームの位置変化等を検出し、ビーム校正の手がかりとす
ることが可能である。

【００３１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
任意断面形状の面積ビームの設計上の位置からの位置ず
れを短時間で検出・補正して、迅速かつ高精度なビーム
調整を行なうことができる。また、可変成形ビームと一
括図形ビームとの位置合わせを短時間で行なうことがで
きる。従って、本発明によれば、一括図形ビームによる
描画パタンと可変成形ビームによる描画パタンとの混在
パターンを有する半導体装置の製造に当っての製造精度
およびスループットの大幅な向上が図られる。

【００３２】以上、本発明のいくつかの実施例について
説明してきたが、本発明はこれらの実施例のみに限定的
に適用されるものではなく、本発明の基本概念から逸脱
しない限りにおいて、その他にも様々な変形・応用がな
され得るものであることは云うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における測定及び補正の手順
を示すフローチャート図，

【図２】本発明の実施例１，２，４，５において用いら
れる電子線描画装置の概略構成図，

【図３】本発明の実施例１，２，４を説明するための可
変成形ビームおよび一括図形ビームのビーム電流波形
（反射電子信号波形）を示す図，

【図４】本発明の実施例１における描画手順を示すフロ
ーチャート図，

【図５】本発明の実施例２を説明するための可変成形ビ
ームのビーム電流波形（反射電子信号波形）を示す図，

【図６】本発明の実施例４を説明するための可変成形ビ
ームの位置変化を示す図，

【図７】本発明の実施例５を説明するための一括図形ビ
ームの位置変化を示す図，

【図８】本発明の実施例３において用いられる収束イオ
ンビーム装置の概略構成図。

【符号の説明】１…電子銃，２…電子ビーム，３
…第１転写マスク，４…第２転写マスク，
５…縮小レンズ５，６…第１対物レン
ズ，７…第２対物レンズ，８…ステージ，
９…ターゲット(被描画試料)，１０…転写レンズ，１
１…成形偏向器，１２…投射偏向系，１
３…線状タングステンマーク，１４…反射電子検出
器，１５…電子銃用電源，１６…転写レン
ズ用電源，１７…縮小レンズ用電源，１８…第
１対物レンズ用電源，１９…第２対物レンズ用電源，
２０…成形偏向器用電源，２１…検出器用電源，
２２…投射偏向系用電源，２３…制御計算機，
２４…演算部，２５…記憶テーブル，
２６…ステージ駆動系，２７…レーザ測長
計，２８…軸調整用偏向器，２９…偏向電
源，３０…転写偏向器，３１…可変成
形ビーム，３２…検出信号波形，３３…重心
位置，４１…一括図形ビーム，４２…
検出信号波形，４３…重心位置，５１…第
１転写マスク像，５２…可変成形用開口，５３
…一方のビームエッジ，５４…他方のビームエッ
ジ，６１，６２，６３…像位置，６１’，６
２’，６３’…像位置，７１，７２，７３…ビーム位
置，７１’，７２’，７３’…ビーム位置，８１…イ
オン銃，８２…イオンビーム，８３…
第１転写マスク，８４…第２転写マスク，８
６…対物レンズ，８８…ステージ，８９
…ターゲット，９０…投射レンズ，９１
…転写偏向器，９２Ａ，９２Ｂ…偏向
器，９３…線状タングステンマーク，９４…反射粒子
検出器，１０２Ａ，１０２Ｂ…偏向器電源，１０３…制
御計算機，１０４…演算処理部，１０５…
記憶テーブル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊藤博之茨城県ひたちなか市市毛882番地株式会社日立製作所計測器事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】面積ビームを用いて被加工試料表面にパタ
ン加工を施す荷電粒子ビーム加工方法であって、上記被
加工試料表面上に投射される上記面積ビームの重心位置
を測定する工程と、測定した重心位置に基づいて上記面
積ビームの上記被加工試料表面上への投射位置を補正す
るための位置補正量を求める工程と、求めた位置補正量
に基づいて上記面積ビームの上記被加工試料表面上への
投射位置を補正する工程と、この投射位置補正された上
記面積ビームを用いて上記被加工試料表面にパタン加工
を施す工程とを含んでなることを特徴とする荷電粒子ビ
ーム加工方法。
【請求項２】面積ビームを用いて被描画試料表面にパタ
ン描画を施す荷電粒子ビーム描画方法であって、上記被
描画試料表面上に投射される上記面積ビームの重心位置
を測定する工程と、測定した重心位置に基づいて上記面
積ビームの上記被描画試料表面上への投射位置を補正す
るための位置補正量を求める工程と、求めた位置補正量
に基づいて上記面積ビームの上記被描画試料表面上への
投射位置を補正する工程と、この投射位置補正された上
記面積ビームを用いて上記被描画試料表面にパタン描画
を施す工程とを含んでなることを特徴とする荷電粒子ビ
ーム描画方法。
【請求項３】上記の面積ビームは、可変成形ビームであ
ることを特徴とするクレーム２に記載の荷電粒子ビーム
描画方法。
【請求項４】上記の面積ビームは、一括図形ビームであ
ることを特徴とするクレーム２に記載の荷電粒子ビーム
描画方法。
【請求項５】可変成形ビームおよび一括図形ビームを用
いて被描画試料表面にパタン描画を施す荷電粒子ビーム
描画方法であって、上記被描画試料表面上に投射される
上記可変成形ビームおよび上記一括図形ビームの重心位
置を測定する工程と、測定した上記可変成形ビームおよ
び上記一括図形ビームの重心位置に基づいて上記可変成
形ビームの上記被描画試料表面上への投射位置に対する
上記一括図形ビームの上記被描画試料表面上への投射位
置を補正するための投射位置補正量を求める工程と、求
めた投射位置補正量に基づいて上記一括図形ビームの上
記被描画試料表面上への投射位置を補正する工程と、上
記可変成形ビームおよび上記の投射位置補正された上記
一括図形ビームとを用いて上記被描画試料表面にパタン
描画を施す工程とを含んでなることを特徴とする荷電粒
子ビーム描画方法。
【請求項６】面積ビームを用いて被加工試料表面にパタ
ン加工を施す荷電粒子ビーム加工装置であって、上記被
加工試料表面上に投射される上記面積ビームの重心位置
を測定する手段と、測定した重心位置に基づいて上記面
積ビームの上記被加工試料表面上への投射位置を補正す
るための投射位置補正量を求める手段と、求めた投射位
置補正量に基づいて上記面積ビームの上記被加工試料表
面上への投射位置を補正する手段と、この投射位置補正
された上記面積ビームを用いて上記被加工試料表面にパ
タン加工を施す手段とを備えてなることを特徴とする荷
電粒子ビーム加工装置。
【請求項７】面積ビームを用いて被描画試料表面にパタ
ン描画を施す荷電粒子ビーム描画装置であって、上記被
描画試料表面上に投射される上記面積ビームの重心位置
を測定する手段と、測定した重心位置に基づいて上記面
積ビームの上記被描画試料表面上への投射位置を補正す
るための投射位置補正量を求める手段と、求めた投射位
置補正量に基づいて上記面積ビームの上記被描画試料表
面上への投射位置を補正する手段と、この投射位置補正
された上記面積ビームを用いて上記被描画試料表面にパ
タン描画を施す手段とを含んでなることを特徴とする荷
電粒子ビーム描画装置。
【請求項８】上記の面積ビームは、可変成形ビームであ
ることを特徴とするクレーム７に記載の荷電粒子ビーム
描画装置。
【請求項９】上記の面積ビームは、一括図形ビームであ
ることを特徴とするクレーム７に記載の荷電粒子ビーム
描画装置。
【請求項１０】可変成形ビーム及び一括図形ビームを用
いて被描画試料表面にパタン描画を施す荷電粒子ビーム
描画装置であって、上記被描画試料表面上に投射される
上記可変成形ビームおよび上記一括図形ビームの重心位
置を測定する手段と、測定した上記可変成形ビームおよ
び上記一括図形ビームの重心位置に基づいて上記可変成
形ビームの上記被描画試料表面上への投射位置に対する
上記一括図形ビームの上記被描画試料表面上への投射位
置を補正するための投射位置補正量を求める手段と、求
めた投射位置補正量に基づいて上記一括図形ビームの上
記被描画試料表面上への投射位置を補正する手段と、上
記可変成形ビームおよび上記の投射位置補正された上記
一括図形ビームとを用いて上記被描画試料表面にパタン
描画を施す手段とを含んでなることを特徴とする荷電粒
子ビーム描画装置。
【請求項１１】面積ビームを用いて被加工試料表面にパ
タン加工を施す荷電粒子ビーム加工方法であって、上記
面積ビームの上記被加工試料表面に対する焦点位置を変
化させつつ上記被加工試料表面上に投射される上記面積
ビームの重心位置を測定する工程と、上記面積ビームの
上記被加工試料表面に対する焦点位置の変化に拘らず上
記被加工試料表面上に投射される上記面積ビームの重心
位置が変化しなくなるように上記面積ビームのビーム軸
を調整する工程とを含んでなることを特徴とする荷電粒
子ビーム加工方法。
【請求項１２】面積ビームを用いて被描画試料表面にパ
タン描画を施す荷電粒子ビーム描画方法であって、上記
面積ビームの上記被描画試料表面に対する焦点位置を変
化させつつ上記被描画試料表面上に投射される上記面積
ビームの重心位置を測定する工程と、上記面積ビームの
上記被描画試料表面に対する焦点位置の変化に拘らず上
記被描画試料表面上に投射される上記面積ビームの重心
位置が変化しなくなるように上記面積ビームのビーム軸
を調整する工程とを含んでなることを特徴とする荷電粒
子ビーム描画方法。
【請求項１３】上記面積ビームは、可変成形ビームであ
ることを特徴とするクレーム１２に記載の荷電粒子ビー
ム描画方法。
【請求項１４】上記面積ビームは、一括図形ビームであ
ることを特徴とするクレーム１２に記載の荷電粒子ビー
ム描画方法。
【請求項１５】面積ビームを用いて被加工試料表面にパ
タン加工を施す荷電粒子ビーム加工装置であって、上記
面積ビームの上記被加工試料表面に対する焦点位置を変
化させつつ上記被加工試料表面上に投射される上記面積
ビームの重心位置を測定する手段と、上記面積ビームの
上記被加工試料表面に対する焦点位置の変化に拘らず上
記被加工試料表面上に投射される上記面積ビームの重心
位置が変化しなくなるように上記面積ビームのビーム軸
を調整する手段とを含んでなることを特徴とする荷電粒
子ビーム加工装置。
【請求項１６】面積ビームを用いて被描画試料表面にパ
タン描画を施す荷電粒子ビーム描画装置であって、上記
面積ビームの上記被描画試料表面に対する焦点位置を変
化させつつ上記被描画試料表面上に投射される上記面積
ビームの重心位置を測定する手段と、上記面積ビームの
上記被描画試料表面に対する焦点位置の変化に拘らず上
記被描画試料表面上に投射される上記面積ビームの重心
位置が変化しなくなるように上記面積ビームのビーム軸
を調整する手段とを含んでなることを特徴とする荷電粒
子ビーム描画装置。
【請求項１７】上記面積ビームは、可変成形ビームであ
ることを特徴とするクレーム１６に記載の荷電粒子ビー
ム描画装置。
【請求項１８】上記面積ビームは、一括図形ビームであ
ることを特徴とするクレーム１６に記載の荷電粒子ビー
ム描画装置。