JPS63237526A - 荷電ビ−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、ＬＳＩ等の微細パターンを試料上に描画する
荷電ビーム描画方法に係わり、特に可変成形ビームの調
整を自動的に行うようにした荷電ビーム描画方法に関す
る。

（従来の技術） 従来、半導体ウェハやマスク基板等の試料上に所望パタ
ーンを描画するものとして、各種の電子ビーム描画装置
が用いられている。これらのうちで、ビームの寸法を可
変にした可変成形ビーム方式の電子ビーム描画装置は、
ビーム寸法固定方式の装置と比べて描画スルーブツトが
格段に高いと云う特徴を有する。

ところで、可変成形ビーム方式の電子ビーム描画装置で
は、設定ビーム寸法と実際のビーム寸法とが一致するよ
うにビーム調整を行う必要がある。

このビーム調整には、そのための補正計算を減少させる
ために成形偏向器（電極）を機械的に自転させ、試料面
でビーム寸法或いはビーム電流を測定し、第１成形アパ
ーチヤ像が第２成形アパーチヤに対し平行或いは垂直と
なるように調整し、さらに試料面上で数種類のビーム寸
法を測定していた。

しかしながら、この種の方法では次のような問題があっ
た。即ち、機械的な合わせ精度でビーム寸法精度が決定
されるので、高精度なビーム調整を行うことは難しい。

また、レンズの設定条件を変えると、それに伴って偏向
器の方向を合わせ直す必要があり、非常に面倒である。

さらに、このような方法では、電子光学系の調整状況（
非点。

焦点ずれ、収差の状況）並びにビーム寸法の測定精度で
調整精度が直接に左右されるため、微細パターン描画の
ために必要な高精度のビーム調整を行うのは困難であっ
た。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来、微細パターン描画のために必要な高精
度のビーム調整を行うのは困難であり、またこの調整を
電子光学系の非点、焦点ずれ、収差等によるビームのぼ
けに影響されずに行うことは困難であった。なお、上記
問題は電子ビーム描画方法に限らず、イオンビームを用
いたイオンビーム描画方法につ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、電子光学系の非点、焦点ずれ、収差等
によるビームのぼけに影響されずに、成形ビーム補正関
数の係数を高精度且つ簡便に求めることができ、描画精
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］ （問題点を解決するための手段） 本発明の骨子は、第１成形アパーチヤ像を第２成形アパ
ーチヤ上で走査したときの、ビーム電流と設定ビーム寸
法との関係に基づいて、成形ビーム補正関数の係数関係
を決定することにある。

即ち本発明は、第１の成形アパーチャを通過した荷電ビ
ームを偏向し第２の成形アパーチャを通過する荷電ビー
ムの寸法を制御して可変成形ビームを形成し、この可変
成形ビームにより試料上に所望パターンを描画する荷電
ビーム描画方法において、パターン描画に先立ち、設定
ビーム寸法と実際のビーム寸法とを合わせるに際し、前
記第１の成形アパーチャ像を前記第２の成形アパーチャ
・上で走査すると共に、該第２の成形アパーチャを通過
したビーム電流を測定し、該電流値と設定ビーム寸法と
の関係を所定の多項式に当てはめ、該多項式の係数から
成形ビーム補正関数の係数関係を得てビーム調整するよ
うにした方法である。

（作用） 本発明によれば、成形偏向器を機械的に回転させる方法
とは異なり、非点、焦点ずれ、収差等によるビームのぼ
けの影響を受けることなく、成形ビーム補正関数の大部
分の係数の関係を求めることが可能である。そして、最
後に試料面上でビーム寸法変化率を測定して係数を決定
すれば、微細な寸法まで精度良く制御可能になる。

（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１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１０は試料室であ
り、この試料室１０内には半導体ウェハ等の試料１１を
載置したテーブル１２が収容されている。テーブル１２
は、テーブル駆動回路１３によりＸ方向（紙面左右方向
）及びＹ方向（紙面表裏方向）に駆動される。そして、
テーブル１２の移動位置は、レーザ測長計等を用いた位
置回路１４により測定されるものとなっている。

試料室１０の上方には電子ビーム光学系２０が配設され
ている。この光学系２０は、電子銃２１゜各種レンズ２
２〜２６．ブランキング用偏向器３１．ビーム成形用偏
向器３２．ビーム走査用の主偏向器３３．ビーム走査用
の副偏向器３４及びビーム成形アパーチャ３５．３６等
から構成されている。そして、主偏向器３３により所定
の副偏向領域（サブフィールド）に位置決めし、副偏向
器３４によりサブフィールド内での図形描画位置の位置
決めを行うと共に、ビーム成形用偏向器３２及び成形ア
パーチャ３５．３６によりビーム形状を制御し、テーブ
ル１２を一方向に連続移動しながら全描画領域を短冊状
に分割した描画領域（フレーム）について描画処理する
。さらに、テーブル１２を連続移動方向と直交する方向
にステップ移動し、上記の処理を繰返して各フレーム領
域を順次描画して所望領域全体を描画処理するものであ
る。

一方、制御計算機４０には磁気ディスク４１が接続され
ており、このディスク４１にＬＳＩの描画パターンデー
タが格納されている。磁気ディスク４１から読出された
描画パターンデータは、前記フレーム領域毎にパターン
メモリ４２に一時記憶される。また、パターンメモリ４
２に格納されたフレーム情報は、データ解析部であるパ
ターンデータデコーダ４３及び描画デコーダ４４により
解析され、ブランキング回路４５．ビーム成形器ドライ
バ４６．主偏向器ドライバ４７及び副偏向器ドライバ４
８に送られる。

即ち、パターンデータデコーダ４３では、上記描画パタ
ーンデータを元に描画単位図形を生成し、該図形からブ
ランキングデータが作成され、このデータがブランキン
グ回路４５に送られる。さらに、希望するビーム寸法デ
ータが作成され、この寸法データがビーム成形器ドライ
バ４６に送られる。そして、ビーム成形器ドライバ４６
から前記光学系２０のビ−ム成形用偏向器３２に所定の
偏向信号が印加され、これにより電子ビームの寸法及び
形状が制御されるものとなっている。

また、描画データデコーダ４４では上記描画パターンデ
ータに基づいてサブフィールドの位置決めデータが作成
され、このデータが主偏向器ドライバ４７に送られる。

そして、主偏向器ドライバ。

４７から前記光学系の主偏向器３３に所定の信号が印加
され、これにより電子ビームは指定のサブフィールド位
置に偏向される。さらに、描画データデコーダ４４では
パターンデータデコーダ４３で生成された描画単位図形
情報を元に副偏向器走査のコントロール信号が発生され
、この信号が副偏向器ドライバ４８に送られる。そして
、副偏向器ドライバ４８から副偏向器３４に所定の副偏
向信号が印加され、これによりサブフィールド毎での描
画が行われるものとなっている。

このように構成された電子ビーム描画装置に対する成形
ビーム調整方法について、以下に説明する。

まず初めに、第１成形アパーチヤ（アパーチャマスク３
５のアパーチャ）５１と第２成形アパーチヤ（アパーチ
ャマスク３６のアパーチャ）５２の各辺を基準座標に対
して平行になるように合わせた後、ビーム寸法を変化さ
せながらファラデーカップ等でビーム電流を測定する。

成形偏向器３２が基準座標に対してずれていると、第２
図に示す方向に第１成形アパーチヤ像（アパーチャ５１
の像）５１ａが移動する。この時のビーム電流は、第３
図に示す如く２次曲線状に変化する。ビーム電流が１次
の直線的に変化するように且つ設定ビーム寸法が零のと
きビーム電流が零になるように可変成形ビーム補正係数
を合わせる。

ここでは、成形偏向で得られる実ビーム寸法（Ｘ、Ｙ）
を１次の多項式（１）で表現して調整する。

但し、（ｘ、ｙ）はビーム寸法の設定データ、（Ｓｉ　
、Ｔｉ　　；　ｉ＝ｏ、１．２）は補正係数である。補
正係数において、ｓ、、Ｔｏはオフセット、Ｓｌ、Ｔ１
はゲイン、Ｓ２．Ｔ２は回転に相当するものである。

本装置では、ビーム寸法設定データ（ｘ、ｙ）に対して
次式の可変成形ビーム補正式でＤ／Ａコンバータに設定
する値（ＸＤ、Ｙｏ）を計算する。

（１）式から、電流値とビーム寸法との関係は、１−　
ｊ　ｋＸＹ ＝　ｊｋ（Ｓｏ＋　ＳＩＸ＋５２ｙ）（Ｔｏ＋　Ｔｔｙ
”Ｔ２Ｘ）　・−（ａ）となる。但し、ｊは電流密度、
ｋは縮小率である。

初期値として　（２）式のＳ□’−Ｔ工／−１、Ｓ２／
＝Ｔ２’−０と設定し、Ｓ　Ｏｒ　ＴＯについては荒い
ビーム走査でおおよその値を人力しておく。また、（１
）式はＳｌ”Ｔ□−”１とし、ｓｏｌ　’ｒ、ｌ　　５
２１Ｔ２は未知数として、以下の方法でその値を決定す
る。

第４図（ａ）　（ｂ）に示すように、設定ビーム寸法ｙ
の値をＹ　１　＋　Ｙ２と固定し、Ｘの値を変化させて
電流を測定する。ここで、前記（３）式を変形すると、 １＝ｊｋｔＳＩＴ２Ｘ”［ＳｇＴ２＋　ＳＩＴｇ＋（Ｓ
ＩＴ１＋　　５２Ｔ２）ｙｌｘ”５ｏＴｏ＋（ＳｚＴｏ
＋　５ｏＴｔ）”５２Ｔｚｙ２）　　　　　＋＋　（４
）第４図（ａ）に示す如＜ｙ−Ｙ□の時に測定した電麹
値のデータを回帰２次式 ％式％（５） に当てはめる。同様に、第４図（ｂ）に示す如くｙ−Ｙ
２の時に測定した電流値のデータを回帰２次式 ％式％（） に当てはめる。（４）　、　（５）　、　（１３）式か
らｂ２−　ｂｌ”ｊｋ（Ｓ１Ｔｔ＋　５２Ｔ２）（Ｙ２
−　Ｙｔ）−ｊｋｓＩＴｔ（Ｙ２−　Ｙｔ） （’、゛５ＩＴ１　）　　５２Ｔ２） 従って、 また、ａｌ　−Ｃ２−ｊｋＳＩ　Ｔ２よりまた、 Ｃ２−ｃｌ−ｊｋ　（（Ｓ２ＴＯ”　５ＯＴＩ）（Ｙ２
−　Ｙｌ）”５２Ｔ１（Ｙ２２−　Ｙｌ２）１ より、αＩＳＯ＋βｔｒｏ−γ□の形に展開してＣ１−
ｊｋＴｌ（Ｙ２−　Ｙｌ） βｓ−ｊｋｓ２（Ｙ２−　Ｙｔ） γ１−６２−　ｃｔ−ｊｋｓ２Ｔｔ（Ｙ２−　Ｙｌ　　
）　　　・・・（７）次いで、第５図（ａ）（ｂ）に示
すように設定ビーム寸法Ｘの値をＸ　１　＋　　Ｘ　２
と固定し、ｙを変化させてビーム電流を測定する。前記
（３）式から同様にＩ　＝　ｊｋ（Ｓ２Ｔ１ｙ２＋［Ｓ
２Ｔｇ＋　５ＵＴ１＋（ＳＩＴＩ”　５２Ｔ２）ｘ］ｙ
＋５ＯＴＬｌ”（ＳＯＴ２＋　５ＩＴＬＩ）Ｘ＋　５Ｉ
Ｔ２Ｘ２１　−　（８）ｘｓｍＸｌ　、Ｘ２のときに測
定したビーム電流を回帰２次式に当てはめるζ １（ｘ＝Ｌ）−ａ３ｙ２＋ｂ３　ＹｔＣ３−（９）Ｉ（
ｘ−Ｘ２）−ａ４ｙ２＋ｂ４ｙ＋Ｃ４・・・（１０）（
８）　、　（９）　、　（１０）式から、ｔ）＋−ｂ３
−ｊｋ（ＳＩＴ１＋　５２Ｔ２）（Ｘ２−　Ｘｌ）’ｉ
　ｊｋｓｘＴｘ（Ｘ２−　Ｘｌ） （’、’　ｓ１’ｒ、　）　　５２Ｔ２）また、Ｃ３−
Ｃ４−ｊ　ｋＳ２　Ｔ、よりＣ４−Ｃｓ−ｊｋｌ（Ｓｏ
Ｔ２＋　５ＩＴＯ）（Ｘ２−　ＸＩ）＋５ＩＴ２（Ｘ２
−　Ｘｔ　）１ より、α２ＳＯ＋β２ＴＯ−γ２の形に展開してＣ２−
ｊｋＴ２（Ｘ２−　Ｘｌ） ／３２−　ｊｋＳｔ（Ｘ２−　Ｘｔ） ｒ　２−　ｅ４’−Ｃ３−ｊｋｓｔＴ２（Ｘ２−　Ｘｉ
）　　　−（１１）以上により、（７）、（１１）式か
ら 以上の計算でＳ。、ＴＯｒ　　Ｓ　２　、”２が得られ
る。

この値は現在設定されている係数に対するずれ量を表わ
しているため、この値を可変成形ビーム補正式の係数Ｓ
　Ｏ、Ｔ、　、Ｓ　２　＋　Ｔ２から減算して補正する
。

Ｓ　　Ｏ””　　Ｓ　　Ｏ’−Ｓ　　Ｏｒ　　　　　Ｔ
　Ｏ−−Ｔ　Ｏ”　　Ｔ　Ｃ９２””　Ｓ　２’＝Ｓ　
２　ｒ　　Ｔ２’＝　Ｔ２’　　”２以上の方法で同様
の測定を繰返して、補正係数が十分な精度になるまで追
い込んでいく。本発明者等の実験では、通常２回程度で
収束した。

次に、上記の方法で得られた係数を可変成形ビーム補正
式に代入し、ビーム寸法（ｘ、ｙ）のいずれかをある値
に固定し、他方を変化させてビ−ム電流を測定し、測定
した電流値を回帰１次式に当てはめて、次のようにＳｏ
／、Ｔ、／をさらに高精度に合わせる。即ち、ビーム寸
法ｙをＬに固定し、測定電流値を回帰直線 １　（ｙ＝Ｌ）−α１ｘ＋β に当てはめ、ＳＯ２を次式で補正する。

Ｓｏ”−Ｓ、’＋　（−β１／α１）８１′また、ビー
ム寸法ＸをＬに固定し １　（ｘ＝Ｌ）璽α２ｙ＋β２ に当てはめ、Ｔｏ′を次式で補正する。

Ｔｏ’−Ｔ、’＋　（−β２／α２）Ｔ１′これを数回
繰返して、β１−０．β２−０になるように追い込む。

また、このとき８１′二Ｔ１′−α１　：α２だから と補正する。

以上で、補正式の補正係数の関係が求められたが、ビー
ム電流たけでは偏向感度の比しか求められない。そのた
め、これまでの手順で決定された可変成形ビーム補正式
は次のようになる。

最後に、焦点、非点補正を行った後、試料面上で、例え
ば本実施例では非常に小さい金粒子上を走査してビーム
寸法を数点測定する。これにより、設定ビーム寸法と測
定値との関係から寸法変化率ｎ１を決定する。そして、
次式のように補正して可変成形ビーム補正式を得る。

さらに、何度か繰返して変化率が１に収束するまで係数
を修正する。

以上述べた方法により、可変成形ビーム補正係数が正確
に求められるようになり、微■ｌＩなビーム寸法まで精
度良く制御できるようになった。

かくして本実施例方法によれば、第１成形アパーチヤ像
を第２成形アパーチヤ上で複数回走査し、このときに第
２成形アパーチヤを通過するビーム電流をＡ１１ｌ定し
、設定ビーム寸法との関係を多項式に当てはめ、成形ビ
ーム補正関数の主要な係数関係を決定する。さらに、試
料面上での数種類のビーム寸法を測定し、そのビーム寸
法の変化率とビーム電流測定により求めた上記の係数関
係から成形ビーム補正関数を決定している。このため、
非点、焦点ずれ、収差等によるビームのぼけの影響を受
けることなく、成形ビーム補正関数の係数関係を求める
ことができ、微細な寸法まで精度良くビーム寸法の調整
が可能となる。従って、可変成形ビームを用いた電子ビ
ーム描画における描画精度の向上をはかり得、その何月
性は絶大である。

また、成形偏向器等を機械的に回転させる方法とは異な
り、その制御が容易でありビーム調整制御の自動化も容
易になる等の利点がある。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、そ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。例えば、前記電子光学系の構成は第１
図に同等限定されるものではなく、２枚のビーム成形ア
パーチャマスクと成形偏向器とにより可変成形ビームを
形成するものであれば、仕様に応じて適宜変更可能であ
る。また、電子ビーム描画方法に限らずイオンビーム描
画方法にも適用できるのは、勿論のことである。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明方法によれば、電子光学系の
非点、焦点ずれ、収差等によるビームのぼけに影響され
ずに、成形ビーム補正関数の係数を高精度且つ簡便に求
めることができる。従って、荷電ビーム描画における描
画精度の向上をはかることができ、半導体製造分野での
有用性は大きいものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例方法に使用した電子ビーム［
１６画装置を示す概略構成図、第２図は第１成形アパー
チヤ像の移動状態を示す模式図、第３図は設定ビーム寸
法と測定ビーム電流との関係を示す特性図、第４図及び
第５図はそれぞれビーム電流測定の方法を説明するため
の模式図である。 １０・・・試料室、１１・・・試料、２０・・・電子光
学系、３２・・・ビーム成形用偏向器、３５．３６・・
・ビーム成形用アパーチャマスク、５１・・・第１成形
アパーチヤ、５１ａ・・・第１成形アパーチヤ像、５２
・・・第２成形アパーチヤ。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第２図 第３図 （Ｑ） （ｂ） 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の成形アパーチャを通過した荷電ビームを偏
   向し第２の成形アパーチャを通過する荷電ビームの寸法
   を制御して可変成形ビームを形成し、この可変成形ビー
   ムにより試料上に所望パターンを描画する荷電ビーム描
   画方法において、パターン描画に先立ち、設定ビーム寸
   法と実際のビーム寸法とを合わせるに際し、前記第１の
   成形アパーチャ像を前記第２の成形アパーチャ上で走査
   すると共に、該第２の成形アパーチャを通過したビーム
   電流を測定し、該電流値と設定ビーム寸法との関係を所
   定の多項式に当てはめ、該多項式の係数から成形ビーム
   補正関数の係数関係を得てビーム調整することを特徴と
   する荷電ビーム描画方法。
2. （２）前記ビーム電流測定により得られた成形ビーム補
   正関数の係数を、該測定時に設定していた成形ビーム補
   正関数の係数に加算或いは減算して、成形ビーム補正関
   数の係数及び係数の比例関係を新たに求めることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の荷電ビーム描画方法
   。
3. （３）前記試料面上でビーム寸法の変化率を測定し、前
   記ビーム電流測定により得られた成形ビーム補正関数の
   係数に該変化率を掛けて、成形ビーム補正関数の係数を
   新たに決定することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   又は第２項記載の荷電ビーム描画方法。