JP2956628B2

JP2956628B2 - 電子ビーム描画方法及び描画装置

Info

Publication number: JP2956628B2
Application number: JP121297A
Authority: JP
Inventors: 秀寿佐藤; 尚松坂; 徳郎斉藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-01-08
Filing date: 1997-01-08
Publication date: 1999-10-04
Anticipated expiration: 2017-01-08
Also published as: JPH10199786A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビームを使用
した描画方法及び描画装置に関し、特に描画パタン位置
精度を向上させることが可能な描画方法および装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の高集積化に伴って、回路構
成の微細化が進んでいる。特に、最近の大規模集積回路
（ＬＳＩ）では、回路を構成する配線やホールパタンの
幅の寸法が0.3μｍ以下になっている。このため、縮小
投影露光パタンの原盤であるレチクル（マスク）の作製
や、微細寸法パタンの露光工程で使用されている電子ビ
ーム直接描画でのパタン位置あるいは接続精度を、0.04
μｍ以下にすることが求められている。電子ビーム描画
方法では、ステージ上の試料位置と連動してビームを偏
向して所望の位置に描画を行っている。このとき、電子
ビームの偏向量が予め定められた量を越えて不用意に変
化してはならない。しかし、現実には、微小な変化が常
に生じている。この変化は、時間的に次の２つに分けら
れる。すなわち、その１つは短時間の周期性のあるビー
ム振動であり、他の１つは長時間にわたって変化し続け
るビームドリフトである。前者のビーム振動は、交流電
源周期での磁場や電場の影響あるいは機械的な振動が考
えられる。例えば、電気振動の５０Ｈｚ〜６０Ｈｚの電
流が送電線等を介して流れてきて、その振動が描画装置
に若干入り込んで、偏向器に加わった場合がある。一
方、後者のビームドリフトは、反射電子によるチャージ
アップや温度変化が原因として考えられる。これらの位
置変化が大きくなると、描画パタンの位置精度を低下さ
せることは明白である。

【０００３】このような描画精度の低下を防ぐ方法とし
て、従来より多くの方法が検討され、そのうちの幾つか
が実施されている。例えば、Jpn. J.“ Appl. Phys Vo
l.34” (1995) pp. 6639-6643では、ビーム振動に対し
てはビーム振動を検出してこれを記憶し、偏向信号から
減算することにより振動をキャンセルする方法について
述べている。また、ビームドリフトに対しては、ステー
ジ上にマークを設け、ある時間あるいはある描画範囲毎
にこのマーク位置を電子ビームで検出し、この位置を新
しい基準位置としてドリフトを逐次補正する方法が広く
知られている。さらに、特願平3-24387号明細書および
図面では、ビームドリフトを時間をパラメータとした多
項式に展開し、それを解くことにより補正を行なう方法
が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、電子ビ
ームの偏向量の微小な変化として、短時間の周期性のあ
るビーム振動と長時間にわたって変化し続けるビームド
リフトがある。そこで、実際に電子ビーム描画を行っ
て、ビームドリフトを測定しその補正を実施してみる
と、ある傾向が存在することに気付く。その傾向とは、
特に描画を始めた初期においてドリフト量が大きく、そ
の後は変化が小さくゆっくりとした変化となる傾向であ
る。ストライプ数毎のビームドリフト補正量の図（図５
参照）からも、このことが明白となる。試料の描画領域
を電子ビームの偏向範囲以下の幅でストライプ状に分割
し、ストライプの長手方向に対して試料が連続移動しな
がら描画する電子ビーム描画装置では、ビームドリフト
補正のタイミングが各ストライプ毎になるため、描画開
始時の1ストライプでのビームドリフトが0.04μｍ以上
となることがあった。なお、図５では、初期におけるビ
ームドリフト補正量が0.045μmになっている。

【０００５】このように、初期状態ではドリフト量が極
めて大きいために、ストライプ毎のビームドリフト補正
では、パタン位置精度やストライプ境界での接続精度が
0.04μｍの仕様を満足できないという問題があった。特
に、連続移動ステージを使用した電子ビーム描画装置で
は、ドリフト補正のタイミングが、１ストライプ毎のた
めに補正が間に合わず、位置精度が大きく低下してしま
うという問題もある。本発明の目的は、このような従来
の課題を解決し、試料描画におけるドリフトの時間的変
化を小さくし、その結果、ドリフト補正間でのビームド
リフト変化を小さくすることにより、描画位置精度を向
上することが可能な電子ビーム描画方法及び描画装置を
提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の描画方法では、この描画初期のビームドリ
フトが試料描画へ影響しない電子ビーム描画方法及び描
画装置を提供する。すなわち、描画試料（図２の２）が
載置されている描画装置ステージ（３）上に、ある大き
さをもつ物体（以下、ドリフト吸収部（４）と記載）を
設置する。試料（２）上での描画を行う前に、このドリ
フト吸収部（４）上で描画動作あるいは描画動作と等量
の反射電子が生じる電子ビーム（１）の照射を行う。そ
して、ステージ（３）上のマーク（５）を電子ビーム
（１）で照射し、ビームドリフト量を測定、補正する。
このとき、ある閾値を設けておき、ドリフト補正量がこ
の閾値よりも大きい場合には再度ドリフト吸収部（４）
上に電子ビーム（１）を照射した後、ビームドリフト量
を測定、補正する。そしてビームドリフト補正量が閾値
よりも小さくなった場合には、初めて試料（２）への描
画を開始する。初期ドリフトは、照射を始めたときに大
きく、徐々にそれが減少していくので、ある時点では必
ず閾値より小さくなる。

【０００７】この方法では、ドリフト吸収部（４）から
の反射電子量が試料（２）の描画と同程度となることが
望ましい。それ故、この物体（４）は描画試料（２）と
同等の電子の反射率を持つ物体で構成し、時間当たりに
照射する電子の量も描画時と同量にすると、効果が大き
い。すなわち、初期におけるビームドリフト補正量の大
きい時期だけ（例えば、図５のストライプ数０近辺の部
分のみ）、試料（２）とは別の物体であるが、試料と全
く同じ材料、形状を有する物体に描画した後、続いて試
料（２）に対して描画すれば、試料（２）に描画する際
のドリフト補正間でのビームドリフト変化を小さくする
ことができるので、描画位置精度を向上させることがで
きる。特に、試料（２）の描画領域を電子ビームの偏向
範囲以下の幅でストライプ状に分割し、ストライプの長
手方向に対して試料が連続移動しながら描画する電子ビ
ーム描画装置では、幅が偏向範囲よりも大きく、長さが
試料の描画可能範囲以上のドリフト吸収部で描画と同等
なパタンで描画をすると効果が大きい。以上、述べた方
法ならびに装置を使用することにより、従来描画位置精
度ならびに接続精度を低下させていた描画初期のビーム
ドリフトの試料への影響を完全に防ぐことができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を、図面に
より詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例を示す
描画方法のフローチャートであり、また、図２は本発明
の一実施例を示す描画装置の側断面図である。従来の装
置においては、描画開始時に、それまで変化がなかった
電子ビーム装置内にビーム照射によって急速に試料から
の反射電子が生じる。そのため、反射電子が電子ビーム
描画装置内の光学系や検出器などに再度衝突し、このう
ちの導通が良好でない部分に衝突した電子はそこに滞留
し、チャージアップを引き起こす。そして、このチャー
ジアップ量が増加すると新たに電界が発生し、試料へ偏
向照射される電子ビームの軌道を変化させる可能性が生
じる。この描画初期のビームドリフト量は装置の真空
度、使用時間により変化する傾向があり、ドリフト量は
一定ではない。このため、予測してこれを補正すること
は極めて困難である。そこで、本発明の電子ビーム描画
方法および装置が提案された。本発明の電子ビーム描画
装置は、図２に示すように、電子ビームを発生し加速す
る電子源部１０と、電子源部１０から出た電子ビームを
収束・偏向しながらアパーチャを透過させる成形部１１
と、成形部から通過した電子ビームを試料２上に結像す
る対物レンズ部１２と、電子ビームを偏向する偏向器６
と、試料２を載置し試料平面内の垂直２方向に移動可能
なステージ３と、試料２から反射した電子の量を検出す
る検出器７と、ビーム照射位置決めを行うためのドリフ
ト補正用マーク５を備えている。

【０００９】以下、図１および図２により、本発明の詳
細動作を説明する。まず、従来の描画と同じように、試
料２を真空試料室内のステージ３上に載置し、描画の準
備をする（図１のステップ１０１）。続いて、本発明の
ドリフト吸収部4上に電子ビームを照射し、所定のパタ
ンの描画を行う（ステップ１０２）。次に、ステージ３
を移動して、ドリフト補正用マーク５上に電子ビーム１
を偏向器６で走査し、反射電子検出器７によりマーク上
での反射電子量を検出する。このとき、マーク位置はレ
ーザ干渉計８の位置と電子ビームの偏向量からマークの
位置が検出できる。そして、ある時点からのマーク位置
の変化を調べることにより、ビームドリフト量が検出で
きる。つまり、実際にはビームがドリフトしているので
あるが、それをマーク位置の変化として見ることによ
り、ドリフトの量を測定するのである。

【００１０】そして、求められたビームドリフト量（Δ
ｘ，Δｙ）の符号を反転した値（-Δｘ，-Δｙ）を、ド
リフト補正量として偏向器６に与える(ステップ１０
３)。本発明では、ドリフト補正量に対してある閾値を
設ける。そして、ドリフト補正量がこの閾値以上の場合
には(ステップ１０４)、再度ドリフト吸収部４にステー
ジ３を移動させ、電子ビーム1を照射して所定のパタン
の描画を行い(ステップ１０２)、ビームドリフト補正量
を決定し補正を行う(ステップ１０３)。この動作をドリ
フト補正量が閾値以下となるまで繰り返す。そして、ド
リフト補正量が閾値以下となったならば(ステップ１０
４)、実際の試料描画を開始する(ステップ１０５)。な
お、図１のフローには省略されているが、後述するよう
に、試料描画中も、ある一定の時間あるいは描画領域
(ストライプ)が終了する毎にビームドリフトを検出し、
逐次補正を繰り返すことにより、パタンの接続精度なら
びに位置精度を向上している。

【００１１】（具体例）図３は、本発明における電子ビ
ーム描画装置のステージ周辺部の斜視図である。電子ビ
ーム描画装置のステージ３上に試料として縮小投影露光
装置用のレチクル２と呼ばれるクロムが、スパッタされ
た鏡面上の石英板が載置された状態を示している。この
レチクル２は、厚さが約6.4ｍｍで大きさが150ｍｍ角で
ある。いま、このレチクル表面に約130ｍｍ角を描画領
域として半導体パタンを描画する。このパタンは、位置
精度0.04μｍ、接続精度0.03μｍが仕様となっている。
なお、接続精度とは、分割されたストライプとストライ
プの間でのパタンどうしの接続誤差が一般に大きいの
で、この誤差許容値を精度として示している。また、一
台の描画装置内に複数の偏向器があり、偏向範囲と速度
に応じて最適な組み合わせで描画している場合には、各
偏向器の偏向範囲ごとの接続精度として示している。ス
テージ上には、試料とは別に幅10ｍｍ長さ150ｍｍで切
り出したレチクルをビームドリフト吸収部４としてＹ方
向を長手に載置している。このレチクルは、クロムがス
パッタされた鏡面上の石英板が載置されたもので、材料
的にも厚さ的（約6．4ｍｍ）にも試料２と同じものであ
る。この描画装置はＹ方向に連続移動しながら描画可能
であり、偏向領域は最大2ｍｍである。

【００１２】図４は、本発明の方法で描画したときのビ
ームドリフト補正量の図であり、図５は比較のために示
す従来の方法で描画したビームドリフト補正量の図であ
る。描画では、まずステージ３を移動し、ドリフト補正
用マーク５上でビームを走査し、ビームドリフトの原点
を決定した。そして、ビームドリフト吸収部４へステー
ジを移動した。次に、このドリフト吸収部４上で、ステ
ージ３をＹ方向に連続移動させながら、偏向幅2ｍｍで
試料描画とパタン密度が等しい描画を行った。この描画
後、ステージ３を移動しドリフト補正量を検出したとこ
ろ、0.043μｍあった。この描画では、ドリフト補正量
の閾値を0.030μｍと定めていたので、再度ビームドリ
フト吸収部４で描画を行った。この描画後、ドリフト補
正量を検出したところ0.023μｍであった。この値は閾
値以下なので、次に試料２の描画を開始した。試料２の
描画は65ストライプあり、1ストライプの描画が終わる
毎にビームドリフトの補正を行ったが、その補正量は図
４に示すようにすべて0.030μｍ以下であった。そし
て、描画後のパタン位置誤差、接続誤差のばらつきとも
0.030μｍ以下であった。従来のビームドリフト吸収部
４での描画を行わない方法で試料２を描画したときのド
リフト補正量は、図５に示すようになる。この例からも
明らかなように、第1ストライプ描画後のビームドリフ
ト補正量が0.045μｍと大きくなり、描画後に測定した
ときのパタン位置誤差、接続精度のばらつきも0.04μｍ
以上となった。図５においては、第2ストライプ描画後
のビームドリフト補正量も0.032μｍであるため、図５
の対象とする試料２を描画するには、ビームドリフト吸
収部４で１回目のドリフト補正し、２回目のドリフト補
正の後に試料２の描画を開始すれば閾値以下のドリフト
補正量となる。

【００１３】なお、本実施例では、ビームドリフト吸収
部４で描画動作を行った後に、電子ビームの照射位置変
化量を求めて、その値が一定の値以下になった後に試料
２の描画を開始しているが、もし上記のような判断をそ
の都度加えなくても、ある一定の時間だけ照射すれば閾
値以下のドリフト補正量になることがわかっている場合
には、ビームドリフト吸収部４で一定時間だけ描画動作
を行った後に直ちに試料２の描画を開始することができ
るのは勿論である。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の描画方法
ならびに描画装置によれば、描画初期のドリフトの試料
描画への影響がなくなるため、描画されたパタンの位置
精度ならびに接続精度が向上するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す電子ビーム描画方法の
動作フローチャートである。

【図２】本発明の一実施例を示す電子ビーム描画装置の
側断面図である。

【図３】本発明の電子ビーム描画装置のステージ周辺の
詳細斜視図である。

【図４】本発明の方法で描画したときのビームドリフト
補正量を示す図である。

【図５】従来の方法で描画したときのビームドリフト補
正量を示す図である。

【符号の説明】

１…電子ビーム、２…試料、３…ステージ、４…ドリフ
ト吸収部、５…ドリフト補正用マーク、６…偏向器、７
…反射電子検出器、８…レーザ干渉計、１０…電子源
部、１１…成形部、１２…対物レンズ部。

フロントページの続き (56)参考文献特開平10−22195（ＪＰ，Ａ) 特開平７−142321（ＪＰ，Ａ) 特開平７−86143（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−308317（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】試料上に電子ビームを偏向させながら照射
し、所望のパタンを描画する電子ビーム描画方法におい
て、上記試料とは別の位置に電子ビームを照射して描画
動作を行った後、該試料に描画をすることを特徴とする
電子ビーム描画方法。
【請求項２】試料上に電子ビームを偏向させながら照射
し、所望のパタンを描画する電子ビーム描画方法におい
て、上記試料とは別の位置に電子ビームを照射して描画
動作を行った後、該電子ビームの照射位置の変化量を求
め、上記ビーム位置変化量が一定の値以下になった後に
上記試料の描画を開始することを特徴とする電子ビーム
描画方法。
【請求項３】電子ビームを発生し、発生した電子ビーム
を加速する電子源部と、該電子源部から出た電子ビーム
を収束・偏向しながらアパーチャを透過させる成形部
と、該成形部から通過した電子ビームを試料上に結像す
る対物レンズ部と、該電子ビームを該試料上に偏向する
偏向器と、該試料を載置し試料平面内垂直２方向に移動
可能なステージと、該試料から反射した電子の量を検出
する検出器と、ビーム照射位置決めを行うためのマーク
を備えた電子ビーム描画装置において、上記ステージ上に、電子ビームを照射可能でかつ上記試
料の材料構成と同じ物体を設けることを特徴とする電子
ビーム描画装置。
【請求項４】上記物体は、幅が電子ビームの偏向範囲以
上で、かつ長さが試料の描画可能範囲以上あることを特
徴とする特許請求項第３項に記載の電子ビーム描画装
置。