JPH10223502A - 面積ビーム形状検出システムとそれを具備した荷電粒子線描画装置と電子線描画装置およびその電子線描画方法 - Google Patents
面積ビーム形状検出システムとそれを具備した荷電粒子線描画装置と電子線描画装置およびその電子線描画方法Info
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Abstract
きない。 【解決手段】 面積ビーム102の面積より大きな面積
で直方体の試料マーク104と、試料マーク上および角
を含む周辺で面積ビームを二次元走査させる走査制御部
103と、二次元走査中の面積ビームの試料マークから
の反射量もしくは透過量を測定する測定部105と、測
定結果を微分処理して面積ビームの形状を検出する形状
検出部106とを少なくとも有することを特徴とする面
積ビーム形状検出システム。
Description
造に用いられる一括図形照射法による電子線描画装置な
ど、面積ビームを用いる技術に係り、特に、精度の高い
面積ビームを用いることを可能とする面積ビーム形状検
出システムとそれを具備した荷電粒子線描画装置と電子
線描画装置およびその電子線描画方法に関するものであ
る。
子等の製造に用いられる電子線描画装置などにおいて
は、電子線(ビーム)が用いられているが、電子線描画
装置の解像度及び描画精度の向上に伴い、そのビームの
校正精度もより一層の向上が要求されている。このビー
ムの校正精度を向上させるために様々な技術が考案され
ている。その一つに、ビームの形状を検出する技術があ
る。特に、一括図形照射法による電子線描画装置におい
ては、面積ビームを用いており、その面積ビームの拡大
縮小(倍率変更)や回転、あるいは面積ビーム同士の接
続等が必要であり、ビーム校正においてビームの形状が
検出できると、その校正が容易になる場合が多い。
小ドットマーク上をビーム(電子ビーム)で二次元走査
し、その透過電子もしくは反射電子を検出することによ
って行われている。そして、これらのドットマークは、
一般に、軽元素上に重金属を形成することによって作成
されている。このような技術は、例えば、「Journal of
Vacuum Science and Technology B, Vol.11, No.6, No
v/Dec 1993 P.2346〜2351」などに示されている。この
技術では、シリコン基板上の金ドットマークを二次元走
査し、その反射電子を検出することによってビームの形
状を検出し、面積ビームの位置補正を行っている。
出精度に限界がある。つまり、検出精度を上げるために
微細パタンを検出しようとすると取得画像のコントラス
トが落ちる。すなわち、ビーム検出の解像性は微小ドッ
トの大きさとほぼ等しく、微小ドットが小さければ小さ
いほど、より細かなパタンまで検出できるが、以下のよ
うに、検出信号のコントラストは小さくなる。
をS0、微小ドット面積をS1、マーク下地(シリコン
等の軽元素)の電子反射率をr0、マーク(金等の重元
素)の電子反射率をr1とすると、 C=(S1×r1)÷(S0×r0) =(ビームの部分の検出信号)÷(ビームのない部分の検出信号) で定義される。細かなパタンを検出すべく、ドット面積
S1を小さくすると、上述の式「S1÷S0」からコン
トラストCが小さくなり、ビームがノイズに埋まりやす
くなる。つまりビームが見えにくくなる。
点は、従来の技術では、面積ビームのより細かなパタン
を検出するためには、検出信号のコントラストの低下を
避けることができない点である。本発明の目的は、これ
ら従来技術の課題を解決し、面積ビームの形状の検出
を、高精細に行うことを可能とし、面積ビームの校正を
高精度化でき、高精細な描画を可能とし、電子線描画装
置の性能を向上することが可能な面積ビーム形状検出シ
ステムとそれを具備した荷電粒子線描画装置と電子線描
画装置およびその電子線描画方法を提供することであ
る。
め、本発明の面積ビーム形状検出システムは、(1)面
積ビーム102の面積より大きな面積の上面および直角
の端面を有する試料マーク104と、この試料マーク1
04上および周辺で面積ビームを二次元走査させる走査
制御部103と、二次元走査中の面積ビーム102の試
料マーク104からの反射量もしくは透過量を測定する
測定部105と、この測定部105の測定結果に基づき
面積ビーム102の形状の検出を行う形状検出部106
とを少なくとも具備することを特徴とする。また、
(2)上記(1)に記載の面積ビーム形状検出システム
において、試料マーク104は直方体からなることを特
徴とする。また、(3)上記(1)もしくは(2)のい
ずれかに記載の面積ビーム形状検出システムにおいて、
形状検出部106は、測定部105で測定した試料マー
ク104からの面積ビーム102の反射量もしくは透過
量を二次元走査方向のそれぞれについて微分して面積ビ
ーム102の形状を検出することを特徴とする。また、
(4)上記(1)もしくは(2)のいずれかに記載の面
積ビーム形状検出システムにおいて、形状検出部106
は、測定部105で測定した試料マーク104からの面
積ビーム102の反射量もしくは透過量をフィルタリン
グ処理して面積ビーム102の形状を検出することを特
徴とする。また、(5)上記(1)から(4)のいずれ
かに記載の面積ビーム形状検出システムにおいて、形状
検出部106で検出した面積ビーム102の形状を画像
表示する表示制御部107を有することを特徴とする。
また、(6)本発明の荷電粒子線装置は、上記(1)か
ら(5)のいずれかに記載の面積ビーム形状検出システ
ムにより検出した面積ビーム10の形状に基づき、面積
ビーム10の位置を補正する手段(制御計算機18)を
具備し、この位置を補正した面積ビーム10を放射する
ことを特徴とする。また、(7)本発明の電子線描画装
置は、上記(1)から(5)のいずれかに記載の面積ビ
ーム形状検出システムにより検出した面積ビーム10の
形状に基づき、面積ビーム10の位置を補正する手段
(制御計算機18)を具備し、この位置を補正した面積
ビーム10で、ウェハー上に半導体パターンを描画する
ことを特徴とする。また、(8)本発明の電子線描画装
置の電子線描画方法は、上記(1)から(5)のいずれ
かに記載の面積ビーム形状検出システムにより、電子銃
1より放射した電子ビームを成形した面積ビーム10の
形状を検出する処理(ステップ601〜604)と、こ
のようにして検出した面積ビーム10の形状に基づき、
面積ビーム10の位置を補正する処理(ステップ60
5)と、この位置を補正した面積ビーム10を用いてウ
ェハー上へ半導体パターンを描画する処理(ステップ6
06)とを少なくとも含むことを特徴とする。
面により詳細に説明する。図1は、本発明の面積ビーム
形状検出システムの本発明に係る構成の一実施例を示す
ブロック図である。本図1において、101はCPU
(Central Processing Unit)やROM(Read Only Mem
ory)、RAM(Random Access Memory)等を具備して
コンピュータ処理により本発明に係る面積ビーム形状検
出システムの全体動作制御を行なう処理部、102は図
示していない電子銃から放射されて成形された面積ビー
ム、以下、本発明に係り、103は走査制御部、104
は試料マーク、105は測定部、106は形状検出部、
107は表示制御部である。
り、直角の角を持ち、かつ面積ビーム102が照射され
る上面は面積ビーム102よりも大きな面積を有する。
このような構成により、本例の面積ビーム形状検出シス
テムでは、以下のようにして、面積ビーム102の形状
の検出を行なう。まず、走査制御部103により、面積
ビーム102を試料マーク104上および角を含むその
周辺を二次元走査させる。次に、測定部105により、
二次元走査する面積ビーム102の試料マーク104か
らの反射電子量もしくは透過電子量を測定する。そし
て、形状検出部106により、測定部105の測定結果
に基づく画像を得、さらに、この画像データに対して微
分処理やフィルタリング処理を行ない、面積ビーム像を
取得する。このようにして形状検出部106で取得した
面積ビーム像を表示制御部108により、CRT(Cath
ode Ray Tube)等に画像表示する。
テムでは、従来のドットマークを用いたビームの検出に
対し、直角の角を持ち、かつ、検出される面積ビーム1
02より大きな試料マーク104を用いる。そして、検
出信号に対し、x,yについて微分、または適切なフィ
ルタリング処理を施すことによって、所望の面積ビーム
形状を得る。このことにより、従来のドットマークを用
いたビームの検出において問題となっていたコントラス
トの低下を防ぎ、かつ高精度な面積ビームの検出が可能
となる。以下、このような面積ビーム検出システムを具
備した電子線描画装置について説明する。
を具備した電子線描画装置の本発明に係る構成の一実施
例を示すブロック図である。本図2において、1は電子
ビーム(電子線)を放射する電子銃、2,5は第1,第
2転写マスク、3,4は第1,第2転写レンズ,6,7
は第1,第2縮小レンズ、8,9は第1,第2対物レン
ズ、10は各マスク(2,5)と各種レンズ(3,4,
6〜9)により形成される面積ビーム、11は本発明の
試料マークとしての面積マーク、12は面積ビーム10
の面積マーク11からの反射電子、13は反射電子12
を検出する反射電子検出器、18はCPU(Central Pr
ocessing Unit)を具備してコンピュータ処理により電
子線描画装置の全体の動作制御および本発明に係る面積
ビーム形状検出システムとしての動作制御を行なう制御
計算機、19は面積ビーム10を偏向させる偏向器、2
0はレンズ・偏向器電源、27は面積マーク11を透過
した面積ビーム10を検出するファラデーカップ、28
は反射電子検出器13からの検出結果を受信する反射検
出回路、29はファラデーカップ27からの検出結果を
受信する透過検出回路である。
る形状検出部106と表示制御部107の機能を具備
し、反射電子検出器13と反射検出回路28、および、
ファラデーカップ27と透過検出回路29により、図1
における測定部105を構成し、また、制御計算機18
とレンズ・偏向器電源20および偏向器19により図1
の走査制御部103を構成している。以下、このような
構成の電子線描画装置の本発明に係る動作を説明する。
ク(絞り)2〜9によって成形された面積ビーム10
は、ターゲット面上に結像され、偏向器19によりこの
ターゲット面に設置された面積マーク11上を二次元走
査させる。尚、各レンズおよび偏向器19の動作は、レ
ンズ・偏向器電源20を介して、制御計算機18によっ
て制御されている。この面積ビーム10の走査によって
得られた反射電子12は、反射電子検出器13によって
検出される。そして、検出された反射電子は、反射電子
検出回路28および制御計算機18によって処理され
る。
および、この走査によって得られる反射電子12を用い
た、反射電子検出回路28および制御計算機18による
面積ビーム10の形状検出動作の詳細を、図3,図4に
より示す。図3は、図2における電子線描画装置の本発
明に係る面積ビームの第1の検出動作例を示す説明図で
ある。図3において、14はシリコン基板、15は本発
明の試料マークとしてのタングステンマーク、16はタ
ングステンマークの角、17は面積ビーム、26は面積
ビーム17の走査軌跡である。
ーク11として、シリコン基板14上に作成されたタン
グステンマーク15を使用している。本例の面積ビーム
形状検出技術では、面積ビーム17の検出分解能は、タ
ングステンマークの角16によって決定されるので、タ
ングステンマークの角16の丸みはなるべく小さいこと
が望ましく、直角(90°)とする。また、面積ビーム
17の走査は、走査軌跡26で示すように、タングステ
ンマーク15上に全く無い場所から、タングステンマー
クの角16を通り、そして、完全にタングステンマーク
15上にかかる範囲にて行う。
12を反射電子検出器13で検出する。そして、このよ
うにして反射電子検出器13で検出した反射電子信号
を、図2における反射検出回路28で受信してその量を
測定し、その測定量を、制御計算機18により、x,y
方向に微分することによって、ビーム形状が得られる。
すなわち、走査位置(x,y)における反射電子信号の
強度をI(x,y)とすると、ビーム形状信号D(x,
y)は、次の式によって取得できる。 D(x,y)=∂2I(x,y)/∂x∂y
の結果を図4に具体的に示す。図4は、図2における電
子線描画装置による面積ビームの形状検出動作の具体例
を示す説明図である。本例は、特に図3で示した一括図
形ビームの形状検出動作を示すもので、図4(a)は、
検出に用いた一括図形ビーム(面積ビーム)、図4
(b)は、取得した画像(検出画像)、図4(c)は、
微分処理後の画像(面積ビーム像)を示している。
図4(a)に示すパターンを持つ面積ビーム(一括図形
ビーム)21を用い二次元走査する。そして、図2の制
御計算機18において、図4(b)に示す検出画像22
を取得し、さらに、x,yに微分処理することによっ
て、図4(c)に示す面積ビーム像23を得ることがで
きる。この結果、従来は0.25μmであったビーム検
出分解能が、本実施例では0.1μmに向上した。さら
に検出コントラストも約1から5に向上した。
に基づき、図2の電子線描画装置では、制御計算機18
により一括図形ビームの描画位置の補正を行なう。その
結果、従来、0.03μmであった一括図形描画の位置
精度が、0.02μmに向上し、より精度の高い半導体
パターンをウェハー上に描画することが可能となった。
尚、本実施例では、面積マークとして、シリコン基板1
4上のタングステンマーク15を用いたが、次の図5を
用いて説明するように、その他のマーク材質を用いても
同様の効果を得ることができる。また、本実施例では、
本発明によるビーム形状の検出技術を電子線描画装置に
適用したが、収束イオンビームもしくはその他の荷電粒
子線装置に適用した場合にも同様の効果を得ることがで
きる。
発明に係る面積ビームの第2の検出動作例を示す説明図
である。図3においては、シリコン基板14上に設けら
れたタングステンマーク15を図2における面積マーク
11として、面積ビーム形状の計測を行ったが、本例で
はナイフエッジを試料マークとして用いて面積ビームの
形状計測を行う。すなわち、図2の電子線描画装置にお
ける面積マーク11として、ナイフエッジ24を搭載す
る。
5によって決まるので、ナイフエッジの角25の丸みは
なるべく小さいことが望ましい。本例のナイフエッジ2
4は90度の角を持ち、かつ、x,y両方向の向きを持
つ。ビームの走査および信号処理動作は図3で説明した
ものに準じる。すなわち、ビームの走査は、走査軌跡2
6で示すように、面積ビーム17がナイフエッジ24上
に全く無い場所から、そのナイフエッジの角25を通っ
て完全にナイフエッジ24上にかかる範囲にて行う。
子をファラデーカップ27によって検出する。この検出
信号は図2の透過検出回路29に送られその量が測定さ
れ、そして、この透過電子の測定結果に基づき、制御計
算機18により、図3におけるタングステンマーク15
を用いた場合と同様に、図4(a)〜(c)で示すよう
にして、面積ビームの形状を高精度に検出する。さら
に、この検出結果に基づき、制御計算機18により、面
積ビーム11の位置を補正する。その結果、従来0.2
5μmであったビーム検出分解能が、本実施例では0.
08μmに向上した。さらに、検出コントラストも約1
から5に向上した。そして、本例の技術を用いて一括図
形ビームの描画位置の補正を行った結果、従来、0.0
3μmであった一括図形描画位置精度が0.018μm
に向上した。
分処理することにより面積ビームの形状を取得していた
が、次の例では他の画像処理技術によるビーム形状の取
得例を示す。尚、使用する電子線描画装置および面積マ
ークは、上述の二つの例と同様である。本例において
は、図4(b)に示された取得画像の各ピクセル(i,j)
に対し、以下のフィルタリング処理を加える。
つの例と同様、面積マークを用いてビーム形状の検出を
行い、図4(c)に示す面積ビーム像を得ることができ
る。その結果、従来0.25μmであったビーム検出分
解能が、本例では0.1μmに向上した。さらに検出コ
ントラストも約1から5に向上した。そして、本技術を
用いて、一括図形ビームの描画位置の補正を行った結
果、従来0.03μmであった一括図形描画位置精度が
0.02μmに向上した。尚、本例の他、画像処理フィ
ルタとして、Robertsフィルタ等の微分フィルタ
や、その他の画像処理技術を用いても同様のビーム像検
出を行うことができる。
ムを具備した図2における電子線描画装置による半導体
パターンの描画動作を説明する。図6は、図2における
電子線描画装置の本発明に係る動作例を示すフローチャ
ートである。まず、図4(a)に示す形状の面積ビーム
10を、この面積ビーム10よりも大きな面積を有する
板状の直方体からなる面積マーク11に、外側からその
上まで、二次元走査させる(ステップ601)、その走
査に伴う面積ビーム10の面積マーク11からの反射電
子12を、反射電子検出器13および反射検出回路28
で検出して測定し(ステップ602)、その測定結果に
基づき、制御計算機18で、図4(b)に示す画像を得
る(ステップ603)。
してフィルタリング処理、もしくは、微分処理すること
により、図4(c)に示す面積ビーム像を得る(ステッ
プ604)。そして、このようにして得られた面積ビー
ム像に基づき、制御計算機18では、レンズ・偏向器電
源20を介してレンズ3,4,6〜9や偏向器19等を
制御して、面積ビーム10の位置補正を行なう(ステッ
プ605)。そして、位置補正した面積ビーム10によ
り、ウェハー上に半導体パターンを描画する(ステップ
606)。
に、本実施例の面積ビーム形状検出システムおよびそれ
を具備した電子線描画装置では、従来はドットマークを
用いてビームの検出を行っていたのに対し、マークの構
造および信号処理技術を変更し、直角の角を持ち、か
つ、検出される面積ビームより大きなマークを用いて、
ビームの検出を行う。そして、その結果の検出信号に対
し、x,yについて微分処理、もしくは適切なフィルタ
リング処理を施し、所望の面積ビーム形状を得る。この
ことにより、コントラストを低下させることなく、高精
度な面積ビームの形状検出が可能となる。そして、一括
図形照射法による電子線描画装置などで用いる面積ビー
ムの校正を高精度に行うことが可能となる。
た実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲において種々変更可能である。例えば、本実施
例では、面積ビームを移動させて試料マークに対して二
次元走査させているが、試料マークを移動することによ
り、面積ビームを試料マークに対して二次元走査させる
ことでも良い。また、本発明の試料マークの直方体と
は、正方形を含む長方形からなるものである。
なパターンを、コントラストを低下させることなく検出
でき、面積ビームの形状の検出を、高精細に行うことを
可能とし、面積ビームの校正を高精度化でき、高精細な
描画を可能とし、電子線描画装置の性能を向上すること
が可能である。
に係る構成の一実施例を示すブロック図である。
子線描画装置の本発明に係る構成の一実施例を示すブロ
ック図である。
積ビームの第1の検出動作例を示す説明図である。
の形状検出動作の具体例を示す説明図である。
積ビームの第2の検出動作例を示す説明図である。
作例を示すフローチャートである。
ズ、4:第2転写レンズ、5:第2転写マスク、6:第
1縮小レンズ、7:第2縮小レンズ、8:第1対物レン
ズ、9:第2対物レンズ、10,17:面積ビーム、1
1:面積マーク、12:反射電子、13:反射電子検出
器、14:シリコン基板、15:タングステンマーク、
16:タングステンマークの角、18:制御計算機、1
9:偏向器、20:レンズ・偏向器制御電源、21:面
積ビーム、22:検出画像、23:面積ビーム像、2
4:ナイフエッジ、25:ナイフエッジの角、26:走
査軌跡、27:ファラデーカップ、28:反射電子検出
回路、29:透過電子検出回路、101:処理部、10
2:面積ビーム、103:走査制御部、104:試料マ
ーク、105:測定部、106:形状検出部、107:
表示制御部。
Claims (8)
- 【請求項1】 マーク上を走査させた面積ビームの上記
マークからの反射量もしくは透過量に基づき、上記面積
ビームの形状を検出する面積ビーム形状検出システムで
あって、上記面積ビームの面積より大きな面積の上面お
よび直角の端面を有する試料マークと、該試料マーク上
および周辺で上記面積ビームを二次元走査させる走査制
御手段と、二次元走査中の上記面積ビームの上記試料マ
ークからの反射量もしくは透過量を測定する測定手段
と、該測定手段の測定結果に基づき上記面積ビームの形
状の検出を行う形状検出手段とを少なくとも具備するこ
とを特徴とする面積ビーム形状検出システム。 - 【請求項2】 請求項1に記載の面積ビーム形状検出シ
ステムにおいて、上記試料マークは直方体からなること
を特徴とする面積ビーム形状検出システム。 - 【請求項3】 請求項1、もしくは、請求項2のいずれ
かに記載の面積ビーム形状検出システムにおいて、上記
形状検出手段は、上記測定手段で測定した上記試料マー
クからの上記面積ビームの反射量もしくは透過量を二次
元走査方向のそれぞれについて微分して上記面積ビーム
の形状を検出する手段を具備することを特徴とする面積
ビーム形状検出システム。 - 【請求項4】 請求項1、もしくは、請求項2のいずれ
かに記載の面積ビーム形状検出システムにおいて、上記
形状検出手段は、上記測定手段で測定した上記試料マー
クからの上記面積ビームの反射量もしくは透過量をフィ
ルタリング処理して上記面積ビームの形状を検出する手
段を具備することを特徴とする面積ビーム形状検出シス
テム。 - 【請求項5】 請求項1から請求項4のいずれかに記載
の面積ビーム形状検出システムにおいて、上記形状検出
手段で検出した上記面積ビームの形状を画像表示する手
段を有することを特徴とする面積ビーム形状検出システ
ム。 - 【請求項6】 請求項1から請求項5のいずれかに記載
の面積ビーム形状検出システムにより検出した面積ビー
ムの形状に基づき、上記面積ビームの位置を補正する手
段を具備し、該位置を補正した面積ビームを放射するこ
とを特徴とする荷電粒子線装置。 - 【請求項7】 請求項1から請求項5のいずれかに記載
の面積ビーム形状検出システムにより検出した面積ビー
ムの形状に基づき、上記面積ビームの位置を補正する手
段を具備し、該位置を補正した面積ビームで、ウェハー
上に半導体パターンを描画することを特徴とする電子線
描画装置。 - 【請求項8】 請求項1から請求項5のいずれかに記載
の面積ビーム形状検出システムにより、電子銃より放射
した電子ビームを成形した面積ビームの形状を検出する
ステップと、該検出した上記面積ビームの形状に基づ
き、上記面積ビームの位置を補正するステップと、該位
置を補正した上記面積ビームを用いてウェハー上へ半導
体パターンを描画するステップとを少なくとも含むこと
を特徴とする電子線描画方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9021270A JP2959710B2 (ja) | 1997-02-04 | 1997-02-04 | 面積ビーム形状検出システムとそれを具備した荷電粒子線描画装置と電子線描画装置およびその電子線描画方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9021270A JP2959710B2 (ja) | 1997-02-04 | 1997-02-04 | 面積ビーム形状検出システムとそれを具備した荷電粒子線描画装置と電子線描画装置およびその電子線描画方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10223502A true JPH10223502A (ja) | 1998-08-21 |
JP2959710B2 JP2959710B2 (ja) | 1999-10-06 |
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ID=12050436
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9021270A Expired - Fee Related JP2959710B2 (ja) | 1997-02-04 | 1997-02-04 | 面積ビーム形状検出システムとそれを具備した荷電粒子線描画装置と電子線描画装置およびその電子線描画方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003157784A (ja) * | 2001-11-22 | 2003-05-30 | Hitachi High-Technologies Corp | 荷電粒子線の測定方法、荷電粒子線走査式装置 |
CN108226197A (zh) * | 2018-01-11 | 2018-06-29 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 用于面对等离子体部件的电子反射率测试平台及测试方法 |
-
1997
- 1997-02-04 JP JP9021270A patent/JP2959710B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2003157784A (ja) * | 2001-11-22 | 2003-05-30 | Hitachi High-Technologies Corp | 荷電粒子線の測定方法、荷電粒子線走査式装置 |
CN108226197A (zh) * | 2018-01-11 | 2018-06-29 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 用于面对等离子体部件的电子反射率测试平台及测试方法 |
CN108226197B (zh) * | 2018-01-11 | 2023-11-28 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 用于面对等离子体部件的电子反射率测试平台及测试方法 |
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