JP3296807B2 - 電子線描画装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は偏向領域、偏向感度
の異なる複数段の偏向器を有して高速に描画を行う電子
線描画装置において、高速に描画を行う高速描画モード
と高精度に描画を行う高精度描画モードを併せ持つこと
を可能とし、かつ高精度に合せマークの位置検出を可能
とする電子線描画装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの微細化が進み、微細パ
ターンを形成する為の半導体製造装置、特にリソグラフ
ィ装置はｉ線ステッパーからエキシマレーザステッパー
あるいはこれらのスキャニングステッパー等へと移行し
つつある。これらのリソグラフィ装置は装置スループ
ットが高い、プロセス技術が従来の延長上にあるなど
の優位性がある反面、原理的な解像限界に達しつつあ
る、プロセスやマスク製造などの周辺技術が複雑にな
り、歩留まりや総合スループットが低下するという問題
を抱えている。

【０００３】そこでマスクを必要とせず、解像力の高い
電子線でウェハ上に直接パターンを形成するいわゆる直
描用の電子線描画装置が注目されている。

【０００４】しかしステッパーに比べ装置スループット
が低いことから、近年ステッパーと電子線描画装置の混
用、いわゆるミックス・アンド・マッチによるデバイス製
造が主流になりつつある。このような中で電子線描画装
置には、スループット、解像性、合せ精度に関してより
一層の精度向上が要求されてきている。従来からこれら
の要求に対応すべく様々な対応策が考案されてきてい
る。例えば電子線を偏向する為の偏向器を複数段有し広
範囲の領域を高速にビーム偏向する多段偏向電子線描画
装置や繰返し露光されるパターンを抽出し、このパター
ン形状に形成されたビームにて一括露光する一括転写露
光方法等を用いてスループットを向上し、更には電子源
を発生する電子銃の高加速電圧化、高電流密度化等によ
り解像性の向上を図る等、様々な工夫を凝らして対応し
ている。

【０００５】しかしながら半導体デバイスの微細化が進
み、最小線幅０．２マイクロメータ以下の精度を要求さ
れる今日に至っては、新たにノイズによるビームの揺ら
ぎの影響が非常に大きな問題となってきている。ビーム
の揺らぎを引起こす要因は、メカニカルな振動、外部か
らの外乱（磁場等）による影響、偏向器自身に重畳する
電気的ノイズに大別される。除振架台や筐体強度の補強
等によりメカニカルな振動を抑え、磁場シールドや装置
をシールドチャンバ内に実装するなどして外部からの外
乱の影響を排除、更にはビームの揺らぎを偏向データに
フィードバックして打ち消すなどの方策が立てられてき
ているが、偏向器自身に重畳するノイズの影響を排除す
る手立てが無いのが実状である。また合せ精度を向上さ
せる為に合せマーク検出の検出精度を高めるべく、種々
のフィルタ機能、検出アルゴリズムが考案されている
が、これらの手法ではビームの揺らぎによる検出精度の
劣化を免れることは出来ない。現在、複数段の偏向器を
有する多段偏向の電子線描画装置が主流となっている
が、各偏向器とそれをドライブするアナログ素子毎にノ
イズ成分、量が異なり、その中でも最も大きいものが装
置の最終性能を決めている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上説明してきたよう
に、偏向領域、偏向感度の異なる複数段の偏向器を持ち
替えながら広範囲の領域を高速に描画する電子線描画装
置において、偏向器とそれをドライブするアンプ及び制
御回路毎にノイズ成分、量が異なり、その中でも最も大
きいものが装置の最終性能を決めている。また広範囲の
領域を偏向する必要の無いマーク検出においても、同一
の複数段の偏向器を用いてビーム偏向を行う為、ビーム
の揺らぎによる検出精度の劣化を免れない。

【０００７】本発明の目的は、複数段の偏向器を有する
電子線描画装置において、高速に描画を行う高速描画モ
ードと高精度な描画を行う高精度描画モードを併せ持
ち、更には該偏向器に重畳する有害なノイズを排除して
高精度なマーク検出を実現するに適した電子線描画装置
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する為に
は、前記複数段の夫々の偏向器に重畳するノイズによる
ビームの揺らぎを測定評価し、有害なノイズの重畳する
任意の偏向器の偏向データを強制的に無効として切り離
し、ノイズによるビームの揺らぎを低減して描画および
マーク検出を行えば良い。

【０００９】偏向範囲、偏向感度の異なる複数段の偏向
器を有する電子線描画装置において、該複数段の夫々の
偏向器に重畳するノイズによるビームの揺らぎを測定評
価しておき、比較的精度の要求されないレイヤーの描画
には全偏向器を用いて高速に広範囲な領域を電子線偏向
して高速に描画を行い、精度の要求されるクリティカル
なレイヤーの描画には、有害なノイズの重畳した偏向器
の偏向データを強制的に無効として切り離し、ノイズに
よるビームの揺らぎを低減して描画を行えば、高速描画
および高精度描画を一つの装置で実現することができ
る。更には広範囲な領域をビーム偏向する必要の無いマ
ーク検出において、偏向する必要の無い偏向器の偏向デ
ータを強制的に無効として切り離しマーク検出を行え
ば、ビームの偏向ノイズによる精度劣化を排除した高精
度なマーク検出が実現できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図を用いて説明
する。

【００１１】図１に本発明を実現するに最適な電子線描
画装置の一例を概略図で示す。

【００１２】電子線源１０１から発せられた電子線１０
２は、第１成形アパーチャ１０３を透過し、成形レンズ
１０４によって下段の第２成形アパーチャ１０６に結像
され、第２成形アパーチャへのビーム照射位置は成形偏
向器１０５により制御される。２段の成形アパーチャに
より成形された成形ビームは、縮小レンズ１０７で縮小
され、対物レンズ１０９で試料面上に結像される。また
露光ショットの回転は回転補正レンズ１０８で補正さ
れ、試料面上のビーム照射位置は約５ｍｍの偏向範囲を
有する電磁偏向器１１０、約５００μｍの偏向範囲を有
する大角静電偏向器１１１および約８０μｍの偏向範囲
を有する高速静電偏向器１１２の３段のビーム照射位置
決め偏向器により偏向される。これらの偏向器を含めた
電子光学手段は描画制御手段１１７により制御され、制
御計算機１２１はデータバス１２２を介してこの描画制
御手段１１７とウェハ上あるいは試料台上のマーク上を
電子線走査し、この時発生する反射電子を反射電子検出
器１１３により検出し、この検出信号よりマーク位置を
検出する信号処理手段１１６および試料台１１４をビー
ム照射位置に移動させるステージ制御手段１１５を一括
制御する。

【００１３】描画制御手段１１７は、合せ補正部１１
８、偏向制御部１１９、絶対校正部１２０を含み、ステ
ージ１１４上の標準マークおよびウェハ上の合せマーク
の位置を信号処理手段１１６により検出し、その結果を
制御計算機１２１がデータバス１２２を介して読み込
み、各偏向器の偏向歪み、ビーム形状やウェハ上に露光
された前層のパターンの歪みを算出し、補正係数を計算
して合せ補正部１１８、絶対校正部１２０に渡される。
合せ補正部１１８でショット図形単位にウェハ形状への
合せ補正を受け、偏向制御部１１９で偏向量に変換し、
最後に絶対校正部１２０で偏向量を校正した後、アナロ
グ変換して電子線鏡体を制御しウェハ上に所望のパター
ンを露光する。

【００１４】ここで本発明の特徴である偏向器選択回路
１２３は、任意の偏向器の偏向データを強制的に無効と
し、電子線から該偏向器を切り離す為の手段であり、偏
向データの出力をスイッチ等により該偏向器と電子線鏡
体外部にある疑似負荷とで切替え、偏向器をドライブす
るアンプ及び制御回路によるノイズによる影響を該偏向
器から電気的に完全に切り離すことが可能である。

【００１５】図２に該偏向器選択回路１２３の簡単な回
路例を概略図で示す。本図では前述の電子線描画装置の
３段位置決め偏向器における電磁偏向器１１０を例に挙
げ、偏向器選択制御の処理の流れを説明する。各偏向器
の偏向データは、露光する図形パターンデータより偏向
制御部１１９にて各偏向器に与えるべき偏向量に変換さ
れ、絶対校正部１２０にて絶対校正された後に夫々の偏
向器に与えられる。通常の描画では電磁偏向データ２０
１はＤ／Ａコンバータ２０６に渡され、偏向量に対応し
たアナログデータに変換された後に電磁偏向アンプ２０
５を介して電磁偏向器１１０に入力され電子線１０２を
偏向制御する。この電磁偏向器の偏向データを強制的に
無効とする場合、電磁偏向器は前述の３段偏向の中で最
も広範囲な領域を偏向する偏向器である為、偏向制御部
１１９にて各偏向器の偏向量を算出する際に、電磁偏向
器の偏向領域を０μｍとして計算し、電磁偏向データ２
０１は０μｍとしてＤ／Ａコンバータ２０６に渡され
る。

【００１６】しかし、偏向データは０μｍであってもこ
の電磁偏向の偏向データを制御する制御回路、電磁偏向
アンプ２０５に重畳するノイズにより、電子線１０２は
微小に偏向され、精度劣化を引起こしてしまう。

【００１７】そこで偏向器選択スイッチ２０２により、
電磁偏向アンプ２０５の出力を電磁偏向器１１０より電
気的に完全に切り離すことによってこのノイズによるビ
ームの揺らぎを排除する。この時、電磁偏向アンプ２０
５の出力は疑似負荷２０３に接続され、偏向アンプ２０
５を保護する役割を果たす。大角静電偏向器１１１、高
速静電偏向器１１２も同様な手段により偏向器をそれを
ドライブするアンプおよび制御回路から電気的に切り離
し、各偏向器に重畳するノイズによるビームの揺らぎを
排除して精度の向上を図ることが可能となる。また本発
明の別の側面から見れば、偏向データを強制的に無効と
する偏向器に与えるべき偏向データを、偏向制御部１１
９にて各偏向器の偏向量を算出する際に、該偏向器の偏
向領域を０μｍとして計算するのではなく、例えば大角
静電偏向器１１１のみを切り離す場合に、通常の描画と
同様に偏向制御部１１９にて大角静電偏向データ２０８
を算出し、Ｄ／Ａコンバータ２０９に入力される偏向デ
ータは偏向データ選択スイッチにて無偏向のデータが渡
される。Ｄ／Ａコンバータ以降は、前述の電磁偏向器１
１０と同様に偏向器選択スイッチにて偏向器とそれをド
ライブする偏向アンプが電気的に完全に切り離される。
この時、大角静電偏向器１１１に与えられるべくして偏
向量に変換された大角静電偏向データ２０８は、偏向デ
ータ加算スイッチ２０８を介して、加算器２１０にて電
磁偏向データ２０１に加算され、強制的に偏向データを
無効とした大角静電偏向器１１１の偏向量を電磁偏向器
１１０にて偏向する。このように強制的に偏向データを
無効とした偏向器の偏向データをより広範囲な偏向領域
を有する偏向器の偏向データに自動的に加算し、描画を
行う手段も提供される。

【００１８】以上説明してきたように、本発明の特徴で
ある任意の偏向器の偏向データを強制的に無効とし、偏
向器とそれをドライブするアンプおよび制御回路とを電
気的に切り離す手段を具備した電子線描画装置における
本発明の処理の流れを以下に説明する。

【００１９】複数段の偏向器を有する電子線描画装置に
おいて、偏向器をドライブするアンプ及び制御回路に重
畳するノイズによるビームの揺らぎを、各偏向器毎に自
動的に測定、評価する手段は従来では持っておらず、全
偏向器の総合的なノイズを測定、評価するに留まってい
る。本発明のある側面からすれば、多段偏向電子線描画
装置における各偏向器毎のビームノイズ量を自動的に測
定、評価する手段を提供することにある。

【００２０】図３に本発明の該電子線描画装置における
重ね合せ描画時の処理の流れをフローチャートにて示
す。本発明では複数段の偏向器を有する多段偏向電子線
描画装置において、高速に描画を行う高速描画モードと
より高精度に描画を行う高精度描画モードを１つの電子
線描画装置にて併せ持つことを特徴とし、ステップ３０
１にて高精度な描画を行うか否かが選択される。

【００２１】以下、高精度描画モードが選択された場合
の処理について説明する。

【００２２】高精度な描画を行うには、まず第１に各偏
向器に重畳するノイズによるビームの揺らぎを測定評価
する必要がある。そこでステップ３０２にてステージ上
に用意された基準マークを検出し、マークのエッジ部の
位置を算出する。次にステップ３０３にて複数段の偏向
器の内の任意の１つの偏向器のみを選択し、その他の偏
向器は該偏向器選択回路１２３にて切り離された後、ス
テップ３０４でステップ３０２にて計測された基準マー
クのエッジ位置にステージを移動し、マークエッジ部に
ビームを照射する。この時に発せられる反射電子信号か
らステップ３０５にて、ステップ３０３で選択された偏
向器によるビームの揺らぎを計測する。このビームの揺
らぎはステップ３０２にて基準マークを検出した際のビ
ームサイズ、ビームがマークから完全に外れた位置とビ
ームがマーク上に完全に照射される位置での反射電子の
信号強度を算出しておけば、ステップ３０４でマークエ
ッジ部にビーム照射された時の反射電子の信号強度変化
から容易に算出することが可能である。同様にしてステ
ップ３０６にて全偏向器の測定が終了するまでステップ
３０３からステップ３０５の処理が繰返される。このよ
うにして複数段の偏向器の夫々のビームの揺らぎを測定
し、ステップ３０７にてその結果をＣＲＴ画面上に表示
する。

【００２３】ステップ３０８は前述のノイズ測定結果か
ら複数段の偏向器のうち偏向データを強制的に無効とす
る偏向器を選択するステップであるが、ノイズ測定結果
から各偏向器におけるノイズの最大、最小値を算出し、
任意に設定された閾値と比較して、閾値以上のノイズが
重畳する偏向器を自動的に切り離すステップ３０９とス
テップ３０７にてＣＲＴ画面上に表示されるノイズ測定
結果画面３１５の各偏向器のノイズ情報３１６から、Ｃ
ＲＴ画面上の偏向器選択スイッチ３１７にて偏向データ
を無効とする偏向器を任意に選択するステップ３１０の
二つの選択手段を具備している。このステップ３０８に
て偏向データを強制的に無効とする偏向器を選択した
後、重ね合せ描画を実行するが、重ね合せ描画は前層に
露光されたパターン形状に合せて描画を行う為に、前層
のチップ周辺に露光された重ね合せマークを検出し、前
層パターンの形状を計測する必要がある。ここで該合せ
マークの大きさは数μｍ程度であり、合せマーク検出は
ステージをマーク位置に移動した後にビーム走査して検
出を行うことを繰返す、いわゆるステップ・アンド・リピ
ートによる検出を行っている為、マーク検出時のビーム
偏向は約１０〜３０μｍ程度の範囲を偏向できれば良
い。そこでステップ３１１で狭い範囲を最も高速に偏向
可能な最下段の偏向器のみを選択し、その他の偏向器は
偏向データを強制的に無効として、不要な偏向器のノイ
ズによる影響を排除してステップ３１２にて該重ね合せ
マークを検出する。その後、ステップ３１３にてステッ
プ３０８で任意に選択された偏向器に切替え、ステップ
３１４で前層への重ね合せ描画を行えば高精度描画モー
ドでの描画が行える。

【００２４】またステップ３０１にて高速描画モードを
選択した場合には、各偏向器毎のノイズ測定を行わずに
ステップ３１１以降の処理を行えば、高精度なマーク検
出を行いつつ高速に描画することが出来る。

【００２５】以上説明してきたように、複数段の偏向器
を有する多段偏向電子線描画装置において、任意の偏向
器の偏向データを強制的に無効とし、偏向器とそれをド
ライブするアンプ及び制御回路を電気的に完全に切り離
す手段を具備し、描画とマーク検出、あるいは描画する
デバイスの要求精度ごとに、任意に適当な偏向器を選択
して描画を行えば、一つの電子線描画装置にて高速に描
画する高速描画モードと高精度に描画を行う高精度描画
モードを併せ持ち、更には偏向器に重畳するノイズによ
るビームの揺らぎの影響を排除した高精度なマーク検出
を行うことが可能となる。

【００２６】本発明はさらに、以下の構成を含む。

【００２７】（１）請求項１記載の電子線描画装置にお
いて、強制的に偏向データを無効とした該偏向器に与え
るべき偏向データをより偏向領域の広い他の偏向器の偏
向データに加算する機能を持つことを特徴とした電子線
描画装置。

【００２８】（２）請求項１記載の電子線描画装置にお
いて、任意の偏向器の偏向データを強制的に無効として
切り離し、偏向器をドライブするアンプ及び制御回路に
重畳するノイズ成分による電子線の揺らぎを排除して、
高精度に描画を行う高精度描画モードを有することを特
徴とした電子線描画装置。

【００２９】（３）請求項１記載の電子線描画装置にお
いて、マーク上を電子線走査してマーク位置を検出する
マーク検出を行う際に、任意の偏向器の偏向データを強
制的に無効として切り離し該偏向器をドライブするアン
プ及び制御回路に重畳するノイズ成分による電子線の揺
らぎを排除して、高精度なマーク検出を行うことを特徴
とした電子線描画装置。

【００３０】（４）請求項１記載の電子線描画装置にお
いて、マーク上を電子線走査してマーク位置を検出する
マーク検出を行う際に、狭い領域を最も高速に偏向する
最下段の偏向器以外の全偏向器の偏向データを強制的に
無効として切り離し、該偏向器をドライブするアンプ及
び制御回路に重畳するノイズ成分による電子線の揺らぎ
を排除して、高精度なマーク検出を行うことを特徴とし
た電子線描画装置。

【００３１】（５）請求項１記載の電子線描画装置にお
いて、任意の一つの偏向器以外の偏向データを強制的に
無効として切り離し、該任意の偏向器に起因する電子線
の揺らぎを計測し、各々の偏向器によるビームノイズを
評価する機能を有することを特徴とした電子線描画装
置。

【００３２】（６）請求項１記載の電子線描画装置にお
いて、該複数段の偏向器各々の偏向器に起因する電子線
の揺らぎを計測し、任意に設定された閾値と該電子線揺
らぎの計測結果から、偏向データを強制的に無効として
切り離す偏向器を自動的に選択する手段を持つことを特
徴とした電子線描画装置。

【００３３】（７）請求項１記載の電子線描画装置にお
いて、該複数段の偏向器各々の偏向器に起因する電子線
の揺らぎを計測し、その測定結果をＣＲＴ画面上に表示
し、偏向データを強制的に無効として切り離す偏向器を
ＣＲＴ画面上で任意に選択できる機能を有することを特
徴とした電子線描画装置。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば偏向器に重畳したノイズ
によるビームの揺らぎを排除した高精度な描画を行う高
精度描画モードと高速に描画を行う高精度描画モードを
併せ持ち、更には偏向器に重畳したノイズによるビーム
の揺らぎを排除した高精度なマーク検出を行うに適した
多段偏向の電子線描画装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電子線描画装置の概略構成図であ
る。

【図２】偏向器選択回路の概略構成図である。

【図３】本発明の処理の説明図である。

【符号の説明】

１０１…電子線源、１０２…電子線、１０３…第１成形
アパーチャ、１０４…成形レンズ、１０５…成形偏向
器、１０６…第２成形アパーチャ、１０７…縮小レン
ズ、１０８…回転補正レンズ、１０９…対物レンズ、１
１０…電磁偏向器、１１１…大角静電偏向器、１１２…
高速静電偏向器、１１３…反射電子検出器、１１４…ス
テージ、１１５…ステージ制御手段、１１６…信号処理
手段、１１７…描画制御手段、１１８…合せ補正部、１
１９…偏向制御部、１２０…絶対校正部、１２１…制御
計算機、１２２…データバス、１２３…偏向器選択回
路、２０１…電磁偏向データ、２０２…偏向器選択スイ
ッチ、２０３…疑似負荷、２０４…偏向データ選択スイ
ッチ、２０５…偏向アンプ、２０６…Ｄ／Ａコンバー
タ、２０７…偏向データ加算スイッチ、２０８…大角静
電偏向データ、２０９…Ｄ／Ａコンバータ、２１０…加
算器、３１５…ノイズ測定結果画面、３１６…偏向器ノ
イズ情報、３１７…偏向器選択スイッチ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−237747（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−95520（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20 504

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子線を発生させる電子線源と、この電
   子線源からの電子線を試料の試料面上に投射してパター
   ンを描画する電子光学手段と、前記電子線を前記試料面
   上に走査させるときの偏向領域、および偏向感度の異な
   る複数段の偏向器と、この偏向器を制御する電子線偏向
   制御手段と、前記電子線が前記試料面上に投射されて発
   生する反射電子または二次電子を検出する検出器と、こ
   の検出器からの検出信号を演算処理する信号処理手段
   と、前記試料を載置し前記電子光学手段に対して移動さ
   せるステージを制御するステージ制御手段と、前記試料
   面上に描画するパターンのパターンデータに基づいて描
   画制御を行うデータ制御手段と、前記電子光学手段、偏
   向制御手段、信号処理手段、ステージ制御手段、及びデ
   ータ制御手段を一括制御する制御計算機とからなる電子
   線描画装置において、高速に描画を行う高速描画モードと高精度な描画を行う
   高精度描画モードを併せ持ち、前記複数段の夫々の偏向
   器に重畳するノイズによるビームの揺らぎを測定評価
   し、有害なノイズの重畳する 任意の偏向器の偏向データ
   を強制的に無効にし、当該偏向器とそれを駆動するアン
   プ及び制御回路から電気的に切り離す手段を持つことを
   特徴とした電子線描画装置。