(57)【要約】【課題】  荷電ビーム描画装置の描画精度を向上する。【解決手段】  第１成形アパーチャ８上のビーム電流分布傾向を第１の偏向手段２により偏向された複数の偏向状態において測定し、それらの測定値をもとに第１の偏向手段２にフィードバックを行うことで、制限アパーチャ４の開口部と制限アパーチャ４上のビームの電流密度分布の位置関係に関する調整を行う。【選択図】  図１
2006093462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電ビーム発生源と、荷電ビーム発生源から発生した荷電ビームの成形を行う第１成形アパーチャと、前記第１成形アパーチャを介して前記荷電ビーム発生源と反対側に設けられ、荷電ビームの成形を行う第２成形アパーチャと、第１の成形アパーチャへ照射される荷電ビームの照射範囲を調整する制限アパーチャと、前記制限アパーチャへ照射される荷電ビームの偏向を行う第１の偏向手段と、前記第１成形アパーチャへ照射される荷電ビームの偏向を行う第２の偏向手段と、第２成形アパーチャへ照射される荷電ビームの偏向を行う第３の偏向手段と、前記第２成形アパーチャを介して前記荷電ビーム発生源と反対側に設けられたビーム電流測定手段を備えた荷電ビーム描画装置において、前記第１成形アパーチャ上のビーム電流分布傾向を前記第１の偏向手段により偏向された複数の偏向状態において測定する電流分布傾向測定手段と、前記電流分布測定手段による測定値をもとに前記第１の偏向手段にフィードバックを行うフィードバック手段を有することを特徴とする荷電ビーム描画装置。
【請求項２】
前記フィードバック手段は、前記電流分布傾向測定手段により測定された電流分布傾向から求められる電流密度最大位置と、ビーム全体分布の中心位置とのずれを測定して、そのずれ量を前記第１の偏向手段にフィードバックするものであることを特徴とする請求項１記載の荷電ビーム描画装置。
【請求項３】
前記、フィードバックにより、前記制限アパーチャの中心と、前記制限アパーチャ上のビーム電流密度最大位置を一致させることを特徴とする請求項１記載の荷電ビーム描画装置。
【請求項４】
前期複数の偏向状態が、非連続の偏向状態であることを特徴とする請求項１記載の荷電ビーム描画装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路やその他の微細パターンをウェハ上やマスク基板上に形成する荷電ビーム描画装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の制限アパーチャビームプロファイル測定方法を図８を用いて説明する。制限アパーチャ上のビーム８５を偏向手段８１を用いて制限アパーチャ８３上で走査し、検出器８２で制限アパーチャ８３からの反射電子を検出して画像ビームプロファイルを検出する。図１０は得られた画像プロファイルの例である。制限アパーチャ位置では制限アパーチャ寸法に対してビーム径が大きいこと、ビーム電流密度分布偏りがあること、コイルによるビーム走査精度が悪いことなどの理由により、精密な制限アパーチャプロファイルが得られず、図９の制限アパーチャ８３のＡ−Ｂ断面におけるラインプロファイルを示した図１０のようにコントラストが小さく非対象なプロファイルになっていた。この場合は、制限アパーチャ８３の中心と制限アパーチャ上のビーム強度分布８４におけるビームの電流密度分布最大点がずれていた。この現象は描画精度の劣化につながる。
【０００３】
図２は成形不良を起こしている第１成形アパーチャ上ビームを含む模式図を示す。このような状態では、第１成形アパーチャ上ビーム２９の位置もずれ、第２成形アパーチャ上ビーム３２のように極端な場合は成形ビームが欠けてしまう場合も発生する。つまり、第１成形アパーチャ上ビーム２９のエッジと第１成形アパーチャ２８のエッジが近いと、第１成形アパーチャ２８上におけるビーム２９の少しのビームドリフトまたは第１成形アパーチャ２８の位置ドリフトによって成形ビーム欠けが発生する。第１成形アパーチャ２８への熱的影響軽減の為に第１成形アパーチャ２８の開口部に対してビーム２９を小さくするとともに、上記第１成形アパーチャ上ビーム２９の位置ずれを防止し、ひいてはビーム欠けが発生しないようにする必要があった。
【０００４】
均一なビーム分布を得る目的で、ビーム成形用偏向手段により、第１の成形アパーチャの像を第２の成形アパーチャのビーム測定用開口部上で走査し、これと同期してビーム電流検出手段によりビーム電流を検出する荷電ビーム描画装置が提案されている（特許文献１参照）。しかし、この装置では、第１成形アパーチャ上ビームの位置のずれに起因した描画精度の劣化は残留するという問題があった。
【特許文献１】特開平７−２５４５４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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、制限アパーチャ開口部と制限アパーチャ上のビームの電流密度分布の位置関係に関し高度な調整を行うことで描画精度の向上を可能とする荷電ビーム描画装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の荷電ビーム描画装置は、荷電ビーム発生源と、荷電ビーム発生源から発生した荷電ビームの成形を行う第１成形アパーチャと、前記第１成形アパーチャを介して前記荷電ビーム発生源と反対側に設けられ、荷電ビームの成形を行う第２成形アパーチャと、第１の成形アパーチャへ照射される荷電ビームの照射範囲を調整する制限アパーチャと、前記制限アパーチャへ照射される荷電ビームの偏向を行う第１の偏向手段と、前記第１成形アパーチャへ照射される荷電ビームの偏向を行う第２の偏向手段と、第２成形アパーチャへ照射される荷電ビームの偏向を行う第３の偏向手段と、前記第２成形アパーチャを介して前記荷電ビーム発生源と反対側に設けられたビーム電流測定手段を備えた荷電ビーム描画装置において、前記第１成形アパーチャ上のビーム電流分布傾向を前記第１の偏向手段により偏向された複数の偏向状態において測定する電流分布傾向測定手段と、前記電流分布測定手段による測定値をもとに前記第１の偏向手段にフィードバックを行うフィードバック手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、制限アパーチャ開口部と制限アパーチャ上のビームの電流密度分布の位置関係に関し高度な調整が可能となり、描画精度が向上する。また、成形ビーム欠けに対するビーム調整裕度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に本発明の詳細を図示の実施形態により説明する。
【０００９】
（実施形態）
図２は実施形態に係る荷電ビーム描画装置における測定系を含む模式図（調整前）を示すもので、図１は図２と同一の描画装置（調整後）の構成を示すものである。図２において、ビーム発生源１からビームの下流に向けて、第１の偏向手段２、制限アパーチャ４、第２の偏向手段６、第１成形アパーチャ８、第３の偏向手段１０、第２成形アパーチャ１１の順に位置して構成されている。また、図２においては、第２成形アパーチャ上ビーム３２がビーム電流密度分布測定用小寸法アパーチャ３１を通過した後に小寸法アパーチャを通過したビーム３３となってビーム電流測定器３４により測定される構成となっている。この様に、図２の状態で上記測定を行い、図１の様な調整状態を得る構成になっている。
【００１０】
制限アパーチャ４は第１成形アパーチャ８に照射される余分なビームをカットするためのアパーチャで、余分なビームによる熱の影響で第１成形アパーチャ８が損傷したり、動いたりすることによるドリフトの発生を軽減する役割を持っている。これらの理由により、第１成形アパーチャ８上のビームは、第１成形アパーチャの輪郭よりも少しだけ大きめのビームになるように構成されている。
【００１１】
図２、図３、図４を使って本発明の調整アルゴリズム内容を説明する。まず、初期状態について説明する。従来と同様の方法でビーム発生源１から出たビームは第１の偏向手段２によって偏向調整されて制限アパーチャ４上に照明されるが、この状態では調整誤差が大きいためにビーム電流密度分布３５の最大点と制限アパーチャ４の中心が一致しない状態になる。制限アパーチャ４を抜けたビーム２７は第１成形アパーチャ８上に照射される。第１成形アパーチャを抜けたビームの電流密度分布は後述する方法により測定されてビーム電流密度最大点が第１成形アパーチャ８の中心にくるように第２の偏向手段６にフィードバックされる。第１成形アパーチャ中心とビーム電流密度最大点は一致しているが、ビーム２９の輪郭の中心と第１成形アパーチャ中心はずれている。
【００１２】
次に、第１成形アパーチャ上のビーム全体の電流密度分布測定方法について説明する。第２の偏向手段６を用いて偏向前の第１成形アパーチャ上流ビーム７を偏向して図３における第１成形アパーチャ上ビーム４２として第１成形アパーチャ８上に照射する。次に第１成形アパーチャ８を通過したビームのビーム電流密度分布を後述する方法を使用して測定する。さらに第２の偏向手段６を用いて偏向前の第１成形アパーチャ上流ビーム７を図３における第１成形アパーチャ８上のビーム４３上に偏向し、第１成形アパーチャ８を通過したビームのビーム電流密度分布を測定する。同様にして、ビーム４４、４６、４７，４８，４９，５０へ偏向して、それぞれのビーム電流密度分布測定を行う。第２の偏向手段６の偏向感度については予め求めておいて、偏向ピッチは第１成形アパーチャ上で第１成形アパーチャ寸法に合わせ込む。図３においては９箇所の偏向位置における測定を行っているが、これは１例として示したもので、例えば第１成形アパーチャ８の寸法とビーム２９の寸法の関係により偏向位置を変えて、第１成形アパーチャ８を通過したビームを合成することで得られる像が、ビーム２９の全体像となる様に複数回の測定を行う。尚、上記合成像は重複する部分を有していても良いし、また測定精度は落ちるが一部欠落する部分を有していてもよい。
【００１３】
次に、本実施例における測定フィードバックのフローを図５を用いて説明する。まず、上記複数回（ここではＮ回とする）のビーム電流密度分布測定結果を図４に示すように合成し、制限アパーチャ４を抜けたビーム全体の電流密度分布を作成し、ビーム電流密度最大点位置Ｇとビーム２９の輪郭の中心位置Ｃを求めて、ＧとＣの距離ｄを求める。ｄが予め設定した許容値以内に無い場合は、ｄを第１の偏向手段２にフィードバックして制限アパーチャ４の中心にビーム電流密度最大点を近づける。
【００１４】
再度、同様にしてビーム２９全体のビーム電流密度分布の測定を行い、ＧとＣの距離ｄが許容値以内に入るまで繰返す。
【００１５】
次に上記のビーム電流密度分布測定方法について図６を使って以下に述べる。まず、第１成形アパーチャを通過したビームを第２成形アパーチャ上に照射し、第２成形アパーチャ上のビーム６０よりも十分に小さい寸法のアパーチャ６１を通過させる。アパーチャ６１を通過したビーム６２はビーム電流測定器６３で受けてビーム電流測定される。ビーム６０は第３の偏向手段１０（図２）によってステップ偏向し、ステップ毎にビーム電流測定を行う。ビーム６０全体がアパーチャ６１上を通過するようにステップ偏向してビーム電流測定することによりビーム６０の各部のビーム電流の測定を行う。これらのビーム電流測定値をステップ位置に対応させることによってビーム６０のビーム電流密度分布を求めることができる。
【００１６】
次に上記以外のビーム電流密度測定方法について図７を使って以下に述べる。矩形の第２成形アパーチャ７０上に矩形の第１成形アパーチャ像７１をステップ偏向し、偏向位置を変えてそれぞれのビーム電流値Ａｎｍを測定する。そして、次等の式に従ってビーム電流密度分布Ｂｎｍを求める。
【００１７】
［１］ｎ＝１、ｍ＝１の場合（ｎ，m：自然数）
Bnm＝Anm
［２］ｎ＞１、ｍ＝１の場合
Bnm＝Anm−A(n-1)m
または以下（１）式
【数１】
2006093462.tif 000003
【００１８】
［３］ｎ＞１、ｍ＞１の場合
Bnm＝Anm−An(m−1)−A(n-1)m＋A(n-1)(m-1)
または、以下（２）式
【数２】
2006093462.tif 000004
【００１９】
このように、制限アパーチャを通過したビーム全体の電流密度分布を測定し、ビーム輪郭中心とビーム電流密度中心の位置の差を算出し、制限アパーチャ上流の偏向手段にフィードバックすることによりビーム輪郭中心とビーム電流密度分布中心を精密に一致させた。具体的には、制限アパーチャを抜けて第１成形アパーチャよりも大きい第１成形アパーチャ上に照射されるビームのビーム電流密度分布を、複数の変更位置において測定し、ビーム輪郭の中心位置とビーム電流密度分布最大位置とのずれを算出し、制限アパーチャ上のビーム位置調整手段にフィードバックすることにより制限アパーチャ中心位置と制限アパーチャ上のビームの電流密度分布最大点を精度良く一致させた。上記の方法で電流密度分布最大部を第１成形アパーチャ中心に近づけることにより、分布勾配の小さなビームを描画に使うことにより高精度描画が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態に係る荷電ビーム描画装置（調整後）
【図２】実施形態に係る荷電ビーム描画装置における測定系を含む模式図（調整前）
【図３】本発明の調整方法を説明する図
【図４】本発明の調整方法を説明する図
【図５】本発明の調整フロー図
【図６】ビーム電流密度分布測定方法を説明するための図
【図７】ビーム電流密度分布測定方法を説明するための図
【図８】従来のビームプロファイル測定方法
【図９】制限アパーチャのＡ−Ｂ断面を示す図
【図１０】従来方法で得た制限アパーチャのビームプロファイル
【符号の説明】
【００２１】
１  ビーム発生源
２  第１の偏向手段
３  偏向前の制限アパーチャ上流ビーム
４  制限アパーチャ
５  精密調整された制限アパーチャ上ビーム
６  第２の偏向手段
７  偏向前の第１成形アパーチャ上流ビーム
８  第１成形アパーチャ
９  精密調整された第１成形アパーチャ上ビーム
１０  第３の偏向手段
１１  第２成形アパーチャ
１２  第２成形アパーチャ上ビーム
１３  成形されたビーム
１４  試料面上ビーム
２５  調整ずれのある制限アパーチャ上ビーム
２９  成形不良を起こしている第１成形アパーチャ上ビーム
３１  ビーム電流密度分布測定用小寸法アパーチャ
３２  第２成形アパーチャ上ビーム
３３  小寸法アパーチャを通過したビーム
３４  ビーム電流測定器
３５  ビーム電流密度分布
４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０  第１成形アパーチャ上ビーム
６０  第２成形アパーチャ上のビーム
６１  小穴アパーチャ
６２  小穴アパーチャを抜けたビーム
６３  ビーム電流測定器
７０  第２成形アパーチャ
７１  第１成形アパーチャ像
７２  ビーム電流測定値
７３  ビーム電流密度分布計算値
８０  ビーム発生源
８１  第１の偏向手段
８２  検出器
８３  制限アパーチャ
８４  制限アパーチャ上のビーム強度分布
８５  制限アパーチャ上ビーム
８６  制限アパーチャビームプロファイル
【図１】
2006093462.tif 000005
【図２】
2006093462.tif 000006
【図３】
2006093462.tif 000007
【図４】
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【図５】
2006093462.tif 000009
【図６】
2006093462.tif 000010
【図７】
2006093462.tif 000011
【図８】
2006093462.tif 000012
【図９】
2006093462.tif 000013
【図１０】
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