(57)【要約】      （修正有）【課題】電子ビーム描画装置で用いられる微小なフィールドを高精度に偏向校正し得る電子ビーム描画技術を提供する。【解決手段】電子源から放出される電子ビームを、少なくとも２つの異なる偏向速度を有する偏向手段を通して試料上に照射し走査して、所望のパターンを形成する電子光学系と、ステージに設けられた校正用マーク（３０２）と、電子ビームの照射により得られる反射電子，２次電子，透過電子を検出する電子検出器とを有し、かつ、電子ビームを高速走査（３０１）で移動させてパターン状ビーム（２０１）の形成を繰り返し行う機能と、繰り返しの一周期と同期して校正用マーク上に電子ビームを低速走査（３０３）で移動させる機能と、低速走査により校正用マークおよびその近傍から放出される反射電子，２次電子，透過電子を検出して、検出結果から電子ビームの位置もしくは偏向量またはブランキング時間の校正を行う機能とを含むよう構成する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子源と、前記電子源から放出される電子ビームを、少なくとも２つの異なる偏向速度を有する偏向手段および対物レンズを通して試料上に照射し走査して、前記試料上に所望のパターンを形成する電子光学系と、前記試料を搭載するステージと、前記ステージに設けられた校正用マークと、前記電子ビームの照射により得られる反射電子もしくは２次電子もしくは透過電子を検出する電子検出器とを有し、かつ、前記電子ビームを前記偏向手段により高速走査で移動させてパターン状ビームの形成を繰り返し行う機能と、前記繰り返しの一周期と同期して前記校正用マーク上に前記電子ビームを前記偏向手段により低速走査で移動させる機能と、前記低速走査により前記校正用マークおよびその近傍から放出される反射電子もしくは２次電子または前記校正用マークを透過した透過電子を検出して、前記検出結果から前記電子ビームの位置もしくは偏向量またはブランキング時間の校正を行う機能とを含むよう構成したことを特徴とする電子ビーム描画装置。
【請求項２】
前記電子ビームは、所定の間隔で配列された複数の電子ビームよりなるマルチビームであり、前記複数の電子ビームを用いて校正を行うよう構成したことを特徴とする請求項１記載の電子ビーム描画装置。
【請求項３】
前記マルチビームの隣接する電子ビームが、並行して前記パターン状ビームの形成を行うよう構成したことを特徴とする請求項２記載の電子ビーム描画装置。
【請求項４】
前記複数の電子ビームの検出結果を比較する手段を有することを特徴とする請求項２記載の電子ビーム描画装置。
【請求項５】
前記偏向手段は、高速走査用の偏向器および低速走査用の偏向器を有することを特徴とする請求項１記載の電子ビーム描画装置。
【請求項６】
前パターン状ビームが、分離して設けられた複数の領域を有することを特徴とする請求項１記載の電子ビーム描画装置。
【請求項７】
前記パターン状ビームの形成は、実質的に２μｍ角の偏向領域内であることを特徴とする請求項１記載の電子ビーム描画装置。
【請求項８】
所定の間隔で配列された複数の電子ビームを、少なくとも２つの異なる偏向速度を有する複数の偏向器よりなる偏向手段および対物レンズを通して試料上に照射し走査して、前記試料上に所望のパターンを形成する電子光学系と、前記試料を搭載するステージと、前記ステージに設けられた校正用マークと、前記電子ビームの照射により得られる反射電子もしくは２次電子もしくは透過電子を検出する電子検出器とを有し、前記偏向手段は、高速走査用の第１の偏向器および低速走査用の第２の偏向器を有し、かつ、前記複数の電子ビームを前記第１の偏向器により高速走査で並行移動させてパターン状ビームの形成を行い、前記パターン状ビームの形成と同期して前記校正用マーク上に前記複数の電子ビームを前記第２の偏向器により低速走査で並行移動させ、前記低速走査により前記校正用マークおよびその近傍から放出される反射電子もしくは２次電子または前記校正用マークを透過した透過電子を検出して、前記検出結果から前記電子ビームの位置もしくは偏向量またはブランキング時間の校正を行うよう構成したことを特徴とする電子ビーム描画装置。
【請求項９】
電子源から放出される電子ビームを、少なくとも２つの異なる偏向速度を有する偏向手段および対物レンズを備えた電子光学系を通して試料上に照射し、前記試料上に所望のパターンを形成する工程を有し、かつ、前記偏向手段を用いて前記電子ビームを高速走査させ、パターン状ビームの形成を繰り返す工程と、前記繰り返しの一周期と同期して、前記試料を搭載するステージに設けられた校正用マーク上に前記電子ビームを前記偏向手段により低速走査させる工程と、前記低速走査によって前記校正用マークおよびその近傍から放出される反射電子もしくは２次電子または前記校正用マークを透過した透過電子を検出する工程と、前記検出結果から前記電子ビームの位置もしくは偏向量またはブランキング時間の校正を行う工程とを含むことを特徴とする電子ビーム描画方法。
【請求項１０】
前記電子ビームは、所定の間隔で配列された複数の電子ビームよりなるマルチビームであり、前記複数の電子ビームを用いて校正を行うよう構成したことを特徴とする請求項９記載の電子ビーム描画方法。
【請求項１１】
前記マルチビームの隣接する電子ビームが、並行して前記パターン状ビームの形成を行うようにしたことを特徴とする請求項１０記載の電子ビーム描画方法。
【請求項１２】
前記複数の電子ビームの検出結果を比較する工程を含むことを特徴とする請求項１０記載の電子ビーム描画方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路などの製造プロセスに用いられる電子ビーム描画技術に係り、特に、高精度な電子ビーム描画装置および描画方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子ビーム描画装置は、試料上の最も速い偏向フィールドのサイズは５０μｍ角程度であった（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
そして、５０μｍ角を正確に偏向するために、偏向の校正を行っている。具体的には電子ビームを偏向フィールドの隅近くにまで偏向し、その近傍で校正用マークの検出を行うことで、目標の偏向量と実際に測定した偏向量との差を測定し、校正を行っている。
【０００４】
また、２μｍ角程度の微小な偏向フィールドを有するものが、提案されている（例えば、非特許文献２参照）。
【０００５】
【非特許文献１】
鉾谷等：ジャーナル・オブ・ヴァキューム・アンド・テクノロジー、Ｂ１２、１９９２年、２７５９頁〜２７６３頁
【非特許文献２】
岩立等：ジャーナル・オブ・ヴァキューム・アンド・テクノロジー、Ｂ５、１９８７年、７５頁〜７８頁
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
電子ビーム描画装置の高速化のための有力な手法として、マルチビーム方式がある。この方式は、所定の間隔で２次元的に配列された複数の電子ビームを用いるために電子ビーム間の距離が短く、最速の偏向フィールドは２μｍ角程度になってしまう。
【０００７】
上記の従来の５０μｍ角での偏向校正方法では、マーク検出自体に２μｍ以上の走査を行うために、従来方法を２μｍ角フィールドに適用することは出来ない。また、上記の従来技術では、このような微小な偏向フィールドでの偏向校正の手法については言及されていない。
【０００８】
本発明の目的は、電子ビーム描画装置における微小フィールドを精度良く偏向校正することが可能な電子ビーム描画技術を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、少なくとも２つの異なる偏向速度で電子ビームを偏向して試料上を走査する機能を有し、更に、高速の走査で電子ビームにおけるパターン状ビームの形成を繰り返す機能と、その一工程と同期して校正用マーク上を低速の走査で移動させる機能を有して、走査した校正マーク及びその近傍からの反射電子もしくは２次電子もしくは透過電子を検出し、検出結果から電子ビームの位置もしくは偏向量またはブランキング時間の校正を行う機能を有するよう構成される。
【００１０】
本発明による手法は、特に、マルチビームの電子ビーム描画装置に適しており、複数の電子ビームを用いて校正を行うことが有効である。例えば、隣接する電子ビームが並行してパターン状ビームの形成を行う機能と、複数の電子ビームの検出結果を比較する機能とを有するよう構成される。
【００１１】
また、パターン状ビームを、分離して設けられた複数の領域とすることにより、さらに高精度な測定を行うことが可能となる。更にまた、複数の方向の低速走査を行い、走査方向により高速走査時の電子ビームのオンオフパターンを変えることも解決手段として挙げられる。
【００１２】
以下に、本発明の代表的な構成例を列挙する。
【００１３】
（１）本発明の電子ビーム描画装置は、電子源と、前記電子源から放出される電子ビームを、少なくとも２つの異なる偏向速度を有する偏向手段および対物レンズを通して試料上に照射し走査して、前記試料上に所望のパターンを形成する電子光学系と、前記試料を搭載するステージと、前記ステージに設けられた校正用マークと、前記電子ビームの照射により得られる反射電子もしくは２次電子もしくは透過電子を検出する電子検出器とを有し、かつ、前記電子ビームを前記偏向手段により高速走査で移動させてパターン状ビームの形成を繰り返し行う機能と、前記繰り返しの一周期と同期して前記校正用マーク上に前記電子ビームを前記偏向手段により低速走査で移動させる機能と、前記低速走査により前記校正用マークおよびその近傍から放出される反射電子もしくは２次電子または前記校正用マークを透過した透過電子を検出して、前記検出結果から前記電子ビームの位置もしくは偏向量またはブランキング時間の校正を行う機能とを含むよう構成したことを特徴とする。
【００１４】
（２）本発明の電子ビーム描画装置は、所定の間隔で配列された複数の電子ビームを、少なくとも２つの異なる偏向速度を有する複数の偏向器よりなる偏向手段および対物レンズを通して試料上に照射し走査して、前記試料上に所望のパターンを形成する電子光学系と、前記試料を搭載するステージと、前記ステージに設けられた校正用マークと、前記電子ビームの照射により得られる反射電子もしくは２次電子もしくは透過電子を検出する電子検出器とを有し、前記偏向手段は、高速走査用の第１の偏向器および低速走査用の第２の偏向器を有し、かつ、前記複数の電子ビームを前記第１の偏向器により高速走査で並行移動させてパターン状ビームの形成を行い、前記パターン状ビームの形成と同期して前記校正用マーク上に前記複数の電子ビームを前記第２の偏向器により低速走査で並行移動させ、前記低速走査により前記校正用マークおよびその近傍から放出される反射電子もしくは２次電子または前記校正用マークを透過した透過電子を検出して、前記検出結果から前記電子ビームの位置もしくは偏向量またはブランキング時間の校正を行うよう構成したことを特徴とする。
【００１５】
（３）本発明の電子ビーム描画方法は、電子源から放出される電子ビームを、少なくとも２つの異なる偏向速度を有する偏向手段および対物レンズを備えた電子光学系を通して試料上に照射し、前記試料上に所望のパターンを形成する工程を有し、かつ、前記偏向手段を用いて前記電子ビームを高速走査させ、パターン状ビームの形成を繰り返す工程と、前記繰り返しの一周期と同期して、前記試料を搭載するステージに設けられた校正用マーク上に前記電子ビームを前記偏向手段により低速走査させる工程と、前記低速走査によって前記校正用マークおよびその近傍から放出される反射電子もしくは２次電子または前記校正用マークを透過した透過電子を検出する工程と、前記検出結果から前記電子ビームの位置もしくは偏向量またはブランキング時間の校正を行う工程とを含むことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
【００１７】
（実施例１）
図１に、本実施例に用いる電子ビーム描画装置の構成を示す。
【００１８】
電子銃（電子源）１１０から放出された電子ビーム１１１を、コンデンサレンズ１１２を通して平行ビームとし、複数の穴の空いたアパーチャ−アレイ１１３により複数のポイントビームに分離され、その後段にあるレンズアレイ１１４によりポイントビームの中間像１１６に結像される。複数のポイントビームは、個別にオンオフ可能なようにブランカーアレイ１１５、ブランキング絞り１１９が設けられている。
【００１９】
このようにして形成されたマルチポイントビームは、第１投影レンズ１１８と第２投影レンズ１２１からなるダブレットレンズ１２２により縮小されて、試料１２４上に結像される。マルチビーム間には距離があるために実質的に物面での電子ビームの最大距離より瞳像での電子ビームの最大距離が長い大面積転写となっている。
【００２０】
ダブレットレンズ１２２の物面と像面との間には、高速用の偏向器１２０と低速用の偏向器１２８があり、試料１２４上での描画位置を規定する。ステージ１２５上には電子ビーム位置検出用のマーク１２６があり、ステージ１２５の位置を計測するレーザ干渉計（図示してない）と反射電子検出器１２３を用いることで電子ビームの位置を測定することが出来る。なお、本例では、電子ビームの位置計測に、マーク１２６からの反射電子や２次電子を検出する電子検出器を用いているが、このほかに、開口マークを透過した電子を検出するものであってもよい。
【００２１】
また、ダブレットレンズ１２２の１つ目のレンズである第１投影レンズ１１８の上方にはアライナー１１７が２段構成で設けられており、連動させることによりレンズへの電子ビームの入射角度と入射位置を調整できる。アライナー１１７はアライナー制御回路１０４により、ダブレットレンズ１２２はレンズ制御回路１０５により駆動される。本実施例では、具体的には電流が供給されることになる。各電流の設定値は、データ制御回路１０１から与えられる情報により決められている。同様に、フォーカス制御回路１０２とパターン発生回路１０３は、電圧を供給することで対応する光学素子を動作させている。これらの設定値もデータ制御回路１０１から与えられる情報により決められている。このデータ制御回路１０１は、信号処理回路１０７やステージ制御回路１０８から得られる情報も利用してレンズやアライナーの動作量を決める計算も行っている。また、本装置には、これらの機能を活用して、励磁変化の設定、電子ビーム位置の変化量の表示、或いはアライナーやレンズ励磁（電流量）の再設定を行う画面を有する表示装置１０９を有している。
【００２２】
図２に示すように、本実施例におけるマルチビーム２０２の試料面上での間隔は２μｍである。従って、各ビームは２μｍ角の微小なフィールド２０１を描画しなければならない。本描画方式では、２μｍ角の描画中に電子ビームのオンオフを制御してパターンを形成している。スループット向上のためには、この微小フィールドは高速に偏向走査しなければならないので、専用の偏向器で走査することになる。この２μｍ角の偏向を校正するために、以下の手段を用いた。
【００２３】
図３は、その走査方法を示す。まず、微小フィールド２０１内全面を高速で偏向走査３０１を行う。この２次元走査の工程は繰り返し行われ、この走査工程の一工程（１周期）に連動（同期）して、ステージ１２５に設けられたシリコン基板３０４に形成された０．１μｍ丸の校正用マーク３０２上を低速で偏向走査３０３を行う。高速の偏向走査の１周期を積算すると考えると、２μｍ角の電子ビームと同等になる。
【００２４】
このように、本発明は、偏向フィールドを実質的にビーム形状に変換して考えるという新しい知見に基づくものである。
【００２５】
従って、上述のような微小フィールド２０１内全面における高速走査３０１の繰り返し工程の１周期に同期させながら、校正用マーク３０２上を低速偏向３０３で２次元走査することで、２μｍ角の矩形ビーム像を得ることが出来る。従って、この像のサイズを測定することにより、結果的に微小フィールドの偏向校正が出来ることになる。
【００２６】
更に、マルチビームの描画機能を用いれば、走査中の電子ビームのオンオフ制御により、実質的に任意の形の電子ビーム像を形成可能であり、偏向の直線性の測定も可能となる。図４に、直線性の測定結果を示す。図中、横軸は目標の設計偏向量（μｍ）、縦軸は実際に測定した偏向量と設計偏向量の差を示す。Ｘ方向の偏向はゲインが大きく、Ｙ方向の偏向はゲインが小さい結果が得られた。この結果をフィードバックすることにより最終的に直線性の誤差を５ｎｍ以下へ抑えることが出来た。
【００２７】
像の形状計測は、矩形のみならず任意のパターンに対応しているために、これらの手段により、描画データの検証やブランキングスピードの限界測定なども可能である。
【００２８】
（実施例２）
実施例１と同様の装置を用いたが、検出用マークとして、図５に示すようなナイフエッジ５０２を用いた。ナイフエッジ５０２の材料はガリウム砒素を用い、ファラデイカップ等を用いて透過電子の検出信号を検出し、微分することによりビームプロファイルを得ることとした。この場合の低速走査は、実質的に１次元走査となる。まず、微小フィールド２０１内全面を高速で偏向走査５０１を行う。この２次元走査の工程は繰り返し行われ、この走査工程の一工程（１周期）に連動（同期）して、ナイフエッジ５０２上を低速で偏向走査５０３を行う。
【００２９】
図６に、図５に示した走査方法で得られたビームプロファイルを示す。図中、横軸は低速走査距離、縦軸は検出された透過電子の信号強度を示す。ナイフエッジ５０２の分解能は十分高いので、端部の傾きはビームのボケに主に起因している。従って、これを用いて非点・焦点の調整が可能となる。
【００３０】
本発明では、実際の描画に近い状態でのビームボケの測定が可能である。これにより焦点補正の再現性として±０．２μｍを得ることが出来た。
【００３１】
更に、ビーム像の形状を工夫した例を示す。図７の（ａ）は、（ｂ）に示すような走査方向７０３に対して、分離した設けられた２箇所の領域でビームをオンオフするような形状７０２を有する微小フィールド内のパターンを用いて測定した例である。この結果、ビームプロファイル７０１は、２つの山に分かれている。このピークの距離を測ることによっても、高速偏向の校正が可能となる。山の中心を測定することは山の幅を測定することと比較して精度を上げ易く、本描画方式の特性を生かした校正方法である。
【００３２】
また、この場合、９０度直角方向の走査の際には高速操作中にオンする場所を変えれば良い。
【００３３】
（実施例３）
本実施例では、複数のマルチビームを用いた。図８では、微小フィールド２０１内全面を隣接するマルチビームを並行して高速走査８０１を行った。これにより、図に見られるように１周期の高速走査でおおよそ２μｍ×４μｍの矩形ビームが形成される。ただし、この場合、微小フィールドの構成に誤差がある場合やマルチビーム間の間隔に誤差がある場合は、境界部分の接続が不完全になってしまう。図８では、２つのマルチビーム間の距離が短く、境界部分で微小フィールドが重なり部分８０４が生じている。この結果、合成したビームは強度の均一性が劣化している。
【００３４】
本実施例では、シリコン薄膜基板３０４上に０．１５μｍのタングステンのドット８０２を形成し、その上を低速走査した反射電子信号を用いた。このようにして得られた信号強度分布を解消することで、微小フィールドの境界部分を高精度で描画することが可能である。各マルチビームの原点位置をレンズの励磁や回転コイルの強度の調整で補正した結果、境界領域での接続誤差を５ｎｍ以下とすることが出来た。
【００３５】
複数のビームを用いての測定は重要であり、この他に個々に測定した複数のビームの結果を比較することにより、マルチビーム描画の均一性の調整やモニターも可能である。
【００３６】
以上の実施例で詳述したように、本発明によれば、電子ビーム描画装置の微小フィールドを精度良く校正することが出来る。また、本発明の概念である偏向走査をビーム形状に変換することを利用すれば、焦点・非点・原点位置など種々の要素の調整が可能となる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、電子ビーム描画装置における微小フィールドを精度良く偏向校正することが可能な電子ビーム描画装置および描画方法が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における装置構成を示す図。
【図２】偏向校正する微小フィールドを説明する図。
【図３】本発明の実施例１による走査方法を説明する図。
【図４】本発明の実施例１による直線性の測定結果を示す図。
【図５】本発明の実施例２による走査方法を説明する図。
【図６】図５で走査で得られるビームプロファイルの一例を示す図。
【図７】ビームプロファイルの別の例を示す図。
【図８】本発明の実施例３による走査方法を説明する図。
【符号の説明】
１０１…データ制御回路、１０２…フォーカス制御回路、１０３…パターン発生回路、１０４…アライナー制御回路、１０５…レンズ制御回路、１０６…偏向制御回路、１０７…信号処理回路、１０８…ステージ制御回路、１０９…表示装置、１１０…電子銃、１１１…電子ビーム、１１２…コンデンサレンズ、１１３…アパーチャーアレイ、１１４…レンズアレイ、１１５…ブランカーアレイ、１１６…中間像、１１７…アライナー、１１８…第１投影レンズ、１１９…ブランキング絞り、１２０…偏向器１、１２１…第２投影レンズ、１２２…ダブレットレンズ、１２３…電子検出器、１２４…試料、１２５…ステージ、１２６…マーク、１２７…ファラデーカップ、１２８…偏向器２、２０１…微小フィールド、２０２…電子ビーム、３０１…高速走査、３０２…開口、３０３…低速走査、５０１…高速走査、５０２…ナイフエッジ、５０３…低速走査、６０１…ビームプロファイル、７０１…ビームプロファイル、７０２…オンオフ形状、７０３…走査方向、８０１…高速走査、８０２…タングステンドット、８０３…低速走査、８０４…重なり部分。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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