(57)【要約】【課題】  反射ビームによるマーク像検出のためのコントラストと明度の初期値を最適に近い値に設定することができ、ビーム調整時間の短縮化をはかる。【解決手段】  電子ビーム発生源１０から発生された荷電ビームを複数のアパーチャ１１，１２及び成形偏向器１４により所望形状に制御するビーム成形機構と、成形されたビームを試料面上に結像する対物レンズ１５と、成形されたビームを試料面上で走査する対物偏向器１６と、試料面に形成されたマーク２１上でビームを走査した際の反射ビームを検出してマーク像を観察するマーク像観察部３２を備えた可変成形ビーム方式の電子ビーム描画装置において、マーク像観察部３２によるマーク像観察のためのコントラストと明度の初期値を、ビーム形状寸法，ビーム電流密度，及びマーク形状寸法をパラメータとしたコントラストと明度のデータテーブルに基づいて設定した。【選択図】      図１
2005116548.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電ビーム発生源から発生された荷電ビームを複数のアパーチャ及び成形偏向器により所望形状に制御するビーム成形手段と、
前記成形されたビームを試料面上に結像する対物レンズと、
前記成形されたビームを試料面上で走査する対物偏向器と、
前記試料面に形成されたビーム調整用マーク上でビームを走査した際の反射ビームを検出してマーク像を観察するマーク像観察手段と、
前記マーク像観察手段によるマーク像観察のためのコントラストと明度の初期値を、ビーム形状寸法，ビーム電流密度，及びマーク形状寸法をパラメータとしたコントラストと明度のデータテーブルに基づいて設定する手段と、
を具備してなることを特徴とする荷電ビーム描画装置。
【請求項２】
荷電ビーム発生源から発生された荷電ビームを複数のアパーチャ及び成形偏向器により所望形状に制御するビーム成形手段と、
前記成形されたビームを試料面上に結像する対物レンズと、
前記成形されたビームを試料面上で走査する対物偏向器と、
前記試料面に形成されたビーム調整用マーク上でビームを走査した際の反射ビームを検出してマーク像を観察するマーク像観察手段と、
前記マーク像観察手段による像観察のためのコントラストと明度の初期値を、ビーム形状寸法，ビーム電流密度，及びマーク形状寸法をパラメータとしたコントラストと明度のデータテーブルに基づいて設定する手段と、
前記設定した初期値に基づいてマーク像を観察しながらコントラスト及び明度を再調整することにより、最適なコントラスト及び明度を決定する手段と、
前記最適に決定されたコントラスト及び明度に対応するビーム形状寸法，ビーム電流密度，及びマーク形状寸法の像観測条件データが前記データテーブルに既にある場合は該データにおけるコントラスト及び明度を更新し、対応する像観測条件データが無い場合はコントラストと明度の調整結果を前記データテーブルに新たに追加する手段と、
を具備してなることを特徴とする荷電ビーム描画装置。
【請求項３】
前記ビーム形状寸法，ビーム電流密度，及びマーク形状寸法が前回調整時と同じ場合は、前回調整時のコントラストと明度を初期値として設定することを特徴とする請求項１又は２記載の荷電ビーム描画装置。
【請求項４】
前記コントラストと明度の初期値を設定する手段は、前記ビーム形状寸法，ビーム電流密度，及びマーク形状寸法の像観測条件と一致するデータが前記データテーブルにある場合はそれに該当するコントラスト及び明度を読み出し、一致するデータがない場合は、像観測条件に近いデータに該当するコントラスト及び明度を読み出すか、又は像観測条件に近いデータの複数個からの補間によりコントラスト及び明度を算出することを特徴とする請求項１又は２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、可変成形ビーム方式の荷電ビーム描画装置に係わり、特に反射ビームにより得られるマーク像に基づきビーム調整を行う機能を備えた荷電ビーム描画装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
可変成形ビーム方式の電子ビーム描画装置においては、実際に試料上にパターンを描画する前工程として、レンズや偏向系等の光学系が設計通りに動作するように調整する、いわゆるビーム調整を行う必要がある。ビーム調整を行うには、ビーム調整用マーク上でビームをスキャンし、その反射電子を検出することによりマーク像を観察し、このマーク像に基づいてビーム調整を行っている。
【０００３】
マーク像を観察するに際して従来は、マーク像のコントラストと明度の初期値として固定値を用いていた。このような固定初期値でビームをマーク上に走査させるなどしてマーク像を反射電子検出器で検出し、コントラスト及び明度の調整の必要があるか否かの判断を行い、必要がある場合は調整を繰り返していた。通常、これらの繰り返しは１０回程度必要であった。
【０００４】
一方、可変成形ビーム方式の電子ビーム描画装置では、ビーム発生源の寿命による交換が年間数回必要であり、その度に電子光学系全体のビーム調整を必要としている。また、ビームドリフトによる描画精度劣化を低減するために短時間周期で、例えば描画するマスク或いはウエハー毎にビーム調整を行う必要があり、装置全体稼動時間の中でビーム調整時間の占める割合が大きくなっている。このビーム調整時間の中では、反射電子検出によるマーク像観察のためのコントラストと明度の調整時間の占める割合が半分程度と多く、これがビーム調整時間を長くしている主原因の一つとなっていた。
【０００５】
なお、電子ビーム描画装置ではないが、２次電子像観測装置においては、被試験半導体素子に供給する電気的制御内容と電子ビームの像観測条件データを受けて明度制御値を導出する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、この技術はビーム形状寸法，ビーム電流密度，及びマーク形状寸法などを変更する可変成形ビーム方式の電子ビーム描画装置とは全く異なるものであり、この技術を可変成形ビーム方式の電子ビーム描画装置に適用するのは困難であった。
【特許文献１】特開２０００−３４０６２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように従来、可変成形ビーム方式の荷電ビーム描画装置においては、ビーム調整用マークを検出する際のマーク像のコントラスト及び明度の初期値が固定値となっており、この初期値と最適値とが大きく離れている場合、コントラスト及び明度を最適に決定するために調整を繰り返す必要があり、これがビーム調整時間の増大を招く要因となっていた。
【０００７】
本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、反射ビームによるマーク像検出のためのコントラストと明度の初期値を最適に近い値に設定することができ、ビーム調整時間の短縮化をはかり得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】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。
【０００９】
即ち本発明は、可変成形ビーム方式の荷電ビーム描画装置において、荷電ビーム発生源から発生された荷電ビームを複数のアパーチャ及び成形偏向器により所望形状に制御するビーム成形手段と、前記成形されたビームを試料面上に結像する対物レンズと、前記成形されたビームを試料面上で走査する対物偏向器と、前記試料面に形成されたビーム調整用マーク上でビームを走査した際の反射ビームを検出してマーク像を観察するマーク像観察手段と、前記マーク像観察手段によるマーク像観察のためのコントラストと明度の初期値を、ビーム形状寸法，ビーム電流密度，及びマーク形状寸法をパラメータとしたコントラストと明度のデータテーブルに基づいて設定する手段と、を具備してなることを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、可変成形ビーム方式の荷電ビーム描画装置において、荷電ビーム発生源から発生された荷電ビームを複数のアパーチャ及び成形偏向器により所望形状に制御するビーム成形手段と、前記成形されたビームを試料面上に結像する対物レンズと、前記成形されたビームを試料面上で走査する対物偏向器と、前記試料面に形成されたビーム調整用マーク上でビームを走査した際の反射ビームを検出してマーク像を観察するマーク像観察手段と、前記マーク像観察手段による像観察のためのコントラストと明度の初期値を、ビーム形状寸法，ビーム電流密度，及びマーク形状寸法をパラメータとしたコントラストと明度のデータテーブルに基づいて設定する手段と、前記設定した初期値に基づいてマーク像を観察しながらコントラスト及び明度を再調整することにより、最適なコントラスト及び明度を決定する手段と、前記最適に決定されたコントラスト及び明度に対応するビーム形状寸法，ビーム電流密度，及びマーク形状寸法の像観測条件データが前記データテーブルに既にある場合は該データにおけるコントラスト及び明度を更新し、対応する像観測条件データが無い場合はコントラストと明度の調整結果を前記データテーブルに新たに追加する手段と、を具備してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
従来ではコントラストと明度の初期値は一定値を用いていて、ビーム検出条件が異なる場合でも一定値から調整をスタートしていたために、初期値が最適値と大きくずれていると、コントラストと明度の調整に時間が多くかかっていた。これに対し本発明では、調整実績から作成したデータテーブルを参照してビーム検出条件に応じて初期設定値を変えるようにしている。そのため、調整が必要ないか、あっても僅かな時間で済むようになった。これにより、コントラストと明度の調整を必要とするビーム調整時間が短縮化できた。
【００１２】
また、ビーム検出条件が同じであっても、ビームドリフトなどの影響により微小にビーム寸法やビーム電流密度に誤差が発生したり、マークの反射率が汚れによって低下することがあるために古いデータテーブル値は誤差が発生する。本発明では、データテーブルを最新値に更新することにより、誤差がゼロか誤差が少ないコントラスト・明度の値を初期値とすることができるようになる。さらに、前回調整時と検出条件が同じ場合は前回調整値を用いることにより、データテーブル量が大きく検索に時間がかかる場合に、検索する時間が無くなるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係わる可変成形ビーム方式の電子ビーム描画装置を示す概略構成図である。
【００１５】
図中の１０は電子ビーム発生源、１１は第１成形アパーチャ、１２は第２成形アパーチャ、１３は第１成形アパーチャ１１の像を第２成形アパーチャ１２上に投影するための投影レンズ、１４は第１成形アパーチャ１１の像を第２成形アパーチャ１２上で可変成形するための成形偏向器、１５は第１成形アパーチャ１１と第２成形アパーチャ１２で成形したビームを試料面上に結像するための対物レンズ、１６は試料面上でビームをスキャンするための対物偏向器である。
【００１６】
２０は試料ステージであり、このステージ２０上には、低反射率材料と高反射率材料から成るビーム調整用マーク２１と、電流検出器２２が配置されている。３１はマーク２１から反射する電子を検出するためのマーク波形検出器、３２はマーク像観察部、３３は成形偏向器１４，対物偏向器１６，マーク波形検出器３１を制御するための主制御機を示している。
【００１７】
この装置においては、電子ビーム発生源１０から発生された電子ビームは、第１成形アパーチャ１１上に照明され、第１成形アパーチャ１１によりビーム成形される。第１成形アパーチャ１１で成形されたビームは、投影レンズ１３で第２成形アパーチャ１２上に投影されると共に、成形偏向器１４で偏向されて第２成形アパーチャ１２でさらに成形される。第１及び第２成形アパーチャ１１，１２で成形されたビームは、対物レンズ１５により試料ステージ２０の上面（試料面）に結像される。このビームは対物偏向器１６によりマーク２１上でスキャンされ、反射電子のマークプロファイルが反射電子検出器３１で検出される。反射電子検出器３１の検出信号はマーク像観察部３２に入力され、マーク像が観察される。そして、マーク像観察部３２により得られたマーク情報に基づいて主制御機３３により各部が制御されるようになっている。
【００１８】
マーク像観察部３２は、例えば図２に示すように、コントラスト・明度調整器３５，Ａ／Ｄ変換器３６，及び信号処理回路３７から構成されている。反射電子検出器３１の検出信号はコントラスト・明度調整器３５により所定のオフセットと増幅率で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器３６によりＡ／Ｄ変換される。そして、Ａ／Ｄ変換後のデジタル信号に基づいて信号処理回路３７によりマーク像が観察され、マークの位置やマークのプロファイルなどのマーク情報が検出されるようになっている。
【００１９】
ここで、ビーム調整用マーク２１はＳｉ基板の表面にＷ等の重金属パターンを形成したものであり、図３（ａ）に示すようなマーク５１をビーム５２で走査して得られるマーク信号は、図３（ｂ）に示すように、マーク部分で強度が強いものとなる。このマーク信号を調整器３５で増幅するのであるが、この増幅に際しては、マーク信号の最小レベルから最大レベルまでがＡ／Ｄ変換器３６の検出範囲内に入るように、コントラスト及び明度を調整する必要がある。具体的には、調整器３５における増幅率を変えることによりコントラストを調整し、オフセットを変えることにより明度を調整する。
【００２０】
図４に、本実施形態のコントラスト・明度調整のアルゴリズムを示す。まず、ビーム形状寸法，ビーム電流密度，及びマーク形状寸法からなるビーム検出条件を入力する（ステップＳ１）。そして、このビーム検出条件が前回調整時の条件と同じかどうかの判断をする（ステップＳ２）。同じ場合は、前回調整時のコントラスト・明度調整値を参照し（ステップＳ３）、これを初期値として設定する（ステップＳ５）。異なる場合は、ビーム検出条件に対応するコントラストと明度の値をデータテーブルから探して選択し（テップＳ４）、これを初期値として設定する（ステップＳ５）。
【００２１】
次いで、初期設定のコントラスト・明度を用いてビームを対物偏向器１６でマーク上を走査させるなどして反射電子像をとり（ステップＳ６）、コントラスト或いは明度の調整が必要であるか否かを判定する（ステップＳ７）。調整が必要である場合は、コントラスト・明度の調整を行い（ステップＳ８）、調整の必要が無い場合は、そのまま次のビーム調整へと進む。
【００２２】
ここで、データテーブルに同じビーム検出条件が見つからない場合は、目的の条件と最も近い条件のコントラスト・明度を参照する。又は、ビーム検出条件に近い複数のデータをデータテーブル値から読み出し、これらの補間により目的のコントラスト・明度を予想して初期値設定する。
【００２３】
図５に、データテーブルの例を示す。データテーブルはビーム形状、ビーム寸法Ｘ、ビーム寸法Ｙ、ビーム電流密度、マーク形状、マーク寸法と、それらの条件に対するコントラストと明度からなる。図５の中のマーク形状のＬＩＮＥとはライン状のマークであり、ＤＯＴとはビーム寸法と比較して十分小さな点状のマークを意味するものである。このように、ビーム検出条件が変わるとコントラスト及び明度も変化する。なお、図５に示すデータは一例に過ぎず、多数のデータがテーブル化されている。そして、これらのデータは、例えば不揮発性メモリに記憶されている。
【００２４】
また、コントラスト及び明度の再調整により最終的に決定したコントラスト・明度は、データテーブルに入力すると共に、前回値としてファイル化する（ステップＳ９）。その後、主制御機３３により投影レンズ１３，成形偏向器１４，対物レンズ１５，及び対物偏向器１６等の光学系を調整する、いわゆるビーム調整などの他のルーチンへと進む（ステップＳ１０）。
【００２５】
ここで、ビーム形状寸法，ビーム電流密度，及びマーク形状寸法からなるビーム検出条件と一致するデータがデータテーブルに既に存在する場合は、該データに対して最終決定されたコントラスト及び明度を更新する。ビーム検出条件と一致するデータがデータテーブルに存在しない場合は、このビーム検出条件と共に最終決定されたコントラストと明度をデータテーブルに新たに追加する。
【００２６】
このように本実施形態によれば、可変成形ビーム方式の電子ビーム描画装置において、反射電子検出器像のコントラストと明度を適正値に調整するために、ビーム寸法形状、ビーム電流密度、マーク形状寸法をパラメータとしたデータテーブルを参照するか又は参照値から計算した結果を初期値としている。これにより、マーク像検出のためのコントラストと明度の初期値を最適に近い値に設定することができ、ビーム調整時間の短縮化をはかることができる。
【００２７】
また、ビーム寸法形状とビーム電流密度とマーク形状寸法が前回調整時と同じ場合は前回調整時のコントラストと明度の値を初期値とする。さらに、ビーム寸法とビーム電流密度とマーク形状寸法の像観測条件データがデータテーブルに既にある場合はコントラストと明度の調整結果を更新し、無い場合は追加して次回から参照できるようにした。これにより、初期値と適正値の差がゼロか又は僅かになり、コントラスト・明度の調整時間を更に短縮化することができる。
【００２８】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。実施形態では、可変成形ビーム方式の電子ビーム描画装置を例に取り説明したが、本発明は電子ビーム描画装置に限らずイオンビーム描画装置に適用することも可能である。また、描画装置における光学系の構成は前記図１に何ら限定されるものではなく、仕様に応じて適宜変更可能である。さらに、マーク像観察部の構成は前記図２に何ら限定されるものではなく、仕様に応じて適宜変更可能である。要は、コントラスト及び明度を調整可能でマーク像からマークの位置やマーク形状等を観察できる構成であればよい。
【００２９】
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態に係わる電子ビーム描画装置を示す概略構成図。
【図２】マーク像観察部の具体的構成を示すブロック図。
【図３】マーク上をビームスキャンして得られるマーク信号と、このマーク信号に対するコントラスト及び明度の関係を示す図。
【図４】実施形態におけるコントラスト・明度調整アルゴリズムを示す図。
【図５】実施形態におけるコントラスト・明度のデータテーブル例を示す図。
【符号の説明】
【００３１】
１０…電子発生源
１１…第１成形アパーチャ
１２…第２成形アパーチャ
１３…投影レンズ
１４…成形偏向器
１５…対物レンズ
１６…対物偏向器
２０…試料ステージ
２１…ビーム調整用マーク
２２…電流検出器
３１…反射電子検出器
３２…コントラスト・明度調整器
３３…主制御機
３５…コントラスト・明度調整器
３６…Ａ／Ｄ変換器
３７…信号処理回路
５１…マーク
５２…ビーム
【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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