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JP4327434B2 - Electron beam apparatus and electron beam writing method - Google Patents

Electron beam apparatus and electron beam writing method Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビームにより試料上に所望の回路パターンを描画する電子ビーム描画技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子ビーム描画技術においては、すでに試料(例えば、ウエハ)上に形成されたパターンの位置に合わせて、別の新たなパターンを描画することが多い。このような合わせ描画を行うために、事前にウエハ上に形成された合わせマークの位置を検出し、その位置を基準として新たなパターンを描画している。
【0003】
デバイスの生産における、ウエハの大型化とパターンの微細化は今後さらに進むことが予想される。そのようなデバイスの生産に際してのリソグラフィー技術では、パターン形成において高い解像度が要求される層には電子ビーム描画装置を用い、その他の層にはスループットの高い他のリソグラフィー装置(例えば、i線ステッパー)を用いる、いわゆるミックス・アンド・マッチでの使用法が主流となりつつある。
【0004】
電子ビーム描画装置を他のリソグラフィー装置とのミックス・アンド・マッチ法で使用する際に、層間合わせに用いるマークを共通化するために、他のリソグラフィー装置で標準的に用いている合わせマークを電子ビーム描画装置でも検出する必要が生じてくる。電子ビーム描画に際しての合わせマークを他のリソグラフィー装置で用いているマークと共通化することによって、既存のプロセスのレチクルデザインを変更することなく電子ビーム描画技術の適用が可能となる。その上パターンの微細化に伴い、電子ビーム描画に対してはより高い精度での合わせ描画が要求されてきている。
【0005】
従来の電子ビーム描画装置において、描画時に電子ビームを変位させる偏向器は、主偏向器、副偏向器の2段、または、副副偏向器を加えた3段である。3段偏向の場合、各偏向器の偏向量はそれぞれ、5mm、500μm、50μm程度である。偏向量が最も大きい主偏向には電磁偏向器が使われる場合があり、物理的性質上、静電型の偏向器と比べて偏向速度は遅い。静電型で偏向量を大きくするには、偏向器を細長くするか、駆動電源の出力を大きくする必要がある。偏向器の細長化には電極間が近づくことによる放電の危険性や光学特性・実装上の制約、電源の高出力化には、駆動速度の低下といった問題が起こり得る。
【0006】
各偏向器は、駆動電源の安定度および制御系の保持ビット数と照らし合わせて、偏向量に適した偏向分解能が決められる。描画時は高分解能で高速駆動が要求され、通常最下位の偏向器を用いる。例えば、前記3段偏向の場合は副副偏向器がこれに相当し、描画領域は50μm四方程度となる。上位の偏向器は下位の偏向領域を移動させる役割を担う。
【0007】
スループットの向上すなわちトータルの描画時間短縮のためには、マーク位置検出も描画と同様、高速・高精度で計測を行う必要がある。そのため、マーク位置検出時に電子ビームを変位させる際にも最下位の描画用偏向器を用いるのが一般的である。
【0008】
従来、電子ビーム描画装置で用いてきたマークは、例えば、図2の(a)に示すようなマーク11'であり、大きさは30μm程度で、描画領域より小さく設定されている。一方、ステッパーのアライメントに用いるマークは、図2の(b)に一例を示すようなマーク11であり、例えば幅100μmといった描画領域を超える大きさのため、従来電子ビーム描画装置の描画用の偏向器による走査ではマーク全体をカバーできない。この場合、マーク上の一定範囲を走査するための描画用偏向器と、この偏向器による走査範囲の中心位置を指定するための大角度偏向可能な上位偏向器(例えば、副偏向器)とを組み合わせて用い、広い領域を走査している。
【0009】
以上のような背景における描画距離よりも大きなマークを使うことの必要性および利点として、▲1▼電子ビームと他のリソグラフィーとのミックス・アンド・マッチが行えること、▲2▼マーク製作が容易であること、▲3▼光によりマークの形状および位置の校正ができること、▲4▼検出電流量を増やせること、などが挙げられる。
【0010】
従来の電子ビーム描画においては、低スループットが課題であるが、スループット向上のために、電子ビームを複数化したマルチ電子ビーム描画方法が提唱されている(例えば、非特許文献1参照)。
【0011】
前記マルチ電子ビーム描画方法では、高速かつ高精度で描画を行う為に、描画用偏向器の偏向量は隣り合う電子ビームの間隔(数μm)程度に設定される。複数の電子ビームアレイが描画する領域は100μm程度あるため、描画領域を移動させる上位の偏向器の変位量は数mm程度に設定される。すなわち、マルチ電子ビーム描画装置においては、従来の電子ビーム描画装置と比べて、描画用偏向器とその上位の偏向器とでの偏向量の隔たりが著しい。また、描画用の偏向器のみを用いてマーク位置検出を行うためには、数μmより小さいマークが必要になる。
【0012】
【非特許文献1】
「ジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノロジー(Journal of Vacuum Science and Technology)、B18(6)、11/12月 2000年、3061−3066頁」
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、マルチ電子ビーム描画装置の場合、描画用偏向器とその上位の偏向器との偏向量に大きな隔たりがある。マーク位置検出時に上位の偏向器を用いると偏向速度および精度が著しく低下するため、実質的に高速・高精度でマーク検出を行えるのは描画用偏向器のみになる。描画用偏向器の偏向量は隣り合う電子ビームの間隔程度に設定されているため、この偏向量より小さいマーク検出は従来の方法で可能であるが、偏向量より大きいマークを検出することは不可能であり、前述した従来の電子ビーム用マーク、および他のリソグラフィー用マークの検出は行えず、使用できるマークに制約ができるといった問題が起こる。
【0014】
また、微細なパターンを描画するために電子ビーム径を小さくすると、個々の電子ビームの電流量が小さくなる。そのため、1個の電子ビームでマーク検出を行う場合、検出時のノイズに対する検出電流量が小さく、検出精度が低くなることが懸念される。
【0015】
そこで、本発明の目的は、マルチ電子ビーム描画装置において、描画偏向距離よりも大きなパターン計測を可能にするマーク位置検出方法を実現し、それを用いた電子ビーム描画技術を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によるマルチ電子ビーム描画装置のある形態は、物体(試料)上に予め決められた間隔で互いに異なる位置に複数の電子ビームを照射する手段と、前記複数の電子ビームから物体に照射する電子ビームを選択できる選択手段と、前記複数の電子ビームを前記物体に対して走査方向に略同一の変位量だけ変位させる変位手段と、前記変位手段によって前記複数の電子ビームを走査方向に変位させた際にパターンからの各電子ビームに対応した反射電子もしくは2次電子もしくは透過電子を検出する電子検出手段と、前記変位手段の変位量と前記電子検出手段の検出結果との関係に基づいて前記パターンの位置を決定する決定手段とを有することを特徴とする。
【0017】
前記複数の電子ビームは、前記走査方向と前記走査方向と略直交する方向に配列されていることを特徴とする。
【0018】
前記変位手段は、パターン計測時は描画時とは異なる手段であることを特徴とし(ここで、描画時の変位手段を変位手段1、パターン計測時の変位手段を変位手段2と記す)、変位手段2は、前記変位手段1による変位量以上の長さのパターン計測を行うことを特徴とする(この変位方法を、変位方法1と記す)。
【0019】
前記変位手段1は、前記走査方向の複数の電子ビームを、走査開始時刻をずらして順次走査することにより、変位手段1単独による変位量以上の長さのパターン計測を行うことを特徴とする(この変位方法を、変位方法2と記す)。
【0020】
前記変位手段2は、前記走査方向の複数の電子ビームを、走査開始時刻をずらして順次走査することにより、前記変位手段1による変位量以上の長さのパターン計測を行うことを特徴とする(この変位方法を、変位方法3と記す)。この際、計測が高速・高精度で行えるように、前記変位方法1の順次走査する電子ビーム数と、前記変位手段2の変位量の組み合わせを選択する。
【0021】
前記変位方法2および3は、走査開始時刻をずらして順次走査する際に、前記被計測パターンの形状に応じて前記走査方向の前記複数の電子ビームを選択し、計測時間を短縮することを特徴とする。
【0022】
前記電子検出手段は、前記走査方向と略直交する方向の前記複数の電子ビームを前記パターンの形状に応じて選択して用いることにより、前記電子ビームの検出電流量を増加させることを特徴とする。
【0023】
前記電子検出手段および前記決定手段は、前記走査方向と略直交する方向の前記複数の電子ビームを前記マークの形状に応じて選択して用いることにより、前記パターンのエッジラフネス(パターンエッジの不均一さ)を一回の計測で平均化することを特徴とする。
【0024】
前記変位方法1乃至3は、前記複数の電子ビーム間隔以上の長さを持つパターンの計測を行うことを特徴とする。
【0025】
このようにして、本発明によれば、描画距離よりも大きなパターン(合わせマーク)の検出が可能となる。これにより、他のリソグラフィーとのミックス・アンド・マッチが可能となる。また、光によるマーク位置およびマーク形状の検証が可能となる。その上マーク製作が容易となる。さらに、マークの形状に応じて走査する複数の電子ビームを選択することにより、高速で精度の高い合わせ描画が実現できる。
【0026】
【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。
【0027】
図1は、本発明に係る電子ビーム露光装置の要部概略図である。図1において、1は、カソード1a、グリッド1b、アノード1cよりなる電子銃であって、カソード1aから放射された電子はグリッド1b、アノード1cの間でクロスオーバー像を形成する(以下、このクロスオーバー像を光源と記す)。
【0028】
この光源から放射される電子は、その前側焦点位置が前記光源位置にある照射レンズ2によって略平行の電子ビームとなる。略平行な電子ビームは、要素電子光学系アレイ3に入射する。要素電子光学系アレイ3は、開口3aと電子レンズ3bとブランキング電極3cで構成される要素電子光学系が光軸AXに略直交する方向に複数配列されて形成されたものである。要素電子光学系アレイ3の詳細については、後述する。
【0029】
要素電子光学系アレイ3は、光源の中間像をブランキング電極3cの位置に複数形成し、各中間像は後述する縮小電子光学系4によって縮小投影され、物体(例えば、ウエハ)5上に光源像を形成する。
【0030】
縮小電子光学系4は、第1投影レンズ41と第2投影レンズ42のセットと第1投影レンズ43と第2投影レンズ44のセットとからなる対称磁気ダブレットで構成される。第1投影レンズ41(43)の焦点距離をf1、第2投影レンズ42(44)の焦点距離をf2とすると、この2つのレンズ間距離はf1+f2になっている。光軸上AXの物点は第1投影レンズ41(43)の焦点位置にあり、その像点は第2投影レンズ42(44)の焦点に結ぶ。この像は−f2/f1に縮小される。また、2つのレンズ磁界が互いに逆方向に作用するように設定されているので、理論上は、球面収差、等方性コマ収差、像面湾曲収差、軸上色収差の5つの収差を除いて他のザイデル収差および回転と倍率に関する色収差が打ち消される。
【0031】
6は、要素電子光学系アレイ3からの複数の電子ビームを偏向させて、複数の光源像を物体(ウエハ)5上でX、Y方向に略同一の変位量だけ変位させる描画用偏向器(副偏向器)であり、7は副偏向器6で走査する領域を変位させる主偏向器である。主偏向器、副偏向器とも静電型偏向器である。
【0032】
8は、偏向器6および7を作動させた際に発生する偏向収差により光源像のフォーカス位置のずれを補正するダイナミックフォーカス電極であり、9は、ダイナミックフォーカス電極8と同様に、偏向により発生する偏向収差の非点収差を補正するダイナミックスティグ電極である。ダイナミックスティグ電極9の代わりに、偏向器6または7に電界を重畳する場合もある。
【0033】
10、10'は、要素電子光学系アレイ3からの電子ビームが、物体(ウエハ)5もしくは物体5上に形成された位置合わせのためのパターンすなわち合わせマーク11を照射した際に生じ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検出器で、10が反射・2次電子検出器、10'が透過電子検出器である。
【0034】
12は、物体(ウエハ)5を載置し、光軸AX(Z軸)方向とZ軸回りの回転方向および光軸AX(Z軸)と略直交するXY方向に移動可能なステージである。
【0035】
次に、各要素電子光学系に関して説明する。
【0036】
要素電子光学系アレイ3中、3aは透過する電子ビームの形状を規定する開口を有する基板である。3bは、3つの開口電極で構成され、上下の電極を加速電位VOと同じにし、中間の電極を別の電位に保った収斂機能を有するユニポテンシャルレンズを用いた電子レンズである。3cは一対の電極で構成され、偏向機能を有するブランキング電極である。
【0037】
ユニポテンシャルレンズの上、下の電極310a、310cは、後述する焦点・非点制御回路1(15)によって全ての要素電子光学系において共通の電位に設定している。
【0038】
ユニポテンシャルレンズの中間電極310bは、焦点・非点制御回路1(15)によって要素電子光学系毎に電位が設定出来る為、ユニポテンシャルレンズ3bの焦点距離が要素電子光学系毎に設定できる。その結果、要素電子光学系の電子光学特性(中間像形成位置、非点収差)を制御することができる。
【0039】
照射レンズ2で略平行にされた電子ビームは、開口3aを介し、電子レンズ3bによって、ブランキング電極3cの位置に光源の中間像を形成する。この時、ブランキング電極3cの電極間に電界をかけていない(offの状態)と電子ビーム31のように偏向されない。一方、ブランキング電極3cの電極間に電界をかける(onの状態)と電子ビーム32、33のように偏向される(偏向される前の光路を32'、33'の点線で示してある)。電子ビーム31と電子ビーム32、33は、縮小電子光学系4の物体面で互いに異なる角度分布を有するので、縮小光学系4の瞳位置(図1のP面上)では電子ビーム31と電子ビーム32、33は互いに異なる領域に入射される。物体(ウエハ)5上には要素電子光学系アレイ3で作られたマルチ光源の縮小像が結像されている。ブランキング電極3cがonになっている電子ビームを遮るために縮小電子光学系の瞳位置(図1のP面上)にブランキング開口BAを設けてあり、図1の例では、電子ビーム31だけが物体(ウエハ)5上に照射され、他の電子ビーム32および33は照射されていない。
【0040】
次に、本実施例のシステム構成を説明する。
【0041】
照射電子光学系制御回路13は、照射レンズ2の励磁電流を変化させて、要素電子光学アレイ3への電子ビームの照射条件を調整する制御回路である。
【0042】
ブランキング制御回路14は、要素電子光学アレイ3の各要素電子光学系のブランキング電極3cを個別にon/offする制御回路、焦点・非点制御回路1(15)は、要素電子光学アレイ3の各要素電子光学系の電子光学特性(中間像形成位置、非点収差)を個別に制御する制御回路である。
【0043】
焦点・非点制御回路2(16)は、ダイナミックスティグコイル8およびダイナミックフォーカスコイル9を制御して縮小電子光学系4の焦点位置、非点収差を制御する制御回路で、偏向制御回路17は偏向器6、7および後述するマーク検出用偏向器400を制御する回路、倍率調整回路18は、縮小電子光学系4の倍率を調整する制御回路、光学特性回路19は、縮小電子光学系4を構成する電磁レンズの励磁電流を変化させ回転収差や光軸を調整する制御回路である。
【0044】
ステージ駆動制御回路20は、θ−Zステージを駆動制御し、かつXYステージの位置を検出するレーザ干渉系21と共同してXYステージを駆動制御する制御回路である。
【0045】
制御系22は、描画パターンに関する情報が記憶されたメモリ23からのデータに基づく露光及び位置合わせの為に上記複数の制御回路および検出器10を同期して制御する。制御系22は、インターフェース24を介して電子ビーム露光装置全体をコントロールするCPU25によって制御されている。
【0046】
次に、図3を用いて、描画時の電子ビームの変位方法に関して説明する。ここでは9×9個の正方格子状要素電子光学系アレイにより作られた電子ビーム列を例にとって説明する。
【0047】
300は、物体(ウエハ)上の電子ビーム列が描画用偏向器(副偏向器)により走査される領域であり、サブフィールド(SF)と呼ぶ。描画用偏向器の変位範囲は個々の電子ビーム(図中、点線円)の間隔程度に設定されており、数μm角程度である。描画用偏向器による個々の電子ビームの変位領域を301で示した。SF(304)は数十×数十個の電子ビームにより形成され、100μm角程度の大きさになる(本例では、説明を容易にするため電子ビーム数を少なくしている)。
【0048】
前記SFは、主偏向器7により偏向させる。その変位範囲を302で示した。この変位領域はメインフィールド(MF)(303)と呼び、数mm角程度である。
【0049】
さらにステージ移動304によりMFを変位させて、物体(ウエハ)上に描画パターンを網羅させる。
【0050】
次に、図4を用いて、パターン計測用の偏向器を別途設けたパターン計測、とりわけマーク検出方法の一例を示す。
【0051】
物体(ウエハ)5上には要素電子光学系アレイ3で作られたマルチ光源の縮小像が結像されている。ブランキング電極3cが全てonであれば、ブランキング開口BAで全ての電子ビームが遮られるため、物体(ウエハ)上に電子ビームは照射されない。マーク位置検出に際しては、予め全て電子ビームが物体(ウエハ)5上に照射されないようにし、マーク11が光軸AXの略上に位置するようにステージ12が駆動されるよう制御系22からステージ駆動制御回路20に命令が送られる。
【0052】
本検出方法では、計測方向に関しては光軸にもっとも近い電子ビームを用いる(図4中では、電子ビーム402)。それまでブランキングされていた全電子ビームのうち、マーク検出に使う電子ビーム402のブランキング電極3cのみoffにし、電子ビーム402が物体(ウエハ)5上に到達するように、制御系22からブランキング制御回路15にブランキング解除信号が送られる。このとき、その他のビーム401、403はブランキング開口BAで遮られ、物体(ウエハ)5上には到達しない。描画用偏向器6による物体(ウエハ)5上での電子ビーム402の変位量を矢印410で示してある。電子ビームの変位量410はマーク11の幅より小さい。
【0053】
本検出方法では、パターン計測用に偏向器400を付加している。制御系22から偏向制御回路17に電子ビーム偏向信号が送られ、電子ビーム402は物体(ウエハ)5上を走査される。このときパターン計測用偏向器400を用いると、物体(ウエハ)5上では402aから402a'まで走査される。
【0054】
電子ビーム402a−402a'をマーク11上で走査した際の反射電子または2次電子または透過電子量を検出器で検出し、得られた検出信号をオフセット、ゲイン調整回路26にてオフセット、ゲイン調整をした後、A/D変換器27によりデジタル信号に変換し、これをマーク信号として用いる(図4では透過電子検出器10'を例示した)。このマーク信号はマークの断面形状を反映したものとなる。信号処理回路28では、デジタル信号に変換されたマーク信号に基づいて、マーク中心位置を検出するための信号処理が行われる。
【0055】
図5〜図7を用いて、本実施例におけるパターン形状、とりわけ合わせマーク形状に応じたビーム選択を示す。ここでは18×18個の正方格子状の電子ビーム列(X、Y)(X=1〜18、Y=1〜18)を例にとって説明する。
【0056】
図5において、計測方向に関して光軸に近い電子ビームは、X=9または10であるので、ここではX=9を用いる。
【0057】
図5に示す棒状のマーク11を走査する時の、偏向信号とブランキング信号の時間変化を模式的に図6に示す。偏向器400への偏向信号は1回で、ブランキング信号はX=9のみoff、それ以外はすべてonになる。
【0058】
位置検出に用いられるマークは、一般に、物体(ウエハ)上に段差または溝を設けるか、異なる物質を用いることにより形成される。このときの段差、あるいは互いに異なる物質の境界をマークのエッジと呼ぶ。マーク検出において、通常計測の対象となるのは走査方向に略垂直なマークのエッジである。走査方向と略直交する方向にある複数の電子ビームは、走査方向に関して同じ位置であれば、前記計測に用いるエッジ(被走査エッジ)をはみ出さない範囲内で略同時に走査することが可能である。
【0059】
図5の棒状のマーク11では、複数の電子ビームY=4〜15の電子ビームを用いてマーク検出を行うことが可能である。これら複数の電子ビームによる反射電子または2次電子または透過電子は全て加算されて検出される。これにより、検出電流量が増加し、検出効率が増加する。
【0060】
一般的にマークのエッジは直線ではなく不均一である(エッジラフネス)。このエッジラフネスはマーク位置検出の不確定さとなるため、従来は場所を少しずつ変えた複数回走査の平均をとっている。本発明のように被走査エッジと略平行な複数の電子ビームを同時に走査することにより、エッジラフネスの平均化が一回の走査で可能となり、マーク検出にかかる計測時間を短縮することが可能となる。
【0061】
図7の井桁マーク11'では、Y=6〜8、11〜13の電子ビームが被走査エッジをはみ出さない範囲の電子ビームである。これら複数の電子ビームによる反射電子または2次電子または透過電子は全て加算して検出することにより、検出電流量が増加し、エッジラフネスを一回の計測で平均化することが可能となる。
【0062】
次に、図8を用いて複数の電子ビームの走査開始時刻をずらして順次走査するパターン計測方法、とりわけ合わせマーク検出方法の一例を説明する。描画用偏向器6による物体(ウエハ)5上での電子ビームの変位量を矢印600で示してある。合わせ描画の際に用いる物体(ウエハ)5上のマーク11は、走査方向の幅が偏向器6による変位量(矢印600)よりも大きい。
【0063】
マーク位置検出に際して、予め全てのブランキング電極3cをonにして物体(ウエハ)5上に電子ビームが照射されないようにし、マーク11が光軸AXの略上に位置するようにステージ12が駆動させる。
【0064】
次いで、それまでブランキングされていた全電子ビームのうち、初めにマーク検出に使う電子ビーム601のブランキング電極3cのみoffにし、電子ビーム601が物体(ウエハ)5上に到達するように、制御系22からブランキング制御回路15にブランキング解除信号が送られる。このとき、その他のビーム602、603はブランキング開口BAで遮られており、物体(ウエハ)上には到達しない。制御系22から偏向制御回路17に電子ビーム偏向信号が送られると、偏向器6によって電子ビーム601が物体(ウエハ)5上を図8(a)に示す6010−6011の様に走査される。
【0065】
電子ビーム601の走査が完了すると略同時に、図8(b)のようにビーム602のブランキング電極3cのみoffにし、次の走査を行う。この結果ビームは6020から6021まで移動する。その後ビーム603のブランキング電極3cのみoffにして、図8(c)に示すように6030から6031までビームを移動させる。このように走査開始時刻をずらし順次走査する電子ビーム変えることにより6010から6031までの領域の走査が可能となる。
【0066】
電子ビーム6010−6031でマーク11上を走査した際の反射電子または2次電子または透過電子を検出器で検出し、得られた検出信号をオフセット、ゲイン調整回路26にてオフセット、ゲイン調整をした後、A/D変換器27によりデジタル信号に変換し、これをマーク信号として用いる(図8では、反射・2次電子検出器10を例示した)。このマーク信号はマークの断面形状を反映したものとなる。信号処理回路28では、デジタル信号に変換されたマーク信号に基づいて、マーク中心位置を検出するための信号処理が行われる。
【0067】
図9〜図13を用いて、パターン形状、とりわけ合わせマーク形状に応じたビーム選択を示す。ここでは18×18個の正方格子状の電子ビーム列を例にとって説明する。
【0068】
マーク検出において、ブランキング電極3cがoffになっている電子ビームは全て略同時に走査され、検出器が1個の場合、これらブランキング電極3cがoffになっている全ての電子ビームによる反射電子または2次電子または透過電子は加算され検出される。
【0069】
走査方向と略直交する方向にある複数の電子ビームは、走査方向に関して同じ位置であれば、計測に用いるエッジ(被走査エッジ)をはみ出さない範囲内で略同時に走査することが可能である。
【0070】
図9の棒状のマーク11では、複数の電子ビーム(X、Y)(X=1〜18、Y=1〜18)の中、走査方向(X)に略直交し、マークをはみ出さない範囲の電子ビームはY=4〜15である。各X値に対し、Y=4〜15の電子ビームは同時に走査される。Xは1から18まで開始時刻をずらして順次走査される。このときの偏向信号とブランキング信号の時間変化を図10に模式的に示す。図9におけるX=1〜18を走査するために、偏向器6への偏向信号は18回発せられる。偏向信号に同期して、ブランキング信号はX=1から18まで順にひとつずつoffになる(それ以外はon)。
【0071】
各Xに対し同時に走査されるY=4〜15の電子ビームによる反射電子もしくは2次電子もしくは透過電子は、全て加算されて検出される。複数の電子ビームが加算されることにより、検出電流量が増加し、検出効率が増加する。
【0072】
図11の井桁マーク11'では、Y=6〜8、11〜13の電子ビームが被走査エッジをはみ出さない範囲の電子ビームである。これら複数の電子ビームによる反射電子もしくは2次電子もしくは透過電子は全て加算して検出することにより、検出電流量が増加し、エッジラフネスを一回の計測で平均化することが可能となる。
【0073】
本発明における複数の電子ビームを順次走査する方法では、走査方向に関してパターンすなわちマークの形状に応じて電子ビームを選択することにより、マークの走査時間を短縮することが可能となる。この場合、電子ビームの走査領域がマークを含む最低数となるように選択することが望ましい。
【0074】
図12の棒状マーク11であれば、X=1〜2、4〜5、7〜8、10〜11、13〜14、16〜17の順でブランキング電極3cをoffにすれば、X=1〜18の全てを順次offにした場合の2/3の時間での走査が可能となる。
【0075】
図8において、描画用偏向器6の代わりにパターン計測偏向器400を用いて、描画用偏向器6の変位量以上の長さをもつマークの位置検出を行える。この際、パターン計測偏向器400の変位量と順次走査する電子ビーム数の組み合わせを選択し、用いる電子ビーム数、パターン計測偏向器400制御回路の電源電圧・保持ビット数を考慮して、高速・高精度で計測を行う条件を選択する。
【0076】
図13において偏向器400の変位量を矢印700とすると、X=2、5、8、11、14の順でブランキング電極3cをoffにし、マーク検出を行うことができる。
【0077】
以上詳述したように、本発明では、描画時に用いる電子ビーム変位手段とは異なるパターン計測用の変位手段を付加することにより、描画時に用いる電子ビーム変位手段による変位量以上の長さのパターン計測を行える。これにより、他のリソグラフィーとのミックス・アンド・マッチ、および、光によるマークの形状及び位置の検証が可能となり、マーク製作が容易になる。
【0078】
また、パターン計測時の走査方向に配列された複数の電子ビームを、走査開始時刻をずらして順次走査することにより、描画時に用いる電子ビーム変位手段による変位量以上の長さのパターン計測を行える。これにより、他のリソグラフィーとのミックス・アンド・マッチ、および、光によるマークの形状及び位置の検証が可能となり、マーク製作が容易になる。
【0079】
また、パターン計測用変位手段を用い、パターン計測時の走査方向に配列された複数の電子ビームを、走査開始時刻をずらして順次走査することにより、描画時に用いる電子ビーム変位量以上の長さのパターン計測を行える。これにより、他のリソグラフィーとのミックス・アンド・マッチ、および、光によるマークの形状及び位置の検証が可能となり、マーク製作が容易になる。また、計測が高速・高精度に行えるように、パターン計測用変位手段の変位量と順次走査する電子ビーム数の組み合わせを選択できる。
【0080】
また、前記走査方向に配列した前記複数の電子ビームを、前記被計測パターンの形状に応じて選択して走査しパターン計測を行うことにより、全体を走査する場合に比べて計測時間を短縮できる。
【0081】
また、走査方向に関し同じ位置であって走査方向と略直交する方向に配列された複数の電子ビームを、パターンの形状に応じて選択し走査することにより、検出電流量を増やし、パターンエッジの不均一さを一回の計測で平均化でき、高速で高精度の計測が可能となる。
【0082】
以上の全実施例では、1個の電子源から出た電子ビームを要素光学系で複数の電子ビームに分けたシステムを用いて説明したが、複数の光源によるマルチビームシステムでも同様に当てはまる。
【0083】
【発明の効果】
本発明によれば、マルチ電子ビーム描画装置において、描画偏向距離よりも大きなパターン計測を可能にするマーク位置検出方法を実現し、それを用いた電子ビーム描画技術を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る電子ビーム露光装置の要部概略とシステム構成を示す図。
【図2】本発明で検出対象となるマーク形状の一例を示す図。
【図3】描画時の電子ビームの変位方法を説明する図。
【図4】パターン計測用の偏向器を別途設けて、個々の走査距離より大きなパターン(マーク)を検出する方法を説明する図。
【図5】パターン計測用の偏向器を別途設けてパターン計測(マーク検出)を行う場合の、マーク形状に応じたビーム選択の一例を説明する図。
【図6】図5に示すマークを走査する時の偏向信号とブランキング信号の時間変化を示す図。
【図7】図5におけるマーク形状に応じたビーム選択の別の例を説明する図。
【図8】複数の電子ビームの走査開始時刻をずらして順次走査し、個々の走査距離より大きなパターン計測(マーク検出)を行う方法を説明する図。
【図9】複数の電子ビームを順次走査してパターン計測(マーク検出)を行う場合の、パターン(マーク)形状に応じたビーム選択の一例を説明する図。
【図10】図9に示すマークを走査する時の偏向信号とブランキング信号の時間変化を示す図。
【図11】図9におけるマーク形状に応じたビーム選択の別の例を説明する図。
【図12】図9におけるマーク形状に応じたビーム選択のさらに別の例を説明する図。
【図13】図9におけるマーク形状に応じたビーム選択のさらに別の例を説明する図。
【符号の説明】
1…電子銃、1a…カソード、1b…グリッド、1c…アノード、2…照射レンズ、3…要素電子光学系アレイ、3a…電子ビーム分割開口基板、3b… 電子レンズ、310a…上電極、310b…中間電極、310c…下電極、3c…ブランキング電、4…縮小電子光学系、41…第1縮小系第1投影レンズ、42…第1縮小系第2投影レンズ、43…第2縮小系第1投影レンズ、44…第2縮小系第2投影レンズ、5…物体(ウエハ)、6…副偏向器、7…主偏向器、8…ダイナミックフォーカス電極、9…ダイナミックスティグ電極、10…反射・2次電子検出器、10'…透過電子検出器、11、11'…マーク、12…試料ステージ、13…照射電子光学系制御回路、14…ブランキング制御回路、15…焦点・非点制御回路1、16…焦点・非点制御回路2、17…偏向制御回路、18…倍率制御回路、19…光学特性制御回路、20…ステージ駆動制御回路、21…レーザ干渉計、22…制御系、23…メモリ、24…インターフェース、25…CPU、26…オフセット、ゲイン調整回路、27…A/D変換器、28…信号処理回路、31…ブランキングされない電子ビーム、32…ブランキングされた電子ビーム、32'…32のブランキングされる前の軌道、33…ブランキングされた電子ビーム、33'…33のブランキングされる前の軌道、AX…光軸、BA…ブランキング開口、P…第2縮小光学系の瞳位置、300…サブフィールド(SF)、301…一つの電子ビームが描画用偏向器(偏向器6)により走査される領域、302…主偏向器による変位領域、303…メインフィールド(MF)、304…ステージ移動領域、400…パターン計測用偏向器、401…パターン計測(マーク検出)に用いない電子ビーム、402…パターン計測(マーク検出)に用いる電子ビーム、402a…パターン計測用偏向器による変位開始位置、402a'…パターン計測用偏向器による変位終了位置、403…パターン計測(マーク検出)に用いない電子ビーム、410…偏向器6による変位範囲、600…偏向器6による変位範囲、601…最初に走査される電子ビーム、6010…601の偏向器6による変位開始位置、6011…601の偏向器6による変位終了位置、602…2番目に走査される電子ビーム、6020…602の偏向器6による変位開始位置、6021…602の偏向器6による変位終了位置、603…3番目に走査される電子ビーム、6030…603の偏向器6による変位開始位置、6031…603の偏向器6による変位終了位置、700…偏向器400による変位範囲。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electron beam drawing technique for drawing a desired circuit pattern on a sample with an electron beam.
[0002]
[Prior art]
In the electron beam drawing technique, another new pattern is often drawn in accordance with the position of a pattern already formed on a sample (for example, a wafer). In order to perform such alignment drawing, the position of the alignment mark formed on the wafer is detected in advance, and a new pattern is drawn based on the position.
[0003]
In the production of devices, it is expected that wafers will become larger and patterns will become finer. In lithography technology for producing such a device, an electron beam lithography apparatus is used for a layer that requires high resolution in pattern formation, and another lithography apparatus with a high throughput (for example, an i-line stepper) is used for the other layers. The so-called mix-and-match usage is becoming mainstream.
[0004]
When using an electron beam lithography system in a mix-and-match method with another lithography apparatus, in order to use a common mark for interlayer alignment, the alignment mark used as standard in other lithography apparatuses is electronic It is necessary to detect even the beam drawing apparatus. By making the alignment mark for electron beam writing common to marks used in other lithography apparatuses, it is possible to apply the electron beam drawing technique without changing the reticle design of an existing process. In addition, with the miniaturization of patterns, alignment drawing with higher accuracy has been required for electron beam drawing.
[0005]
In the conventional electron beam drawing apparatus, the deflector for displacing the electron beam at the time of drawing is two stages of a main deflector and a sub deflector, or three stages including a sub sub deflector. In the case of three-stage deflection, the deflection amount of each deflector is about 5 mm, 500 μm, and 50 μm, respectively. An electromagnetic deflector may be used for the main deflection having the largest deflection amount, and the deflection speed is slower than the electrostatic deflector due to physical properties. In order to increase the deflection amount in the electrostatic type, it is necessary to make the deflector slender or increase the output of the drive power supply. When the deflector is thinned, there may be problems such as the risk of discharge due to the proximity of the electrodes, restrictions on optical characteristics / mounting, and high output of the power source, such as a decrease in driving speed.
[0006]
For each deflector, the deflection resolution suitable for the deflection amount is determined in comparison with the stability of the drive power supply and the number of bits held in the control system. When drawing, high resolution and high speed driving are required, and the lowest deflector is usually used. For example, in the case of the three-stage deflection, the sub-sub deflector corresponds to this, and the drawing area is about 50 μm square. The upper deflector plays a role of moving the lower deflection area.
[0007]
In order to improve throughput, that is, to shorten the total drawing time, it is necessary to perform measurement at high speed and high accuracy in mark position detection as well as drawing. Therefore, it is common to use the lowest-order drawing deflector when displacing the electron beam when detecting the mark position.
[0008]
Conventionally, the mark used in the electron beam drawing apparatus is, for example, a mark 11 ′ as shown in FIG. 2A, and the size is about 30 μm, which is set smaller than the drawing area. On the other hand, the mark used for the alignment of the stepper is a mark 11 as shown in FIG. 2B, for example, and has a size exceeding the drawing area of, for example, a width of 100 μm. The entire mark cannot be covered by scanning with the instrument. In this case, a drawing deflector for scanning a certain range on the mark, and an upper deflector (for example, a sub-deflector) capable of large-angle deflection for designating the center position of the scanning range by the deflector. It is used in combination to scan a wide area.
[0009]
The necessity and advantage of using a mark larger than the drawing distance in the background as described above are as follows: (1) The electron beam can be mixed and matched with other lithography, and (2) Mark production is easy. (3) The mark shape and position can be calibrated by light, and (4) the amount of detected current can be increased.
[0010]
In conventional electron beam drawing, low throughput is an issue, but a multi-electron beam drawing method in which a plurality of electron beams are used has been proposed to improve the throughput (for example, see Non-Patent Document 1).
[0011]
In the multi-electron beam drawing method, in order to perform drawing at high speed and high accuracy, the deflection amount of the drawing deflector is set to about the interval (several μm) between adjacent electron beams. Since the area where the plurality of electron beam arrays is drawn is about 100 μm, the amount of displacement of the upper deflector that moves the drawing area is set to about several mm. That is, in the multi-electron beam drawing apparatus, the deflection amount between the drawing deflector and the upper deflector is significantly different from that of the conventional electron beam drawing apparatus. Further, in order to detect the mark position using only the drawing deflector, a mark smaller than several μm is required.
[0012]
[Non-Patent Document 1]
"Journal of Vacuum Science and Technology, B18 (6), November / December 2000, 3061-3066"
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the case of the multi-electron beam drawing apparatus, there is a large difference in the deflection amount between the drawing deflector and the upper deflector. If a higher-order deflector is used at the time of mark position detection, the deflection speed and accuracy are significantly reduced. Therefore, only the drawing deflector can perform mark detection at substantially high speed and high accuracy. Since the deflection amount of the drawing deflector is set to the interval between adjacent electron beams, it is possible to detect a mark smaller than this deflection amount by the conventional method, but it is impossible to detect a mark larger than the deflection amount. This is possible, and the conventional electron beam marks and other lithography marks described above cannot be detected, and there is a problem that the usable marks can be restricted.
[0014]
Further, if the electron beam diameter is reduced to draw a fine pattern, the current amount of each electron beam is reduced. Therefore, when mark detection is performed with one electron beam, there is a concern that the detection current amount with respect to noise at the time of detection is small and the detection accuracy is low.
[0015]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a mark position detection method capable of measuring a pattern larger than a drawing deflection distance in a multi-electron beam drawing apparatus, and to provide an electron beam drawing technique using the mark position detection method.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an embodiment of a multi-electron beam drawing apparatus according to the present invention comprises: means for irradiating a plurality of electron beams to different positions at predetermined intervals on an object (sample); A selecting unit capable of selecting an electron beam to be irradiated to the object from the electron beam; a displacing unit configured to displace the plurality of electron beams by substantially the same amount of displacement in the scanning direction relative to the object; and the plurality of electrons by the displacing unit. Electron detection means for detecting reflected electrons, secondary electrons or transmitted electrons corresponding to each electron beam from the pattern when the beam is displaced in the scanning direction, the displacement amount of the displacement means, and the detection result of the electron detection means And determining means for determining the position of the pattern based on the relationship between
[0017]
The plurality of electron beams are arranged in a direction substantially perpendicular to the scanning direction and the scanning direction.
[0018]
The displacement means is a means different from that at the time of drawing at the time of pattern measurement (here, the displacement means at the time of drawing is referred to as displacement means 1, and the displacement means at the time of pattern measurement is referred to as displacement means 2). The means 2 measures a pattern having a length equal to or longer than the amount of displacement by the displacement means 1 (this displacement method is referred to as a displacement method 1).
[0019]
The displacement means 1 measures a pattern having a length longer than the displacement amount of the displacement means 1 alone by sequentially scanning a plurality of electron beams in the scanning direction while shifting the scanning start time. This displacement method is referred to as displacement method 2).
[0020]
The displacement means 2 measures a pattern having a length equal to or longer than the displacement amount by the displacement means 1 by sequentially scanning a plurality of electron beams in the scanning direction while shifting the scanning start time. This displacement method is referred to as displacement method 3). At this time, a combination of the number of electron beams sequentially scanned by the displacement method 1 and the displacement amount of the displacement means 2 is selected so that the measurement can be performed at high speed and with high accuracy.
[0021]
The displacement methods 2 and 3 select the plurality of electron beams in the scanning direction in accordance with the shape of the pattern to be measured when sequentially scanning at different scanning start times, thereby reducing the measurement time. And
[0022]
The electron detection means increases the detection current amount of the electron beam by selecting and using the plurality of electron beams in a direction substantially orthogonal to the scanning direction according to the shape of the pattern. .
[0023]
The electron detection means and the determination means select and use the plurality of electron beams in a direction substantially orthogonal to the scanning direction in accordance with the shape of the mark, whereby the edge roughness (pattern edge nonuniformity) of the pattern is selected. )) Is averaged by one measurement.
[0024]
The displacement methods 1 to 3 are characterized in that a pattern having a length equal to or longer than the plurality of electron beam intervals is measured.
[0025]
In this way, according to the present invention, it is possible to detect a pattern (alignment mark) larger than the drawing distance. As a result, mixing and matching with other lithography becomes possible. In addition, it is possible to verify the mark position and mark shape by light. In addition, the mark can be easily manufactured. Further, by selecting a plurality of electron beams to be scanned according to the shape of the mark, it is possible to realize high-accuracy alignment drawing.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0027]
FIG. 1 is a schematic view of a main part of an electron beam exposure apparatus according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an electron gun including a cathode 1a, a grid 1b, and an anode 1c. Electrons radiated from the cathode 1a form a crossover image between the grid 1b and the anode 1c (hereinafter referred to as this cross). Over image is referred to as light source).
[0028]
The electrons emitted from the light source become a substantially parallel electron beam by the irradiation lens 2 whose front focal position is at the light source position. The substantially parallel electron beam is incident on the element electron optical system array 3. The element electron optical system array 3 is formed by arranging a plurality of element electron optical systems each including an aperture 3a, an electron lens 3b, and a blanking electrode 3c in a direction substantially perpendicular to the optical axis AX. Details of the element electron optical system array 3 will be described later.
[0029]
The element electron optical system array 3 forms a plurality of intermediate images of the light source at the position of the blanking electrode 3 c, and each intermediate image is reduced and projected by a reduction electron optical system 4 (to be described later). Form an image.
[0030]
The reduction electron optical system 4 includes a symmetric magnetic doublet including a set of a first projection lens 41 and a second projection lens 42, and a set of a first projection lens 43 and a second projection lens 44. When the focal length of the first projection lens 41 (43) is f1, and the focal length of the second projection lens 42 (44) is f2, the distance between the two lenses is f1 + f2. The object point on the optical axis AX is at the focal position of the first projection lens 41 (43), and the image point is connected to the focal point of the second projection lens 42 (44). This image is reduced to -f2 / f1. Since the two lens magnetic fields are set so as to act in opposite directions, theoretically, except for the five aberrations of spherical aberration, isotropic coma aberration, curvature of field aberration, and axial chromatic aberration Seidel aberrations and chromatic aberrations related to rotation and magnification are canceled out.
[0031]
A drawing deflector (6) deflects a plurality of electron beams from the element electron optical system array 3 and displaces a plurality of light source images on the object (wafer) 5 by substantially the same amount of displacement in the X and Y directions. A sub-deflector) 7 is a main deflector for displacing a region scanned by the sub-deflector 6. Both the main deflector and the sub deflector are electrostatic deflectors.
[0032]
Reference numeral 8 denotes a dynamic focus electrode that corrects the deviation of the focus position of the light source image by the deflection aberration generated when the deflectors 6 and 7 are operated. Reference numeral 9 denotes the same as the dynamic focus electrode 8 that is generated by deflection. This is a dynamic stig electrode that corrects astigmatism of deflection aberration. An electric field may be superimposed on the deflector 6 or 7 instead of the dynamic stig electrode 9.
[0033]
10 and 10 ′ are reflected electrons generated when the electron beam from the element electron optical system array 3 irradiates an object (wafer) 5 or a pattern for alignment formed on the object 5, that is, an alignment mark 11, or A detector for detecting secondary electrons or transmitted electrons, 10 is a reflection / secondary electron detector, and 10 ′ is a transmission electron detector.
[0034]
Reference numeral 12 denotes a stage on which the object (wafer) 5 is placed and can move in the XY direction substantially orthogonal to the optical axis AX (Z axis) and the rotation direction around the Z axis and the optical axis AX (Z axis).
[0035]
Next, each element electron optical system will be described.
[0036]
In the element electron optical system array 3, reference numeral 3 a denotes a substrate having an aperture that defines the shape of the transmitted electron beam. Reference numeral 3b denotes an electron lens using a unipotential lens having a convergence function, which is composed of three aperture electrodes, the upper and lower electrodes are made the same as the acceleration potential VO, and the intermediate electrode is kept at another potential. Reference numeral 3c denotes a blanking electrode composed of a pair of electrodes and having a deflection function.
[0037]
The upper and lower electrodes 310a and 310c of the unipotential lens are set to a common potential in all element electron optical systems by a focus / astigmatism control circuit 1 (15) described later.
[0038]
Since the potential of the intermediate electrode 310b of the unipotential lens can be set for each element electron optical system by the focus / astigmatism control circuit 1 (15), the focal length of the unipotential lens 3b can be set for each element electron optical system. As a result, the electron optical characteristics (intermediate image forming position, astigmatism) of the element electron optical system can be controlled.
[0039]
The electron beam made substantially parallel by the irradiation lens 2 forms an intermediate image of the light source at the position of the blanking electrode 3c by the electron lens 3b through the opening 3a. At this time, if the electric field is not applied between the blanking electrodes 3c (off state), the electron beam 31 is not deflected. On the other hand, when an electric field is applied between the blanking electrodes 3c (on state), they are deflected like electron beams 32 and 33 (the optical paths before being deflected are indicated by dotted lines 32 'and 33'). . Since the electron beam 31 and the electron beams 32 and 33 have different angular distributions on the object plane of the reduction electron optical system 4, the electron beam 31 and the electron beam are at the pupil position (on the P plane in FIG. 1) of the reduction optical system 4. 32 and 33 are incident on different regions. On the object (wafer) 5, a reduced image of the multi-light source formed by the element electron optical system array 3 is formed. A blanking aperture BA is provided at the pupil position (on the P plane in FIG. 1) of the reduction electron optical system to block the electron beam whose blanking electrode 3c is on. In the example of FIG. Only the object (wafer) 5 is irradiated, and the other electron beams 32 and 33 are not irradiated.
[0040]
Next, the system configuration of the present embodiment will be described.
[0041]
The irradiation electron optical system control circuit 13 is a control circuit that adjusts the irradiation condition of the electron beam to the element electron optical array 3 by changing the excitation current of the irradiation lens 2.
[0042]
The blanking control circuit 14 is a control circuit for individually turning on / off the blanking electrode 3c of each element electron optical system of the element electron optical array 3, and the focus / astigmatism control circuit 1 (15) is the element electron optical array 3 2 is a control circuit that individually controls the electro-optical characteristics (intermediate image forming position, astigmatism) of each of the element electron optical systems.
[0043]
The focus / astigmatism control circuit 2 (16) is a control circuit for controlling the dynamic stig coil 8 and the dynamic focus coil 9 to control the focus position and astigmatism of the reduction electron optical system 4, and the deflection control circuit 17 is for deflecting. The magnification adjustment circuit 18 is a control circuit that adjusts the magnification of the reduction electron optical system 4, and the optical characteristic circuit 19 is a component of the reduction electron optical system 4. This is a control circuit for adjusting the rotational aberration and the optical axis by changing the excitation current of the electromagnetic lens.
[0044]
The stage drive control circuit 20 is a control circuit that drives and controls the XY stage in cooperation with the laser interference system 21 that drives and controls the θ-Z stage and detects the position of the XY stage.
[0045]
The control system 22 controls the plurality of control circuits and the detector 10 in synchronization for exposure and alignment based on data from the memory 23 in which information related to the drawing pattern is stored. The control system 22 is controlled by a CPU 25 that controls the entire electron beam exposure apparatus via an interface 24.
[0046]
Next, a method for displacing the electron beam during writing will be described with reference to FIG. Here, an electron beam array formed by 9 × 9 square lattice element electron optical system array will be described as an example.
[0047]
Reference numeral 300 denotes an area in which an electron beam array on an object (wafer) is scanned by a drawing deflector (sub-deflector), which is called a subfield (SF). The displacement range of the drawing deflector is set to the interval between individual electron beams (dotted circles in the figure), and is about several μm square. Reference numeral 301 denotes a displacement region of each electron beam by the drawing deflector. The SF (304) is formed by several tens of several tens of electron beams and has a size of about 100 μm square (in this example, the number of electron beams is reduced for ease of explanation).
[0048]
The SF is deflected by the main deflector 7. The displacement range is indicated by 302. This displacement area is called a main field (MF) (303) and is about several mm square.
[0049]
Further, the MF is displaced by the stage movement 304 to cover the drawing pattern on the object (wafer).
[0050]
Next, an example of pattern measurement, particularly a mark detection method, in which a deflector for pattern measurement is separately provided will be described with reference to FIG.
[0051]
On the object (wafer) 5, a reduced image of the multi-light source formed by the element electron optical system array 3 is formed. If all of the blanking electrodes 3c are on, all electron beams are blocked by the blanking aperture BA, so that no electron beam is irradiated onto the object (wafer). When detecting the mark position, the control system 22 drives the stage so that the electron beam is not irradiated onto the object (wafer) 5 in advance and the stage 12 is driven so that the mark 11 is positioned substantially on the optical axis AX. A command is sent to the control circuit 20.
[0052]
In this detection method, the electron beam closest to the optical axis is used in the measurement direction (electron beam 402 in FIG. 4). Of all the electron beams that have been blanked until then, only the blanking electrode 3c of the electron beam 402 used for mark detection is turned off, and the control system 22 blocks the electron beam 402 so that the electron beam 402 reaches the object (wafer) 5. A blanking release signal is sent to the ranking control circuit 15. At this time, the other beams 401 and 403 are blocked by the blanking aperture BA and do not reach the object (wafer) 5. The amount of displacement of the electron beam 402 on the object (wafer) 5 by the drawing deflector 6 is indicated by an arrow 410. The displacement amount 410 of the electron beam is smaller than the width of the mark 11.
[0053]
In this detection method, a deflector 400 is added for pattern measurement. An electron beam deflection signal is sent from the control system 22 to the deflection control circuit 17, and the electron beam 402 is scanned on the object (wafer) 5. At this time, when the pattern measuring deflector 400 is used, the object (wafer) 5 is scanned from 402a to 402a ′.
[0054]
The amount of reflected electrons, secondary electrons, or transmitted electrons when the electron beam 402a-402a 'is scanned on the mark 11 is detected by a detector, and the obtained detection signal is offset and gain adjusted by the gain adjusting circuit 26. After that, it is converted into a digital signal by the A / D converter 27 and used as a mark signal (FIG. 4 illustrates the transmission electron detector 10 ′). This mark signal reflects the cross-sectional shape of the mark. In the signal processing circuit 28, signal processing for detecting the mark center position is performed based on the mark signal converted into the digital signal.
[0055]
The beam selection according to the pattern shape in this embodiment, especially the alignment mark shape, will be described with reference to FIGS. Here, 18 × 18 square lattice electron beam rows (X, Y) (X = 1 to 18, Y = 1 to 18) will be described as an example.
[0056]
In FIG. 5, since the electron beam close to the optical axis in the measurement direction is X = 9 or 10, X = 9 is used here.
[0057]
FIG. 6 schematically shows temporal changes of the deflection signal and the blanking signal when the bar-shaped mark 11 shown in FIG. 5 is scanned. The deflection signal to the deflector 400 is one time, and the blanking signal is off only for X = 9, and is otherwise on.
[0058]
A mark used for position detection is generally formed by providing a step or a groove on an object (wafer) or using a different substance. The step at this time or the boundary between different substances is called the mark edge. In mark detection, an object of normal measurement is a mark edge substantially perpendicular to the scanning direction. If a plurality of electron beams in a direction substantially orthogonal to the scanning direction are at the same position in the scanning direction, it is possible to scan substantially simultaneously within a range that does not protrude an edge used for the measurement (scanned edge). .
[0059]
In the bar-shaped mark 11 of FIG. 5, it is possible to perform mark detection using a plurality of electron beams Y = 4-15. All the reflected electrons, secondary electrons, or transmitted electrons generated by the plurality of electron beams are added and detected. As a result, the amount of detected current increases and the detection efficiency increases.
[0060]
Generally, the edge of a mark is not a straight line but is non-uniform (edge roughness). Since this edge roughness becomes uncertain in the mark position detection, conventionally, an average of a plurality of scans in which the location is changed little by little is taken. By simultaneously scanning a plurality of electron beams substantially parallel to the scanned edge as in the present invention, the edge roughness can be averaged by a single scan, and the measurement time for mark detection can be shortened. Become.
[0061]
In the cross mark 11 ′ in FIG. 7, the electron beams of Y = 6 to 8, 11 to 13 are in the range where the scanned edge does not protrude. By detecting all the reflected electrons, secondary electrons, or transmitted electrons by the plurality of electron beams, the amount of detected current increases, and the edge roughness can be averaged by one measurement.
[0062]
Next, an example of a pattern measuring method for sequentially scanning by shifting the scanning start times of a plurality of electron beams, particularly an alignment mark detecting method, will be described with reference to FIG. The amount of displacement of the electron beam on the object (wafer) 5 by the drawing deflector 6 is indicated by an arrow 600. The mark 11 on the object (wafer) 5 used for alignment drawing has a width in the scanning direction larger than the displacement amount (arrow 600) by the deflector 6.
[0063]
When detecting the mark position, all the blanking electrodes 3c are turned on in advance so that the electron beam is not irradiated onto the object (wafer) 5, and the stage 12 is driven so that the mark 11 is positioned substantially on the optical axis AX. .
[0064]
Next, of all the electron beams that have been blanked until then, only the blanking electrode 3c of the electron beam 601 used for mark detection is turned off first, and control is performed so that the electron beam 601 reaches the object (wafer) 5. A blanking release signal is sent from the system 22 to the blanking control circuit 15. At this time, the other beams 602 and 603 are blocked by the blanking aperture BA and do not reach the object (wafer). When an electron beam deflection signal is sent from the control system 22 to the deflection control circuit 17, the deflector 6 scans the electron beam 601 on the object (wafer) 5 as shown in 6010-6011 shown in FIG.
[0065]
At the same time when the scanning of the electron beam 601 is completed, only the blanking electrode 3c of the beam 602 is turned off as shown in FIG. 8B, and the next scanning is performed. As a result, the beam moves from 6020 to 6021. Thereafter, only the blanking electrode 3c of the beam 603 is turned off, and the beam is moved from 6030 to 6031 as shown in FIG. In this way, by changing the scanning start time and changing the electron beam to be sequentially scanned, it is possible to scan the region from 6010 to 6031.
[0066]
Reflected electrons, secondary electrons, or transmitted electrons when the mark 11 is scanned with the electron beam 6010-6031 are detected by a detector, and the obtained detection signal is offset and the gain adjustment circuit 26 performs offset and gain adjustment. Thereafter, it is converted into a digital signal by the A / D converter 27 and used as a mark signal (in FIG. 8, the reflection / secondary electron detector 10 is illustrated). This mark signal reflects the cross-sectional shape of the mark. In the signal processing circuit 28, signal processing for detecting the mark center position is performed based on the mark signal converted into the digital signal.
[0067]
9 to 13 show beam selection according to the pattern shape, particularly the alignment mark shape. Here, a description will be given by taking 18 × 18 square lattice electron beam rows as an example.
[0068]
In the mark detection, all the electron beams with the blanking electrode 3c turned off are scanned substantially simultaneously. When there is one detector, the reflected electrons or the reflected electrons by all the electron beams with the blanking electrode 3c turned off or Secondary electrons or transmitted electrons are added and detected.
[0069]
If a plurality of electron beams in a direction substantially orthogonal to the scanning direction are at the same position in the scanning direction, they can be scanned almost simultaneously within a range that does not protrude an edge used for measurement (scanned edge).
[0070]
In the rod-shaped mark 11 of FIG. 9, the range that is substantially orthogonal to the scanning direction (X) and does not protrude from the plurality of electron beams (X, Y) (X = 1 to 18, Y = 1 to 18). The electron beam of Y = 4-15. For each X value, Y = 4-15 electron beams are scanned simultaneously. X is sequentially scanned by shifting the start time from 1 to 18. FIG. 10 schematically shows temporal changes of the deflection signal and the blanking signal at this time. In order to scan X = 1 to 18 in FIG. 9, the deflection signal to the deflector 6 is issued 18 times. In synchronization with the deflection signal, the blanking signal is turned off one by one in order from X = 1 to 18 (on otherwise).
[0071]
All reflected electrons, secondary electrons, or transmitted electrons by the electron beam of Y = 4 to 15 that are simultaneously scanned for each X are added and detected. By adding a plurality of electron beams, the amount of detection current increases and the detection efficiency increases.
[0072]
In the cross mark 11 ′ in FIG. 11, the electron beams of Y = 6 to 8, 11 to 13 are electron beams in a range that does not protrude the scanned edge. By detecting all the reflected electrons, secondary electrons, or transmitted electrons by the plurality of electron beams, the amount of detected current increases, and the edge roughness can be averaged by one measurement.
[0073]
In the method of sequentially scanning a plurality of electron beams in the present invention, the scanning time of the mark can be shortened by selecting the electron beam according to the pattern, that is, the shape of the mark in the scanning direction. In this case, it is desirable to select so that the scanning area of the electron beam is the minimum number including the mark.
[0074]
In the case of the bar-shaped mark 11 in FIG. 12, if the blanking electrode 3c is turned off in the order of X = 1 to 2, 4 to 5, 7 to 8, 10 to 11, 13 to 14, and 16 to 17, X = Scanning in 2/3 time when all of 1 to 18 are sequentially turned off is possible.
[0075]
In FIG. 8, a pattern measurement deflector 400 can be used in place of the drawing deflector 6 to detect the position of a mark having a length equal to or greater than the displacement amount of the drawing deflector 6. At this time, a combination of the displacement amount of the pattern measurement deflector 400 and the number of electron beams to be sequentially scanned is selected, and considering the number of electron beams to be used and the power supply voltage / holding bit number of the pattern measurement deflector 400 control circuit, Select conditions for measuring with high accuracy.
[0076]
In FIG. 13, when the displacement amount of the deflector 400 is an arrow 700, the blanking electrode 3c is turned off in the order of X = 2, 5, 8, 11, and 14, and mark detection can be performed.
[0077]
As described above in detail, in the present invention, by adding a displacement means for pattern measurement different from the electron beam displacement means used at the time of drawing, pattern measurement having a length longer than the amount of displacement by the electron beam displacement means used at the time of drawing. Can be done. This makes it possible to mix and match with other lithography, and to verify the shape and position of the mark by light, facilitating mark manufacture.
[0078]
Further, by sequentially scanning a plurality of electron beams arranged in the scanning direction at the time of pattern measurement while shifting the scanning start time, it is possible to measure a pattern having a length longer than the amount of displacement by the electron beam displacement means used at the time of drawing. This makes it possible to mix and match with other lithography, and to verify the shape and position of the mark by light, facilitating mark manufacture.
[0079]
Also, by using the pattern measurement displacement means and sequentially scanning a plurality of electron beams arranged in the scanning direction at the time of pattern measurement while shifting the scanning start time, the length of the electron beam displacement amount used at the time of drawing or more Pattern measurement can be performed. This makes it possible to mix and match with other lithography, and to verify the shape and position of the mark by light, facilitating mark manufacture. Further, a combination of the displacement amount of the pattern measuring displacement means and the number of electron beams to be sequentially scanned can be selected so that the measurement can be performed at high speed and with high accuracy.
[0080]
In addition, by selecting and scanning the plurality of electron beams arranged in the scanning direction according to the shape of the pattern to be measured and performing pattern measurement, the measurement time can be shortened as compared with the case of scanning the whole.
[0081]
In addition, by selecting and scanning a plurality of electron beams arranged in the same position in the scanning direction and in a direction substantially orthogonal to the scanning direction according to the pattern shape, the amount of detected current is increased and the pattern edge is reduced. Uniformity can be averaged by a single measurement, enabling high-speed and high-precision measurement.
[0082]
In all the embodiments described above, a system in which an electron beam emitted from one electron source is divided into a plurality of electron beams by an element optical system has been described, but the same applies to a multi-beam system using a plurality of light sources.
[0083]
【The invention's effect】
According to the present invention, in a multi-electron beam drawing apparatus, it is possible to realize a mark position detection method that enables pattern measurement larger than the drawing deflection distance, and to provide an electron beam drawing technique using the mark position detection method.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an outline and a system configuration of an essential part of an electron beam exposure apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an example of a mark shape to be detected in the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining a method of displacing an electron beam during writing.
FIG. 4 is a view for explaining a method of separately providing a pattern measuring deflector and detecting a pattern (mark) larger than each scanning distance.
FIG. 5 is a view for explaining an example of beam selection according to a mark shape when pattern measurement (mark detection) is performed by separately providing a deflector for pattern measurement.
6 is a diagram showing temporal changes of a deflection signal and a blanking signal when the mark shown in FIG. 5 is scanned. FIG.
FIG. 7 is a diagram for explaining another example of beam selection according to the mark shape in FIG.
FIG. 8 is a diagram for explaining a method of sequentially scanning by shifting the scanning start times of a plurality of electron beams and performing pattern measurement (mark detection) larger than each scanning distance.
FIG. 9 is a diagram for explaining an example of beam selection according to a pattern (mark) shape when pattern measurement (mark detection) is performed by sequentially scanning a plurality of electron beams.
10 is a diagram showing temporal changes of a deflection signal and a blanking signal when the mark shown in FIG. 9 is scanned. FIG.
FIG. 11 is a diagram for explaining another example of beam selection according to the mark shape in FIG. 9;
12 is a diagram for explaining still another example of beam selection according to the mark shape in FIG. 9. FIG.
13 is a diagram for explaining still another example of beam selection according to the mark shape in FIG. 9;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electron gun, 1a ... Cathode, 1b ... Grid, 1c ... Anode, 2 ... Irradiation lens, 3 ... Element electron optical system array, 3a ... Electron beam division | segmentation aperture substrate, 3b ... Electron lens, 310a ... Upper electrode, 310b ... Intermediate electrode, 310c ... lower electrode, 3c ... blanking electricity, 4 ... reduction electron optical system, 41 ... first reduction system first projection lens, 42 ... first reduction system second projection lens, 43 ... second reduction system first 1 projection lens, 44 ... second reduction system second projection lens, 5 ... object (wafer), 6 ... sub-deflector, 7 ... main deflector, 8 ... dynamic focus electrode, 9 ... dynamic stig electrode, 10 ... reflector Secondary electron detector, 10 '... transmission electron detector, 11, 11' ... mark, 12 ... sample stage, 13 ... irradiation electron optical system control circuit, 14 ... blanking control circuit, 15 ... focus / astigmatism control circuit 1, 16 ... Focus / Non Control circuit 2, 17 ... Deflection control circuit, 18 ... Magnification control circuit, 19 ... Optical characteristic control circuit, 20 ... Stage drive control circuit, 21 ... Laser interferometer, 22 ... Control system, 23 ... Memory, 24 ... Interface, 25 ... CPU, 26 ... offset, gain adjustment circuit, 27 ... A / D converter, 28 ... signal processing circuit, 31 ... electron beam not blanked, 32 ... blanked electron beam, 32 '... 32 blanked , 33... Blanked electron beam, 33 ′... 33 before trajectory, AX... Optical axis, BA... Blanking aperture, P. ... Subfield (SF) 301. Region where one electron beam is scanned by the drawing deflector (deflector 6) 302. Displacement region due to the main deflector 303. Field: MF, 304: Stage movement area, 400: Pattern measurement deflector, 401: Electron beam not used for pattern measurement (mark detection), 402: Electron beam used for pattern measurement (mark detection), 402a: Pattern Displacement start position by measurement deflector, 402a '... Displacement end position by pattern measurement deflector, 403 ... Electron beam not used for pattern measurement (mark detection), 410 ... Displacement range by deflector 6, 600 ... Deflector 6 601 ... electron beam scanned first, 6010 ... 601 displacement start position by deflector 6, 601 ... 601 displacement end position by deflector 6, 602 ... second scanned electron beam, 6020 ... displacement start position by deflector 6 of 602, displacement end position by deflector 6 of 6021 ... 602, 6 03 ... Electron beam scanned third, 6030 ... 603 displacement start position by deflector 6, 6031 ... 603 displacement end position by deflector 6, 700 ... Displacement range by deflector 400.

Claims (6)

所定の間隔で配列された複数の電子ビームを用いて試料に形成されたパターンを照射する手段と、
前記複数の電子ビームから前記試料に照射する電子ビームを選択できる選択手段と、
前記複数の電子ビームのうち選択された複数の前記電子ビームを前記試料に対して走査方向に略同一の変位量だけ変位させる変位手段と、
前記変位手段によって前記電子ビームを走査方向に変位させた際に前記パターンから放出さ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手段とを有し、
前記変位手段は、前記試料上に所望の走査を施す時に用いる第1の電子ビーム変位手段と、当該第1の電子ビーム変位手段とは異なる第2の電子ビーム変位手段とを有し、
前記複数の電子ビームは、前記走査方向と、前記走査方向と略直交する方向とに配列され、
前記パターンの形状に応じて、前記複数の電子ビームから電子ビームが選択され、
前記第2の電子ビーム変位手段を用いて、当該選択された電子ビームを走査させることにより、前記第1の電子ビーム変位手段による変位量以上の大きさを有するパターンの位置計測を行うよう構成したことを特徴とする電子ビーム装置。
Means for irradiating a pattern formed on a sample using a plurality of electron beams arranged at predetermined intervals;
A selection means capable of selecting an electron beam to be applied to the sample from the plurality of electron beams;
A displacement means for displacing the plurality of electron beams selected from the plurality of electron beams by substantially the same amount of displacement in the scanning direction with respect to the sample;
Electron detection means for detecting reflected electrons, secondary electrons or transmitted electrons emitted from the pattern when the electron beam is displaced in the scanning direction by the displacement means;
The displacement means includes a first electron beam displacement means used when performing a desired scan on the sample, and a second electron beam displacement means different from the first electron beam displacement means,
The plurality of electron beams are arranged in the scanning direction and a direction substantially orthogonal to the scanning direction,
According to the shape of the pattern, an electron beam is selected from the plurality of electron beams,
The second electron beam displacing means is used to scan the selected electron beam, thereby measuring the position of a pattern having a magnitude greater than or equal to the amount of displacement by the first electron beam displacing means. An electron beam apparatus characterized by that.
所定の間隔で配列された複数の電子ビームを用いて試料に形成されたパターンを照射する手段と、
前記複数の電子ビームから前記試料に照射する電子ビームを選択できる選択手段と、
前記複数の電子ビームのうち選択された複数の前記電子ビームを前記試料に対して走査方向に略同一の変位量だけ変位させる変位手段と、
前記変位手段によって前記電子ビームを走査方向に変位させた際に前記パターンから放出さ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手段とを有し、
前記パターンの位置計測時の走査方向に配列された複数の電子ビームを、走査開始時刻をずらして順次走査することにより、前記変位手段による変位量以上の大きさを有するパターンの位置計測を行うよう構成したことを特徴とする電子ビーム装置。
Means for irradiating a pattern formed on a sample using a plurality of electron beams arranged at predetermined intervals;
A selection means capable of selecting an electron beam to be applied to the sample from the plurality of electron beams;
A displacement means for displacing the plurality of electron beams selected from the plurality of electron beams by substantially the same amount of displacement in the scanning direction with respect to the sample;
Electron detection means for detecting reflected electrons, secondary electrons or transmitted electrons emitted from the pattern when the electron beam is displaced in the scanning direction by the displacement means;
The plurality of electron beams arranged in the scanning direction at the time of measuring the position of the pattern are sequentially scanned while shifting the scanning start time so that the position of the pattern having a magnitude larger than the displacement amount by the displacement means is measured. An electron beam apparatus characterized by comprising.
請求項1または2に記載の電子ビーム装置において、
前記走査方向に配列した複数の前記電子ビームを、計測される前記パターンの形状に応じて選択して走査し、前記パターンの位置計測を行うよう構成したことを特徴とする電子ビーム装置。
The electron beam apparatus according to claim 1 or 2,
An electron beam apparatus comprising: a plurality of the electron beams arranged in the scanning direction that are selected and scanned in accordance with the shape of the pattern to be measured to measure the position of the pattern.
第1の電子ビーム変位手段を用いて、所定の間隔で配列された複数の電子ビームを試料に対して走査方向にほぼ同一の変位量だけ変位させて照射することにより所望パターンの描画を行う電子線描画方法において、
前記走査方向と、前記走査方向と略直交する方向に配列された前記複数の電子ビームから、前記試料に形成された合わせ描画用パターンに対して照射する電子ビームを、前記描画用パターンの形状に応じて選択し、
当該選択された電子ビームを前記第1の電子ビーム変位手段とは異なる第2の電子ビーム変位手段を用いて変位させて前記合わせ描画用パターンに照射し、
当該照射により前記合わせ描画用パターンから放射される2次電子もしくは透過電子を検出することにより、前記第1の電子ビーム変位手段による変位量以上の大きさを有する前記合わせ描画用パターンの位置計測を行うことを特徴とする電子ビーム描画方法。
Electrons that draw a desired pattern by irradiating a sample with a plurality of electron beams arranged at predetermined intervals while being displaced by substantially the same amount of displacement using the first electron beam displacement means. In the line drawing method,
From the plurality of electron beams arranged in the scanning direction and a direction substantially orthogonal to the scanning direction, an electron beam radiated to the alignment drawing pattern formed on the sample is formed in the shape of the drawing pattern. Select according to
Displace the selected electron beam using a second electron beam displacing means different from the first electron beam displacing means and irradiate the pattern for alignment drawing,
By detecting secondary electrons or transmitted electrons radiated from the alignment drawing pattern by the irradiation, position measurement of the alignment drawing pattern having a magnitude larger than the displacement amount by the first electron beam displacing means is performed. An electron beam drawing method comprising:
試料に形成された合わせ描画用パターンの位置計測時の走査方向に配列された複数の電子ビームを、電子ビーム変位手段を用いて当該電子ビームの走査方向にほぼ同一の変位量だけ変位させて照射することにより所望パターンの描画を行う電子線描画方法において、
前記複数の電子ビームから、前記試料に形成された合わせ描画用パターンに対して照射する電子ビームを選択し、
前記複数の電子ビームを走査開始時刻をずらして順次走査することにより、前記電子ビーム変位手段による変位量以上の大きさを有する前記試料に形成された合わせ描画用パターンの位置計測を行うことを特徴とする電子ビーム描画方法。
Irradiating a plurality of electron beams arranged in the scanning direction when measuring the position of the alignment drawing pattern formed on the sample by using the electron beam displacing means to be displaced by substantially the same amount of displacement in the scanning direction of the electron beam. In the electron beam drawing method for drawing a desired pattern by
From the plurality of electron beams, select an electron beam to irradiate the pattern for alignment drawing formed on the sample,
By sequentially scanning the plurality of electron beams while shifting the scanning start time, the position of the alignment drawing pattern formed on the sample having a magnitude greater than or equal to the amount of displacement by the electron beam displacement means is measured. An electron beam drawing method.
請求項5に記載の電子ビーム描画方法において、
前記走査方向および前記走査方向と略直交する方向に配列された複数の電子ビームを前記試料に形成された合わせ描画用パターンの形状に応じて選択し走査することにより、前記描画用パターンの位置計測を行うようにしたことを特徴とする電子ビーム描画方法。
The electron beam writing method according to claim 5.
Position measurement of the drawing pattern by selecting and scanning a plurality of electron beams arranged in the scanning direction and a direction substantially orthogonal to the scanning direction according to the shape of the alignment drawing pattern formed on the sample An electron beam drawing method characterized in that:
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