JPH0210823A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[発明の目的]
(産業上の利用分野)
本発明は、電子ビーム描画装置を使用して半導体基板(
主としてウェーハ)及びマスク基板などにパターン描画
を行なう半導体装置の製造方法に関するもので、特にパ
ターン描画前の前記描画装置の電子光学系調整段階にお
ける電子ビームのスティグマ補正(非点収差補正ともい
う)を自動的に行なう方法に使用される。[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention uses an electron beam lithography system to process a semiconductor substrate (
This relates to a method of manufacturing a semiconductor device in which a pattern is written on a wafer (mainly a wafer) and a mask substrate, etc., and in particular, it involves correction of stigma (also referred to as astigmatism correction) of an electron beam in the step of adjusting the electron optical system of the drawing device before pattern drawing. Used in automatic methods.
(従来の技術)
半導体素子の微細化、高密度化は著しく、サプミクロン
又はナノメータ領域の加工寸法が要求されるに至ってい
る。 このような微細加工は従来の光学装置の性能限界
を越えており、電子ビーム描画装置が使用されるように
なっている。(Prior Art) Semiconductor devices are becoming increasingly finer and more dense, and processing dimensions in the submicron or nanometer range are now required. Such fine processing exceeds the performance limits of conventional optical devices, and electron beam lithography devices are now being used.
このような微細加工のパターン描画装置の一例として、
JBX−5DII (F)型電子ビーム描画装置(日本
電子製)を収り上げ、従来技術について以下説明する。As an example of such a microfabrication pattern drawing device,
The JBX-5DII (F) type electron beam lithography system (manufactured by JEOL Ltd.) will be discussed below, and the conventional technology will be explained below.
第3図は該装置の電子光学系の構成を示す模式図であ
る。 同図において、カソード1、ウェネルト(weh
ne l 1. J電極2及びアノード3で構成される
電子銃(electron gun) 4から放出され
る電子は、アライメン1〜 コイル(aliment
coil) 5、小円孔(aperture) 6を経
て、ビームブランキング電極(beai blanke
r) 7を内蔵する第1の磁界レンズ8で縮小され、ク
ロスオーバ点をビームス1〜ツバ(bean+ 5to
pper) 9の位置に縮小結像する。 この縮小結像
した電子ビームは更にアライメントコイル10を経て中
間レンズ(第2レンズ11及び第3レンズ12)に入射
し、第2、第3レンズの強さを連動制御して第2の縮小
結像が行なわれる。 ステイグメータ(stiBato
r 、スティグマトール)13は、非点収差補正装置と
も呼ばれ、磁界レンズの回転対称性の不完全等により生
ずる非点収差を補正する機能を持つ、 符号14は終段
小円孔(final aperture)で、第4レン
ズ16又は第5レンズ18はそれぞれ対物レンズで、第
3の縮小結像が行なわれる。 第4及び第5の対物レン
ズの内部にはビーム偏向用の8極静電型偏向器15及び
17が設置されている。 電子検知器(backsca
ttered elec−tron detector
) 19は、工作片(svork piece)20を
電子ビームで走査したとき返ってくる反射電子を含む2
次電子(以下単に2次電子と呼ぶこともある)を受光す
る機能を持っている。FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of the electron optical system of the device. In the figure, cathode 1, Wehnelt (weh
ne l 1. Electrons emitted from an electron gun 4 composed of a J electrode 2 and an anode 3 are sent to an alignment coil 1 to a coil.
coil) 5, a small circular hole (aperture) 6, and a beam blanking electrode (beai blanke).
r) The first magnetic field lens 8 that incorporates 7 is used to reduce the cross-over point between beams 1 and 5 (bean + 5 to
pper) A reduced image is formed at position 9. This reduced image-formed electron beam further passes through the alignment coil 10 and enters an intermediate lens (second lens 11 and third lens 12), and the intensities of the second and third lenses are controlled in conjunction to form a second reduced image. The statue is performed. Stigmeter (stiBato)
r, stigmator) 13 is also called an astigmatism correction device, and has the function of correcting astigmatism caused by imperfect rotational symmetry of the magnetic field lens. Reference numeral 14 is a final aperture. ), the fourth lens 16 or the fifth lens 18 is an objective lens, and third reduction imaging is performed. Eight-pole electrostatic deflectors 15 and 17 for beam deflection are installed inside the fourth and fifth objective lenses. electronic detector (backsca)
ttered electron detector
) 19 includes the reflected electrons returned when the work piece 20 is scanned with an electron beam.
It has the function of receiving secondary electrons (hereinafter sometimes simply referred to as secondary electrons).
上述の電子光学系では、電子Rqから放出される電子は
、第ルンズないし第4レンズを用いウェーハ上に0.1
μm以下のビームを形成することができる(ガウス型ビ
ーム方式の場合)。In the above-mentioned electron optical system, the electrons emitted from the electrons Rq are focused on the wafer using the fourth lens to the fourth lens.
A beam of micrometer or less can be formed (in the case of Gaussian beam method).
この電子ビーム描画装置を使用して半導体基板(ウェー
ハ)にパターンを描画する場合、描画前に電子光学系の
調整を必要とする。 例えば電子銃から放射される電子
ビームの中心部分を使用するため、電子ビームのレンズ
軸に対するずれを補正するアライメント調整、或いは電
子ビームが非点収差により楕円スポットとなる場合には
、これを真円にするためのスティグマ調整を行なう。When drawing a pattern on a semiconductor substrate (wafer) using this electron beam drawing apparatus, it is necessary to adjust the electron optical system before drawing. For example, since the central part of the electron beam emitted from the electron gun is used, alignment adjustment is required to correct the deviation of the electron beam with respect to the lens axis, or if the electron beam becomes an elliptical spot due to astigmatism, it must be adjusted to a perfect circle. We will carry out stigma adjustments to reduce
さらにフォーカス調整を必要とする。 現在フォーカス
調整に関しては、該描画装置の基板載置ステージ又はウ
ェーハ上に設けられた基準マークを電子ビームで走査し
たとき返ってくる2次電子を検出し、CRT上でモニタ
像を見ながら作業者が手動で調整するか、或いは前記検
出信号を用い自動的にフォーカス調整をしている。
しかしスティグマ調整は、殆ど作業者がモニタ像を見な
がら手動で調整している。Further focus adjustment is required. Currently, focus adjustment is performed by detecting the secondary electrons that return when an electron beam scans a reference mark provided on the substrate stage or wafer of the lithography equipment, and then using the scanner while viewing a monitor image on a CRT. The focus is adjusted manually or automatically using the detection signal.
However, stigma adjustment is mostly done manually by the operator while looking at the monitor image.
第4図は基準マーク位置及びその形状の一例を示す図で
ある。 同図(a )において、ウェーハ載置ステージ
21上にホルダー22に保持されたウェーハ23が載置
されている。 符号P、Q、R,Sはウェーハ上に設け
られた十字形の基準マーク、符号M1、M2 、M3
、M4.M5はステージLに設けられた十字形を連接し
たメツシュ状の基準マークである。 同図(1))は十
字マーク(点線)を検出するための4つの走査(実線)
モー[1)、(2)、(3)、及び(4)を、又同図(
C)は段差マーク24と異種金属マーク25のそれぞれ
の断面図である。 第5図はマーク検出信号処理とその
処理波形の流れを示し、第6図はフォーカス調整、ステ
ィグマ調整を含むマーク検出制御系の概要を示すブロッ
ク図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of the reference mark position and its shape. In FIG. 2A, a wafer 23 held by a holder 22 is placed on a wafer placement stage 21. As shown in FIG. Symbols P, Q, R, and S are cross-shaped reference marks provided on the wafer, and symbols M1, M2, and M3.
, M4. M5 is a mesh-like reference mark provided on the stage L, which is made up of connected cross shapes. Figure (1)) shows four scans (solid line) to detect the cross mark (dotted line).
Mo [1), (2), (3), and (4), and the same figure (
C) is a cross-sectional view of the step mark 24 and the dissimilar metal mark 25, respectively. FIG. 5 shows the flow of mark detection signal processing and its processing waveform, and FIG. 6 is a block diagram showing an outline of the mark detection control system including focus adjustment and stigma adjustment.
基準マーク24又は25を電子ビームで走査し、返って
くる2次電子を電子検知器19で受光し、検出信号A及
びBを得る。 基準マークが段差マークの場合には差信
号出力Wl 、(A−B)を、又異種金属マークの場合
には和信号出力W2 。The reference mark 24 or 25 is scanned with an electron beam, and the returned secondary electrons are received by the electron detector 19 to obtain detection signals A and B. If the reference mark is a step mark, a difference signal output Wl, (A-B) is provided, and if the reference mark is a different metal mark, a sum signal output W2 is provided.
(A+B)を微分回路27で微分した出力を可変利得ア
ンプ28にて増幅し所望の大きさのアンプ出力W3が得
られる。 又符号26は切換えスイッチで、段差マーク
の場合にはSUB、異種金属マークの場合にはADDl
11!Iに切換える。 アンプ出力W3は、その一部は
モニタ29、池の一部はA/D変換を含む、波形メモリ
30に入力され、さらにW3の池の一部は絶対値アンプ
31に入力される。 絶対値アンプ出力W4は一部はモ
ニタに、他の一部は波形形成回路32に人力され、波形
形成出力W5はモニタ及び信号処理部33に送られる。The output obtained by differentiating (A+B) by the differentiating circuit 27 is amplified by the variable gain amplifier 28 to obtain an amplifier output W3 of a desired magnitude. Reference numeral 26 is a changeover switch, SUB for step marks, ADDl for dissimilar metal marks.
11! Switch to I. A part of the amplifier output W3 is input to a monitor 29, a part of which is input to a waveform memory 30 containing A/D conversion, and a part of the output of W3 is input to an absolute value amplifier 31. A part of the absolute value amplifier output W4 is input to the monitor, the other part is input to the waveform forming circuit 32, and the waveform forming output W5 is sent to the monitor and signal processing section 33.
計算機34には波形メモリにストアされた、若しくは
信号処理部で処理された2次電子の信号波形が入力され
る。A signal waveform of secondary electrons stored in a waveform memory or processed by a signal processing section is input to the computer 34 .
オートフォーカスではこの信号波形を用い、計算機34
の制御によりフォーカス調整部35のフォーカスボリュ
ームを変化させ、検出信号A及びBの出力を第5図に示
す流れに従い処理し、計算a34にフィードバックして
、信号波形の波高値が最も高くなるポイントを、X方向
走査及びY方向走査のそれぞれの場合で検出し、両者の
平均値をベストフォーカスとしている。 フォーカス調
整部35は、計算機34を介して第2レンズ11及び第
3レンズ12の強さを連動制御し、前記標準マーク上に
電子ビームの結像位置を合わせる作用をする。Autofocus uses this signal waveform, and the computer 34
The focus volume of the focus adjustment section 35 is changed under the control of , the outputs of the detection signals A and B are processed according to the flow shown in FIG. , X-direction scanning and Y-direction scanning, and the average value of both is taken as the best focus. The focus adjustment unit 35 controls the strengths of the second lens 11 and the third lens 12 in conjunction with each other via the computer 34, and functions to align the imaging position of the electron beam on the standard mark.
前記電子ビーム描画装置を使用し、0.2μmレベルの
微細パターンの形成を行なう場合を例にとり、パターン
描画前の作業で主として問題となるフォーカス調整とス
ティグマ調整について更に詳しく説明する。 第7図は
0.2μ■ないし1μm寸法の各孤立パターンを、CM
S−EX(R)(東洋曹達)ネガ型電子ビーム描画用レ
ジストにパターニングした際のフォーカスずれによる寸
法余裕度(フォーカスマージン)を示すものである。Taking as an example the case where a fine pattern of 0.2 μm level is formed using the electron beam writing apparatus, focus adjustment and stigma adjustment, which are the main problems in the work before pattern writing, will be explained in more detail. Figure 7 shows each isolated pattern with dimensions of 0.2 μm to 1 μm.
It shows the dimensional margin (focus margin) due to focus shift when patterning S-EX(R) (Toyo Soda) negative electron beam drawing resist.
横軸はベストフォーカスからのずれを示すもので、単位
ポイントは、フォーカス設定値の最小単位で、第2、第
3レンズの強さに対応する。 縦軸はパターニングされ
たレジスト寸法(μn)である。The horizontal axis indicates the deviation from the best focus, and the unit point is the minimum unit of the focus setting value and corresponds to the strength of the second and third lenses. The vertical axis is the patterned resist dimension (μn).
○印は描画面積1600μm口(1600μTlX16
00μ111)フィールド、・印は1100μm口フィ
ールドの場合を示す、 第7図より0.2μmパターン
は描画面積1600μm口フィールドで±50(ポイン
ト)、1100μm口フィールドでは±130(ポイン
ト)程度のフォーカスずれによる寸法余裕度があるが、
1100μm口フィールドでも、作業者の個人差により
±(100〜200 ) (ポイント)近くずれてし
まう、このためビーム走査による2次電子を検出して、
その波形よりベストフォーカスを調べる前述のオートフ
ォーカス機能がある。 この機能を実行した場合、現状
±60(ポイント)(3σ)以内に個人差なくフォーカ
スを合わせることが可能となっている。The circle mark indicates a drawing area of 1600 μm (1600 μTl×16
00μ111) field, - indicates the case of 1100μm front field. From Figure 7, the 0.2μm pattern has a focus shift of about ±50 (points) for a 1600μm front field with a drawing area of ±130 (points) for a 1100μm front field. Although there is dimensional margin,
Even with a field of 1100 μm, there will be a deviation of about ±(100 to 200) (points) due to individual differences among workers. Therefore, secondary electrons are detected by beam scanning,
There is the aforementioned autofocus function that checks the best focus based on the waveform. When this function is executed, it is currently possible to focus within ±60 (points) (3σ) without individual differences.
従来技術におけるスティグマ調整は、X方向及びY方向
それぞれ独立したボリューム値を手動によりか1整して
いる。 第8図(a )はX方向、同図(b )はY方
向のそれぞれスティグマ調整ずれによる寸法マージンを
示す。 同図においてO印及び・印はそれぞれ1600
μm0フイールド及び1100μ1口の場合を示す。
横軸は、ベストフォーカスとなるスティグマ設定値を0
とし、この設定値からのスティグマ設定値ずれを示す、
単位ポイントはスティグマ設定値の最小単位で、ステイ
グメータの強さに対応する。 縦軸はパターニングされ
たレジスト寸法である。 同図(a )より、X方向で
は1100μm口フィールドで±300(ポイント)程
度、1600μm口フィールドで±200(ポイント)
程度のスティグマ調整ずれによる寸法余裕度がある。
又同図(b )より、Y方向では7100μm口フィー
ルドで±250(ポイント) 、1600μm口フィー
ルドで±100(ポイント)程度の寸法余裕度がある。In the conventional stigma adjustment, independent volume values in the X direction and the Y direction are manually adjusted. FIG. 8(a) shows the dimensional margin due to the stigma adjustment deviation in the X direction, and FIG. 8(b) shows the dimensional margin in the Y direction. In the same figure, the O mark and the * mark are each 1600.
The case of μm0 field and 1100μ1 mouth is shown.
The horizontal axis shows the stigma setting value for best focus as 0.
and indicates the deviation of the stigma setting value from this setting value,
A unit point is the minimum unit of stigma setting value and corresponds to the strength of the stigma meter. The vertical axis is the patterned resist dimension. From the same figure (a), in the X direction, the 1100 μm field is about ±300 (points), and the 1600 μm field is ±200 (points).
There is a dimensional margin due to some degree of stigma adjustment deviation.
Also, from the same figure (b), in the Y direction, there is a dimensional margin of about ±250 (points) for a 7100 μm field and ±100 (points) for a 1600 μm field.
しかしながらモニタ像を見ながらスティグマ調整を行
なうと、個人差によるバラツキがあり、そのスティグマ
調整ずれは±(300〜400) (ポインl−)近く
ある。 又、スティグマ調整ずれによりフォーカス調整
への影響が十分考えられる。However, when stigma adjustment is performed while looking at a monitor image, there are variations due to individual differences, and the stigma adjustment deviation is approximately ±(300 to 400) (point l-). In addition, it is conceivable that the stigma adjustment deviation will affect the focus adjustment.
(発明が解決しようとする課題)
電子ビーム描画装置の描画面の電子光学系の調整のうち
主たるものはフォーカス調整とスティグマ調整である。(Problems to be Solved by the Invention) The main adjustments of the electron optical system on the drawing surface of an electron beam drawing apparatus are focus adjustment and stigma adjustment.
このうちフォーカス調整については前述のオートフォ
ーカス機能を設けたことにより、その調整ずれを許容値
内にすることができる。 しかしながらスティグマ調整
については従来技術ではマニュアル調整で対応している
。 そのため作業者の個人差による調整ずれか生じ、こ
のずれがオートフォーカス調整に影響を与え、例えば0
.2μmレベルのパターン形成で出来上がり寸法にずれ
が生じ、最悪ではバターニング出来ないという課題があ
る。Regarding focus adjustment, by providing the above-mentioned autofocus function, the adjustment deviation can be kept within an allowable value. However, in the conventional technology, stigma adjustment is handled by manual adjustment. Therefore, adjustment deviations occur due to individual differences among workers, and this deviation affects autofocus adjustment, for example, 0.
.. There is a problem that pattern formation at the 2 μm level causes deviations in finished dimensions, and in the worst case, patterning cannot be performed.
本発明の目的は、手動スティグマ調整に起因する前記出
来上がりパターン寸法のずれを低減するため、ビーム走
査時の返ってくる2次電子(反射電子を含む)を用いて
、スティグマ調整の最適設定値を自動的に検出し、これ
により前記課題を解決できる半導体装置の製造方法を提
供することである。An object of the present invention is to determine the optimal setting value for stigma adjustment using secondary electrons (including reflected electrons) returned during beam scanning, in order to reduce the deviation in finished pattern dimensions due to manual stigma adjustment. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can automatically detect the problem and thereby solve the above problem.
[発明の構成1
(課題を解決するための手段)
本発明は、電子ビームにより半導体基板等に回路パター
ンを描画する場合、描画前のスティグマIRMkにおい
て、自動的にスティグマ補正を行なうことを特徴とする
半導体装置の製造方法である。[Structure 1 of the Invention (Means for Solving the Problems) The present invention is characterized in that when a circuit pattern is drawn on a semiconductor substrate or the like by an electron beam, stigma correction is automatically performed in the stigma IRMk before drawing. This is a method for manufacturing a semiconductor device.
即ち該描画装置の基板載置ステージ又は基板上に設けら
れた基準マーク(第4図)を電子ビームで走査する時、
返ってくる反射電子を含む2次電子(backscat
jered electron)を電子検知器により受
光し、この2次電子の信号波形を成形する方法を用い
前記ステージ又は基板上の互いに直交するX方向及びY
方向或いはX、Y両方向のうちいずれか1つの方向のス
ティグマ設定値を所定の値ずつステップ状に変化させ、
このスティグマ設定値の各ステップ毎に、X方向にビー
ム走査した時の前記成形された2次電子信号波形の波高
値を最大にするオートフォーカス調整の設定値Fうを検
出し、同様にY方向にビーム走査した時の波高値を最大
にするオートフォーカス調整値の設定値Fxを検出し、
Fx=Fyとなる同一組のスティグマ設定値を検出し、
このスティグマ設定値をスティグマ補正値とする。 こ
れらの操作は、計算機の制御により自動的に行なわれる
。That is, when scanning the reference mark (FIG. 4) provided on the substrate mounting stage or substrate of the drawing apparatus with an electron beam,
Secondary electrons (backscat) including reflected electrons that return
Jered electron) is received by an electron detector, and the signal waveform of this secondary electron is shaped.
X and Y directions perpendicular to each other on the stage or substrate
Stepwise changing the stigma setting value in one direction or in both the X and Y directions by a predetermined value,
At each step of this stigma setting value, the autofocus adjustment setting value F that maximizes the peak value of the shaped secondary electron signal waveform when the beam scans in the X direction is detected, and similarly in the Y direction. Detect the setting value Fx of the autofocus adjustment value that maximizes the peak value when scanning the beam,
Detect stigma setting values of the same group where Fx=Fy,
This stigma setting value is defined as a stigma correction value. These operations are automatically performed under computer control.
なおスティグマ設定値は、X方向とY方向との2つの設
定値によって決められる。 上記の同一組のスティグマ
設定値とは5X方向にビーム走査した時の1組のスティ
グマ設定値と、Y方向にビーム走査した時の1組のステ
ィグマ設定値とが同一であることを意味する。 又X方
向及びY方向のスティグマ設定値が共に未定の場合には
両方向、又X、Y両方向のうち一方の方向のスティグマ
設定(Iriが規定されている時は他方の方向のスティ
グマ設定値をステップ状に変化させる。Note that the stigma setting value is determined by two setting values in the X direction and the Y direction. The above-mentioned same set of stigma setting values means that one set of stigma setting values when scanning the beam in the 5X direction and one set of stigma setting values when scanning the beam in the Y direction are the same. Also, if the stigma setting values in the X and Y directions are both undetermined, the stigma setting in both directions, or in one of the X and Y directions (if Iri is specified, the stigma setting value in the other direction is stepped) change into shape.
(作用)
スティグマ調整のX方向及びY方向の設定値が十分良好
に調整されている場合には、X方向にビーム走査をした
場合でも、Y方向にビーム走査した場合でも2次電子信
号波形の波高値を最大にするフォーカス調整の設定値は
等しく、即ちFx=Fyとなることが試行結果より確認
された。 本発明は、この知見に基づいて完成されたも
のである。 電子光学系に非点収差のある場合、パター
ン描画面のビームスポット形状は楕円形となるが、ステ
ィグマ調整のX方向及びY方向の設定値が十分調整され
ると、ビームスポットはほぼ真円となる。 このためX
方向にビーム走査をした場合でも、Y方向にビーム走査
した場合でも、2次電子信号波形の波高値を最大にする
フォーカス調整の設定値は等しくなるものと推定される
。(Function) If the setting values of the stigma adjustment in the X direction and Y direction are adjusted well, the secondary electron signal waveform will change even if the beam is scanned in the X direction or in the Y direction. It was confirmed from the trial results that the focus adjustment setting values that maximize the peak value are equal, that is, Fx=Fy. The present invention was completed based on this knowledge. If the electron optical system has astigmatism, the beam spot shape on the pattern drawing surface will be elliptical, but if the stigma adjustment settings in the X and Y directions are adjusted sufficiently, the beam spot will become almost a perfect circle. Become. For this reason
It is estimated that the focus adjustment setting value that maximizes the peak value of the secondary electron signal waveform is the same regardless of whether the beam is scanned in the Y direction or the Y direction.
本発明の前記手段は、計算機からの制御により、前記の
方法でスティグマ設定値を所定のステップ幅で変化させ
、各ステップにおけるFx値及びFx値を求め5、例え
ば第2図のようにスティグマ設定値とベストフォーカス
の設定値F8、及びFyとの関係を示す曲線の交点を求
め、その交点におけるスティグマ設定値を検出し、この
設定値をスティグマ補正値とする。 これによりビーム
スボ・ットはほぼ真円となる。又上記交点のスティグマ
設定値の検出は、計M、Rの自動制御により行なわれる
ので従来の個人差による調整ずれは無くなる。The means of the present invention changes the stigma setting value in a predetermined step width by the method described above under control from a computer, calculates the Fx value and Fx value at each step 5, and sets the stigma as shown in FIG. 2, for example. The intersection point of the curves showing the relationship between the value and the best focus setting value F8 and Fy is found, the stigma setting value at the intersection point is detected, and this setting value is used as the stigma correction value. As a result, the beam spot becomes almost a perfect circle. Furthermore, since the stigma setting value at the intersection point is detected by automatic control of the total M and R, the conventional adjustment deviation due to individual differences is eliminated.
(実施例) 以下実施例により本発明を更に詳しく説明する。(Example) The present invention will be explained in more detail with reference to Examples below.
本実施例で使用する電子ビーム描画装置は、従来技術で
説明したJBX−5DI[(F)型(日本電子製)であ
り、該装置の電子光学系の構成等については第3図ない
し第6図を参照する。The electron beam drawing device used in this example is the JBX-5DI [(F) type (manufactured by JEOL Ltd.) described in the prior art section, and the configuration of the electron optical system of the device is shown in Figures 3 to 6. See diagram.
初めに本発明の基礎となった試行結果について第2図を
参照して説明する。 まずX方向及びY方向のスティグ
マ設定値をそれぞれ0にした状態(オフセットの状!r
3)から手動で100ポイントずつステップ状に増減し
、スティグマ設定値の各ステップ毎にオートフォーカス
a能を実行して得られたベストフォーカス設定値のX方
向走査、Y方向走査及び平均のそれぞれの値を検出する
。 なお上記ベストフォーカス設定値は、基準マークを
電子ビームでX方向又はY方向に走査し、返ってくる2
次電子を電子検知器により受光し、この2次電子信号波
形を成形して得られた信号波形の波高値が、最大になる
よう計算機制御により自動的にフォーカス調整を実行し
て得られたフォーカス設定値である。First, the trial results that formed the basis of the present invention will be explained with reference to FIG. First, the stigma setting values in the X and Y directions are set to 0 (offset state! r
3), manually increase or decrease 100 points in steps, and execute the autofocus a function for each step of the stigma setting value. Detect values. The above best focus setting value is determined by scanning the reference mark in the X direction or Y direction with an electron beam and returning the 2
The focus is obtained by automatically performing focus adjustment under computer control so that the peak value of the signal waveform obtained by receiving secondary electrons by an electron detector and shaping the secondary electron signal waveform is maximized. This is the setting value.
第2図においてΔ印はX方向及びム印はY方向にそれぞ
れ電子ビームを走査した場合のベストフォーカス設定値
Fx及びFyを、又○印はFxとFxの平均値を示す。In FIG. 2, the Δ marks indicate the best focus setting values Fx and Fy when the electron beam is scanned in the X direction, the mu marks respectively in the Y direction, and the ○ marks indicate the average value of Fx and Fx.
同図(a )及び(b )はスティグマ設定値をX方
向及びY方向について100ポインI・ずつ階段状に変
化した場合である。Figures (a) and (b) show the case where the stigma setting value is changed stepwise by 100 points I· in the X and Y directions.
なお、以下の説明においてX方向のスティグマ設定値を
Sx、Y方向のスティグマ設定値をSyで表わし、階段
幅(ステップ幅)をΔSx及びΔSyで表わす、 同図
(a )の横軸は、スティグマ設定値(SX、5y)=
(nΔSx、nASy)、ただしn−0〜5の整数、Δ
Sx=ΔS、=100ポイント及び(SX 、5y)=
(−rmΔSx。In the following explanation, the stigma setting value in the X direction is represented by Sx, the stigma setting value in the Y direction is represented by Sy, and the staircase width (step width) is represented by ΔSx and ΔSy. Setting value (SX, 5y) =
(nΔSx, nASy), where n-0 to 5 integer, Δ
Sx=ΔS,=100 points and (SX,5y)=
(-rmΔSx.
1ΔSy)、ただしm−1〜5の整数、ΔSつΔ5y−
100ポイント、を表わす。 縦軸は、スティグマ設定
値(S、、S、)におけるベストフォーカス設定値Fx
(Δ印)、Fy (ム印)を表わす、 同図(b)では
スティグマ設定値を(Sx、5y)=(nΔS、、−n
ASy)及び(sx 、 SV )= (−IIΔS、
、−nASy )と階段状に変化した場合を示す。
又同図(C)ではS、 −〇にした状態でSxを変化し
た場合で、スティグマ設定値(8つ、5V)=(nΔ5
80)及び(sx、5y)=(IIΔS、、O)とする
、 同図(d )ではS、=0としてSyを変化した場
合で(sx、 sy )=(o、 nΔS、)及び(S
x 、 Sy ) = (0,−rxΔS、)とする
。1ΔSy), however, an integer from m-1 to 5, ΔS x Δ5y-
Represents 100 points. The vertical axis is the best focus setting value Fx in the stigma setting value (S,,S,)
(Δ mark), Fy (mu mark). In the same figure (b), the stigma setting value is (Sx, 5y) = (nΔS,, -n
ASy) and (sx, SV) = (-IIΔS,
, -nASy).
Also, in the same figure (C), when Sx is changed with S, −〇, stigma setting value (8, 5V) = (nΔ5
80) and (sx, 5y) = (IIΔS, , O). In the same figure (d), when Sy is changed with S = 0, (sx, sy ) = (o, nΔS, ) and (S
x, Sy) = (0,-rxΔS,).
第2図(a )、(b )、(C)の各図ではスティグ
マ設定値(Sx 、s、)の値が大きくなると、FXと
Fyの差が大きくなり、明らかに1ケ所で、即ちA、B
、Cの各点で交わることがわかる。In each of Figures 2 (a), (b), and (C), as the stigma setting value (Sx, s,) increases, the difference between FX and Fy increases, and it is clear that there is only one location, namely A. , B
, C intersect at each point.
同図(d )においても、スティグマ設定値のずれに対
しFX又はFxは極端な変化は見られないか、2つの曲
線はD点で交わる。 この現象は、スティグマ設定値が
適値からずれると非点収差が発生し、ベストフォーカス
設定値に影響し、本来の(ビームスポットが真円の場合
)のベストフォーカス設定値からずれてM1定され、こ
のような結果が出てくると判断される。In the same figure (d), there is no extreme change in FX or Fx with respect to the deviation of the stigma setting value, or the two curves intersect at point D. This phenomenon occurs because when the stigma setting value deviates from the appropriate value, astigmatism occurs, which affects the best focus setting value, and the M1 is deviated from the original best focus setting value (when the beam spot is a perfect circle). , it is determined that such a result will be obtained.
上記試行結果を利用したオートスティグマ機能の手順の
ブロック図の一例を第1図に示す、 あらかじめ第4図
(a )に示すウェーハ上の基準マークPがあると予想
される位置をビームのマーク検出走査とステージ移動に
より自動的に検索しP点位置が検知され、オートフォー
カスR能によりフォーカスを合わせておく。An example of a block diagram of the procedure of the autostigma function using the above trial results is shown in Figure 1.Beam mark detection is performed in advance at the position where the reference mark P on the wafer is expected to be as shown in Figure 4 (a). The position of point P is automatically detected by scanning and stage movement, and the focus is adjusted using the autofocus R function.
次に手順■において。 オペレーターがある程度までモ
ニタ1象を用いてスティグマ調整を行なう。Next, in step ■. The operator performs stigma adjustment using one monitor to a certain extent.
この時のスティグマ設定値SXO及びSyoは(SX、
Sy)の初期値となる。The stigma setting values SXO and Syo at this time are (SX,
This is the initial value of Sy).
手順■において。 コンピュータ処理によるオートモー
ドに切換える。 これにより、オートフォーカス及びオ
ートスティグマの各調整機能が動作し次の手順が自動的
に進められる。In step ■. Switch to auto mode using computer processing. As a result, the autofocus and autostigma adjustment functions operate, and the next step automatically proceeds.
手順■において。 X及びY方向のスティグマ設定値(
sx 、S、)を所定の値△Sずつステップ状に変化す
る。 即ち、5x=S、。±nΔS、5y=S、J0±
nΔSで、nは任意の移変数で、ΔSと共にあらかじめ
計算機内のメモリにス1〜アされ、例えばn =0.1
,2.・・・の順にステップ状に変化し、ステップ毎に
引続き後述の手順■、■の工程を行ない、Fx≠Fyの
ときは手順■に戻り、スティグマ設定値を次のステップ
値とする。F8Fyが検出されるまで手順■ないし■は
繰返される。 なおスティグマ設定値(sx 、 sy
)の信号は計3Wa34から出力されてスティグマ調
整部36に転送され、調整部36内のスティグマボリュ
ーム等を介してステイグメータ13の強さ、従って、ビ
ームスポットのX方向及びY方向の形状を設定1(SX
、Sy)に対応した量だけ変化させる。In step ■. Stigma settings in X and Y directions (
sx, S,) are changed stepwise by a predetermined value ΔS. That is, 5x=S. ±nΔS, 5y=S, J0±
nΔS, n is an arbitrary transfer value, which is stored in advance in the computer's memory together with ΔS, for example, n = 0.1.
,2. . . . The process changes in a stepwise manner in the order of . Steps ① to ② are repeated until F8Fy is detected. Furthermore, the stigma setting values (sx, sy
) signals are outputted from a total of 3 Wa 34 and transferred to the stigma adjustment unit 36, which sets the intensity of the stigma meter 13 and, therefore, the shape of the beam spot in the X and Y directions via the stigma volume etc. in the adjustment unit 36. (SX
, Sy).
手順■において、 オートフォーカス機能により各ステ
ップ毎のスティグマ設定値(sx 、 SV )の状態
で、X方向又はY方向にビーム走査し、基準マークから
の2次電子を受光成形して得られる信号波形の波高値を
最大にするベストフォーカス設定値Fx (X方向ビー
ム走査)又はFy (Y方向ビーム走査)を検出する。In step 2, the autofocus function scans the beam in the X or Y direction with the stigma setting values (sx, SV) for each step, and the signal waveform obtained by receiving and shaping the secondary electrons from the reference mark. The best focus setting value Fx (X-direction beam scanning) or Fy (Y-direction beam scanning) that maximizes the peak value of is detected.
手順■において。 ベストフォーカス値FxとFxとを
比叙し、等しければ手順■に進み、異なれば手順■に戻
り、手順■、■、■をFx=Fyになるまで繰返す。In step ■. Compare the best focus values Fx and Fx, and if they are equal, proceed to step (2), if they are different, return to step (2), and repeat steps (2), (2), and (2) until Fx=Fy.
手順■において、 F”、=Fxとなったときのステ
ィグマ設定値(sx 、Sy)を検出し、スティグマ調
整部36に転送する。In step (3), the stigma setting values (sx, Sy) when F'',=Fx are detected and transferred to the stigma adjustment section 36.
手順■において。 スティグマ調整部36のスティグマ
ボリュームはこの設定値(Sx、S、)に対応して変化
し、スティグマメータのX方向及びY方向の強さを補正
する。In step ■. The stigma volume of the stigma adjustment unit 36 changes in accordance with this set value (Sx, S,), and corrects the strength of the stigma meter in the X and Y directions.
以上オートスティグマ調整の概略の手順について述べた
。 スティグマ調整については第8図に示すように寸法
的に見たスティグマ設定値のマージンは士(250〜3
00)ポイントであるのに対し、従来の技術では作業者
の個人差により士(300〜400)ポイントのずれが
あった。 しかし本手順にてオートスティグマ調整をす
ることにより、テイグマ調整のずれを±100ポイント
以内の精度で実行することができた。The general procedure for auto-stigma adjustment has been described above. Regarding stigma adjustment, as shown in Figure 8, the margin of the stigma setting value from a dimensional perspective is
00) points, whereas in the conventional technology, there was a deviation of 300 to 400 points due to individual differences among workers. However, by performing auto-stigma adjustment using this procedure, it was possible to correct the deviation in stigma adjustment with an accuracy of within ±100 points.
[発明の効果]
これまで詳述したように、本発明において、ビーム走査
時の返ってくる2次電子を用いて、スティグマ調整の最
適設定値を自動的に検出できるオートスティグマ調整機
能を電子ビーム描画装置に設けたので、従来の手動ステ
ィグマ調整に起因する半導体基板上の出来上がりパター
ン寸法のずれは大幅に低減され、前記課題を解決する半
導体装置の製造方法を提供することができた。[Effects of the Invention] As detailed above, in the present invention, an auto-stigma adjustment function that can automatically detect the optimal setting value for stigma adjustment using secondary electrons returned during beam scanning is provided in the electron beam. Since the present invention is provided in a drawing apparatus, deviations in dimensions of finished patterns on semiconductor substrates caused by conventional manual stigma adjustment can be significantly reduced, making it possible to provide a method for manufacturing a semiconductor device that solves the above-mentioned problems.
第1図は本発明におけるオートスティグマ調整機能の手
順概要の一例を示すブロック図、第2図は本発明の基礎
となった試行結果を示す図、第3図は本発明の実施例及
び従来例で使用した電子ビーム描画装置の電子光学系の
模式図、第4図は基準マーク位置及びその形状の一例を
示す図、第5図はマーク信号処理とその処理波形を示す
図、第6図はフォーカス調整、スティグマ調整を含むマ
ーク検出制御系の概要を示すブロック図、第7図はフォ
ーカスずれによる寸法マージンを示す図、第8図はステ
ィグマ調整ずれによる寸法マージンを示す図である。
1・・・L、R,カソード、 2・・・ウェネルト電
極、3・・・アノード、 4電子銃、 5.10・・
・アライメントコイル、 6,14・・・小円孔、 7
・・・ビームブランキング電極、 8,11,12,1
6゜18・・・第1.第2.第3.第4.第5レンズ、
9・・・ビームストッパ、 13・・・ステイグメー
タ、16.17・・・第2.第1ビーム偏向板、 19
・・・電子検知器、 20・・・工作片、 21・・・
ウェーハaWスデージ、 23・・・ウェーハ、 29
・・・モニタ、 35・・・フォーカスA諮部、 36
・・・スティグマ調整部、 P、Q、R,S・・・基板
上の基準マーク、 M、ないしM!l・・・ステージ上
の基準マーク、 WlないしW5・・・2次電子信号出
力。
手順
第
図
′/べJ−、r′X簀−タベ望似壇(駒iへム)第
図
♀
でべ−t−へに−セベ望偶壇(暑ヤへム)7ベ、Lへ←
−やべ閑叔壊(船【入ム)第
図
第
図(1)
7ベーLへ和−夕べ認似壇(基i入み)波形形成(W5
−L」−
−し」−
第
図(2)
第
図Fig. 1 is a block diagram showing an example of a procedure overview of the auto-stigma adjustment function in the present invention, Fig. 2 is a diagram showing trial results that are the basis of the present invention, and Fig. 3 is an example of the present invention and a conventional example. Fig. 4 is a diagram showing an example of the reference mark position and its shape, Fig. 5 is a diagram showing mark signal processing and its processing waveform, and Fig. 6 is a schematic diagram of the electron optical system of the electron beam writing device used in FIG. 7 is a block diagram showing an outline of a mark detection control system including focus adjustment and stigma adjustment, FIG. 7 is a diagram showing a dimensional margin due to focus deviation, and FIG. 8 is a diagram showing a dimensional margin due to stigma adjustment deviation. 1... L, R, cathode, 2... Wehnelt electrode, 3... anode, 4 electron gun, 5.10...
・Alignment coil, 6, 14...small circular hole, 7
...Beam blanking electrode, 8, 11, 12, 1
6゜18...1st. Second. Third. 4th. fifth lens,
9... Beam stopper, 13... Stigmeter, 16.17... Second. first beam deflection plate, 19
...electronic detector, 20...work piece, 21...
Wafer aW stage, 23... Wafer, 29
...Monitor, 35...Focus A Advisory Department, 36
...Stigma adjustment unit, P, Q, R, S...Reference mark on the board, M, or M! l...Reference mark on stage, Wl or W5...Secondary electronic signal output. Procedure figure '/be J-, r' ←
-Yabe Kanshu Destruction (Ship [entering] Figure Figure (1)) To 7th Be L - Evening Waveform Formation (W5 -L''- -Shi''- Figure ( 2) Figure
Claims (1)
画をする前の該描画装置の電子光学系調整操作のうち、
レンズ系にて絞り込まれた電子ビームを真円にするため
のスティグマ調整を行なうにあたって、 該描画装置の基板載置ステージ又は基板上に設けられた
基準マークを電子ビームで走査すると共に返ってくる反
射電子を含む2次電子を電子検知器により受光し、走査
時における前記2次電子の信号波形を成形する方法を用
い、 前記ステージ又は基板上の互いに直交するX方向及びY
方向或いはこれらいずれか1つの方向のスティグマ設定
値を所定の値ずつ階段状に変化させ、このスティグマ設
定の各階段値毎に、X方向にビーム走査した時の前記2
次電子信号波形の波高値を最大にするフォーカス調整の
設定値F_x及びY方向にビーム走査した時の前記2次
電子信号波形の波高値を最大にするフォーカス調整の設
定値F_yをそれぞれ検出し、フォーカス調整の設定値
F_x及びF_yが等しくなる同一組のスティグマ設定
値を検出し、このスティグマ設定値を補正値として、 自動的にスティグマ補正を行なうことを特徴とする半導
体装置の製造方法。[Scope of Claims] 1. Among the operations for adjusting the electron optical system of an electron beam lithography device before drawing a pattern on a semiconductor substrate using the lithography device,
When performing stigma adjustment to make the electron beam narrowed down by the lens system into a perfect circle, the electron beam is scanned over a reference mark provided on the substrate mounting stage or substrate of the lithography device, and the reflected light is reflected back. Using a method of receiving secondary electrons including electrons by an electron detector and shaping the signal waveform of the secondary electrons during scanning,
The stigma setting value in the direction or any one of these directions is changed stepwise by a predetermined value, and for each step value of the stigma setting, the above 2 when the beam is scanned in the X direction.
Detecting a focus adjustment setting value F_x that maximizes the peak value of the secondary electron signal waveform and a focus adjustment setting value F_y that maximizes the peak value of the secondary electron signal waveform when scanning the beam in the Y direction, respectively; A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: detecting the same set of stigma setting values in which focus adjustment setting values F_x and F_y are equal; and automatically performing stigma correction using the stigma setting values as correction values.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16178888A JPH0210823A (en) | 1988-06-29 | 1988-06-29 | Manufacture of semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16178888A JPH0210823A (en) | 1988-06-29 | 1988-06-29 | Manufacture of semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0210823A true JPH0210823A (en) | 1990-01-16 |
Family
ID=15741919
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP16178888A Pending JPH0210823A (en) | 1988-06-29 | 1988-06-29 | Manufacture of semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0210823A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012094744A (en) * | 2010-10-28 | 2012-05-17 | Nuflare Technology Inc | Stage device and electron beam drawing device using the same |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS4834477A (en) * | 1971-09-06 | 1973-05-18 | ||
JPS5618422A (en) * | 1979-07-23 | 1981-02-21 | Hitachi Ltd | Measuring method for diameter of electron beam |
-
1988
- 1988-06-29 JP JP16178888A patent/JPH0210823A/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPS4834477A (en) * | 1971-09-06 | 1973-05-18 | ||
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