発明の名称 試料高さ計測装置 発行国 日本国特許庁（ＪＰ） 公報種別 公開特許公報（Ａ） 公開番号 特開平６−３１１５ 公開日 平成６年（１９９４）１月１１日 出願番号 特願平４−１６０６１５ 出願日 平成４年（１９９２）６月１９日 代理人 【弁理士】 【氏名又は名称】小川 勝男 発明者 松岡 玄也 / 岩崎 照雄 / 安藤 宏純 要約 目的 構成 校正においては斜面を持つ標準段差５０１、あるいは、３面以上の基準面を用意し、標準段差５０１を用いて位置検出器出力と試料高さとの関係を求め、これを複数の一次式、あるいは二次以上の多項式で近似する。 特許請求の範囲 【請求項１】光を試料に照射し、その反射光の位置から前記試料の高さを求める高さ計測装置において、高さの異なる２組の基準面と斜面を用いて校正することを特徴とする試料高さ計測装置。 【請求項２】請求項１において、３面以上の異なった高さの基準面を用いて校正する試料高さ計測装置。 【請求項３】請求項１または２に記載した前記試料高さ計測装置を有する電子線描画装置。 発明の詳細な説明 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、試料の高さ変化を計測する高さ計測装置、及び、高さ計測装置を有する電子線描画装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】電子線描画装置では、試料の高さ変化、即ち、電子線偏向器から試料表面までの距離の変化が描画精度に大きく影響する。図１は、電子線描画における試料高さ変化と、描画精度との関係の説明図である。同図を用いて試料１０３上に長さｓ１のパターンを描画するために、電子線１０１を偏向器１０２によって、２θの角度だけ偏向した場合を例として示す。描画時に試料が高さΔｈだけ下がった１０３′の位置にずれたとすると、描画されるパターンの長さはｓ２となり、その結果、描画誤差は２＊Δｘとなる。高さのずれΔｈと描画誤差との関係は、電子線が偏向される点から試料までの距離をｄとすると、【０００３】 【数１】Δｘ＝Δｈ＊tanθ＝Δｈ＊ｓ１／（２＊ｄ） となる。 【０００４】この様な、試料の位置変化に起因する描画誤差を防ぐために、電子線描画装置では試料の高さを計測し、その結果を電子線を偏向する制御回路の出力に反映させている。通常用いられている高さ計測装置は、図２に示すような構造になっている。即ち、試料１０３にたいして斜め方向からレーザダイオード等の発光素子からの光を入射させ、その反射光を位置検出器２０２に入射させる。位置検出器２０２からは、反射面の位置に依存した信号が得られるので、信号を演算回路で処理して試料の高さを求めている。 【０００５】この高さ計測装置では位置検出器２０２の信号強度、及び、同信号を処理する処理回路に含まれる増幅器，割算器等の諸特性を一定にするために、定期的に校正する必要があった。 【０００６】図３を用いて従来の校正方法を説明する。同図は、電子線描画装置の試料台の概略構成を示したもので、試料台３０１上に試料３０３を搭載した試料カセット３０２がある。更に、試料台の一部に基準となる標準段差３０４を用意する。標準段差は、高さの異なる２面（Ｌ面，Ｈ面）を持ち、その内のＬ面は基準となる高さ、即ち、高さが０μｍの位置を示している。高さ計測装置の校正は、標準段差のＬ面とＨ面の高さを高さ計測装置で計測し、その結果、図４に一点鎖線で示した検出器出力と試料高さの関係を得ることである。 【０００７】試料３０３の高さを計測する際には、試料３０３を計測した際の検出器出力を、図４に示した関係を内挿、あるいは、外挿することによって、試料高さを求めている。例えば、試料高さを計測した結果、出力ａを得た場合には試料高さをｋ１μｍとみなして電子線偏向器の出力を制御していた。 【０００８】このような高さ計測装置の例は、特公平2−6216号公報に開示されている。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】しかし、近年の半導体デバイスの微細化により、電子線描画装置に要求される描画精度は、ますます高くなってきた。その結果、図１のΔｘで示される描画位置の誤差量の許容値も０.１μｍ 以下となり、その結果、高さ計測に対する精度の要求も厳しくなってきた。このため、従来の高さ計測装置の校正方法では、充分な精度が得られない場合がでてきた。即ち、試料の高さ変化と検出器出力の関係は厳密には直線的ではなく、例えば、図４の実線で示すような特性を有している。従って、検出器出力がａの場合には、実際の試料高さはｋ２であり、これに応じた偏向器出力の制御をしなければならない。特に、反射光が位置検出器202の中心から離れた個所を照射した場合には、ｋ１，ｋ２の誤差は０.５μｍ 以上にもなるため、高精度な描画を実現するには、従来は無視されてきたｋ１，ｋ２の誤差も無視できなくなってきた。この計測誤差の原因は、発光素子２０１から位置検出器２０２までの光学系の特性や、位置検出器２０２自身の性能に因っている。このように、従来から用いられてきた２種の基準面を用いる校正方法では、満足できる描画結果を得ることが困難となってきた。 【００１０】 【課題を解決するための手段】上記問題を解決するために、本発明の校正では斜面を有する標準段差、あるいは、３面以上の基準面を用意し、標準段差を用いて位置検出器出力と試料高さとの関係を求め、これを複数の一次式、あるいは二次以上の多項式で近似する。 【００１１】 【作用】位置検出器出力と試料高さとの関係を、単なる一次式ではなく、高次の多項式で近似するので高精度な計測が可能である。 【００１２】 【実施例】図５は、本発明に基づく高さ計測装置を電子線描画装置に適用した例である。以下、同図を用いて本発明を説明する。試料面の高さ計測は、レーザダイオード２０１からの光を、試料３０３上に照射し、試料表面で反射された光を位置検出器２０２で検出することによって行なった。試料の高さが変化した際の位置検出器２０２上の光の位置から試料高さを求める演算は、高さ検出器制御回路５０２で行なうようにした。 【００１３】高さ計測装置の校正は以下の様にして行なった。先ず、高さ校正用の標準段差として構造の詳細を図６に示す。高さの異なるＬ面，Ｈ面の２面と、その間を斜面で結んだ構造５０１を用意した。この構造の標準段差の高さを、試料台を移動させつつ連続的に計測した結果を下半部に示す。得られた結果では、計測用レーザ光の照射位置が標準段差の平面から斜面に移動する点ｗ，ｘ，ｙ，ｚで反射光の向きが変化するため、検出器の出力はその時点で不連続になっている。一方、ｗｘ間は、一定の勾配を持った斜面であるが、計測装置の非直線性から、高さに対して検出器出力は比例していない。これは、逆の勾配ｙｚ間でも同様である。標準段差５０１の斜面部分の高さは、その勾配と試料台の位置とから求めることが出来る。本実施例では、ｈ＝２００μｍ，ｓ＝３０mmの構造の標準段差を使用した。従来の標準段差では、Ｌ面，Ｈ面の範囲であるＮＯ間，ＱＲ間が校正されるだけであるが、図６に示す構造の標準段差を用いると、より広い範囲、即ち、ＭＮ、及び、ＰＯ間も校正することが可能である。制御回路５０２では、ＭＯ間，ＰＲ間を検出器出力を三次曲線で近似し、図４に示したような検出器出力と試料高さとの関係を求めた。 【００１４】描画における高さ補正は、以下のようにして行なった。すなわち、描画対象であるシリコンウェハ３０３の表面を計測したところ、図４に示した出力ａを位置検出器から得たので、これを同図に示した関係から正しい試料高さｋ２を求めた。計測結果を用いて制御計算機５０３で電子線の偏向量，レンズ電流値等の値の補正量を計算し、その結果を偏向制御回路５０４，レンズ制御回路５０５に送って、最適条件での描画が行なえるように調整し、その後、描画を実施した。 【００１５】本発明の他の実施例として、５種類の異なった高さを有する標準段差７０１を用いた例を図７に示す。校正処理は、同図（ａ）に示した標準段差７０１における各面での高さ検出器出力を求め、同図（ｂ）に示すようにａ〜ｅの各段差に対応した５種類の出力を得た。その後、高さ検出器制御回路５０２で各計測点間を一次式で近似した。その後、先の実施例と同様に試料高さを基に偏向量、及び、レンズ電流の補正を行ない描画を実行した。 【００１６】 【発明の効果】本発明によれば、高さ計測装置の非直線性を考慮した校正方法であるので、従来装置にない高精度な高さ計測が可能となる。