JP2007335786A - 放電検出方法、放電検出機構及び電子ビーム描画装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子ビーム描画装置において放電が発生した場所を特定する機構を提供する。
【解決手段】本発明の放電検出機構は、電子ビーム２００を照射する電子銃２０１と、電子銃２０１に電圧を印加する高圧電源２１２と、電子銃２０１と高圧電源２１２とを接続する高圧ケーブル２１４と、電子銃２０１と容量結合されたセンサアンプ２２０と、高圧電源２１２と容量結合されたセンサアンプ２３０と、センサアンプ２２０の出力信号波形とセンサアンプ２３０の出力信号波形とを表示するモニタ２１６と、を備え、信号波形のズレから放電が発生した場所を特定することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、放電検出方法、放電検出機構及び電子ビーム描画装置に係り、例えば、電子ビームを可変成形させながら試料に描画する電子ビーム描画装置の放電検出手法に関する。

半導体デバイスの微細化の進展を担うリソグラフィ技術は半導体製造プロセスのなかでも唯一パターンを生成する極めて重要なプロセスである。近年、ＬＳＩの高集積化に伴い、半導体デバイスに要求される回路線幅は年々微細化されてきている。これらの半導体デバイスへ所望の回路パターンを形成するためには、高精度の原画パターン（レチクル或いはマスクともいう。）が必要となる。ここで、電子線（電子ビーム）描画技術は本質的に優れた解像性を有しており、高精度の原画パターンの生産に用いられる。

図９は、従来の可変成形型電子線描画装置の動作を説明するための概念図である。
可変成形型電子線描画装置（ＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ）描画装置）における第１のアパーチャ４１０には、電子線３３０を成形するための矩形例えば長方形の開口４１１が形成されている。また、第２のアパーチャ４２０には、第１のアパーチャ４１０の開口４１１を通過した電子線３３０を所望の矩形形状に成形するための可変成形開口４２１が形成されている。荷電粒子ソース４３０から照射され、第１のアパーチャ４１０の開口４１１を通過した電子線３３０は、偏向器により偏向され、第２のアパーチャ４２０の可変成形開口４２１の一部を通過して、所定の一方向（例えば、Ｘ方向とする）に連続的に移動するステージ上に搭載された試料３４０に照射される。すなわち、第１のアパーチャ４１０の開口４１１と第２のアパーチャ４２０の可変成形開口４２１との両方を通過できる矩形形状が、Ｘ方向に連続的に移動するステージ上に搭載された試料３４０の描画領域に描画される。第１のアパーチャ４１０の開口４１１と第２のアパーチャ４２０の可変成形開口４２１との両方を通過させ、任意形状を作成する方式を可変成形方式という。

ここで、電子ビーム描画装置においては、荷電粒子ソースとなる電子銃やこの電子銃に高電圧を印加する高圧電源で放電が発生する場合がある。放電が発生すると一瞬の電位変動が生じ、電子の軌道が変動することになる。よって、これが描画中に発生すれば描画パターンエラーとなってしまう。ここで、かかる放電現象は、上述したように、電子銃や高圧電源の双方で生じ得るが、放電発生時の装置の復帰時間を短縮するためには、放電が発生した場所、すなわち、電子銃側で発生したのか、或いは高圧電源側で発生したのかを特定することが求められる。特に、部品交換前に特定できれば不必要な部品の交換も最小限に留めることができる。しかしながら、従来、これらを特定するための有効な手段が確立されていなかった。

ここで、電子銃に高電圧を供給する高圧ケーブルの外周に放電検出リングを容量結合させて、電子銃からの放電を検出する技術が文献に開示されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、かかる技術では、放電が発生したという事象を検出することはできても電子銃側で発生したのか、或いは高圧電源側で発生したのかを特定することはできない。
特開２００４−３１９２７１号公報

上述したように、放電発生時の装置の復帰時間を短縮するためには、放電が発生した場所、すなわち、電子銃側で発生したのか、或いは高圧電源側で発生したのかを特定することが求められる。

そこで、本発明は、上述した問題点を克服し、放電が発生した場所を特定する機構及び方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様の放電検出方法は、
電子ビームを照射する電子銃と容量結合された第１のセンサからの出力信号を受信する第１の受信工程と、
電子銃に電圧を印加する電源と容量結合された第２のセンサからの出力信号を受信する第２の受信工程と、
第１のセンサからの出力信号の波形と第２のセンサからの出力信号の波形とをモニタに表示する表示工程と、
を備えたことを特徴とする。

第１のセンサからの出力信号の波形と第２のセンサからの出力信号の波形とをモニタに表示することにより、波形の違いをユーザが確認することができる。後述するように、第１のセンサからの出力信号の波形と第２のセンサからの出力信号の波形とにはズレが生じることを発明者は見出した。そこで、かかる波形のズレから放電が生じた側を特定することができる。

また、上述した表示工程において、第１のセンサからの出力信号の波形と第２のセンサからの出力信号の波形とを出力された時刻を合わせて重ねて表示すると好適である。

そして、放電検出方法では、電子銃と電源とのうち、ピーク値までの波形において同時刻における出力値が大きい値のセンサが結合された側に放電が生じたと判定することができる。

そして、本発明の一態様の放電検出機構は、
電子ビームを照射する電子銃と、
電子銃に電圧を印加する電源と、
電子銃と電源とを接続するケーブルと、
電子銃と容量結合された第１のセンサと、
電源と容量結合された第２のセンサと、
第１のセンサの出力信号波形と第２のセンサの出力信号波形とを表示するモニタ部と、
を備えたことを特徴とする。

また、本発明の一態様の電子ビーム描画装置は、
電子ビームを照射する電子銃と、
電子銃に電圧を印加する電源と、
電子銃と電源とを接続するケーブルと、
電子銃と容量結合された第１のセンサと、
電源と容量結合された第２のセンサと、
第１のセンサの出力信号波形と第２のセンサの出力信号波形とを表示するモニタ部と、
電子銃から照射された電子ビームを試料の所定の位置に偏向させて所定のパターンを描画する偏向器と、
を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、波形のズレから放電が発生した場所を特定することができる。その結果、放電発生時の装置の復帰時間を短縮することができる。

以下、実施の形態では、荷電粒子ビームの一例として、電子ビームを用いた構成について説明する。但し、荷電粒子ビームは、電子ビームに限るものではなく、イオンビーム等の他の荷電粒子を用いたビームでも構わない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１における描画装置の構成を示す概念図である。
図１において、荷電粒子ビーム描画装置の一例である描画装置１００は、描画部１５０、制御部１６０、高圧電源２１２、高圧ケーブル２１４、モニタ２１６、信号処理部２１８、センサアンプ２２０、センサアンプ２３０を備えている。描画部１５０は、電子鏡筒１０２、描画室１０３を有している。そして、電子鏡筒１０２内には、電子銃２０１、照明レンズ２０２、第１のアパーチャ２０３、投影レンズ２０４、偏向器２０５、第２のアパーチャ２０６、対物レンズ２０７、偏向器２０８が配置される。そして、描画室１０３内には、ＸＹステージ１０５が配置される。ＸＹステージ１０５上には、試料１０１が固定される。また、電子銃２０１と高圧電源２１２は、高圧ケーブル２１４で接続されている。そして、電子銃２０１には、センサアンプ２２０が容量結合されて配置されている。また、高圧電源２１２には、センサアンプ２３０が容量結合されて配置されている。センサアンプ２２０とセンサアンプ２３０は、出力側が信号処理部２１８に接続され、信号処理部２１８にはモニタ２１６が接続される。図１では、実施の形態１を説明する上で必要な構成部分以外については記載を省略している。描画装置１００にとって、通常、必要なその他の構成が含まれることは言うまでもない。

高圧電源２１２から高圧ケーブル２１４を介して電子銃２０１に高電圧が印加されると電子銃２０１から荷電粒子ビームの一例となる電子ビーム２００が照射される。電子銃２０１から出た電子ビーム２００は、照明レンズ２０２により矩形例えば長方形の穴を持つ第１のアパーチャ２０３全体を照明する。ここで、電子ビーム２００をまず矩形例えば長方形に成形する。そして、第１のアパーチャ２０３を通過した第１のアパーチャ像の電子ビーム２００は、投影レンズ２０４により第２のアパーチャ２０６上に投影される。かかる第２のアパーチャ２０６上での第１のアパーチャ像の位置は、偏向器２０５によって偏向制御され、ビーム形状と寸法を変化させることができる。そして、第２のアパーチャ２０６を通過した第２のアパーチャ像の電子ビーム２００は、対物レンズ２０７により焦点を合わせ、偏向器２０８により偏向され、連続移動するＸＹステージ１０５上の試料１０１の所望する位置に照射される。偏向器２０８を含む描画部１５０は、描画制御部１６０に制御される。

ここで、通常、描画装置１００の本体部分となる描画部１５０は、高圧電源２１２から離れて配置される。そして、高圧ケーブル２１４によって、高圧電源２１２から描画部１５０の一部となる電子銃２０１に高電圧が印加される。経験上、５ｍ以上の長さの高圧ケーブル２１４が必要となる場合がほとんどである。そして、高圧電源２１２から電子銃２０１へは例えば、−５０ｋＶの負電圧が印加される。

ここで、このような配置構成発明者は、例えば、電子銃２０１側で放電が発生した場合に、電子銃２０１側でセンサアンプ２２０によって検出される信号波形と高圧電源２１２側でセンサアンプ２３０によって検出される信号波形とを同期させた場合に波形にズレが生じていることを見出した。同様に、高圧電源２１２側で放電が発生した場合に、電子銃２０１側でセンサアンプ２２０によって検出される信号波形と高圧電源２１２側でセンサアンプ２３０によって検出される信号波形とを同期させた場合に波形にズレが生じていることを見出した。これらのズレは、高圧ケーブル２１４がもつインダクタンスやキャパシタンスやレジスタンスといった特性によって生じるものと考えられる。そこで、この現象を利用して、描画装置１００における放電箇所が電子銃側で発生したのか、或いは高圧電源側で発生したのかを特定する。

図２は、実施の形態１における放電検出機構の構成の一例を示す概念図である。
図３は、放電検出機構の等価回路の一例を示す図である。
図２及び図３において、放電検出機構は、電子銃２０１、高圧電源２１２、高圧ケーブル２１４、モニタ２１６、信号処理部２１８、センサアンプ２２０、センサアンプ２３０を備えている。電子銃２０１と高圧電源２１２は、高圧ケーブル２１４で接続されている。そして、電子銃２０１には、センサアンプ２２０内のセンサ２２２が容量結合されて配置されている。同様に、高圧電源２１２には、センサアンプ２３０のセンサ２３２が容量結合されて配置されている。センサ２２２やセンサ２３２をそれぞれ容量結合させることで印加されている電圧の変動（リップル）を検出することができる。よって、電圧の変動（リップル）をモニタリングすることができる。

そして、電子銃２０１の例えばカソードとアノード間で放電が発生した場合に、或いは、高圧電源２１２の例えば負極側とアース間で放電が発生した場合に、センサ２２２で検出された信号出力は、アンプ２２４で増幅され、信号処理部２１８に送信される。同様に、センサ２３２で検出された信号出力は、アンプ２３４で増幅され、信号処理部２１８に送信される。そして、信号処理部２１８において、アナログ／デジタル変換や検出時間を合わせて同期させた状態での重ね合わせ処理等の信号処理を行い、モニタ２１６に同期して重ね合わせた波形を表示させる。このように、第１の受信工程として、信号処理部２１８は、電子ビーム２００を照射する電子銃２０１と容量結合された第１のセンサの一例となるセンサアンプ２２０或いはセンサ２２２からの出力信号を受信する。そして、同様に、第２の受信工程として、信号処理部２１８は、電子銃２０１に電圧を印加する電源となる高圧電源２１２と容量結合された第２のセンサの一例となるセンサアンプ２３０或いはセンサ２３２からの出力信号を受信する。そして、表示工程として、モニタ２１６は、センサアンプ２２０からの出力信号の波形とセンサアンプ２２０からの出力信号の波形とをモニタに表示する。

図４は、得られたモニタ波形の一例を示す図である。
図４において、縦軸に電圧値を、横軸に時間を示している。例えば、電子銃２０１側で放電が発生した場合に、波形１は、電子銃２０１側に配置されたセンサアンプ２２０の出力波形を示している。そして、波形２は、高圧電源２１２側に配置されたセンサアンプ２３０の出力波形を示している。図４に示すように、得られた２つの波形にはズレが生じていることがわかる。そして、放電が発生した側では波形１のように波形２に比べてピーク値までの立ち上がりが早くなる。言い換えれば、同じ電圧が発生した時にセンサアンプの出力が同じになるように較正している場合に、ピークに至るまでのある時刻で見れば、放電が発生した側のセンサ出力の方が大きな値となる。よって、このように急峻な立ち上がりを示す波形が得られた側に放電が発生したと判定することができる。また、ある時刻で見た場合に、センサ出力の大きい方が放電の発生した側であると判定することができる。逆に、高圧電源２１２側で放電が発生すれば、波形１と波形２が逆になるので、同様に、放電発生箇所を特定することができる。高圧ケーブル２１４の特にインダクタンスがかかる遅延に大きく影響を与えている。また。レジスタンスがピーク値の差に大きな影響を与えている。

ここで、センサアンプ２３０内のセンサ２３２は、高圧電源２１２と容量結合されていればよく、その配置方法は問わない。例えば、図１や図２に示したように、高圧電源２１２の筐体に取り付けてもよい。また、以下に示すような取り付け方も好適である。
図５は、実施の形態１における高圧電源側センサの容量結合の一例を示す図である。
図５において、高圧電源２１２の筐体内には高圧発生部２４２と制御部２４４とが配置されている。そして、高圧発生部２４２に高圧ケーブル２１４が接続されている。実施の形態１では、図５に示すように、高圧電源２１２の筐体内に配置されたモールド樹脂等で覆われた高圧発生部２４２に金属体等のセンサ２３２を取り付けても好適である。例えば。金属板、特に鉄板等をセンサ２３２として取り付けても好適である。モールド樹脂等の絶縁体を介することで、センサ２３２となる金属体を直接取り付けることで容量結合を構成することができる。そして、アンプ２３４の入力側にセンサ２３２からの配線を接続すればよい。

或いは、以下のように配置してもよい。
図６は、実施の形態１における高圧電源側センサの容量結合の一例を示す図である。
図６において、高圧電源２１２の筐体内には高圧発生部２４２と制御部２４４とが配置され、高圧発生部２４２に高圧ケーブル２１４が接続されている点は同様である。ここでは、図６に示すように、高圧ケーブル２１４の高圧電源２１２側端部付近に絶縁物を介して金属体等のセンサ２３２を取り付けても同様に容量結合を構成することができ好適である。
図７は、図６の高圧電源側センサが容量結合された高圧ケーブルの断面の一例を示す図である。
図７に示す高圧ケーブル２１４は、中心部に高圧線が配置され、その周りに絶縁物、接地されるシールド線、絶縁物といった順で形成されている。この場合には、例えば、外表にある絶縁物を剥き、シールド線の一部を削除して、削除した部分にセンサ２３２をシールド線と接触しないように取り付ければよい。そして、センサ２３２出力をアンプ２３４に入力させる。或いは、シールド線を高圧発生部２４２側からセンサ２３２を取り付ける部分まで取り除いて、センサ２３２を取り付けた位置以降に新たに金属をシールドとして巻きつけてもよい。そして、削除されて不通となったシールド線間はジャンパ線でつないでおけばよい。

同様に、電子銃２０１側のセンサアンプ２２０内のセンサ２２２についても、電子銃２０１と容量結合されていればよく、その配置方法は問わない。例えば、図１や図２に示したように、電子銃２０１の側に容量結合するように取り付けてもよい。また、以下に示すような取り付け方も好適である。
図８は、実施の形態１における電子銃側センサの容量結合の一例を示す図である。
図８に示すように、高圧ケーブル２１４の電子銃２０１側端部付近に絶縁物を介して金属体等のセンサ２２２を取り付けても同様に容量結合を構成することができ好適である。そして、アンプ２２４の入力側にセンサ２２２からの配線を接続すればよい。センサ２２２の取り付け方については、センサ２３２をセンサ２２２に、同様にアンプ２３４をアンプ２２４に置き換えて図７に示したやり方と同様にすればよい。

以上のように、高圧ケーブル２１４を介することでリップル信号に生じた波形の遅延や波形の違いをモニタリングすることで、放電が発生した場所、すなわち、電子銃側で発生したのか、或いは高圧電源側で発生したのかを特定することができる。なお、かかる波形のズレを検出する場合に、高圧ケーブル２１４の長さは、高圧ケーブル２１４の特性によって異なるが、経験上、５ｍ以上が望ましい。

また、放電の大きさは、数ボルト程度の微小放電から電源そのもの若しくはエミッタを破壊するような大放電まで種々あるが、本実施の形態は、１０ボルト以下の放電で高圧電源がシャットダウンしないような放電に対して特に有効である。

以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、実施の形態では、時間軸を合わせて波形を重ね合わせて表示したが、これに限るものではなく、時間軸を合わせて信号となる電圧値の差分を演算してもよい。信号処理部において、差分が正か負によって、どちらで放電が発生したかを特定するように構成してもよい。

また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。例えば、描画装置１００を制御する制御部構成については、記載を省略したが、必要とされる制御部構成を適宜選択して用いることは言うまでもない。

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての放電検出方法、放電検出機構及び電子ビーム描画装置は、本発明の範囲に包含される。

実施の形態１における描画装置の構成を示す概念図である。 実施の形態１における放電検出機構の構成の一例を示す概念図である。 放電検出機構の等価回路の一例を示す図である。 得られたモニタ波形の一例を示す図である。 実施の形態１における高圧電源側センサの容量結合の一例を示す図である。 実施の形態１における高圧電源側センサの容量結合の一例を示す図である。 図６の高圧電源側センサが容量結合された高圧ケーブルの断面の一例を示す図である。 実施の形態１における電子銃側センサの容量結合の一例を示す図である。 従来の可変成形型電子線描画装置の動作を説明するための概念図である。

符号の説明

１００ 描画装置
１０１，３４０ 試料
１０２ 電子鏡筒
１０３ 描画室
１０５ ＸＹステージ
１５０ 描画部
１６０ 描画制御部
２００ 電子ビーム
２０１ 電子銃
２０２ 照明レンズ
２０３，４１０ 第１のアパーチャ
２０４ 投影レンズ
２０５，２０８ 偏向器
２０６，４２０ 第２のアパーチャ
２０７ 対物レンズ
２１２ 高圧電源
２１４ 高圧ケーブル
２１６ モニタ
２１８ 信号処理部
２２０，２３０ センサアンプ
２２２，２３２ センサ
２２４，２３４ アンプ
２４２ 高圧発生部
２４４ 制御部
３３０ 電子線
４１１ 開口
４２１ 可変成形開口
４３０ 荷電粒子ソース

Claims (5)

1. 電子ビームを照射する電子銃と容量結合された第１のセンサからの出力信号を受信する第１の受信工程と、
   前記電子銃に電圧を印加する電源と容量結合された第２のセンサからの出力信号を受信する第２の受信工程と、
   前記第１のセンサからの出力信号の波形と前記第２のセンサからの出力信号の波形とをモニタに表示する表示工程と、
   を備えたことを特徴とする放電検出方法。
2. 前記表示工程において、前記第１のセンサからの出力信号の波形と前記第２のセンサからの出力信号の波形とを出力された時刻を合わせて重ねて表示することを特徴とする請求項１記載の放電検出方法。
3. 前記放電検出方法では、前記電子銃と前記電源とのうち、ピーク値までの波形において同時刻における出力値が大きい値のセンサが結合された側に放電が生じたと判定することを特徴とする請求項２記載の放電検出方法。
4. 電子ビームを照射する電子銃と、
   前記電子銃に電圧を印加する電源と、
   前記電子銃と前記電源とを接続するケーブルと、
   前記電子銃と容量結合された第１のセンサと、
   前記電源と容量結合された第２のセンサと、
   前記第１のセンサの出力信号波形と前記第２のセンサの出力信号波形とを表示するモニタ部と、
   を備えたことを特徴とする放電検出機構。
5. 電子ビームを照射する電子銃と、
   前記電子銃に電圧を印加する電源と、
   前記電子銃と前記電源とを接続するケーブルと、
   前記電子銃と容量結合された第１のセンサと、
   前記電源と容量結合された第２のセンサと、
   前記第１のセンサの出力信号波形と前記第２のセンサの出力信号波形とを表示するモニタ部と、
   前記電子銃から照射された電子ビームを試料の所定の位置に偏向させて所定のパターンを描画する偏向器と、
   を備えたことを特徴とする電子ビーム描画装置。

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