JP2008026823A - エネルギービーム描画装置と描画方法及びフォトマスクの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ステージ位置を検出するレーザー干渉位置検出システムの移動ミラーの直交性の変動に伴う描画パターンの位置精度の劣化を改善し、描画精度の向上をはかる。
【解決手段】 エネルギービーム描画装置において、入射ビームに垂直な平面上をＸ，Ｙ方向に移動可能に設けられた可動式ステージ１２と、ステージ１２に取り付けられたＸ軸及びＹ軸の移動ミラー１３，１４にそれぞれレーザー光を照射し、各々の反射光を基にステージ１２のＸ，Ｙ方向の位置を検出する２系統のレーザー干渉位置検出システム３５と、ミラー１３，１４の直交性の経時変化特性と経過時間に基づいてステージ位置情報を補正する位置補正システム３６と、補正されたステージ位置情報を用いてステージ位置及びエネルギービームを制御し、ステージ１２上に保持された試料１１上の所望の位置にビームを照射する制御部３３，３４とを備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子ビームやレーザビーム等を用いて、半導体集積回路等の微細な素子パターンを半導体ウェハやパターン転写用のマスク基板上に描画するエネルギービーム描画装置及び描画方法に関する。また本発明は、このエネルギービーム描画装置を用いてフォトマスクを製造するフォトマスクの製造方法に関する。

半導体ウェハ或いはフォトマスク基板上の半導体回路パターンは、エネルギービーム描画装置を用いて、光，電子，イオンなどエネルギービームを予め基板上に塗布した感光剤に照射して露光し、現像，エッチング等のプロセスを行うことにより形成される。

エネルギービーム描画装置では、基板を載置してＸ方向及びＹ方向に移動する可動式ステージの位置を高精度に検出するために、一般にレーザー干渉位置検出システムが用いられている。このレーザー干渉位置検出システムは、固定光路長の経路を通過したレーザー干渉光と可変光路長の経路を通過したレーザー干渉光の波数の違いから可変光路長側の移動量を求める測長システムであり、描画装置に限らず各種の測定機等に広く用いられている。

描画装置では、ステージがＸＹの２軸方向に可動なため、２系統の測長システムを搭載してＸ位置、Ｙ位置を独立に検出している。各系統ともステージに設置した移動ミラーに入射して戻る可変光路長経路と固定位置に取り付けたミラーに入射して戻る固定光路長経路を通過したレーザー干渉光波数の差から位置を検出している。移動ミラーはステージが移動している間も常に経路を確保するために、ステージストロークと同等の長さを持つことが必要となる。

これら、一定の長さを有する移動ミラーは温度等の外部環境の変化や加工精度、取り付け精度等の要因により反射面の平坦度の歪みが生じたり、ＸＹ軸の移動ミラーの取り付け直交性に誤差が生じることがある。ステージの位置を決定する座標軸はステージ上のＸＹ軸に配置した移動ミラーで決定され、この座標軸で得られるステージ位置情報を元にビーム位置、ステージ位置が制御され試料上にパターンが形成されるため、移動ミラーの平坦度の歪みや移動ミラーの直交性の誤差は、結果として描画されたパターンの位置精度の劣化を招くこととなる。

このような精度の劣化を改善するためにこれまでにも様々な手法が提案されてきた。例えば描画されたパターンの位置変動から移動ミラーの歪み、直交性変化を算出し、この値を補正するようにステージ位置を制御することにより位置精度の劣化を改善するという手法がある。

しかしながら、このような手法では補正値を導出した時点と実際に描画を行う時点で移動ミラーの歪みやＸＹ軸の移動ミラー直交性が変化した場合には正しく補正することができず、描画パターンの位置精度は改善されないこととなる。
特開２００１−２６７２３２号公報 特開２００１−２６４００８号公報

このように、従来のエネルギービーム描画装置においては、ステージ位置を検出するレーザー干渉位置検出システムの移動ミラーの直交性が変化すると位置測定誤差が発生してしまい、これが描画精度を低下させる大きな要因となっていた。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、ステージ位置を検出するレーザー干渉位置検出システムの移動ミラーの直交性が変化することにより生じる描画パターンの位置精度の劣化を改善することができ、描画精度の向上をはかり得るエネルギービーム描画装置及び描画方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、上記のエネルギービーム描画装置を用いることにより、パターン寸法精度の高いフォトマスクを製造することのできるフォトマスクの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。

即ち、本発明の一態様に係わるエネルギービーム描画装置は、入射ビームに垂直な平面上をＸ方向及びＹ方向に移動可能に設けられ、パターン描画に供される試料が載置される可動式ステージと、前記ステージに取り付けられたＸ軸移動ミラー及びＹ軸移動ミラーにそれぞれレーザー光を照射し、各々の反射光を基に前記ステージのＸ方向及びＹ方向の位置を測定する２系統のレーザー干渉位置検出システムと、前記Ｘ軸移動ミラー及びＹ軸移動ミラーの直交性の経時変化特性と経過時間とに基づいて、前記レーザー干渉位置検出システムにて検出されるステージ位置情報を補正する手段と、前記補正されたステージ位置情報を用いてステージ位置を制御する手段と、前記補正されたステージ位置情報を用いてエネルギービーム源から放出されたエネルギービームを制御し、前記ステージ上に保持された試料上の所望の位置にビームを照射する手段と、を具備してなることを特徴とする。

また、本発明の別の一態様に係わるエネルギービーム描画方法は、入射ビームに垂直な平面上をＸ方向とＹ方向に移動させることが可能な可動式ステージに取り付けられたＸ軸移動ミラー及びＹ軸移動ミラーにそれぞれレーザー光を照射し、各々の反射光を基に前記ステージのＸ方向及びＹ方向の位置を測定する２系統のレーザー干渉位置検出システムを用い、予め前記Ｘ軸移動ミラーとＹ軸移動ミラーの直交性の経時変化を測定し、直交性の経時変化率として記憶しておく工程と、パターン描画時に、前記ステージの位置を前記レーザー干渉位置検出システムにより検出する工程と、前記記憶された経時変化率と経過時間から直交性の変化量を求める工程と、前記求めた直交性の変化量から前記レーザー干渉位置検出システムで検出されたステージ位置情報を補正する工程と、前記補正されたステージ位置情報を用いてエネルギービームの照射位置及びステージの位置を制御する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、Ｘ軸及びＹ軸の移動ミラーの直交性の経時変化特性を記憶しておき、これを基にレーザー干渉位置検出システムにより検出されるステージ位置情報を補正することにより、移動ミラーの経時変化に伴う位置誤差の発生を防止することができる。このため、描画毎に生じる描画パターンの直交度変動を低減することが可能となり、描画精度の向上をはかることができる。

以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。

図１は、本発明の一実施形態を示すもので、エネルギービーム描画装置のうちフォトマスク製造に用いられる電子ビーム描画装置を示す概略構成図である。

試料室１０内に、マスク基板（試料）１１を載置した可動式ステージ１２が収容されている。ステージ１２は、後述するステージ制御システム３４からの指令により紙面左右方向（Ｘ方向）及び紙面表裏方向（Ｙ方向）に移動可能となっている。そして、ステージ１２の移動位置は後述するステージ位置検出システム３５により測定されるものとなっている。

試料室１０の上方には、電子光学鏡筒２０が設けられている。電子光学鏡筒２０内には、電子銃２１、レンズ２２、アパーチャ（図示せず）、及び偏向器（図示せず）等が収容されている。電子銃２１から放出された電子ビームは、レンズ２２により集束され、偏向器及びアパーチャによりビーム成形され、試料上に照射されるものとなっている。電子光学鏡筒２０の構成は、通常の直接描画方式と同様であり、レンズ，アパーチャ，偏向器等の形状や配置位置は、仕様に応じて適宜変更可能である。

半導体回路等のパターンデータ３１はデータ処理システム３２に入力される。データ処理システム３２では、入力されたパターンデータ３１から照射するビームの形状、基板上の照射位置等の描画情報が算出され、描画情報は電子ビーム制御システム３３及びステージ制御システム３４に供給される。

一方、ステージ位置検出システム３５では、現在のステージ位置情報が算出される。そして、データ処理システム３２とステージ位置検出システム３５から得られた情報を基に電子ビーム制御システム３３では、電子光学鏡筒２０内の電磁レンズ、偏向器等を制御する。それと同時に、データ処理システム３２とステージ位置検出システム３５から得られた情報を基にステージ制御システム３４では、基板１１を保持したステージ１２の位置を制御する。これにより、基板１１上に電子ビームを次々に照射して所望のパターンを形成する。

このように、ステージ位置検出システム３５は描画されるパターンの精度を決める大きな要素であり、高精度のステージ位置制御性が要求される半導体製造用描画装置ではステージ位置検出機構としてレーザー干渉測長システムが一般的に使用されている。レーザー干渉測長システムは、固定光路長の経路を通過したレーザー干渉光と可変光路長の経路を通過したレーザー干渉光との波数の違いから可変光路長側の移動量を求める測長システムで、各種測定機等に広く用いられている。

図２は、本実施形態の描画装置のステージ１２に取り付けたレーザー干渉測長システムの概略を示したものである。（背景技術）の項でも説明したように、描画装置ではステージ１２がＸＹの２軸方向に可動なため、２系統の測長システムを搭載してＸ位置、Ｙ位置を独立に検出している。各系統共に、ステージ１２に設置したＸ軸移動ミラー１３，Ｙ軸移動ミラー１４にそれぞれ入射して戻る可変光路長経路と、固定位置に取り付けたＸ軸固定ミラー５１，Ｙ軸固定ミラー５２に入射して戻る固定光路長経路とを通過したレーザー干渉光波数の差から位置を検出している。移動ミラー１３，１４は、ステージストロークと同等の長さを持つものであり、接着剤によりステージ１２の側面に固定されている。

即ち、レーザー光源４０から放射されたレーザー光はハーフミラー４１により２つに分岐される。分岐された一方のレーザー光はハーフミラー４２を通して固定ミラー５１に導かれると共に、ハーフミラー４２で反射されて移動ミラー１３に導かれる。ハーフミラー４１で分岐された他方のレーザー光は、ハーフミラー４３を通して固定ミラー５２に導かれると共に、ハーフミラー４３で反射されて移動ミラー１４に導かれる。そして、ミラー１３，５１で反射されたレーザー光は、ハーフミラー４２を介して図示しないＸ軸レシーバーに入射され、これによりステージ１２のＸ方向位置が検出される。さらに、ミラー１４，５２で反射されたレーザー光は、ハーフミラー４３を介して図示しないＹ軸レシーバーに入射され、これによりステージ１２のＹ方向位置が検出されるものとなっている。なお、図中の６１，６２，６３，６４はレーザー干渉モジュールを示している。

ここで、移動ミラー１３，１４はステージ１２が移動している間も常に経路を確保するために、ステージストロークと同等の長さを持つことが必要となる。これら、一定の長さを有する移動ミラー１３，１４は、取り付け方法等の要因により直交性に誤差が生じることがある。ステージ１２の位置を決定する座標軸はステージ１２上のＸＹ軸に配置した移動ミラー１３，１４で決定され、この座標軸で得られるステージ位置情報を基にビーム位置、ステージ位置が制御されるため、移動ミラー１３，１４の直交性の誤差は描画パターンの位置精度の劣化を招くこととなる。

本発明者らの鋭意研究及び実験によれば、特に移動ミラー１３，１４を接着剤でステージ１２に固定した場合、短期的に見ると変化はないが、長期にみると徐々に直交度が変化することが判明している。さらに、直交度の変化量が長期に亘り一定となることも判明している。そして、この移動ミラー１３，１４の直交性の経時変化がパターン描画精度を低下させる大きな要因となっている。

このような精度の劣化を改善するために本実施形態では、経時変化に伴うＸＹ軸移動ミラー１３，１４の直交性の変化により生じる位置精度の劣化を補正するためのステージ位置補正システム３６及び経時変化特性を記憶するメモリ３７を設けている。そして、位置補正システム３６の働きにより位置精度の改善を行っている。

本実施形態による位置精度の改善を行うに当たっては、事前に温度等の外部環境の変化や時間経過と、移動ミラー１３，１４の直交性の変化の関係を定量化する必要がある。

図３は、経時変化とＸＹ軸移動ミラー直交性の変化をグラフで示したものである。この例では、時間経過に伴いＸＹ軸移動ミラーの直交性は１次関数的に変化しており、直交性は下記（１）式で近似することができる。

ΔＯrth ＝Ａ・Ｔ＋Ｂ …（１）
（１）式において、ΔＯrth はＸＹ軸移動ミラーの直交性の変化量、Ｔは経過時間、Ａ，Ｂは係数を示す。

ここで、係数Ａ，Ｂは、描画装置を実際に使用することにより求めることができる。即ち、第１の時刻で描画装置を使用して検査用のパターンを描画し、それから一定時間（例えば、１０時間、１日）経過した後の第２の時刻で描画装置を使用して前と同一の検査用のパターンを描画する。そして、描画された各々の検査用パターンの位置変動から移動ミラー１３，１４の直交性変化を算出する。移動ミラー１３，１４の直交性の経時変化特性が１次関数的であることから、上記算出した変化量と経過時間から係数Ａ，Ｂを求めることができる。そして、（１）式を経時変化特性としてメモリ３７に記憶させる。

図４は、本実施形態で使用する位置補正システム３６の動作を説明するための図である。Ｘ軸及びＹ軸のステージ位置検出システム（レーザー干渉位置検出システム）３５から得られたステージ位置情報（Ｘ，Ｙ）はステージ位置補正システム３６に入力される。ステージ位置補正システム３６では、入力したステージ位置情報（Ｘ，Ｙ）と事前に設定（メモリ３７に記憶）された（１）式に相当する経時変化とＸＹ軸移動ミラーの直交性の関係式より、位置補正量（ΔＸ、ΔＹ）を出力する。本実施形態の場合には、ステージ位置補正システム３６内の内部クロックで算出した経過時間Ｔを使用して、
ΔＸ＝Ａ・Ｔ・Ｙ …（２）
ΔＹ＝０ …（３）
で示される位置補正量が出力される。出力された位置補正量（ΔＸ，ΔＹ）はステージ位置情報（Ｘ，Ｙ）と共に電子ビーム制御システム３３、或いはステージ制御システム３４の少なくとも一方に入力され、ビーム位置の補正、或いはステージ位置の補正に使用される。これにより、移動ミラー１３，１４の直交性が時間経過と共に変動した場合でも、補正すべきステージ位置情報が算出されてビーム位置、或いはステージ位置が補正される。このため、描画されたパターンには移動ミラー１３，１４の直交性の変動による影響が現れないこととなり、描画パターンの位置精度の劣化を防ぐことができる。

このように本実施形態によれば、Ｘ軸及びＹ軸の移動ミラー１３，１４の直交性の経時変化特性をメモリ３７に記憶しておき、レーザー干渉位置検出システム３５により検出されるステージ位置情報をステージ位置補正システム３６で補正することにより、ミラー１３，１４の直交性の経時変化に伴う位置誤差の発生を防止することができる。従って、描画毎に生じる描画パターンの直交度変動を低減することが可能となり、描画精度の向上をはかることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。実施形態では、フォトマスクを製造するための電子ビーム描画装置の例について説明したが、本発明はイオンビーム描画装置やレーザビーム描画装置に適用することもできる。要は、ステージに取り付けたミラーを用いてレーザー干渉位置検出システムによりステージ位置を検出する機能を有するものであれば、エネルギービームの照射によりパターンを描画する各種のエネルギービーム描画装置に適用することができる。さらに、フォトマスクの製造に限らず、基板上にエネルギービームで直接描画する描画装置に適用することが可能である。

本実施形態では、時間経過に伴う移動ミラー直交性の変化の例を示したが、温度、気圧等の外部環境変化と移動ミラー直交性の変化の関係式から補正することも可能である。また、時間経過、或いは温度、気圧等の外部環境変化と各移動ミラーの平坦度の変化の関係から位置補正量（ΔＸ，ΔＹ）を算出することも可能である。

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。

本発明の一実施形態に係わる電子ビーム描画装置を示す概略構成図。 図１の電子ビーム描画装置に用いたレーザー干渉位置検出システムの概略を示す図。 レーザー干渉位置検出システムに属するＸ軸移動ミラーとＹ軸移動ミラーの直交性の時間経過に伴う変化を示す図。 本実施形態で使用する位置補正システムの動作を説明するための図。

符号の説明

１０…試料室
１１…マスク基板（試料）
１２…ステージ
２０…電子光学鏡筒
２１…電子銃
３１…パターンデータ
３２…データ処理システム
３３…電子ビーム制御システム
３４…ステージ制御システム
３５…ステージ位置検出システム（レーザー干渉位置検出システム）
３６…ステージ位置補正システム
３７…メモリ
４０…レーザー光源
４１，４２，４３…ハーフミラー
５１，５２…固定ミラー
６１，６２，６３，６４…レーザー干渉モジュール

Claims (4)

1. 入射ビームに垂直な平面上をＸ方向及びＹ方向に移動可能に設けられ、パターン描画に供される試料が載置される可動式ステージと、
   前記ステージに取り付けられたＸ軸移動ミラー及びＹ軸移動ミラーにそれぞれレーザー光を照射し、各々の反射光を基に前記ステージのＸ方向及びＹ方向の位置を測定する２系統のレーザー干渉位置検出システムと、
   前記Ｘ軸移動ミラー及びＹ軸移動ミラーの直交性の経時変化特性と経過時間とに基づいて、前記レーザー干渉位置検出システムにて検出されるステージ位置情報を補正する手段と、
   前記補正されたステージ位置情報を用いてステージ位置を制御する手段と、
   前記補正されたステージ位置情報を用いてエネルギービーム源から放出されたエネルギービームを制御し、前記ステージ上に保持された試料上の所望の位置にビームを照射する手段と、
   を具備してなることを特徴とするエネルギービーム描画装置。
2. 前記Ｘ軸移動ミラー及びＹ軸移動ミラーの直交性の経時変化が予め測定され、この特性を表す式が前記経時変化特性としてメモリに格納されていることを特徴とする請求項１記載のエネルギービーム描画装置。
3. 請求項１又は２に記載のエネルギービーム描画装置を用い、マスク用の下地基板上にパターンを描画することを特徴とするフォトマスクの製造方法。
4. 入射ビームに垂直な平面上をＸ方向とＹ方向に移動させることが可能な可動式ステージに取り付けられたＸ軸移動ミラー及びＹ軸移動ミラーにそれぞれレーザー光を照射し、各々の反射光を基に前記ステージのＸ方向及びＹ方向の位置を測定する２系統のレーザー干渉位置検出システムを用い、予め前記Ｘ軸移動ミラーとＹ軸移動ミラーの直交性の経時変化を測定し、直交性の経時変化率として記憶しておく工程と、
   パターン描画時に、前記ステージの位置を前記レーザー干渉位置検出システムにより検出する工程と、
   前記記憶された経時変化率と経過時間から直交性の変化量を求める工程と、
   前記求めた直交性の変化量から前記レーザー干渉位置検出システムで検出されたステージ位置情報を補正する工程と、
   前記補正されたステージ位置情報を用いてエネルギービームの照射位置及びステージの位置を制御する工程と、
   を含むことを特徴とするエネルギービーム描画方法。

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