JP2008277373A - 荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画方法 - Google Patents

荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画方法 Download PDF

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Abstract

【目的】渦電流によるビームの描画位置のずれを低減する描画装置及び方法を提供することを目的とする。
【構成】本発明の一態様の描画装置100は、電子ビーム200を照射する電子銃201と、電子ビーム200を偏向する主偏向器214と、試料101を載置して連続移動するXYステージ105と、試料上に焦点合わせを行なう対物レンズ207と、対物レンズ207に起因する第1の磁場と、第1の磁場とステージの移動とによって生じる渦電流によって生じる第2の磁場とに基づく試料面上での電子ビーム200の位置ずれを補正する補正量を計算する補正量計算部126と、補正量を用いて試料面での位置ずれを補正した補正位置を計算するオフセット部128と、補正位置に荷電粒子ビームが偏向されるように主偏向器214を制御する偏向制御回路110と、を備えたことを特徴とする。本発明によれば、渦電流による磁場の影響分の位置補正を行なうことができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画方法に係り、例えば、渦電流に起因する磁場による荷電粒子ビームの位置ずれを補正する描画装置及び方法に関する。
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7は、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(EB:Electron beam)描画装置は、以下のように動作する。まず、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、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、開口411を通過した電子線330は、偏向器により偏向される。そして、可変成形開口421の一部を通過して、ステージ上に搭載された試料に照射される。ステージは、描画中、所定の一方向(例えば、X方向とする)に連続的に移動している。このように、開口411と可変成形開口421との両方を通過できる矩形形状が、試料340の描画領域に描画される。開口411と可変成形開口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、上述したステージ上に搭載された試料340に電子ビームが照射される際に、対物レンズにより焦点が調整される。かかる対物レンズの磁場の一部が、ステージ上に漏れている場合、ステージ上の導電性部品内に渦電流が生じる。かかる渦電流によりステージ上に磁場が発生し、描画位置に誤差が生じてしまう。かかる渦電流に関する電磁力学について、文献に記載がされている(例えば、非特許文献1参照)。
北海道大学 本間利久他"「数値電磁力学」基礎と応用",日本シミュレーション学会/編,2002年6月
上述したように、対物レンズの磁場がステージ上にある導体部品にかかる場合、渦電流が生じる。この渦電流により生じる磁場により描画位置精度が劣化してしまうといった問題があった。渦電流はステージ上の部品の形状や材料を考慮することによりある程度は低減することも可能かもしれないが、部品の形状や材質は製造或いは精度面から設計変更するにも限界がある。また、ステージ速度を遅くすることにより渦電流を低減させることも考えられるがその場合には描画時間が増加してしまい、スループットが低下してしまうといった問題があった。
そこで、本発明は、かかる問題点を克服し、ビームの描画位置のずれを低減する描画装置及び方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様の荷電粒子ビーム描画装置は、
荷電粒子ビームを照射する照射部と、
荷電粒子ビームを偏向する偏向器と、
試料を載置して連続移動するステージと、
荷電粒子ビームを試料上に焦点合わせを行なう対物レンズと、
対物レンズに起因する第1の磁場と、第1の磁場とステージの移動とによって生じる渦電流によって生じる第2の磁場とに基づく試料面上での荷電粒子ビームの位置ずれを補正する補正量を計算する補正量計算部と、
補正量を用いて試料面での位置ずれを補正した補正位置を計算する補正位置計算部と、
補正位置に荷電粒子ビームが偏向されるように偏向器を制御する偏向制御部と、
を備えたことを特徴とする。
また、試料面上の複数の位置で求めた、ステージ速度を因数として補正量を近似した近似式の係数を複数の位置と関連させて定義した相関マップを記憶する記憶部と、
ステージ速度を計算する速度計算部と、
をさらに備え、
補正量計算部は、記憶部に記憶された係数を用いて、速度計算部で計算されたステージ速度を因数として前記補正量を計算するようにすると好適である。
また、補正量計算部は、相関マップを用いて描画の進行に合わせてリアルタイムで位置ずれ量を計算するとなお好適である。
本発明の一態様の荷電粒子ビーム描画方法は、
試料が載置されたステージを連続移動させながら対物レンズで焦点調整された荷電粒子ビームを用いて試料にパターンを描画する荷電粒子ビーム描画方法において、
ステージ上の描画空間をメッシュ状の複数の小空間に仮想分割する工程と、
対物レンズに起因する第1の磁場とステージの移動とによって生じる渦電流を小空間毎に計算する工程と、
渦電流によって生じる第2の磁場を小空間毎に計算する工程と、
第1と第2の磁場を合成する工程と、
第1と第2の磁場が合成された第3の磁場に基づく荷電粒子の位置ずれ量を小空間毎に計算する工程と、
小空間毎の荷電粒子の位置ずれ量に基づいて、試料面での位置ずれを補正する補正量を計算する工程と、
補正量を用いて試料面での位置ずれを補正した位置に前記荷電粒子ビームを照射して、試料面上に所定のパターンを描画する工程と、
を備えたことを特徴とする。
また、本発明の他の態様の荷電粒子ビーム描画方法は、
荷電粒子ビームを試料上に焦点合わせを行なう対物レンズに起因する第1の磁場と、第1の磁場と試料を載置するステージの移動とによって生じる渦電流によって生じる第2の磁場とに基づく試料面上での前記荷電粒子ビームの位置ずれを補正する補正量を計算する工程と、
補正量を用いて試料面での位置ずれを補正した補正位置を計算する工程と、
補正位置に荷電粒子ビームを照射して、試料面上に所定のパターンを描画する工程と、
を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、渦電流による磁場の影響分の位置補正を行なうことができるので、ステージの速度を低下させることなくビームの描画位置のずれを低減することができる。
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、描画装置100は、描画部150と制御部160を備えている。描画装置100は、荷電粒子ビーム描画装置の一例となる。そして、描画装置100は、試料101に所望するパターンを描画する。制御部160は、偏向制御回路110、レーザ測長計112、デジタルアナログ変換器(DAC)114、増幅器(アンプ)116、磁気ディスク装置118、制御計算機120、及びメモリ132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。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、副偏向器212、及び主偏向器214が配置されている。また、描画室103内には、移動可能に配置されたXYステージ105が配置されている。また、XYステージ105上には、試料101とミラー109が配置されている。試料101として、例えば、ウェハにパターンを転写する露光用のマスクが含まれる。また、このマスクは、例えば、まだ何もパターンが形成されていないマスクブランクスが含まれる。また、磁気ディスク装置118には、相関マップ134が格納されている。また、制御計算機120内では、マップ係数取得部122、速度計算部124、補正量計算部126、オフセット部128、及び描画データ処理部130といった機能の処理が実行される。ここで、図1では、実施の形態1を説明する上で必要な構成部分について記載している。描画装置100にとって、通常、必要なその他の構成が含まれても構わないことは言うまでもない。
また、図1では、コンピュータとなる制御計算機120で、マップ係数取得部122、速度計算部124、補正量計算部126、オフセット部128、及び描画データ処理部130といった機能の処理を実行するように記載しているがこれに限るものではなく、電気的な回路によるハードウェアにより実施させても構わない。或いは、電気的な回路によるハードウェアとソフトウェアとの組み合わせにより実施させても構わない。或いは、かかるハードウェアとファームウェアとの組み合わせでも構わない。
照射部の一例となる電子銃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、偏向制御回路110に制御された主偏向器214及び副偏向器212により偏向される。その結果、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。描画データは、描画データ処理部130で処理され、ショットデータに変換される。このショットデータに従って、所望する位置に所定のパターンが描画される。
図2は、実施の形態1におけるステージ移動の様子を説明するための図である。
試料101に描画する場合には、XYステージ105を例えばX方向に連続移動させながら、描画(露光)面を電子ビーム200が偏向可能な短冊状の複数のストライプ領域に仮想分割された試料101の1つのストライプ領域上を電子ビーム200が照射する。XYステージ105のX方向の移動は、連続移動とし、同時に電子ビーム200のショット位置もステージ移動に追従させる。連続移動させることで描画時間を短縮させることができる。そして、1つのストライプ領域を描画し終わったら、XYステージ105をY方向にステップ送りしてX方向(今度は逆向き)に次のストライプ領域の描画動作を行なう。各ストライプ領域の描画動作を蛇行させるように進めることでXYステージ105の移動時間を短縮することができる。
図3は、実施の形態1における磁場及び渦電流の発生メカニズムについて説明するための概念図である。
描画装置100内では、対物レンズ207等の電子レンズの磁場10の一部がXYステージ105上に漏れている場合、XYステージ105が速度Vで移動することによりXYステージ105上の導電性部品210に渦電流(eddy current)20が生じる。そして、XYステージ105上に渦電流20が発生すると、かかる渦電流20による磁場30がXYステージ105上に発生する。この磁場10,30の影響を受けて、電子ビーム200中の電子の軌道にずれが生じることになる。
図4は、実施の形態1における磁場に起因するパターンの位置ずれについて説明するための概念図である。
磁場10,30が生じていない場合、すなわち、渦電流20が生じていない場合には、試料101にパターン40が一列に並ぶ。しかしながら、照射される電子ビーム200は、磁場10の磁束密度Bと磁場30の磁束密度Bとによって曲げられてしまう。そのため、それによって描画されるパターンは、パターン50のように位置ずれを生じることになる。実施の形態1では、この位置ずれを補正するように描画する。
図5は、実施の形態1における描画方法の要部工程を示すフローチャート図である。
図5において、実施の形態1における描画方法は、まず、描画前の準備段階として、メッシュ空間分割工程(S102)と、渦電流計算工程(S104)と、磁場計算工程(S106)と、磁場合成工程(S108)と、ずれ量計算工程(S110)と、補正量計算工程(S112)と、マップ作成工程(S114)という一連の工程を実施する。そして、描画方法は、描画段階として、位置測長工程(S202)と、係数取得工程(S204)と、ステージ速度計算工程(S206)と、補正量計算工程(S208)と、オフセット工程(S210)と、描画工程(S212)という一連の工程を実施する。
S(ステップ)102において、メッシュ空間分割工程として、まず、XYステージ105上の描画空間をメッシュ状の複数のメッシュ空間(小空間)に仮想分割する。例えば、対物レンズ207の設置位置付近から試料101の描画面までの空間についてメッシュ空間に仮想分割すると好適である。
S104において、渦電流計算工程として、対物レンズ207に起因する磁場10(第1の磁場)とXYステージ105の移動とによって生じる渦電流20をメッシュ空間毎に計算する。まず、導電性部品210の形状等の境界条件によって決まる各メッシュ空間における電場Eは、磁場10の磁束密度Bと回転∇の各ベクトルと時間tとを用いて、以下に示すマクセル方程式(1)で表わすことができる。
Figure 2008277373
そして、ここで求めた電場Eと渦電流20を発生させる導電性部品210の材質等で決まる電気伝導度σを用いて、渦電流20の電流Jは、以下に示す式(2)で表わすことができる。
Figure 2008277373
このように、導電性部品210の形状、材質、位置等をパラメータとして、導電性部品210に発生する渦電流20の電流Jを求めることができる。
S106において、磁場計算工程として、渦電流20によって生じる磁場30(第2の磁場)をメッシュ空間毎に計算する。各メッシュ空間における磁場30の磁束密度Bは、渦電流20の電流Jと電流の向きsと位置rの各ベクトルと真空中の透磁率μとを用いて、以下に示すビオサバール(Bio−Savart)の法則に沿った式(3)で表わすことができる。
Figure 2008277373
S108において、合成工程として、磁場10と磁場30を合成する。合成された合成磁場(第3の磁場)の磁束密度Bは、磁場10の磁束密度Bに磁場30の磁束密度Bを加算する以下の式(4)で表わすことができる。
Figure 2008277373
S110において、電子の位置ずれ量計算工程として、合成磁場に基づく電子の位置ずれ量をメッシュ空間毎に計算する。ある時間tにおける電子の位置rは、合成磁場の磁束密度Bと電子の速度vの各ベクトルと電子の質量mと電荷eとを用いて、以下の式(5)で表わすことができる。メッシュ空間毎に順に電子の位置を計算していき、試料101面上での各位置を描画する際の電子ビーム200のずれ量を計算する。
Figure 2008277373
S112において、補正量計算工程として、求めた試料101面上での各位置を描画する際の電子ビーム200のずれ量を補正する補正量(ΔX,ΔY)を計算する。
S114において、マップ作成工程として、試料101面上の複数の位置で求めた補正量についてステージ速度Vを因数として近似した以下の近似式(6−1)及び近似式(6−2)の各係数(Ai,j,Bi,j,Ci,j,Di,j)を試料101面上の各位置と関連させて定義した相関マップ134を作成する。渦電流20の電流Jは、ステージ速度Vに比例するので、磁場30の磁束密度Bもステージ速度Vに比例する。その結果、電子ビーム200の補正量(ΔX,ΔY)はステージ速度Vを因数として近似することができる。x方向のステージ速度をV、y方向のステージ速度をVとする。また、試料101面上の各位置の座標は、(i,j)で表わすものとする。
Figure 2008277373
以上のようにして求めた相関マップ134を磁気ディスク装置118に格納しておく。そして、次に実際の描画段階へと移る。
図6は、実施の形態1における位置ずれ補正の方法を説明するための概念図である。
S202において、位置測長工程として、レーザ測長計112は、描画中に描画の進行に合わせてリアルタイムでミラー109に照射したレーザの反射光を受光して、XYステージ105の位置(X,Y)を測長する。
S204において、係数取得工程として、マップ係数取得部122は、まず、描画中にリアルタイムでXYステージ105のレーザ座標(X,Y)から描画面上の座標(i,j)を求める。続いて、マップ係数取得部122は、リアルタイムで磁気ディスク装置118から相関マップ134を読み出し、座標(i,j)の各係数(Ai,j,Bi,j,Ci,j,Di,j)を取得する。
S206において、ステージ速度計算工程として、速度計算部124は、描画中に描画の進行に合わせてリアルタイムでXYステージ105のレーザ座標(X,Y)を微分して、x方向のステージ速度Vとy方向のステージ速度Vを求める。
S208において、補正量計算工程として、補正量計算部126は、座標(i,j)での試料101面での電子ビーム200の位置ずれを補正する補正量(ΔX,ΔY)を計算する。補正量計算部126は、描画中に描画の進行に合わせてリアルタイムでステージ速度(V,V)と各係数(Ai,j,Bi,j,Ci,j,Di,j)を入力する。そして、補正量(ΔX,ΔY)は、式(6−1)及び式(6−2)に従って求めればよい。
S210において、オフセット工程として、オフセット部128は、x方向のレーザ座標Xに補正量ΔXを加算し、y方向のレーザ座標Yに補正量ΔYを加算して、電子ビーム200を偏向する位置をオフセットする。このようにして、試料面での位置ずれ量を補正した位置(X+ΔX,Y+ΔY)を計算する。オフセット部128は、補正位置計算部の一例となる。
S212において、描画工程として、描画部150は、試料101面での位置ずれ量を補正した補正位置(X+ΔX,Y+ΔY)に電子ビーム200を照射して、試料101面上に所定のパターンを描画する。具体的には、オフセットした補正位置(X+ΔX,Y+ΔY)を描画中に描画の進行に合わせてリアルタイムで偏向制御回路110に設定する。そして、偏向制御回路110は、デジタル制御信号をDAC114に出力する。そして、DAC114ではデジタル制御信号をアナログ電圧信号に変換する。そして、アンプ116でアナログ電圧信号を増幅して、主偏向器214に印加する。その結果、主偏向位置が補正位置(X+ΔX,Y+ΔY)に補正される。このように、偏向制御回路110は、渦電流20に起因した磁場30等によって曲げられる電子ビーム200が補正位置に偏向されるように主偏向器214を制御することができる。
以上のように実施の形態1では、ステージ速度を落とすことなく描画を行なうことが可能となる。そのため、スループットの低下を抑えることができる。また、予め、渦電流による位置ずれ量が予測できるので必要な精度に応じて部品の材質を選択することができる。その結果、費用の削減にもつなげることができる。
以上の説明において、「〜部」或いは「〜工程」と記載したものの処理内容或いは動作内容は、コンピュータで動作可能なプログラムにより構成してもよい。或いは、ハードウェアにより構成しても構わない。或いは、ソフトウェアとなるプログラムだけではなく、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせにより実施させても構わない。或いは、ファームウェアとの組み合わせでも構わない。また、プログラムにより構成される場合、プログラムは、磁気ディスク装置118、図示していない磁気テープ装置、FD、DVD、CD或いはROM(リードオンリメモリ)等の読み取り可能な記録媒体に記録される。
また、図1において、制御計算機120は、さらに、図示していないバスを介して、記憶装置の一例となるRAM(ランダムアクセスメモリ)、ROM、磁気ディスク(HD)装置、入力手段の一例となるキーボード(K/B)、マウス、出力手段の一例となるモニタ、プリンタ、或いは、入力出力手段の一例となる外部インターフェース(I/F)、FD、DVD、CD等に接続されていても構わない。
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。
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荷電粒子ビーム描画方法及び装置は、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におけるステージ移動の様子を説明するための図である。 実施の形態1における磁場及び渦電流の発生メカニズムについて説明するための概念図である。 実施の形態1における磁場に起因するパターンの位置ずれについて説明するための概念図である。 実施の形態1における描画方法の要部工程を示すフローチャート図である。 実施の形態1における位置ずれ補正の方法を説明するための概念図である。 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
10,30 磁場
20 渦電流
40,50 パターン
100 描画装置
101,340 試料
102 電子鏡筒
103 描画室
105 XYステージ
110 偏向制御回路
112 レーザ測長計
114 DAC
116 アンプ
118 磁気ディスク装置
120 制御計算機
122 マップ係数取得部
124 速度計算部
126 補正量計算部
128 オフセット部
130 描画データ処理部
132 メモリ
134 相関マップ
150 描画部
160 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 偏向器
206,420 第2のアパーチャ
207 対物レンズ
209 ミラー
210 導電性部品
212 副偏向器
214 主偏向器
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. 荷電粒子ビームを照射する照射部と、
    前記荷電粒子ビームを偏向する偏向器と、
    試料を載置して連続移動するステージと、
    前記荷電粒子ビームを前記試料上に焦点合わせを行なう対物レンズと、
    前記対物レンズに起因する第1の磁場と、前記第1の磁場と前記ステージの移動とによって生じる渦電流によって生じる第2の磁場とに基づく前記試料面上での前記荷電粒子ビームの位置ずれを補正する補正量を計算する補正量計算部と、
    前記補正量を用いて前記試料面での位置ずれを補正した補正位置を計算する補正位置計算部と、
    前記補正位置に前記荷電粒子ビームが偏向されるように前記偏向器を制御する偏向制御部と、
    を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
  2. 前記試料面上の複数の位置で求めた、前記ステージ速度を因数として前記補正量を近似した近似式の係数を前記複数の位置と関連させて定義した相関マップを記憶する記憶部と、
    前記ステージ速度を計算する速度計算部と、
    をさらに備え、
    前記補正量計算部は、前記記憶部に記憶された前記係数を用いて、前記速度計算部で計算された前記ステージ速度を因数として前記補正量を計算することを特徴とする請求項1記載の荷電粒子ビーム描画装置。
  3. 前記補正量計算部は、前記相関マップを用いて描画の進行に合わせてリアルタイムで前記補正量を計算することを特徴とする請求項2記載の荷電粒子ビーム描画装置。
  4. 試料が載置されたステージを連続移動させながら対物レンズで焦点調整された荷電粒子ビームを用いて前記試料にパターンを描画する荷電粒子ビーム描画方法において、
    前記ステージ上の描画空間をメッシュ状の複数の小空間に仮想分割する工程と、
    前記対物レンズに起因する第1の磁場と前記ステージの移動とによって生じる渦電流を前記小空間毎に計算する工程と、
    前記渦電流によって生じる第2の磁場を前記小空間毎に計算する工程と、
    前記第1と第2の磁場を合成する工程と、
    前記第1と第2の磁場が合成された第3の磁場に基づく荷電粒子の位置ずれ量を前記小空間毎に計算する工程と、
    前記小空間毎の荷電粒子の位置ずれ量に基づいて、前記試料面での位置ずれを補正する補正量を計算する工程と、
    前記補正量を用いて前記試料面での位置ずれを補正した位置に前記荷電粒子ビームを照射して、前記試料面上に所定のパターンを描画する工程と、
    を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
  5. 荷電粒子ビームを試料上に焦点合わせを行なう対物レンズに起因する第1の磁場と、前記第1の磁場と前記試料を載置するステージの移動とによって生じる渦電流によって生じる第2の磁場とに基づく前記試料面上での前記荷電粒子ビームの位置ずれを補正する補正量を計算する工程と、
    前記補正量を用いて前記試料面での位置ずれを補正した補正位置を計算する工程と、
    前記補正位置に前記荷電粒子ビームを照射して、前記試料面上に所定のパターンを描画する工程と、
    を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
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