JP2009088165A - フォトマスク高さ測定方法及び高さ測定装置を有する電子線描画装置 - Google Patents

Abstract

【課題】描画状況下での高さ測定位置の検出が可能なフォトマスク高さ測定方法及びこの高さ測定が可能な電子線描画装置を提供することを課題とする。
【解決手段】 キャリブレーションマークに光の反射率が異なるパターンを作成し、このパターンを光で走査し、検出された光量データと対応させて高さ測定する測定点の位置を特定し、描画状況下で、前記走査及び前記高さ測定する測定点の位置の特定を行い、所定の光量データに対応する測定点の位置を前記描画状況の前後で比較し、描画状況下における位置ずれを検出し、この位置ずれから、描画状況下の高さ測定する測定点の位置の補正データを生成する高さ測定方法及び電子線描画装置を提供する。
【選択図】図４

Description

本発明は、フォトマスク表面の高さ測定方法及び高さ測定装置を有する電子線描画装置、特に、高さ測定位置の特定を行う高さ測定方法及び電子線描画装置に関する。

フォトマスク上で電子線を利用して所望のパターンを描画する場合、描画位置のずれ、電子ビームぼけ、などの不具合を回避するために、前処理として、フォトマスクの表面の正確な高さ測定を行う必要がある。

例えば、図７で示す通り、電子ビームBをフォトマスクの理想形状ｈ_０上のｉ_０点で収束させるように設定した場合、フォトマスクの実際の形状ｈ_１のように理想形状ｈ_０に対して高低差があると、電子ビームＢは、X軸方向に△X、Ｚ軸方向に△Ｚ位置ずれしたｉ_１点で収束する。

また、図８で示す通り、フォトマスクの理想の表面ｓ_０での電子ビームＢのビーム径をｄ_０とすると、実際のフォトマスクの表面の位置が、表面ｓ_０から△Ｚ’分だけ高い表面ｓ_１である場合、電子ビームＢを照射したときのフォトマスク表面ｓ_１での電子ビームＢのビーム径は、上記ｄ_０より広がるｄ_１となっていわゆる電子ビームぼけ状態となる。

一般に、フォトマスクの高さ測定は、光源から光をフォトマスク表面に照射し、反射光を受光した素子上で収束する光の移動量を測定し、この移動量を前記フォトマスクの高さの変位量に変換して測定する光測定によって行われる （例えば、特許文献１参照）。

この光測定では、前記光を照射する前に、図９で示す通り、大気雰囲気Aで、顕微鏡ｍを用いて測定すべき位置Pに光Oの光軸の位置合わせを目視で行っていた。
特開２００３−３０３７５８（請求項１の記載）

前記光測定による高さ測定及び描画を行う場合は、フォトマスクを保持、移動させるステージを設けた試料室、電子光学鏡筒など、電子線描画装置本体内を真空に維持しなければならない。

このように電子線描画装置本体内を真空引きした描画状況下では、大気圧の関係で、装置全体が内側に歪み、この影響で、前記図９で示した測定位置Pがずれるという不都合が生じていた。

即ち、図１０で示す通り、電子線描画装置本体D内を真空引きし、真空雰囲気Vにすると、電子線描画装置本体Dの外壁が、内側に歪み、その影響によりフォトマスクM上で大気雰囲気Aの環境下で特定された測定位置Pは、△X’分ずれてP’の位置になるため、フォトマスクMの高さに応じた正確な描画ができなくなり、描画精度の低下を招いていた。

そこで、本発明は、前記問題点に鑑み、描画状況下での高さ測定位置の検出が可能なフォトマスク高さ測定方法及びこの高さ測定が可能な電子線描画装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明にかかるフォトマスク高さ測定方法は、ステージ上に載置されたフォトマスクに電子線を用いて所定のパターンを描画するために、フォトマスク表面に対して斜め上方に設置した光源から、所定の位置に光軸を合わせて光を照射することにより、フォトマスク表面で反射した反射光の検出位置によりフォトマスク表面の形状を測定するフォトマスクの高さ測定方法であって、前記ステージ上に設けられたキャリブレーションマークに光の反射率が異なるパターンを作成する工程と、このパターンが作成されたキャリブレーションマークの表面を上記光源から照射する光によって走査する工程と、この走査によって検出された光量データと対応させて高さ測定する測定点の位置を特定する工程と、描画状況下で、前記走査及び前記高さ測定する測定点の位置の特定を行う工程と、所定の光量データに対応する測定点の位置を前記描画状況の前後で比較し、描画状況下における位置ずれを検出し、この位置ずれから、描画状況下の高さ測定する測定点の位置の補正データを生成する工程とを有することを特徴とする。

この方法によれば、キャリブレーションマーク上に作成されたパターンの形状を光を走査して得られる光量データによって検出し、この光量データと位置データとを対応させて高さ測定位置を特定するため、真空引きした描画状況下で位置データがずれても、前記光量データにより、補正データを生成することができる。

前記検出された高さ測定位置の位置ずれから、前記光源の光軸の位置を調整する調整データを生成し、この調整データによって描画状況下の光源の照射位置を自動制御することも可能である。

前記高さ測定する測定点の位置は、前記走査によって検出された光量データに対して所定の閾値を設定し、この閾値を超えるデータのエッジ位置データを複数検出し、各エッジ位置データを重み平均して算出するようにしてもよい。

また、高さ測定する測定点の位置は、前記走査によって検出された光量データの微分値を求め、前記所定の閾値を超える微分値のエッジ位置データを複数検出し、各エッジ位置データを重み平均して算出するようにしてもよい。

前記フォトマスク高さ測定方法の実施が可能な電子線描画装置は、ステージ上に載置されたフォトマスク表面に対して斜め上方から光を照射する光源と、この光源から照射される光をフォトマスク表面で収束させる投光レンズと、前記フォトマスク表面で反射した前記光を受ける受光レンズと、この受光レンズにより収束された光が入射して、反射光の検出位置から位置を検出する光位置検出器とを有するフォトマスク表面の高さ測定手段を備えた電子線描画装置であって、前記ステージ上に設け、光の反射率が異なるパターンが形成されたキャリブレーションマークを載置したマーク台と、このキャリブレーションマークの表面形状を前記高さ測定手段によって走査し、高さ測定をする測定点の位置を前記走査によって検出された光量データと対応させて記憶する記憶手段とを備え、描画状況下で、前記走査及び前記高さ測定する測定点の位置を特定し、所定の光量データに対応する測定点の位置を前記描画状況の前後で比較し、描画状況下における位置ずれを検出し、この位置ずれから、描画状況下の高さ測定する測定点の位置の補正データを生成する生成手段を有するものであればよい。

以上の説明から明らかなように、本発明にかかるフォトマスク高さ測定方法及び電子線描画装置は、高さ測定する測定点の位置が描画状況下において真空引きした場合に、位置ずれが生じても、補正することができるため、フォトマスクの正確な高さ測定を可能にし、描画精度の向上に寄与するという効果を奏する。

図１を参照して、１は、本発明にかかる電子線描画装置本体である。電子線描画装置本体１は、電子ビームをフォトマスクMに照射する電子銃１１と、磁界レンズ、電界レンズ等の各種レンズ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅと、電子線の各種偏向を行うブランキング用偏向器１３ａ、ビーム寸法可変用偏向器１３ｂ、ビーム走査用の主偏向器１３ｃ、ビーム走査用の副偏向器１３ｄ、及び２個のビーム成形用アパーチャ１４ａ，１４ｂ等からなる電子線光学系と、前記フォトマスクを載置するステージ１６と、フォトマスクＭとは別にステージ１６上に載置されたキャリブレーションマークを載置するマーク台１７を収納する試料室１５から構成されている。

ステージ１２はステージ駆動回路１３によりＸ、Ｙ方向に駆動される。ステージ１２の移動位置は、レーザ測長計等を用いた位置回路１８により測定される。

電子線描画装置本体１の制御コンピュータ２には記憶媒体である磁気ディスク２１に描画データが格納されている。磁気ディスク２１から読み出された描画データは、描画位置及び描画図形データ等で構成されるフレーム領域データ毎にパターンメモリ２２に一時的に格納される。パターンメモリ２２に格納されたフレーム領域毎のパターンデータは、パターンデータデコーダ２３及び描画データデコーダ２４により解析される。

パターンデータデコーダ２３の出力は、ブランキングデータとしてブランキング回路２５、ビーム寸法データとしてビーム成形器ドライバ２６へそれぞれ送られる。

そして、ビーム成形器ドライバ２６からビーム寸法可変用偏向器１３ｂに所定の偏向信号が印加され、これにより電子ビームの寸法が制御される。

描画データデコーダ２４の出力は、主偏向器ドライバ２７及び副偏向器ドライバ２８へ送られる。そして、主偏向器ドライバ２７から主偏向器１３ｃに所定の偏向信号が印加され、これにより電子ビームは指定の主偏向位置に偏向走査される。さらに、副偏向器ドライバ２８から副偏向器１３ｄに所定の副偏向信号が印加され、これによりサブフィールド内部の描画が行われる。

また本実施形態では、ステージ移動に伴うフレーム間の相対位置ずれを補正するための補正値を登録するための補正テーブル２９が設けられている。そして、実際の描画時には、この補正テーブル２９から主偏向器ドライバ２７に補正値がセットされるようになっている。

図２を参照して、３は、図１で説明した電子線描画装置のフォトマスクの高さ測定部である。高さ測定部３は、光測定を採用している。

高さ測定部３は、光源３１と光源３１から照射される光Ｌｉをステージ１６上に載置されたフォトマスクＭ上で収束させる投光レンズ３２とフォトマスクＭ上で反射した光Ｌｒを受けて収束させる受光レンズ３３と受光レンズ３３によって収束された光Ｌｒを受けて光の位置を検出する光位置検出器３４とから構成されている。

光位置検出器３４によって検出された光の位置から、フォトマスクＭの表面の高さデータ処理部２０で高さデータが生成され、制御コンピュータ２を介して、この高さデータを描画処理にフィードバックし、描画精度の向上を図っている。

ところで、図１で説明したマーク台１７に載置されるキャリブレーションマークは、通常、副偏向器１３ｄの感度のずれを検出するために使用される。

本発明では、このキャリブレーションマークと前記高さ測定部３とを利用して、高さ測定位置の検出を行うものである。まず、このキャリブレーションマークに光の反射率が異なるパターンを作成し、このパターンが作成されたキャリブレーションマークの表面を高さ測定部３の光源３１から光を照射して走査する。このときに、高さ測定部３で実際に高さ測定する際の所定の高さ測定位置を特定する。

このとき、図３で示す通り、前記作成されたパターンの高低差により、入射する光Ｌｉの反射率が各々異なる。キャリブレーションマーク上に形成された各低反射率エリアと高反射率エリアをＸ，Ｙ方向に走査し、反射した光Ｌｒを検出することにより、各エリアの光量データを得ることができ、図４で示す通り、光量データと高さ測定をする測定点の位置データとが対応したパターンデータが得られる。本実施の形態では、このパターンデータは、ステージ１６上のＸ軸方向を０．５ｍｍピッチで刻み、Ｙ軸方向を０．５ｍｍピッチで刻み、Ｚ軸方向は、高さ測定部３の光位置検出器３４としてＰＳＤ（Position Sensitive Detector）を利用し、このＰＳＤからの出力（２点の電圧値Ｖ１及びＶ２の平均値）を光量（Ｖ）として定義した。

図４からもわかる通り、上記高さ測定部３で測定した位置データは、Ｘ、Ｙ方向の座標によって特定され、この位置データは、パターンの反射率に応じた光量データと対応している。

ところで、実際の描画状況下では、図１の電子線描画装置本体１内部は、真空引きされる。このとき、大気圧との関係で電子線描画装置本体１の外壁は、内側に歪み、この歪みの影響で、前記特定された高さ測定位置に位置ずれ（図４で示すＸ、Ｙ方向の座標によって特定される位置ずれ）が生じる。

この位置ずれは、各々の位置データに対応した光量データの変動によって検出することができる。これは、前記高さ測定部３により、真空雰囲気中で前記特定された高さ測定位置を測定すると、ずれた位置データに対応する光量データも変動するからである。そこで、高さ測定部３で前記特定された本来の位置データに対応する光量データの位置を検出することにより、ずれた差分のデータ、すなわち、位置ずれデータを取得することができる。この位置ずれデータから、真空雰囲気中の高さ測定位置を補正する補正データを生成し、前記特定された高さ測定位置を検出するようにすればよい。

したがって、図２で説明した電子ビーム描画装置の高さ測定部３の高さデータ処理部２０は、前記キャリブレーションマークの表面形状を走査し、高さ測定をする測定点の位置を前記走査によって検出された光量データと対応させて記憶する記憶手段とを備え、描画状況下で、前記走査及び前記高さ測定する測定点の位置を特定し、所定の光量データに対応する測定点の位置を前記描画状況の前後で比較し、描画状況下における位置ずれを検出し、この位置ずれから、描画状況下の高さ測定する測定点の位置の補正データを生成する生成手段を備えたものであればよい。

以下、前記所定の高さ測定位置の決定方法について図５と図６の処理フロー図を使って２つの実施形態を説明する。

図５で示す第１の実施形態は、測定された光量データから直接決定する方法である。

まず、キャリブレーションマーク上に、反射率が異なるパターンを形成する（Ｓ１）。次いで、キャリブレーションマーク上を高さ測定部３で走査（スキャン）し、光量が変動するデータを取得する（Ｓ２）。ここで、光量データの閾値を設定し（Ｓ３）、この閾値を超える光量データに対応する位置データを検出する（Ｓ４）。この閾値を超える光量データのエッジの位置を複数検出し、重み平均をして測定位置を決定する（Ｓ５）。

図６で示す第２の実施形態は、測定された光量データの微分値から決定する方法である。

第１の実施形態同様、キャリブレーションマーク上に、反射率が異なるパターンを形成し（Ｓ’１）、キャリブレーションマーク上を高さ測定部３で走査（スキャン）し、光量が変動するデータを取得し、（Ｓ’２）光量データの閾値を設定する（Ｓ’３）。

次いで、光量の微分値を求め（Ｓ’４）、この微分値が前記閾値以上の位置データを検出する（Ｓ’５）。この検出された閾値以上の位置データのエッジの位置を複数検出し、重み平均をして測定位置を決定する（Ｓ’６）。

以上の方法によれば、真空引きによる装置の歪みでフォトマスクを載置するステージの高さが１ｍｍ変動した場合、照射する光の入射角が７０°とすると、真空引きする前に特定した測定位置は、２．７４ｍｍずれることになるが、それを実際に測定して確認することができる。従って、この位置ずれデータをもとに、前記真空引きによる測定位置の位置ずれを補正する補正データを生成することが可能になる。

以上、前記検出された高さ測定位置の位置ずれデータから、高さ測定位置の補正データを生成する方法、装置について、説明したが、前記検出された高さ測定位置の位置ずれデータから、前記光源の光軸の位置を調整する調整データを生成し、この調整データによって真空雰囲気中の光源の照射位置を自動制御し、正確な高さ測定を行うこともできる。

本発明にかかる電子線描画装置の概略を示すブロック構成図 高さ測定部の概略構成を示す図 高さ測定部によりキャリブレーションマークを走査する状態を示す図 光量データと位置データとが対応したパターンデータを示す図 第１の実施形態にかかる所定の高さ測定位置を決定するための処理フロー図 第２の実施形態にかかる所定の高さ測定位置を決定するための処理フロー図 フォトマスクの高さ誤差による描画位置の位置ずれを示す図 フォトマスクの高さ誤差による電子ビームぼけを示す図 測定位置合わせの方法を模式的に示した図 電子線描画装置本体内を真空引きした状態を模式的に示した図

符号の説明

１ 電子線制御装置本体
２ 制御コンピュータ
３ 高さ測定部
１６ ステージ
１７ マーク台

Claims (5)

1. ステージ上に載置されたフォトマスクに電子線を用いて所定のパターンを描画するために、フォトマスク表面に対して斜め上方に設置した光源から、所定の位置に光軸を合わせて光を照射することにより、フォトマスク表面で反射した反射光の検出位置によりフォトマスク表面の形状を測定するフォトマスクの高さ測定方法であって、
   前記ステージ上に設けられたキャリブレーションマークに光の反射率が異なるパターンを作成する工程と、このパターンが作成されたキャリブレーションマークの表面を上記光源から照射する光によって走査する工程と、この走査によって検出された光量データと対応させて高さ測定する測定点の位置を特定する工程と、描画状況下で、前記走査及び前記高さ測定する測定点の位置の特定を行う工程と、所定の光量データに対応する測定点の位置を前記描画状況の前後で比較し、描画状況下における位置ずれを検出し、この位置ずれから、描画状況下の高さ測定する測定点の位置の補正データを生成する工程とを有することを特徴とするフォトマスクの高さ測定方法。
2. 前記検出された位置ずれから、前記光源の光軸の位置を調整する調整データを生成し、この調整データによって描画状況下の光源の照射位置を自動制御することを特徴とするフォトマスクの高さ測定方法。
3. 前記高さ測定する測定点の位置は、前記走査によって検出された光量データに対して所定の閾値を設定し、この閾値を超えるデータのエッジ位置データを複数検出し、各エッジ位置データを重み平均して算出することを特徴とする請求項１または請求項２記載のフォトマスク高さ測定方法。
4. 前記高さ測定する測定点の位置は、前記走査によって検出された光量データの微分値を求め、前記所定の閾値を超える微分値のエッジ位置データを複数検出し、各エッジ位置データを重み平均して算出することを特徴とする請求項１または請求項２記載のフォトマスク高さ測定方法。
5. ステージ上に載置されたフォトマスク表面に対して斜め上方から光を照射する光源と、この光源から照射される光をフォトマスク表面で収束させる投光レンズと、前記フォトマスク表面で反射した前記光を受ける受光レンズと、この受光レンズにより収束された光が入射して、反射光の検出位置から位置を検出する光位置検出器とを有するフォトマスク表面の高さ測定手段を備えた電子線描画装置であって、
   前記ステージ上に設け、光の反射率が異なるパターンが形成されたキャリブレーションマークを載置したマーク台と、このキャリブレーションマークの表面形状を前記高さ測定手段によって走査し、高さ測定をする測定点の位置を前記走査によって検出された光量データと対応させて記憶する記憶手段とを備え、描画状況下で、前記走査及び前記高さ測定する測定点の位置を特定し、所定の光量データに対応する測定点の位置を前記描画状況の前後で比較し、描画状況下における位置ずれを検出し、この位置ずれから、描画状況下の高さ測定する測定点の位置の補正データを生成する生成手段を有することを特徴とする電子線描画装置。

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