JP2009147254A - 電子ビーム描画装置の描画方法及び電子ビーム描画装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は電子ビーム描画装置の描画方法及び電子ビーム描画装置に関し、描画面の高さ変化とそれに伴うフォーカス補正によるフィールド幅と回転のずれを補正する時、縮小率の設定に対して最適なフィールド幅の高さ補正係数を算出してフィールド幅に対する描画精度の低下を防止することを目的としている。
【解決手段】ファインピッチコントロール描画機能及び最小インクリメント可変描画機能を用いて試料にパターンを描画する場合において、描画面の高さ変化とそれに伴うフォーカス補正によるフィールド幅と回転のずれを補正する時に、縮小率の設定に対して最適なフィールド幅の高さ補正係数を算出する演算制御手段と、算出した高さ補正係数に基づいて試料に描画を行なう描画手段、とを含んで構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は電子ビーム描画装置の描画方法及び電子ビーム描画装置に関し、更に詳しくはフィールド幅に対する描画精度の低下を防止するようにした電子ビーム描画装置の描画方法及び電子ビーム。

電子ビーム描画装置は、ウェハやマスク上に微細パターンを描画する装置であり、超微細デバイスや量子細線などのナノメートル領域の超微細パターンの描画に不可欠なものである。電子ビーム描画装置は、電子ビーム形状によってスポットビーム方式と、可変成形ビーム方式と、プロジェクションビーム方式に大別される。

通常、電子ビーム描画装置はビーム偏向（走査と位置決め）と材料移動を組み合わせて材料（ウェハやマスク）上に図形を描画する。ここで、描画方式には、ベクタ走査方式とラスタ走査方式とがある。スポットビーム方式におけるベクタ走査方式は、スポットビームを２次元平面の一定範囲（フィールド）内で電気的にランダムにジャンプして図形の位置を決め、その図形（矩形，台形，線）領域をビーム走査して塗りつぶすことにより図形を生成する。

フィールド内全ての図形を塗りつぶし走査している間、材料（試料）は停止している。フィールド内の図形描画が終了後、次のフィールドに材料を移動させる。この方式をステップ＆リピート方式という。この走査と移動を繰り返して材料全域を描画するようになっている。

電子ビーム描画装置において、材料全域を描画する時に材料面（描画面）の高さが変化すると、フィールドの幅が変化し、フィールドの回転が生じるため、描画精度が低下する。そこで、描画面の高さを測定する機能を持つ電子ビーム描画装置では、描画面の高さが変化しても、描画面においてフィールド幅と回転が変化しないようにビーム偏向電圧を補正して、描画精度を向上させている。

更に、スポットビーム方式かつベクタ走査方式の電子ビーム描画装置では、描画面の高さに従ってフォーカス補正を行ない、その補正に従って生じるフィールド幅と回転のずれについても同様の方法で同時に補正している。ここで、フォーカス補正のために対物レンズの励磁電流を変化させると、磁界分布の変化によってフィールドの幅と回転が変化するものである。

その補正方法を以下に説明する。ここでは、説明を簡易にするため、４極子の偏向器の場合について説明する。対向する電極にはそれぞれ正と負の等しい電圧がそれぞれ印加されるため、説明は一方の電極に印加する電圧のみについて記述する。また、８極子の偏向器の場合については対角成分への電圧をＸＹ軸上の電圧に対して√２倍するのみで同様である。

先ず、理想のフィールド面内のＸＹ軸上において電子ビームをある位置（ｘ，０），（０，ｙ）に走査するための電圧Ｖｘ（ｘ）、Ｖｙ（ｙ）を予め決定しておく。フィールド中心を位置（０，０）とすると、理想のフィールドからフィールド幅と回転がずれた場合の走査電圧Ｖｘ（ｘ）’、Ｖｙ（ｙ）’は以下の式で与えることができる。

Ｖｘ（ｘ）’＝Ｖｘ（ｘ）＋（ａ・Ｖｘ（ｘ））＋（ｃ・Ｖｙ（ｙ）） （１）
Ｖｙ（ｙ）’＝Ｖｙ（ｙ）＋（ｂ・Ｖｙ（ｙ））＋（ｄ・Ｖｘ（ｘ）） （２）
ここで、（１）式と（２）式の第２項と第３項はそれぞれフィールド幅と回転の補正の項であり、比例係数ａ，ｂとｃ，ｄを用いて線形補正を行なっている。比例係数ａ，ｂ，ｃ，ｄは描画面の高さｈによって決まる値であり、以下のように線形関係で決定することができる。

ａ＝ａ１・ｈ （３）
ｂ＝ｂ１・ｈ （４）
ｃ＝ｃ１・ｈ （５）
ｄ＝ｄ１・ｈ （６）
ここで、比例係数ａ１，ｂ１とｃ１，ｄ１はそれぞれフィールド幅と回転の高さ補正係数として実際の装置で測定して決定している。

ところで、スポットビーム方式且つベクタ走査方式の電子ビーム描画装置において、描画フィールドを縮小して描画するファインピッチコントロール描画機能と最小インクリメント可変描画機能がある。これらの機能により、描画するパターンの間隔、幅、長さ（線パターンの場合は間隔と長さ）、ステージ移動距離をフィールド縮小率の割合で一律に変えた描画ができ、最小走査ステップ以下の分解能でパターン描画が可能となる。

ファインピッチコントロール描画機能と最小インクリメント可変描画機能は、電子ビームの走査電圧とステージ移動距離を変更して行なう。通常、電子ビーム描画装置において、電子ビーム走査はデジタル制御で行なっている。そのため、ビーム走査時の材料面上のビーム位置は図３に示すようにＸＹ面の格子点（デジタル制御によって構成されるもの）にそれぞれ位置する。また、ＸＹ面の格子点の間隔は電子ビームの走査電圧の重み（デジタル信号の１ステップ電圧幅）によって決定される。

従って、ある矩形パターン（図３の（ａ））を電子ビームの走査電圧の重みを変更することによってＸＹ面の格子点の間隔を変更すると、その割合で描画するパターンの間隔、幅、長さ（線パターンの場合は間隔と長さ）を変更できる（図３の（ｂ））。図３はファインピッチコントロール描画機能と最小インクリメント可変描画機能の説明図である。（ａ）はファインピッチコントロール描画機能や最小インクリメント可変描画機能を使用しない時のパターン図形を、（ｂ）はファインピッチコントロール描画機能や最小インクリメント可変描画機能を使用した時のパターン図形をそれぞれ示している。（ｂ）の方が（ａ）よりも描画サイズが縮小されていることが分かる。

電子ビームの走査電圧の重みを変更すると、電子ビームのフィールドが変化するため、ステージ移動距離もその割合で変更し、フィールド間に重なりや隙間が生じないようにしている。ファインピッチコントロール描画機能や最小インクリメント可変描画機能の描画においても、描画面の高さ変化とそれに伴うフォーカス補正によるフィールド幅と回転のずれを補正して、描画精度を向上させている。補正時のフィールド幅と回転の高さ補正係数はファインピッチコントロール描画機能や最小インクリメント可変描画機能を使用しない時（縮小率１の時）の値をそのまま用いている。

従来のこの種の装置としては、電子ビーム描画装置で、図形処理回路に輪郭分解部を設け、輪郭図形と内部図形とに分割し、輪郭部分はショットピッチを細かくし、内部の図形はショットピッチを粗くして描画する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。また、粗動移動手段に対する微動移動手段の相対的な変位を測定すると共に、この変位を利用して移動手段の高精度の位置決めを行ない、オートフォーカス手段で対物レンズをＺ方向に移動させることにより、微小スポットの焦点位置を常に加工物の表面位置に維持する技術が知られている（例えば特許文献２参照）。

また、被描画材上にスポットビームで描画する電子ビーム描画装置において、斜め描画パターンの輪郭部を抽出する処理と、該パターン輪郭部の図形配置位置を変更する処理とを設けて、斜め描画パターンを描画する技術が知られている（例えば特許文献３参照）。
特開平８−１９５３３９号公報（段落００１３〜００１５、図１） 特開平８−２０３８１０号公報（段落００１７〜００２５、図１、図２） 特開平１１−３１６５１号公報（段落００２４〜００４０、図１、図２）

前述したファインピッチコントロール描画機能や最小インクリメント可変描画機能を用いて描画する場合において、描画面の高さ変化とそれに伴うフォーカス補正によるフィールド幅と回転のずれを補正する時、フィールド幅の高さ補正係数はファインピッチコントロール描画機能や最小インクリメント可変描画機能を使用しない時（縮小率１の時）の値をそのまま用いている。そのため、実際に描画を行なうと、フィールド幅に対する描画精度が低下している。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、ファインピッチコントロール描画機能や最小インクリメント可変描画機能を用いて描画する場合において、描画面の高さ変化とそれに伴うフォーカス補正によるフィールド幅と回転のずれを補正する時、縮小率の設定に対して最適なフィールド幅の高さ補正係数を算出してフィールド幅に対する描画精度の低下を防止することができる電子ビーム描画装置の描画方法及び電子ビーム描画装置を提供することを目的としている。

（１）請求項１記載の発明は、スポットビーム方式かつベクタ走査方式の電子ビーム描画装置において、描画面の高さ変化に対してフォーカス補正を行なう機能と、描画面の高さ変化とそれに伴うフォーカス補正によるフィールド幅と回転のずれを補正する機能を組み込んだパターンの描画を行なう描画方法であって、ファインピッチコントロール描画機能及び最小インクリメント可変描画機能を用いて試料にパターンを描画する場合において、描画面の高さ変化とそれに伴うフォーカス補正によるフィールド幅と回転のずれを補正する時に、縮小率の設定に対して最適なフィールド幅の高さ補正係数を算出し、算出した高さ補正係数に基づいて試料に描画を行なう、ことを特徴とする。

（２）請求項２記載の発明は、スポットビーム方式かつベクタ走査方式の電子ビーム描画装置において、描画面の高さ変化に対してフォーカス補正を行なう機能と、描画面の高さ変化とそれに伴うフォーカス補正によるフィールド幅と回転のずれを補正する機能を組み込んだパターンの描画を行なう電子ビーム描画装置であって、ファインピッチコントロール描画機能及び最小インクリメント可変描画機能を用いて試料にパターンを描画する場合において、描画面の高さ変化とそれに伴うフォーカス補正によるフィールド幅と回転のずれを補正する時に、縮小率の設定に対して最適なフィールド幅の高さ補正係数を算出する演算制御手段と、算出した高さ補正係数に基づいて試料に描画を行なう描画手段、とを含んで構成されることを特徴とする。

（１）請求項１記載の発明によれば、描画面の高さ変化とそれに伴うフォーカス補正によるフィールド幅と回転のずれを補正する時に、縮小率の設定に対して最適なフィールド幅の高さ補正係数を算出し、算出した高さ補正係数に基づいて試料に描画を行なうことで、ファインピッチコントロール描画機能や最小インクリメント可変描画機能を用いて描画する場合において、描画面の高さ変化とそれに伴うフォーカス補正によるフィールド幅と回転のずれを補正する時、縮小率の設定に対して最適なフィールド幅の高さ補正係数を算出してフィールド幅に対する描画精度の低下を防止することができる電子ビーム描画装置の描画方法を提供することができる。

（２）請求項２記載の発明によれば、描画面の高さ変化とそれに伴うフォーカス補正によるフィールド幅と回転のずれを補正する時に、縮小率の設定に対して最適なフィールド幅の高さ補正係数を算出する演算制御手段と、算出した高さ補正係数に基づいて試料に描画を行なう描画手段、とを含んで構成されることにより、ファインピッチコントロール描画機能や最小インクリメント可変描画機能を用いて描画する場合において、描画面の高さ変化とそれに伴うフォーカス補正によるフィールド幅と回転のずれを補正する時、縮小率の設定に対して最適なフィールド幅の高さ補正係数を算出してフィールド幅に対する描画精度の低下を防止することができる電子ビーム描画装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
本発明は、ファインピッチコントロール描画機能や最小インクリメント可変描画機能の描画において、描画面の高さ変化とそれに伴うフォーカス補正によるフィールド幅と回転のズレを補正する時、縮小率の設定に対する最適なフィールド幅の高さ補正係数を自動的に算出するものである。

本発明は、ファインピッチコントロール描画機能や最小インクリメント可変描画機能の描画において、描画面の高さ変化とそれに伴うフォーカス補正によるフィールド幅と回転のズレを補正する時、縮小率の設定に対する最適なフィールド幅の高さ補正係数を自動的に決めるものである。

図１は本発明の動作説明図である。図において、ＥＢは電子ビーム、３１は偏向中心、３２は偏向器である。Ｌ１は第１の描画面（描画面１）、Ｌ２は第２の描画面（描画面２）である。図に示すように電子ビームＥＢの偏向角をαとして、描画面の高さ変化によって生じるフィールド幅のズレΔを求める。つまり、電子ビームＥＢが描画面１に焦点を結んだ場合と、描画面２に焦点を結んだ場合の描画面１と描画面２間の距離をｈとする。Δは電子ビームＥＢがＬ１に焦点を結んだ場合とＬ２に焦点を結んだ場合のＸ方向の位置ずれである。

ビーム偏向角αが十分に小さいとすると、Δは以下の式で表すことができる。
Δ＝（１−ｈ）・α−１・α＝−ｈ・α （７）
ここで、フィールド幅のズレΔは、（１），（２）式の第２項を示している。従って、（３），（４）式のフィールド幅の高さ補正係数ａ１とｂ１に対して、
ａ１∝α
ｂ１∝α
が成立する。

一方、ファインピッチコントロール描画機能や最小インクリメント可変描画機能の描画において、縮小率γ（γ＜１とする）とすると、ビーム偏向角はα・γとなる。従って、縮小率γに対する最適なフィールド幅の高さ補正係数ａ１’、ｂ１’は
ａ１’＝ａ１・γ （８）
ｂ１’＝ｂ１・γ （９）
と算出される。

従って、ファインピッチコントロール描画機能や最小インクリメント可変描画機能の描画において、各々の縮小率の設定に対して最適なフィールド幅の高さ補正係数ａ１’，ｂ１’を（８），（９）式によって算出し、それを（３），（４）式に適用し、（１），（２）式によって走査電圧を制御して描画を行なうと、理想のフィールドからフィールド幅と回転がずれた場合の走査電圧Ｖｘ（ｘ）’とＶｙ（ｙ）’を決定することができ、描画精度の低下を防止することができる。

次に、本発明の実施の形態について説明する。図２は本発明の実施の形態を示す構成図である。ＸＹ駆動ステージ１は、架台（真空チャンバ）１３内に固定されている。電子ビーム３は電子銃１１から照射され、ブランキング電極１０、ズームレンズ９、対物絞り７、偏向器５、非点収差補正器６、対物レンズ４を用いて描画材料２上に結像されている。対物レンズ４及び偏向器５、非点収差補正器６は架体１３に固定され、描画材料２上に配置されている。

対物絞り７は、対物絞り位置調整機構８に固定され、対物レンズ４及び偏向器５、非点収差補正器６上に配置されている。対物絞り７には１個から複数個の円形孔が開いており、それぞれの円形孔を選択できるようになっている。対物絞り位置調整機構８は、架体１３に固定され、対物絞り７の切り替えや位置調整ができるようになっている。

ズームレンズ９は、架体１３上に固定され、対物絞り７上に配置されている。ブランキング電極１０は、架体１３に固定され、ズームレンズ９上に配置されている。電子銃１１は架体１３に固定され、ブランキング電極１０上に配置されている。電子銃１１は電子ビーム３を照射している。高さ測定器１２は、架体１３に固定され、描画材料２上に配置され、描画材料２上の電子ビーム３を照射している位置の高さを測定している。架体１３内は真空となっている。

電子銃制御系１４は電子銃１１を制御している。ビームブランキング制御系１５はブランキング電極１０を制御して、電子ビーム３を描画材料２上に照射又は非照射している。電子光学系制御系１６は、対物レンズ４とズームレンズ９を制御して電子ビーム３の描画材料２上へのフォーカス調整及び縮小比を変更している。ビーム走査制御系１７は、偏向器５を制御して電子ビーム３を描画材料２上で走査している。非点収差補正器制御系１８は、非点収差補正器６を制御して電子ビーム３の非点収差を補正している。

ＸＹ駆動ステージ制御系１９は、ＸＹ駆動ステージ１を駆動している。信号検出系２０は、２次電子や反射電子検出器（図示せず）、高さ測定器などの信号を検出している。制御ＣＰＵ２１は、電子銃制御系１４、ビームブランキング制御系１５、電子光学系制御系１６、ビーム走査制御系１７、非点収差補正器制御系１８、ＸＹ駆動ステージ制御系１９を制御している。２１ａは本発明による電子ビーム描画方法を実現する高さ補正算出プログラムである。描画データファイル２２は、矩形、台形、線図形データやチップデータファイル等から構成され、制御ＣＰＵ２１と接続されている。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。

先ず、図２に示す装置の動作を概説する。電子銃１１からの電子ビーム３は、電子銃制御系１４の制御の下出射される。途中、ブランキング電極１０により電子ビーム３のオン／オフが制御される。該ブランキング電極１０は、ビームブランキング制御系１５によりそのオン／オフが制御される。ブランキング電極１０を通過した電子ビーム３はズームレンズ９に入り、集束される。該ズームレンズ９は、電子光学系制御系１６により制御される。ズームレンズ９を通過した電子ビーム３は、対物絞り７により絞られる。この対物絞り７は不要な電子ビームを遮断するためのものである。該対物絞り７は、対物絞り位置調整機構８により、最適な径の絞りが選択される。

対物絞り７を通過した電子ビーム３は、２段の偏向器５によりＸＹ平面上を走査される。偏向器５は、制御ＣＰＵ２１によりビーム走査制御系１７に制御信号が送られ制御される。
２段の偏向器５の間には非点収差補正器６が設けられ、電子ビーム３の収差補正を行なう。該非点収差補正器６は、非点収差補正器制御系１８により制御される。電子ビーム３は、対物レンズ４により描画材料２上に焦点を結ぶ。この時、ＸＹ駆動ステージ１上に載置された描画材料２の高さを高さ測定器１２により測定し、信号検出系２０に与える。

この場合において、描画データファイル２２に格納されている描画データは、制御ＣＰＵ２１により読み込まれ、該制御ＣＰＵ２１は、描画データに基づいて、電子銃制御系１４，ビームブランキング制御系１５，電子光学系制御系１６，ビーム走査制御系１７，非点収差補正器制御系１８，ＸＹ駆動ステージ制御系１９を制御する。この結果、描画材料２上には、対物レンズ４で描画材料２に電子ビーム３が焦点を結び描画パターンが描画される。この描画中に、高さ測定器１２は描画材料２の描画面を常時測定し、測定結果を信号検出系２０を介して制御ＣＰＵ２１に与える。このような描画の過程において、高さ補正係数算出プログラム２１ａは、後述する高さ補正を行ない、最適なビーム描画を行なうことができる。

先ず、最初に制御ＣＰＵ２１内に、ファインピッチコントロール描画機能の縮小率γに対して自動的に（８），（９）式に従ってフィールド幅の高さ補正係数を算出するプログラム２１ａを組み込んでおく。また、制御ＣＰＵ２１内にファインピッチコントロール描画機能や最小インクリメント可変描画機能を使用しない時のフィールド幅の高さ補正係数を予め実測によって決めておく。更に、描画データファイル２２内にはファインピッチコントロール描画機能や最小インクリメント可変描画機能の縮小率γをパラメータとして組み込んでおく。

この状態で、描画データファイル２２に記憶されているデータを制御ＣＰＵ２１に入力して描画を開始すると、制御ＣＰＵ２１内で高さ補正係数算出プログラム２１ａが最適なフィールド幅の高さ補正係数を（８），（９）式に従って自動的に算出する処理を行なう。その後、電子ビーム３を制御して描画を行なう。描画中、描画材料２上の高さ変化を高さ測定器１２と信号検出系２０によって測定する。

これにより得られた描画面の高さ変化に対して、電子光学系制御系１６は対物レンズ４を制御して描画面上に電子ビーム３をフォーカスする。その後高さ補正係数算出プログラム２１ａは、描画面の高さ変化とそれに伴うフォーカス補正によるフィールド幅と回転のずれを（１）〜（６）式に従って補正する。ビーム走査制御系１７は、（１），（２）式に従って偏向器５を制御して描画を行なう。

このように、本発明によれば、ファインピッチコントロール描画機能や最小インクリメント可変描画機能を用いて描画する場合において、描画面の高さ変化とそれに伴うフォーカス補正によるフィールド幅と回転のずれを補正する時、縮小率の設定に対して最適なフィールド幅の高さ補正係数を自動的に算出してフィールド幅に対する描画精度の低下を防止することができる電子ビーム描画装置の描画方法及び電子ビーム描画装置を提供することができる。

本発明の動作説明図である。 本発明の実施の形態を示す構成図である。 ファインピッチコントロール描画機能と最小インクリメント可変描画機能の説明図である。

符号の説明

１ ＸＹ駆動ステージ
２ 描画材料
３ 電子ビーム
４ 対物レンズ
５ 偏向器
６ 非点収差補正器
７ 対物絞り
８ 対物絞り位置調整機構
９ ズームレンズ
１０ ブランキング電極
１１ 電子銃
１２ 高さ測定器
１３ 架体（真空チャンバ）
１４ 電子銃制御系
１５ ビームブランキング制御系
１６ 電子光学系制御系
１７ ビーム走査制御系
１８ 非点収差補正器制御系
１９ ＸＹ駆動ステージ制御系
２０ 信号検出系
２１ 制御ＣＰＵ
２１ａ 高さ補正係数算出プログラム
２２ 描画データファイル

Claims (2)

1. スポットビーム方式かつベクタ走査方式の電子ビーム描画装置において、描画面の高さ変化に対してフォーカス補正を行なう機能と、描画面の高さ変化とそれに伴うフォーカス補正によるフィールド幅と回転のずれを補正する機能を組み込んだパターンの描画を行なう描画方法であって、
   ファインピッチコントロール描画機能及び最小インクリメント可変描画機能を用いて試料にパターンを描画する場合において、描画面の高さ変化とそれに伴うフォーカス補正によるフィールド幅と回転のずれを補正する時に、縮小率の設定に対して最適なフィールド幅の高さ補正係数を算出し、
   算出した高さ補正係数に基づいて試料に描画を行なう、
   ことを特徴とする電子ビーム描画装置の描画方法。
2. スポットビーム方式かつベクタ走査方式の電子ビーム描画装置において、描画面の高さ変化に対してフォーカス補正を行なう機能と、描画面の高さ変化とそれに伴うフォーカス補正によるフィールド幅と回転のずれを補正する機能を組み込んだパターンの描画を行なう電子ビーム描画装置であって、
   ファインピッチコントロール描画機能及び最小インクリメント可変描画機能を用いて試料にパターンを描画する場合において、描画面の高さ変化とそれに伴うフォーカス補正によるフィールド幅と回転のずれを補正する時に、縮小率の設定に対して最適なフィールド幅の高さ補正係数を算出する演算制御手段と、
   算出した高さ補正係数に基づいて試料に描画を行なう描画手段、
   とを含んで構成されることを特徴とする電子ビーム描画装置。

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