JP2009231334A - Charged particle beam drawing device and charged particle beam drawing method - Google Patents
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Abstract
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、電子ビームを用いて描画する描画装置内の温度を制御する機構及び描画方法に関する。 The present invention relates to a charged particle beam drawing apparatus and a charged particle beam drawing method, for example, a mechanism and a drawing method for controlling the temperature in a drawing apparatus that draws using an electron beam.
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。 Lithography technology, which is responsible for the progress of miniaturization of semiconductor devices, is an extremely important process for generating a pattern among semiconductor manufacturing processes. In recent years, with the high integration of LSIs, circuit line widths required for semiconductor devices have been miniaturized year by year. In order to form a desired circuit pattern on these semiconductor devices, a highly accurate original pattern (also referred to as a reticle or a mask) is required. Here, the electron beam (electron beam) drawing technique has an essentially excellent resolution, and is used for producing a high-precision original pattern.
図5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(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。
FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining the operation of a conventional variable shaping type electron beam drawing apparatus.
In the
ここで、試料となる半導体パターンのマスクへの描画は、通常、描画装置に設けられた描画室(チャンバ)のXYステージ上にマスクを設置して行なわれる。ここで、描画中にマスクの温度が変化するとマスクの大きさが変化する。それにより描画位置精度が悪化してしまう。そのため、描画中はマスクを均一な温度に保っておくことが重要となる。そして、さらに、チャンバにマスクを持ち込んだ後のマスクの温度変化が無いことも均一な温度確保と共に描画時間短縮の観点から重要となる。 Here, drawing of a semiconductor pattern serving as a sample on a mask is usually performed by placing the mask on an XY stage in a drawing chamber (chamber) provided in a drawing apparatus. Here, when the temperature of the mask changes during drawing, the size of the mask changes. Thereby, the drawing position accuracy is deteriorated. Therefore, it is important to keep the mask at a uniform temperature during drawing. Further, the fact that the temperature of the mask does not change after bringing the mask into the chamber is also important from the viewpoint of ensuring a uniform temperature and shortening the drawing time.
従来、チャンバ内の温度は、チャンバの内壁等に取り付けられた温度計により測定していた。また、マスクを移動させるステージにもステージの温度管理のために温度計を配置していた。しかし、これらの温度計で測定される温度は、マスクの温度ではないので、別途マスクの温度を把握する必要がある。そのために温度計を埋設したダミー基板を作成して、まず、このダミー基板をチャンバ内のステージに配置した。そして、描画前に、予めダミー基板の温度を測定することで実際に描画されるマスクの温度と擬制していた。 Conventionally, the temperature in the chamber is measured by a thermometer attached to the inner wall of the chamber. Also, a thermometer has been arranged on the stage for moving the mask for temperature control of the stage. However, since the temperature measured by these thermometers is not the temperature of the mask, it is necessary to grasp the temperature of the mask separately. For this purpose, a dummy substrate in which a thermometer was embedded was created, and this dummy substrate was first placed on the stage in the chamber. Prior to drawing, the temperature of the dummy substrate is preliminarily measured to control the temperature of the mask actually drawn.
しかしながら、ダミー基板の温度は、あくまで描画前の状態の温度であるため、描画中のマスクの温度を測定することができなかった。そのため、チャンバにマスクを持ち込んだ後のマスクの温度変化を把握することが困難となる。さらに、ダミー基板には温度計が埋設されているため、基板の構造が描画されるマスクと一部異なってしまい、描画されるマスクと基板内の温度分布が変わってしまうという欠点がある。そのため、ダミー基板の温度をそのまま実際に描画されるマスクの温度と擬制すると温度分布が異なってしまうという問題があった。 However, since the temperature of the dummy substrate is the temperature in the state before the drawing, the temperature of the mask during the drawing cannot be measured. Therefore, it is difficult to grasp the temperature change of the mask after bringing the mask into the chamber. Furthermore, since the thermometer is embedded in the dummy substrate, the substrate structure is partially different from the mask to be drawn, and there is a drawback that the temperature distribution in the drawn mask and the substrate changes. For this reason, if the temperature of the dummy substrate is simulated as it is with the temperature of the mask actually drawn, there is a problem that the temperature distribution is different.
ここで、マスクの温度変化に関連して、周縁の形状が矩形のマスクに電子線を照射して回路パターン等を描画する電子線マスク描画装置において、電子線の照射による熱膨張で伸縮するマスクの寸法を対向する両側辺からレーザ光を用いて測長するという技術が文献に開示されている(例えば、特許文献1参照)。この技術は、マスクの温度変化によりマスクの寸法が変化することを前提にした技術であり、マスクの寸法を変化させないように温度調整を行なうものではない。
上述したように、チャンバの内壁の温度やステージ温度といったマスクから離れた位置の温度では、マスクの温度状態を把握することができないという問題があった。さらに、ダミー基板の温度は、あくまで描画前の状態の温度であるため、描画中のマスクの温度を測定することができないという問題があった。さらに、ダミー基板は、基板の構造が描画されるマスクと一部異なっているためダミー基板の温度では、実際に描画されるマスクの温度と温度分布が異なってしまうという問題があった。生産管理上、描画中のマスク温度の変化を把握することが望ましい。 As described above, there is a problem that the temperature state of the mask cannot be grasped at the temperature at a position away from the mask, such as the temperature of the inner wall of the chamber or the stage temperature. Furthermore, since the temperature of the dummy substrate is the temperature in the state before drawing, there is a problem that the temperature of the mask during drawing cannot be measured. Further, since the dummy substrate is partially different from the mask on which the substrate is drawn, the temperature of the dummy substrate has a problem that the temperature and temperature distribution of the mask actually drawn differ. In production management, it is desirable to grasp the change in mask temperature during drawing.
そこで、本発明は、上述した問題点を克服し、実際に描画される基板の温度と実質的に同等な温度を測定可能な装置或いは方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an apparatus or method that can overcome the above-described problems and that can measure a temperature substantially equal to the temperature of a substrate that is actually drawn.
本発明の一態様の荷電粒子ビーム描画装置は、
チャンバと、
チャンバの上方に配置され、チャンバ内に荷電粒子ビームを照射する光学系を有する鏡筒と、
チャンバを取り囲む恒温層と、
チャンバ内に配置されたステージと、
ステージ上に搭載され、基板を直接支持する複数の支持部材と、
複数の支持部材に配置された複数の温度センサと、
を備えたことを特徴とする。
A charged particle beam drawing apparatus according to one embodiment of the present invention includes:
A chamber;
A lens barrel disposed above the chamber and having an optical system for irradiating a charged particle beam in the chamber;
An isothermal layer surrounding the chamber;
A stage located in the chamber;
A plurality of support members mounted on the stage and directly supporting the substrate;
A plurality of temperature sensors arranged on a plurality of support members;
It is provided with.
基板を直接支持する複数の支持部材に複数の温度センサを配置したので、実際に描画される基板の温度と実質的に同等な温度を測定することができる。また、基板に温度センサを配置していないので温度分布が異なってしまうという問題を解消することができる。 Since the plurality of temperature sensors are arranged on the plurality of support members that directly support the substrate, it is possible to measure a temperature substantially equivalent to the temperature of the substrate actually drawn. Moreover, since the temperature sensor is not arranged on the substrate, the problem that the temperature distribution is different can be solved.
そして、複数の温度センサの出力に基づいて、基板付近の温度を測定する温度測定部と、
基板付近の温度に基づいて、恒温層の温度を調整する調整部と、
をさらに備えると好適である。
And based on the outputs of the plurality of temperature sensors, a temperature measurement unit that measures the temperature near the substrate,
An adjustment unit for adjusting the temperature of the thermostatic layer based on the temperature near the substrate;
It is preferable to further include
また、温度測定部は、基板の描画中にリアルタイムで基板付近の温度を測定するとなお良い。また、温度センサは、支持部材の内部に埋設されることを特徴とする。 Further, the temperature measuring unit preferably measures the temperature in the vicinity of the substrate in real time while drawing the substrate. The temperature sensor is embedded in the support member.
本発明の一態様の荷電粒子ビーム描画方法は、
チャンバ内のステージ上に搭載された複数の支持部材により直接支持された基板の温度を複数の支持部材に配置された温度センサを用いて測定する工程と、
測定された基板の温度に基づいて、チャンバを取り囲む恒温層の温度を調整する工程と、
恒温層の温度が調整された状態で、荷電粒子ビームを用いて、複数の支持部材により直接支持された基板を描画する工程と、
を備えたことを特徴とする。
The charged particle beam drawing method of one embodiment of the present invention includes:
Measuring a temperature of a substrate directly supported by a plurality of support members mounted on a stage in a chamber using temperature sensors disposed on the plurality of support members;
Adjusting the temperature of the thermostatic layer surrounding the chamber based on the measured temperature of the substrate;
A step of drawing a substrate directly supported by a plurality of support members using a charged particle beam with the temperature of the thermostatic layer adjusted;
It is provided with.
かかる構成により、測定された基板の温度に基づいてその温度の変化に合わせて恒温層の温度を調整することで基板温度を所望する温度に調整することができる。 With this configuration, the substrate temperature can be adjusted to a desired temperature by adjusting the temperature of the thermostatic layer according to the change in temperature based on the measured temperature of the substrate.
本発明の一態様によれば、実際に描画される基板の温度と実質的に同等な温度を測定することができる。そして、その温度変化に基づいて恒温層の温度を調整することで基板温度を所望する温度に調整することができる。さらに、描画中も基板の温度と実質的に同等な温度を測定することができる。 According to one embodiment of the present invention, a temperature substantially equal to the temperature of a substrate that is actually drawn can be measured. The substrate temperature can be adjusted to a desired temperature by adjusting the temperature of the thermostatic layer based on the temperature change. Furthermore, a temperature substantially equal to the temperature of the substrate can be measured during drawing.
以下、各実施の形態では、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。 Hereinafter, in each embodiment, a configuration using an electron beam will be described as an example of a charged particle beam. However, the charged particle beam is not limited to an electron beam, and may be a beam using other charged particles such as an ion beam.
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、温度測定回路110、温度制御回路112、温度調整器114、及び描画制御回路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である。特に、ここでは、可変成形型電子ビーム描画装置を示している。描画部150は、描画室103(チャンバ)と描画室103(チャンバ)の上方に配置された電子鏡筒102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、及び偏向器208が配置されている。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、及び偏向器208といった電子光学系により描画室103内に電子ビーム200が照射される。一方、描画室103内には、XYステージ105が配置され、XYステージ105上には、複数の支持ピン104が搭載されている。そして、これら複数の支持ピン104で試料となる基板101を直に接して支持している。そして、恒温層106が描画室103を取り囲むように配置される。また、各支持ピン104には、それぞれ、温度センサ108が配置される。各温度センサ108は、温度測定回路110に接続され、温度測定回路110により基板101付近の温度が測定される。温度調整器114は、基板付近の温度に基づいて、恒温層106の温度を調整する。温度測定回路110と温度調整器114は、温度制御回路112に図示しないバスを介して接続されている。図1では、本実施の形態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。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a configuration of a drawing apparatus according to the first embodiment.
In FIG. 1, the
電子銃201から照射された電子ビーム200は、照明レンズ202により集光され、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により偏向されて、移動可能に配置されたXYステージ105上の基板101の所望する位置に照射される。また、電子鏡筒102内およびXYステージ105が配置された描画室103内は、図示していない真空ポンプにより真空引きされ、大気圧よりも低い圧力となる真空雰囲気となっている。かかる描画部150は、描画制御回路160によって制御される。
The electron beam 200 emitted from the
図2は、実施の形態1における支持ピンと温度センサの配置構成を説明する概念図である。
図2において、支持部材となる支持ピン104は、XYステージ105上に配置される。そして、支持ピン104は、上部がなめらかな曲面で凸状に形成されている。そして、この上部の頂点で基板101に直に接触して単純支持する。支持ピン104内部には、温度センサ108が埋設されている。特に、基板101とは反対側から基板101に向かって挿入されるように温度センサ108を埋設する。基板101とは反対側から基板101に向かって挿入することで基板101の支持の障害になることを防止することができる。その際、温度センサ108は、できるだけ基板101に近くなるように深く挿入されると好適である。このように、温度センサ108を支持ピン104内に埋設させることで基板101の接触箇所直近の温度を測定することができる。そのため、基板101とほぼ同等な温度、言い換えれば実質的に同等な温度を測定することができる。ここで、例えば、0.01度の温度変化でも描画精度に影響を与えるため、温度センサは、高精度なセンサが望ましい。例えば、白金測温抵抗体を用いると好適である。但し、これに限るものではなく、例えば、サーミスタや熱伝対を用いても構わない。或いは、IC型温度センサを用いても構わない。放射温度形のような非接触式の温度センサでは、例えば0.01度の温度変化を測定することが困難となるが、これらの接触式の温度センサを搭載することで非接触式の温度センサよりも高精度な温度を測定することができる。
FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating the arrangement configuration of the support pins and the temperature sensor in the first embodiment.
In FIG. 2, the
図3は、実施の形態1における描画室内で基板の上方から基板側を見た場合の概念図である。
図3に示すように、基板101は、3つの支持ピン104によって3点支持されると好適である。そして、各支持ピン104には温度センサ108が埋設されている。このように、複数の温度センサ108によって、基板101の接触箇所直近の温度を測定することで実際に描画される基板101面内の温度分布を把握することができる。よって、より正確な基板101温度を把握することができる。また、各支持ピン104は、基板101を裏面側から単純支持しているので基板の上方から見えない位置に配置されている。そして、上述したように、温度センサ108は、基板101とは反対側から基板101に向かって各支持ピン104に挿入されているので、温度センサ108も基板の上方から見えない位置に配置することができる。このように、XYステージ105側から基板の上方から見えない位置に温度センサ108を配置することで、例えば、電子ビーム200によるチャージアップが温度センサ108に生じることや、対物レンズ207等により発生する磁場に起因する渦電流が温度センサ108に発生することを抑制することができる。また、描画面となる上面から見えない下面側に配置することで仮にパーティクル等を温度センサ108が発生させた場合でも基板101の描画面への影響を抑制或いは排除することができる。
FIG. 3 is a conceptual diagram when the substrate side is viewed from above the substrate in the drawing chamber according to the first embodiment.
As shown in FIG. 3, the
上述したような描画装置100を用いて、次のように描画する。まず、描画室103は、恒温層106によって一定の温度になるように温度調整されている。その状態で、描画室103に基板101が搬入される。そして、XYステージ105上に搭載された複数の支持ピン104により基板101が直接支持される。この状態から基板101の温度を複数の支持ピン104に配置された温度センサ108を用いて測定する。
Using the
ここで、基板101の温度は、描画室103に基板101が搬入された時点での温度で一定に保つことが望ましい。温度が変化してしまうと熱膨張等により描画位置に誤差が生じてしまい、描画されるパターンの寸法や位置に誤差が生じてしまうことになるからである。しかし、基板101の温度は、描画室103内で搬入時からずれて安定する場合もある。
Here, the temperature of the
そこで、測定された基板101の温度に基づいて、描画室103を取り囲む恒温層106の温度を調整する。温度測定回路110が複数の温度センサ108の出力に基づいて、基板101付近の温度を測定しているので、温度制御回路112が温度測定回路110からの温度データを入力する。そして、温度制御回路112は、基板101の温度が、基板101が搬入された時点での温度になるように、恒温層106の温度を設定するための制御信号を温度調整器114に出力する。温度調整器114は、このような基板付近の温度に基づく制御信号を受けて、恒温層106の温度を調整する。
Therefore, the temperature of the
図4は、実施の形態1における基板の温度変化の一例を示す図である。
図4において、描画室103内での基板101の安定した温度が、描画室103内に搬入された時点の基板101の温度T0から例えば温度T1へと下がった場合、温度制御回路112は、基板101の温度が、温度T0になるように、恒温層106の温度を上げるように制御信号を温度調整器114に出力する。これにより、例えば、0.01度の温度変化を解消することができる。逆に、例えば温度T0から温度T2へと上昇した場合、温度制御回路112は、基板101の温度が、温度T0になるように、恒温層106の温度を下げるように制御信号を温度調整器114に出力する。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a temperature change of the substrate in the first embodiment.
In FIG. 4, when the stable temperature of the
このようにして、基板101の温度が、温度T0に安定した状態で、描画部150は、電子ビーム200を用いて、描画室内のXYステージ105上に搭載された複数の支持ピン104により直接支持された基板101の描画を開始する。実際に描画される基板101の温度を測定することができるので、実際に描画される基板101の温度が安定した状態を把握することができる。よって、描画開始時期を予測値ではなく実測値で決めることができる。よって、余分な描画待機時間を省くことができ、描画時間を短縮することができる。
In this way, in a state where the temperature of the
さらに、この描画中も基板101の温度を複数の支持ピン104に配置された温度センサ108を用いて測定し続ける。描画中も温度を測定することで、もしも、描画中に基板101の温度が変化した場合には、NGとして検出することができる。従来、描画後に現像やエッチングといったプロセスを経てパターン寸法を測定することでパターン欠陥を把握することができた。これに対し、実施の形態1では、描画中の基板101の温度変化により描画中或いは描画後すぐに他のプロセスを行なわなくてもパターン欠陥を把握することができる。
Further, during the drawing, the temperature of the
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、描画中に基板101の温度が変化した場合には、その変化に合わせて描画位置を補正しても好適である。例えば、基板101の線膨張係数に温度変化分を乗じることで位置誤差分を計算することができる。その誤差分を補正した位置にビームを照射すればよい。
The embodiments have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. For example, when the temperature of the
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。
In addition, although descriptions are omitted for parts and the like that are not directly required for the description of the present invention, such as a device configuration and a control method, a required device configuration and a control method can be appropriately selected and used. For example, although the description of the control unit configuration for controlling the
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装置及び荷電粒子ビーム描画方法は、本発明の範囲に包含される。 In addition, all charged particle beam drawing apparatuses and charged particle beam drawing methods that include elements of the present invention and that can be appropriately modified by those skilled in the art are included in the scope of the present invention.
100 描画装置
101 基板
102 電子鏡筒
103 描画室
104 支持ピン
105 XYステージ
106 恒温層
108 温度センサ
110 温度測定回路
112 温度制御回路
114 温度調整器
150 描画部
160 描画制御回路
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
330 電子線
340 試料
411 開口
421 可変成形開口
430 荷電粒子ソース
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記チャンバの上方に配置され、前記チャンバ内に荷電粒子ビームを照射する光学系を有する鏡筒と、
前記チャンバを取り囲む恒温層と、
前記チャンバ内に配置されたステージと、
前記ステージ上に搭載され、基板を直接支持する複数の支持部材と、
前記複数の支持部材に配置された複数の温度センサと、
を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。 A chamber;
A lens barrel disposed above the chamber and having an optical system for irradiating a charged particle beam in the chamber;
An isothermal layer surrounding the chamber;
A stage disposed in the chamber;
A plurality of support members mounted on the stage and directly supporting the substrate;
A plurality of temperature sensors disposed on the plurality of support members;
A charged particle beam drawing apparatus comprising:
前記基板付近の温度に基づいて、前記恒温層の温度を調整する調整部と、
をさらに備えた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。 A temperature measuring unit for measuring a temperature near the substrate based on outputs of the plurality of temperature sensors;
An adjustment unit that adjusts the temperature of the constant temperature layer based on the temperature in the vicinity of the substrate;
The charged particle beam drawing apparatus according to claim 1, further comprising:
測定された前記基板の温度に基づいて、前記チャンバを取り囲む恒温層の温度を調整する工程と、
前記恒温層の温度が調整された状態で、荷電粒子ビームを用いて、前記複数の支持部材により直接支持された基板を描画する工程と、
を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。 Measuring a temperature of a substrate directly supported by a plurality of support members mounted on a stage in a chamber using a temperature sensor disposed on the plurality of support members;
Adjusting the temperature of the thermostatic layer surrounding the chamber based on the measured temperature of the substrate;
Drawing a substrate directly supported by the plurality of support members using a charged particle beam with the temperature of the thermostatic layer adjusted;
A charged particle beam drawing method comprising:
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