JP2010073870A - 荷電粒子ビーム描画装置および荷電粒子ビーム描画方法 - Google Patents

Abstract

【課題】描画前に試料面の高さを測定した結果が適正であるか否かを判断することのできる荷電粒子ビーム描画装置および荷電粒子ビーム描画方法を提供する。
【解決手段】電子ビーム描画装置は、ステージ１２上に載置されたマスクＭの表面の高さを測定する高さ測定部４を有し、その測定結果は、高さデータ処理部２２で処理されて高さデータが作成される。また、撓み量算出部２８では、自重による撓みのない状態で測定したマスクＭの表面形状に、自重による撓み量を加えて、所定の座標における高さデータが作成される。判定部２９において、高さデータ処理部２２で作成された高さデータと、撓み量算出部２８で作成された高さデータとを比較し、両者の差が所定の範囲内であれば、高さ測定部４での測定結果が正しいと判断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、荷電粒子ビーム描画装置および荷電粒子ビーム描画方法に関する。

マスク基板や半導体ウェハなどの試料上に微細パターンを描画する目的で、電子ビーム描画装置が用いられている。ここで、試料が完全な平面であれば、試料面上における任意の１点の高さを測定し、この高さに電子ビームの焦点を合わせることで、所望のパターンを描画することができる。しかし、実際の試料は、完全な平面ではなく、僅かながら変形している。したがって、電子ビームの焦点を試料面上の１点を基準に決めたのでは、試料面上に焦点のない部分が生じてしまう。

そこで、試料の変形による焦点のずれを補正する方法が特許文献１に開示されている。この方法によれば、まず、試料面の数点における高さを測定して、複数の２次方程式を得る。次いで、これらの２次方程式の係数を最小自乗法により求め、得られた係数を用いた高さ補正式により、焦点と偏向ゲインの補正を行う。

また、特許文献２には、試料の露光領域外の数点における高さを測定し、得られた値から照射位置の高さを設定する方法が開示されている。

しかし、特許文献１や特許文献２に記載の補正方法は、試料面上の複数の点で測定した結果から、試料面の高さを補間演算するものである。したがって、実際の試料の上面形状に近似することはできても、試料の正確な上面形状を把握することはできない。そのため、補間演算を有効なものとするには、試料に高い精度での平面度が要求される。

これに対して、特許文献３には、ステージ上に載置された試料の表面と、所定の基準面との間隔を検出し、この間隔に基づいて、試料表面の３次元座標を示すマトリックスを作成して電子ビームの焦点を補正する方法が記載されている。

特開昭６１−３４９３６号公報 特開平５−４７６４８号公報 特開平９−４５６０５号公報

特許文献３では、光源からの光を試料の表面に導き、反射した光をセンサで受光して、試料表面の高さを検出している。したがって、検出した高さが正確でないと、電子ビームの焦点を適正な位置に調整することができず、所望の位置で描画できなくなる。しかしながら、検出した高さが適正であるか否かを描画前に知る手段がないために、高さ測定が正確に行われない状態で描画してしまうことがあった。その結果、描画不良が発生して、描画時間や描画基板の無駄が生じていた。

本発明は、こうした点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、描画前に試料面の高さを測定した結果が適正であるか否かを描画前に判断することにより、高さ測定に起因する描画不良の発生を防止することのできる荷電粒子ビーム描画装置および荷電粒子ビーム描画方法を提供することにある。

本願第１の発明にかかる荷電粒子ビーム描画装置は、ステージ上に載置された試料の表面の高さを測定する測定手段と、
自重による撓みのない状態で測定された前記試料の表面形状に、前記試料の自重による撓み量を加えて得られた所定の座標における高さと、前記測定手段で測定された前記座標の高さとの差が所定の範囲内であるか否かを判定する判定手段とを有することを特徴とするものである。
この荷電粒子ビーム描画装置は、自重による撓みのない状態で測定された前記試料の表面形状を記憶する記憶手段と、
前記試料の自重による撓み量を算出する算出手段とをさらに有することが好ましい。

本願第２の発明にかかる荷電粒子ビーム描画装置は、ステージ上に載置された試料の表面の高さを測定する測定手段と、
自重による撓みのない状態で測定された前記試料の表面形状と、前記試料の自重による撓み量との和と、前記測定手段で測定された高さから得られた前記試料の表面形状との差が所定の範囲内であるか否かを判定する判定手段とを有することを特徴とするものである。
この荷電粒子ビーム描画装置は、自重による撓みのない状態で測定された前記試料の表面形状を記憶する記憶手段と、
前記試料の自重による撓み量を算出する算出手段とをさらに有することが好ましい。

本願第３の発明は、荷電粒子ビームを用いてステージ上に載置された試料の表面に所定のパターンを描画する荷電粒子ビーム描画方法において、
自重による撓みのない状態で前記試料の表面形状を測定する工程と、
前記試料の自重による撓み量を算出する工程と、
前記ステージ上に載置された前記試料の表面の高さを測定する工程と、
自重による撓みのない状態で測定された前記試料の表面形状に、前記試料の自重による撓み量を加えて得られた所定の座標における高さと、前記測定手段で測定された前記座標の高さとの差が所定の範囲内であるか否かを判定する工程とを有することを特徴とするものである。

本願第４の発明は、荷電粒子ビームを用いてステージ上に載置された試料の表面に所定のパターンを描画する荷電粒子ビーム描画方法において、
自重による撓みのない状態で前記試料の表面形状を測定する工程と、
前記試料の自重による撓み量を算出する工程と、
前記ステージ上に載置された前記試料の表面の高さを測定する工程と、
自重による撓みのない状態で測定された前記試料の表面形状と、前記試料の自重による撓み量との和と、前記試料の表面の高さから求められた前記試料の表面形状との差が所定の範囲内であるか否かを判定する工程とを有することを特徴とするものである。

本願第１の発明の荷電粒子ビーム描画装置によれば、自重による撓みのない状態で測定された試料の表面形状に、試料の自重による撓み量を加えて得られた所定の座標における高さと、測定手段で測定された前記座標の高さとの差が所定の範囲内であるか否かを判定する判定手段を有するので、描画前に試料面の高さを測定した結果が適正であるか否かを判断することができる。

本願第２の発明の荷電粒子ビーム描画装置によれば、自重による撓みのない状態で測定された試料の表面形状と、試料の自重による撓み量との和と、測定手段で測定された高さから得られた試料の表面形状との差が所定の範囲内であるか否かを判定する判定手段を有するので、描画前に試料面の高さを測定した結果が適正であるか否かを判断することができる。

本願第３の発明の荷電粒子ビーム描画方法によれば、自重による撓みのない状態で測定された試料の表面形状に、試料の自重による撓み量を加えて得られた所定の座標における高さと、測定手段で測定された前記座標の高さとの差が所定の範囲内であるか否かを判定するので、実際の描画を行う前に、測定した高さデータが正しいか否かを確認することができる。

本願第４の発明の荷電粒子ビーム描画方法によれば、自重による撓みのない状態で測定された試料の表面形状と、試料の自重による撓み量との和と、試料の表面の高さから求められた試料の表面形状との差が所定の範囲内であるか否かを判定するので、実際の描画を行う前に、測定した高さデータが正しいか否かを確認することができる。

図１は、本実施の形態における電子ビーム描画装置の構成を示す概念図である。

図１において、電子ビーム描画装置本体１には、電子銃１１、ステージ１２、偏向部１３および収束レンズ１４が設けられている。電子銃１１から出射された電子ビームＢは、ステージ１２上に載置されたマスクＭに照射される。その照射位置は、偏向部１３と収束レンズ１４によって制御される。

ステージ１２は、ステージ駆動部３によって、Ｘ方向（紙面左右方向）とＹ方向（紙面表裏方向）に駆動される。ステージ駆動部３は、ステージ制御部２１を介し、制御コンピュータ２によって制御されている。

マスクＭをステージ１２に搭載すると、マスクＭには自重による撓みが生じる。すると、電子ビームＭの照射位置がずれたり、焦点がぼけたりして、マスクＭ上に所望のパターンを形成することができなくなる。そこで、マスクＭの表面の高さを正確に測定する必要がある。

ステージ１２上に載置されたマスクＭの高さは、高さ測定部４で測定される。高さ測定部４は、光源４１と、光源４１から照射される光ＬｉをマスクＭ上で収束させる投光レンズ４２と、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４３と、受光レンズ４３によって収束された光Ｌｒを受光して光の位置を検出する光位置検出器４４とから構成されている。

マスクＭに撓みがあると、マスクＭの表面における傾きが撓み量に応じて変化する。これにより、マスクＭ上での光の反射角度が変化するので、光位置検出器４４で検出される光の位置が変化する。

光位置検出器４４で光の位置が検出されると、高さデータ処理部２２で高さデータが作成される。すなわち、高さデータ処理部２２は、光位置検出器４４からの出力信号を受けて、検出した光の位置に応じたマスクＭの表面の高さデータに変換する。本実施の形態では、この高さデータが正しいかどうかを確認するために、図２に示す工程を行う。

まず、自重による撓みのない状態でマスクＭの表面形状を測定しておく（ステップ１）。測定データは、制御コンピュータ２に記憶できるようにしておくことが好ましい。また、撓み量算出部２８において、マスクＭの自重による撓み量を算出する（ステップ２）。

マスクＭの自重による撓み量は、次式を用いて求めることができる。
ｗ＝ｋ×ｐ×ａ^４×（１/Ｅ）×｛１/（ｔ^３）｝
但し、ｋは係数であって、マスクＭが、４点で支持された矩形基板で、等分布荷重を受けるとすると、ｋ＝０．２９４である。また、ｐはマスクＭの自重、ａはマスクＭの一辺の長さ、ＥはマスクＭのヤング率、ｔはマスクＭの厚さである。

次に、撓み量算出部２８において、ステップ１で測定したマスクＭの表面形状に、ステップ２で算出した撓み量を加えて、所定の座標における高さデータを作成する（ステップ３）。所定の座標は、複数あるものとし、マスクＭ上の任意の点から選ばれる。

また、上述した方法にしたがって、高さ測定部４において、マスクＭの表面の高さを測定する（ステップ４）。測定結果は、高さデータ処理部２２で処理されて、高さデータが作成される。ここで、測定点は、ステップ３の座標と同じとする。尚、ステップ３をステップ１、２の後で行うのであれば、ステップ１〜４の順序は問わない。

次に、判定部２９において、高さデータ処理部２２で作成された高さデータと、撓み量算出部２８で作成された高さデータとを比較する（ステップ５）。比較は、ステップ３で高さデータを作成した座標と、ステップ４で高さ測定をした座標との間で行う。比較の結果、両者の差が所定の範囲内であれば、高さ測定部４での測定結果が正しいと判断する。ここで、所定の範囲内は、高さ測定部４における測定の再現性の範囲内とすることができ、例えば、０．１μｍ以内とすることができる。高さ測定部４での測定結果が正しいと判断した後は、制御コンピュータ２を介して、高さ補正演算部２３に高さデータが転送され、高さ補正データが演算される。その後、この高さ補正データと、パターンデータメモリ２４から読み出されたパターンデータとが描画データ制御部２５に送られ、高さ補正を反映した描画データが作成される。描画データは、Ｄ／Ａ変換部２６でアノログデータに変換される。これにより、偏向部１３の動きが制御されて、マスクＭ上に所望のパターンを描画することができる。

一方、判定部２９において、高さデータ処理部２２で作成された高さデータと、撓み量算出部２８で作成された高さデータとの差が所定の範囲内でなければ、高さ測定部４での測定に何らかの問題が生じていることになる。そこで、この場合には、高さ測定部４における各種部品の調整や交換を行う。その後、ステップ１〜５を繰り返す。

ステップ５で比較する座標が多いほど、判定部２９での結果の信頼性は高まる。しかし、座標が多くなれば、ステップ１〜５の処理時間が長くなるので、両者を比較考量して適当な座標数にすることが好ましい。

このように、本実施の形態によれば、実際の描画を行う前に、高さ測定部４で測定した高さデータが正しいか否かを確認するので、描画結果を待つ必要がなく、また、装置からのエラーメッセージの有無に頼る必要もない。したがって、描画時間や描画基板の無駄を低減することができる。また、高さ測定が正しい場合には、高さ補正を反映した描画データを作成して描画を行うので、マスクＭの平面度にかかわらず、高い精度で描画を行うことが可能となる。

高さデータが正しいか否かの確認は、図３に示す工程により行ってもよい。

まず、自重による撓みのない状態でマスクＭの表面形状を測定しておく（ステップ１１）。測定データは、制御コンピュータ２に記憶できるようにしておくことが好ましい。また、撓み量算出部２８において、図２のステップ２と同様にして、マスクＭの自重による撓み量を算出する（ステップ１２）。尚、ステップ１１とステップ１２の順序は逆であってもよい。

次に、撓み量算出部２８において、ステップ１で測定したマスクＭの表面形状に、ステップ２で算出した撓み量を加えて、マスクＭの表面形状データを作成する（ステップ１３）。

また、高さ測定部４において、マスクＭの表面の高さを測定する（ステップ１４）。次いで、高さデータ処理部２２において、測定結果から、マスクＭの表面形状データを作成する（ステップ１５）。尚、ステップ１４〜１５は、ステップ１１〜１３の前に行ってもよい。

表面形状を記述する関数の係数は、最小自乗法により求めることができる。具体的には、複数の異なる位置で高さを測定して得られたデータを用い、マスク上の位置（ｘ、ｙ）に対して測定した高さをｚとすると、表面形状は、次式からなる関数の係数ａ_０〜ａ_１４で表わされる。
ｚ＝ａ_０＋ａ_１ｘ＋ａ_２ｙ
＋ａ_３ｘ^２＋ａ_４ｘｙ＋ａ_５ｙ^２
＋ａ_６ｘ^３＋ａ_７ｘ^２ｙ＋ａ_８ｘｙ^２＋ａ_９ｙ^３
＋ａ_１０ｘ^４＋ａ_１１ｘ^３ｙ＋ａ_１２ｘ^２ｙ^２＋ａ_１３ｘｙ^３＋ａ_１４ｙ^４

次に、判定部２９において、高さデータ処理部２２で作成された表面形状データと、撓み量算出部２８で作成された表面形状データとを比較する（ステップ１６）。両者の差が所定の範囲内であれば、高さ測定部４での測定結果が正しいと判断する。ここで、所定の範囲内は、高さ測定部４における測定の再現性の範囲内とすることができ、例えば、０．１μｍ以内とすることができる。高さ測定部４での測定結果が正しいと判断した後は、制御コンピュータ２を介して、高さ補正演算部２３に高さデータが転送され、高さ補正データが演算される。その後、この高さ補正データと、パターンデータメモリ２４から読み出されたパターンデータとが描画データ制御部２５に送られ、高さ補正を反映した描画データが作成される。描画データは、Ｄ／Ａ変換部２６でアノログデータに変換される。これにより、偏向部１３の動きが制御されて、マスクＭ上に所望のパターンを描画することができる。

一方、判定部２９において、高さデータ処理部２２で作成された表面形状データと、撓み量算出部２８で作成された表面形状データとの差が所定の範囲内でなければ、高さ測定部４での測定に何らかの問題が生じていることになる。そこで、この場合には、高さ測定部４における各種部品の調整や交換を行う。その後、ステップ１１〜１６を繰り返す。

図３の工程によっても、本実施の形態の効果が得られる。また、図３では、マスクＭの表面形状を比較するので、図２より高い精度で、高さデータが正しいか否かを判定することができる。

図４（ａ）は、自重による撓みのない状態で測定したマスクＭの表面形状の一例である。尚、測定は、表面形状測定装置を用いて行なった。また、図４（ｂ）は、マスクＭの自重による撓み量を表した一例である。そして、図４（ｃ）は、高さ測定部４で得られたマスクＭの高さデータから作成したマスクＭの表面形状の一例である。図４（ａ）のデータと図４（ｂ）のデータとを足し合わせた結果と、図４（ｃ）の表面形状との差が所定の範囲内であれば、高さ測定部４での測定結果が正しいと言える。

尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々変形して実施することができる。例えば、上記実施の形態では電子ビームを用いたが、本発明はこれに限られるものではなく、イオンビームなどの他の荷電粒子ビームを用いた場合にも適用可能である。

本実施の形態における電子ビーム描画装置の構成を示す概念図である。 本実施の形態による電子ビーム描画方法の一例である。 本実施の形態による電子ビーム描画方法の他の例である。 （ａ）は自重撓みのない表面形状、（ｂ）は自重による撓み量、（ｃ）は高さ測定から得られた表面形状の例である。

符号の説明

１ 電子ビーム描画装置本体
２ 制御コンピュータ
３ ステージ駆動部
４ 高さ測定部
１１ 電子銃
１２ ステージ
１３ 偏向部
１４ 収束レンズ
２１ ステージ制御部
２２ 高さデータ処理部
２３ 高さ補正演算部
２４ パターンデータメモリ
２５ 描画データ制御部
２６ Ｄ／Ａ変換部
２８ 撓み量算出部
２９ 判定部
４１ 光源
４２ 投光レンズ
４３ 受光レンズ
４４ 光位置検出器

Claims (5)

1. ステージ上に載置された試料の表面の高さを測定する測定手段と、
   自重による撓みのない状態で測定された前記試料の表面形状に、前記試料の自重による撓み量を加えて得られた所定の座標における高さと、前記測定手段で測定された前記座標の高さとの差が所定の範囲内であるか否かを判定する判定手段とを有することを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
2. ステージ上に載置された試料の表面の高さを測定する測定手段と、
   自重による撓みのない状態で測定された前記試料の表面形状と、前記試料の自重による撓み量との和と、前記測定手段で測定された高さから得られた前記試料の表面形状との差が所定の範囲内であるか否かを判定する判定手段とを有することを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
3. 自重による撓みのない状態で測定された前記試料の表面形状を記憶する記憶手段と、
   前記試料の自重による撓み量を算出する算出手段とをさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載の荷電粒子ビーム描画装置。
4. 荷電粒子ビームを用いてステージ上に載置された試料の表面に所定のパターンを描画する荷電粒子ビーム描画方法において、
   自重による撓みのない状態で前記試料の表面形状を測定する工程と、
   前記試料の自重による撓み量を算出する工程と、
   前記ステージ上に載置された前記試料の表面の高さを測定する工程と、
   自重による撓みのない状態で測定された前記試料の表面形状に、前記試料の自重による撓み量を加えて得られた所定の座標における高さと、前記測定手段で測定された前記座標の高さとの差が所定の範囲内であるか否かを判定する工程とを有することを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
5. 荷電粒子ビームを用いてステージ上に載置された試料の表面に所定のパターンを描画する荷電粒子ビーム描画方法において、
   自重による撓みのない状態で前記試料の表面形状を測定する工程と、
   前記試料の自重による撓み量を算出する工程と、
   前記ステージ上に載置された前記試料の表面の高さを測定する工程と、
   自重による撓みのない状態で測定された前記試料の表面形状と、前記試料の自重による撓み量との和と、前記試料の表面の高さから求められた前記試料の表面形状との差が所定の範囲内であるか否かを判定する工程とを有することを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。