JP2010135248A - 荷電粒子ビームの評価基板 - Google Patents

Abstract

【目的】描画装置内に生じる各位置での電界による位置ずれを評価する評価基板を提供することを目的とする。
【構成】本発明の一態様の荷電粒子ビームの評価基板１０は、基板本体１２と、基板本体１２上に形成された導電性膜２８と、基板本体１２面の領域内に規則的に配置された複数の帯電部２２と、導電性膜２８上であって各帯電部２２の周囲に配置された複数のマーク２４と、を備えたことを特徴とする。本発明によれば、描画装置内に生じる各位置での電界による位置ずれを評価することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、荷電粒子ビームの評価基板に係り、例えば、電子ビームを可変成形させながら試料にパターンを描画する描画装置における電子ビームの評価基板に関する。

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６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）描画装置は、以下のように動作する。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。

ここで、電子ビーム描画装置で、導電層とその上層のレジスト層が形成された基板上にパターンを描画する際、電子ビームの照射により基板上のレジスト層が帯電し、その周辺に電界が生じる。そこで、描画装置では、パターンを描画する際には、マスク基板上のレジスト膜の下層に形成された導電膜にアースを接続して帯電した電子を放電させることにより、かかる帯電を抑制することも行われている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、導電膜にアースを接続して、地絡させてもレジストに生じた電界を十分に無くすことができていないのが現状である。そのため、その後に照射される電子はかかる電界に起因する帯電効果により予定の軌道からずれてしまい、そのままでは所望する位置に電子ビームを照射することが困難となる。よって、かかる電界効果による位置ずれを補正することが必要となる。

しかしながら、かかる電界は装置の境界条件によって変化してしまう。描画装置内の基板を配置するステージ周辺には種々の材質を用いた様々な構造物が配置されているのが一般的である。これらの構造物によって変化する境界条件によって基板上での電界は変化してしまう。そのため、基板上の各位置を一様に補正したのでは位置ずれを解消することが困難となる。よって、位置に依存した補正が必要となる。しかし、上述した境界条件は描画装置の構成によって異なるため、使用する描画装置についての境界条件を十分に把握することは困難であった。このように、従来は、描画装置内に生じる電界の実情がわからないために高精度な補正ができず、十分に位置ずれを解消することが困難であった。
特開平０９−２０５０５０号公報

上述したように、レジスト層に生じる帯電に起因する電界は装置の境界条件によって変化してしまう。しかし、従来は、描画装置内に生じる電界の実情がわからないために高精度な補正ができず、十分に位置ずれを解消することが困難であった。

そこで、本発明は、上述した問題点を克服し、描画装置内に生じる各位置での電界による位置ずれを評価する評価基板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の評価基板は、
基板本体と、
基板本体上に形成された導電性膜と、
基板本体面の領域内に規則的に配置された複数の帯電部と、
導電性膜上であって各帯電部の周囲に配置された複数のマークと、
を備えたことを特徴とする。

規則的に配置された複数の帯電部を備えたことで、ビームを照射して、その周辺のマークの位置をスキャンすることで帯電により生じた電界に起因する位置ずれを各位置で測定することができる。

また、複数の帯電部は、金属で形成されると好適である。

そして、複数の帯電部の少なくとも１つに接続される電池をさらに備えると好適である。

また、複数のマークが配置されるピッチは、中心に位置する帯電部のサイズの１／５以下であると好適である。

また、導電性膜の表面と複数の帯電部の表面が同一面に位置すると好適である。

本発明によれば、描画装置内に生じる各位置での電界による位置ずれを評価することができる。その結果、装置の構成に応じた適切な位置ずれ補正を行うことができる。

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における電子ビームの評価基板の構成を示す概念図である。図１において、評価基板１０は、基板本体１２と複数の評価ユニット２０を備えている。基板本体１２としては、例えば、ガラス基板、低熱膨張基板、或いはシリコン基板等を用いることができる。各評価ユニット２０は、中心部に帯電部２２が配置され、帯電部２２の周囲を取り囲むように十字型に形成された複数のマーク２４が配置される。評価ユニット２０は、基板本体１２面の領域内に規則的に配列されている。すなわち、帯電部２２は基板本体１２面の領域内に規則的に配列されている。例えば、評価ユニット２０は５ｍｍ角の領域に形成され、１０ｍｍピッチで基板本体１２面に配列されると好適である。帯電部２２を帯電させることで、帯電部２２の周囲に電界を生じさせることができる。その結果、マーク２４を電子ビームでスキャンする際に、電界により電子ビームの軌道をずらすことができる。よって、電子ビームでスキャンすることによりマーク２４の位置を測定し、位置ずれ量を計測すれば、帯電による位置ずれ量を測定することができる。

また、各マーク２４を配列する際のピッチＰは帯電部２２のサイズに比べて十分小さくすると好適である。具体的には各マーク２４のピッチＰを帯電部２２のサイズの１／５以下にするとより好適である。よって、例えば、四角形に形成された帯電部２２の各辺の付近には少なくとも５つ以上のマーク２４が配置されることになる。また、基板本体１２は、実情に合わせるためにも実際にパターンを描画する際に用いられる基板と同様のものが好適である。実情に合わせることで、電界の状態をより実情に近づけることができる。

図２は、図１の評価基板の断面の一部を示す図である。図２において、基板本体１２上には導電性膜２８が形成されている。導電性膜２８の材料としては、例えば、金属が好適である。具体的には、実際にパターンが描画される際の導電膜の材料となるクロム（Ｃｒ）等が好適である。非金属であっても不純物がドープされて導電性をもったシリコン（Ｓｉ）等も好適である。そして、評価ユニット２０の中心部にあたる位置では、基板本体１２に開口部が形成され、開口部に帯電部２２が配置される。その際、帯電部２２は導通によるショートを防止するため、導電性膜２８と非接触となるように隙間ｇを設けて配置される。帯電部２２の材料は、導電性膜２８と同じ材料が望ましい。すなわち、帯電部２２の材料としては、例えば、金属が好適である。具体的には、実際にパターンが描画される際の導電膜の材料となるクロム（Ｃｒ）等が好適である。導電性膜２８と同じ材料にすることで実際にパターンを描画する際に用いられる導電膜の材料と同じとなり実情に合わせることができる。実情に合わせることで、電界の状態をより実現象に近づけることができる。

帯電部２２の下部には電池２６が配置される。電池２６は、すべての帯電部２２の下部に配置されてもよいが、これに限るものではなく、少なくとも１つの帯電部２２の下部に配置されていればよい。電池２６は、一方の極が帯電部２２に他方の極が導電性膜２８に接続される。かかる構成により、帯電部２２と導電性膜２８との間を正確に所望する電位差にすることができる。そして、導電性膜２８はさらにアース３０に接続され、地絡されている。実際の製品用の基板にパターンを描画する際にも、上述したように導電層はアースに接続されているので実情に合わせることができる。実情に合わせることで、電界の状態をより実現象に近づけることができる。電池２６は、例えば、ボタン電池を用いると好適である。導電性膜２８上には十字型のマーク２４が配置される。マーク２４の材料は、導電性膜２８と反射率の異なる金属を用いると好適である。例えば、タンタル（Ｔａ）やタングステン（Ｗ）等が好適である。反射率の異なる金属を用いることで、電子ビームでマーク２４をスキャンした際に、得られる測定データのコントラストを大きくすることができる。また、反射率の異なる金属を用いることで、マーク２４の高さを薄くすることができる。

図３は、図２における帯電部と導電性膜の一部を示す断面図である。図３に示すように、帯電部２２の表面と導電性膜２８の表面の高さ位置が同じ、言い換えると、導電性膜２８の表面と複数の帯電部２２の表面が同一面に位置するように配置されると好適である。高さを合わせることで、製品の基板を描画する際に帯電する導電膜と同じ位置に帯電部２２を配置することができる。よって、実情に合わせることができる。実情に合わせることで、電界の状態をより実現象に近づけることができる。

以上のように形成された評価基板１０を用いて、製品用の基板にパターンを描画する前に、描画装置内のレジスト層に生じる電界を再現し、電子ビームの軌道のずれを評価する。

図４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４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。描画部１５０は、電子鏡筒１０２と描画室１０３を有している。電子鏡筒１０２内には、電子銃２０１（照射部）、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２０８、及び主偏向器２１６が配置されている。また、描画室１０３内には、検出器２１８（測定部）とＸＹステージ１０５とを有している。検出器２１８は、描画室１０３ではなく、電子鏡筒１０２内に配置されても構わない。制御部１６０は、制御コンピュータ（ＣＰＵ）３１０、インターフェース回路３２０、メモリ３１２、増幅器３２６、及びＡ／Ｄ変換器３２８を備えている。図４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。

電子銃２０１から放出された電子ビーム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、副偏向器２０８及び主偏向器２１６により偏向され、移動可能に配置されたＸＹステージ１０５上の評価基板１０上のマーク２４上を走査するように照射される。そして、評価基板１０からの反射電子は検出器２１８によって検出される。検出器２１８で検出された信号は、増幅器３２６で増幅され、Ａ／Ｄ変換器３２８でデジタル情報に変換され、制御コンピュータ３１０に送られる。副偏向器２０８及び主偏向器２１６は、インターフェース回路３２０を介して制御コンピュータ３１０によって制御される。制御コンピュータ３１０により演算された結果等の出入力データは、メモリ３１２に格納される。

かかる描画装置１００を用いて、帯電により生じた電界に起因する位置ずれ量を測定する。

図５は、実施の形態１における電子ビームの評価方法の要部工程を示すフローチャート図である。

ステップ（Ｓ）１０２において、帯電部２２に電圧を印加しない状態で、各評価ユニット２０におけるマーク２４の位置を測定する。具体的には、まず、評価基板１０の測定対象となる評価ユニット２０における帯電部２２が電子ビーム２００の光軸上に位置するようにＸＹステージ１０５を移動させる。そして、帯電部２２に電圧を印加しない状態で、その周囲のマーク２４上を電子ビーム２００で走査して、各マーク２４の位置を測定する。例えば、電池２６を配置しない状態で各マーク２４の位置を測定する。スキャンの仕方は、副偏向器２０８及び主偏向器２１６が電子ビーム２００を偏向することで、電子ビーム２００を走査すればよい。マーク２４は、十字型をしているので、ｘ方向とｙ方向に電子ビーム２００を走査して、その測定結果からマーク２４の中心位置を演算すればよい。１つの評価ユニット２０での測定が終了したら、次の評価ユニット２０について同様にマーク２４の位置を測定する。このようにして、すべての評価ユニット２０についてマーク２４の位置を測定する。

Ｓ１０４において、帯電部２２に電圧を印加した状態で、各評価ユニット２０におけるマーク２４の位置を測定する。具体的には、測定対象となる評価ユニット２０における帯電部２２に電圧を印加する。例えば、測定対象となる評価ユニット２０における帯電部２２の下方について電池２６を配置することで、測定対象の帯電部２２に電圧を印加する。電池２６を用いることで、評価基板１０から延びる配線等を無くすことができ、実情に近づけることができる。電圧は、実情に合わせて０〜１０Ｖの間で設定すると好適である。そして、まず、評価基板１０の測定対象となる評価ユニット２０における帯電部２２が電子ビーム２００の光軸上に位置するようにＸＹステージ１０５を移動させる。そして、帯電部２２に電圧を印加した状態で、その周囲のマーク２４上を電子ビーム２００で走査して、各マーク２４の位置を測定する。スキャンの仕方は、副偏向器２０８及び主偏向器２１６が電子ビーム２００を偏向することで、電子ビーム２００を走査すればよい。マーク２４は、十字型をしているので、ｘ方向とｙ方向に電子ビーム２００を走査して、その測定結果からマーク２４の中心位置を演算すればよい。１つの評価ユニット２０での測定が終了したら、次の評価ユニット２０の位置に電池２６を入れ直して、かかる評価ユニット２０について同様にマーク２４の位置を測定する。このようにして、すべての評価ユニット２０についてマーク２４の位置を測定する。電池２６はすべての帯電部２２に配置してもよいが、上述したように、測定対象にする際にだけ配置しても好適である。

Ｓ１０６において、帯電による位置ずれ量を演算する。具体的には、帯電部２２に電圧を印加しないことで帯電させない状態で測定したマーク２４位置と帯電部２２に電圧を印加して帯電させた状態で測定したマーク２４位置との差を演算する。この差が帯電により生じた電界に起因した位置ずれ量となる。

以上の測定と演算を複数の電圧における場合について求める。すなわち、電池の電圧を可変にして測定するとよい。具体的には、０〜１０Ｖの間で電圧の異なる複数の電池２６を用いて各電圧での位置ずれ量を求めればよい。製品用の基板を描画する際には、電子ビーム２００の照射量によって帯電量が異なるため、複数の帯電状態が得られるように帯電部２２に印加する電圧を可変にして複数の条件で求めておくとよい。

Ｓ１０８において、位置ずれ量を演算で求める場合の応答関数Ｒ（ｘ）を演算する。位置ずれ量Δｘは、以下の式（１）で求めることができる。
（１） Δｘ＝∫Ｒ（ｘ’）・Ｖ（ｘ−ｘ’）ｄｘ’

ここで、式（１）において、ｘは、測定位置の座標（ｘ，ｙ）を示すベクトルとする。また、Ｖ（ｘ）は印加電圧とする。かかる式（１）に印加電圧Ｖ（ｘ）と位置ずれ量Δｘを代入して応答関数Ｒ（ｘ）を求めることで、評価基板１０の各位置における応答関数Ｒ（ｘ）を得ることができる。

製品用の基板を描画する際には、電子ビーム２００の照射量から得られる帯電量に相当する印加電圧Ｖ（ｘ）とかかる場所での応答関数Ｒ（ｘ）を用いれば、式（１）から位置に依存した位置ずれ量Δｘが得られる。得られた位置ずれ量Δｘ分だけ電子ビーム２００の偏向位置を補正すれば高精度な位置に電子ビームを照射することができる。

以上のように、実施の形態１における評価基板を用いて、予め、帯電により生じた電界に起因する位置ずれ量を各位置で求めておくことで、描画装置の構成が異なる場合でも、描画装置内に生じる電界の実情を把握することができる。よって、描画装置が異なっても、かかる描画装置１００に合わせた高精度な補正を行なうことができる。

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、上述した実施の形態では、帯電部に電圧を印加することで帯電させていたが、磁場を印加して磁界による位置ずれを評価するように構成しても好適である。

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の評価基板及びかかる評価基板を用いた評価方法は、本発明の範囲に包含される。

実施の形態１における電子ビームの評価基板の構成を示す概念図である。 図１の評価基板の断面の一部を示す図である。 図２における帯電部と導電性膜の一部を示す断面図である。 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における電子ビームの評価方法の要部工程を示すフローチャート図である。 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 評価基板
１２ 基板本体
２０ 評価ユニット
２２ 帯電部
２４ マーク
２６ 電池
２８ 導電性膜
３０ アース
１００ 描画装置
１０２ 電子鏡筒
１０３ 描画室
１０５ ＸＹステージ
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
２０８ 副偏向器
２１６ 主偏向器
２１８ 検出器
３１０ 制御コンピュータ
３１２ メモリ
３２０ インターフェース回路
３２６ 増幅器
３２８ Ａ／Ｄ変換器
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

Claims (5)

1. 基板本体と、
   前記基板本体上に形成された導電性膜と、
   前記基板本体面の領域内に規則的に配置された複数の帯電部と、
   前記導電性膜上であって各帯電部の周囲に配置された複数のマークと、
   を備えたことを特徴とする荷電粒子ビームの評価基板。
2. 前記複数の帯電部は、金属で形成されることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビームの評価基板。
3. 前記複数の帯電部の少なくとも１つに接続される電池をさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の荷電粒子ビームの評価基板。
4. 前記複数のマークが配置されるピッチは、中心に位置する帯電部のサイズの１／５以下であることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の荷電粒子ビームの評価基板。
5. 前記導電性膜の表面と前記複数の帯電部の表面が同一面に位置することを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の荷電粒子ビームの評価基板。

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