JP2011151111A - 荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画方法 - Google Patents

荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画方法 Download PDF

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Abstract

【目的】異なる基板を用いた場合でも、加速中、或いは減速中の描画位置の誤差を補正可能な描画装置を提供することを目的とする。
【構成】本発明の一態様の描画装置100は、電子ビームを放出する電子銃201と、基板重量を入力し、基板重量を用いてかかる基板重量の基板にパターンを描画した際の位置ずれを補正する補正係数を演算する補正係数演算部12と、補正係数を用いて電子ビームの第1の偏向量を補正する補正部24と、補正された第2の偏向量で荷電粒子ビームを偏向し、基板上に荷電粒子ビームを照射する偏向器208と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図1

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加減速するステージ上に配置された基板にパターンを描画する描画装置および方法に関する。
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7は、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(例えば、特許文献1参照)。
ここで、電子ビーム描画装置では、ステージ位置を測定しながら移動するステージ上の基板にパターンを描画する。その際、ステージに加速度がかかるとステージ位置の測定位置の歪み量と基板を載置する位置での歪み量に差が生じるため、正確なステージ位置を測定することが困難となる。そのため、加速中、或いは減速中にパターンを描画すると描画位置に誤差が生じてしまうといった問題があった。さらに、描画する基板の種類によってもかかる誤差量に違いが生じてしまうことがわかった。そのため、単に加速度に基づいて位置を補正しても描画位置の誤差を解消することは困難であるといった問題があった。
特開2009−010076号公報
上述したように、加速中、或いは減速中にパターンを描画すると描画位置に誤差が生じてしまうといった問題があった。さらに、描画する基板の種類によってもかかる誤差量に違いが生じてしまうといった問題があった。しかしながら、かかる問題を十分に解決する手法は従来確立されていなかった。
そこで、本発明は、かかる問題を克服し、異なる基板を用いた場合でも、加速中、或いは減速中の描画位置の誤差を補正可能な描画装置およびその方法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描画装置は、
荷電粒子ビームを放出する放出部と、
基板重量を入力し、基板重量を用いてかかる基板重量の基板にパターンを描画した際の位置ずれを補正する補正係数を演算する補正係数演算部と、
補正係数を用いて荷電粒子ビームの第1の偏向量を補正する補正部と、
補正された第2の偏向量で荷電粒子ビームを偏向し、基板上に荷電粒子ビームを照射する偏向器と、
を備えたことを特徴とする。
発明者は、基板の重量を用いることで加速中、或いは減速中の描画位置の誤差を補正することが可能であることを見出した。そして、基板重量を用いて位置ずれを補正する補正係数を演算し、補正前の第1の偏向量を補正する。かかる補正により基板の重量の変化に対応した加減速中の位置ずれを補正できる。
また、基板重量を測定する重量センサをさらに備え、
補正係数演算部は、測定された基板重量を入力すると好適である。
また、基板を載置し、移動可能なステージと、
ステージの位置を測定する測定部と、
測定されたステージの位置に基づいてステージを移動する際の加速度を演算する加速度演算部と、
をさらに備えると好適である。
また、第1の偏向量を演算する偏向量演算部をさらに備え、
補正部は、第1の偏向量に、加速度と補正係数とを用いた補正量を加算すると好適である。
本発明の一態様の荷電粒子ビーム描画方法は、
荷電粒子ビームを放出する工程と、
基板重量を入力し、基板重量を用いてかかる基板重量の基板にパターンを描画した際の位置ずれを補正する補正係数を演算する工程と、
補正係数を用いて荷電粒子ビームの第1の偏向量を補正する工程と、
偏向器を用いて、補正された第2の偏向量で荷電粒子ビームを偏向し、基板上に荷電粒子ビームを照射する工程と、
を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、異なる基板を用いた場合でも、加速中、或いは減速中の描画位置の誤差を補正できる。その結果、高精度な位置にパターンを描画できる。
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における基板の搬送経路を示す概念図である。 実施の形態1における加速中のステージの状態の一例を示す概念図である。 実施の形態1における描画方法の要部工程を示すフローチャート図である。 実施の形態1における補正有無による描画位置の誤差の様子を測定した測定結果の一例を示す図である。 重量センサを備えたロボットハンドの一例を示す概念図である。 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。
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、荷電粒子ビーム描画装置の一例である。描画装置100は、描画部150、制御部160、搬出入口(I/F)120、ロードロック(L/L)チャンバ130、ロボット(R)チャンバ140、アライメント(ALN)チャンバ146、及び真空ポンプ170を備えている。そして、描画装置100は、電子ビーム200を用いて、基板101に所望するパターンを描画する。描画対象となる基板101として、例えば、半導体装置を製造するための露光用のマスク基板やシリコンウェハ等が含まれる。
描画部150は、電子鏡筒102及び描画室103を有している。電子鏡筒102内には、電子銃201、及び偏向器208が配置されている。また、描画室103内には、移動可能に配置されたXYステージ105が配置されている。パターンを描画する際には、XYステージ105上に複数の支持ピン106(保持部の一例)が昇降可能に配置され、支持ピン106上に基板101が載置される。また、XYステージ105上には、レーザを用いて位置測定を行うためのミラー107が配置される。
また、制御部160は、磁気ディスク装置等の記憶装置109、制御計算機ユニット110、偏向制御回路112、デジタル・アナログ変換器(DAC)114、レーザ測長装置116、及び制御回路118を有している。磁気ディスク装置等の記憶装置109、制御計算機ユニット110、偏向制御回路112、デジタル・アナログ変換器(DAC)114、レーザ測長装置116、及び制御回路118は、図示しないバスにより互いに接続されている。
制御計算機ユニット110内には、描画処理部10、補正係数演算部12、及び記憶装置の一例となるメモリ14が配置される。描画処理部10、及び補正係数演算部12は、コンピュータを実行させるプログラム等のソフトウェアで構成されてもよい。或いは、電気機器若しくは電子機器等のハードウェアで構成されてもよい。或いは、ソフトウェアとハードウェアの組み合わせで構成されてもよい。或いは、ファームウェアとハードウェアの組み合わせで構成されてもよい。描画処理部10、及び補正係数演算部12に入力される情報及び演算される情報はその都度メモリ14に格納される。
偏向制御回路112内には、偏向量演算部20、加速度演算部22、及び補正部24が配置される。偏向量演算部20、加速度演算部22、及び補正部24は、コンピュータを実行させるプログラム等のソフトウェアで構成されてもよい。或いは、電気機器若しくは電子機器等のハードウェアで構成されてもよい。或いは、ソフトウェアとハードウェアの組み合わせで構成されてもよい。或いは、ファームウェアとハードウェアの組み合わせで構成されてもよい。
レーザ測長装置116は、レーザをミラー107に照射し、その反射光を受光して、XYステージ105の位置を測長し、偏向制御回路112にステージ位置を出力する。
また、搬出入口120内には、基板101を搬送する搬送ロボット122が配置されている。ロボットチャンバ140内には、かかる基板101を搬送する搬送ロボット142が配置されている。
真空ポンプ170は、バルブ172を介してロボットチャンバ140、及びアライメントチャンバ146内の気体を排気する。これにより、ロボットチャンバ140、及びアライメントチャンバ146内は真空雰囲気に維持される。また、真空ポンプ170は、バルブ174を介して電子鏡筒102内及び描画室103内の気体を排気する。これにより、電子鏡筒102内及び描画室103内は真空雰囲気に維持される。また、真空ポンプ170は、バルブ176を介してロードロックチャンバ130内の気体を排気する。これにより、ロードロックチャンバ130内は必要に応じて真空雰囲気に制御される。また、搬出入口120とロードロックチャンバ130とロボットチャンバ140と描画室103とのそれぞれの境界には、ゲートバルブ132,134,136が配置される。
制御回路118は、描画処理部10によって制御され、制御回路118は、描画部150、搬出入口120、L/Lチャンバ130、ロボットチャンバ140、アライメントチャンバ146内の各機器を制御および駆動させる。
ここで、図1では、実施の形態1を説明する上で必要な構成部分について記載している。描画装置100にとって、通常、必要なその他の構成が含まれても構わない。また、搬送ロボット122,142は、例えば、多軸型のロボットが用いられる。また、搬送ロボット122,142は、エレベータ機構や回転機構など機械的な機構であれば構わない。また、例えば、搬送ロボット142には、基板101を載置するロボットハンド143が駆動アームに取り付けられている。L/Lチャンバ130の支持台には基板101を載置する複数のピン133が配置される。
図2は、実施の形態1における基板の搬送経路を示す概念図である。搬出入口120に基板101を配置する。搬出入口120に配置された基板101は、ゲートバルブ132を開けた後、搬送ロボット122によりL/Lチャンバ130内の支持部材上の支持ピン133上に搬送される。そして、ゲートバルブ132を閉めた後、L/Lチャンバ130内は真空ポンプ170で真空雰囲気にされる。次に、L/Lチャンバ130内の支持部材上に配置された基板101は、ゲートバルブ134を開けた後、搬送ロボット142によりロボットチャンバ140を介してアライメントチャンバ146内のステージに搬送される。そして、基板101は、アライメントされる。次に、アライメントチャンバ146内のステージ上に配置された基板101は、ゲートバルブ136を開けた後、搬送ロボット142によりロボットチャンバ140を介して描画室103内に搬入される。このようにして、基板101は描画室103に搬入される。そして、描画室103内で基板101にパターンが描画される。描画終了後、基板101は、ゲートバルブ134,136を開けた後、搬送ロボット142によりロボットチャンバ140を介してL/Lチャンバ130内の支持部材上に搬送される。ゲートバルブ134を閉めた後、L/Lチャンバ130内は大気圧の雰囲気に戻される。そして、基板101は、ゲートバルブ132を開けた後、搬送ロボット122により搬出入口120に配置される。
基板101が描画室103に搬入され、支持ピン106上に載置された後、以下のように描画部150は動作する。描画部150は、描画室103内で支持ピン106に載置された基板101に、電子ビーム200を用いてパターンを描画する。具体的には、以下の動作を行なう。放出部の一例となる電子銃201から放出された電子ビーム200は、偏向器208により偏向され、例えば可変速移動するXYステージ105上の基板101の所望する位置に照射される。図示していないが、例えば、可変成形型の電子ビーム描画装置では、以下のように動作する。照射部の一例となる電子銃201から放出された電子ビーム200は、照明レンズにより矩形例えば長方形の穴を持つ第1のアパーチャ全体を照明する。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、投影レンズにより第2のアパーチャ上に投影される。かかる第2のアパーチャ上での第1のアパーチャ像の位置は、偏向器によって偏向制御され、ビーム形状と寸法を変化させることができる。その結果、電子ビーム200は成形される。このように、電子ビーム200は可変成形される。そして、第2のアパーチャを通過した第2のアパーチャ像の電子ビーム200は、対物レンズにより焦点を合わせ、偏向器208により偏向される。その結果、例えば連続移動するXYステージ105上の基板101の所望する位置に所望の形状及び寸法のビームが照射される。
図3は、実施の形態1における加速中のステージの状態の一例を示す概念図である。加速中あるいは減速中のXYステージ105は図3に示すように歪みが生じる。その際、ステージ位置を測定するためのミラー107の歪み量x1と基板101を載置する支持ピン106の歪み量x2は一致しない。そのため、ミラー107で測長されたステージ位置をそのまま用いて描画しても描画位置に誤差が生じてしまう。また、加速中の歪み量x2は支持ピン106の弾性力とダンパ効果によってその値が異なる。弾性力とダンパ効果は基板101の重量によって変化する。そのため、種類の異なる基板を用いるとその重量が異なるため歪み量x2が異なってくる。そこで、実施の形態1では、かかる基板101の重量を用いて加速中あるいは減速中の電子ビーム200の偏向量を補正する。
図4は、実施の形態1における描画方法の要部工程を示すフローチャート図である。図4において、実施の形態1における描画方法は、重量測定工程(S102)と、重量入力工程(S104)と、補正係数演算工程(S106)と、偏向量演算工程(S110)と、加速度演算工程(S120)と、補正工程(S130)と、描画工程(S140)という一連の工程を実施する。
重量測定工程(S102)として、予め、描画対象となる基板101の重量を測定しておく。そして、例えば、基板保管用の保管ケース等に重量情報をバーコード等で記録しておく。そして、重量が測定済みの基板101を描画装置100に配置して、描画室103まで搬送する。
重量入力工程(S104)として、制御計算機ユニット110は、基板重量wを入力する。基板重量wは、描画処理の際に、上述した例ではバーコードから読み出せばよい。
補正係数演算工程(S106)として、補正係数演算部12は、基板重量wを入力し、基板重量wを用いて基板重量の基板101にパターンを描画した際の位置ずれを補正する補正係数Coeff(w)を演算する。加速度に依存した位置補正係数となる補正係数Coeff(w)は、以下の式(1)で求めることができる。
(1) Coeff(w)=A・w+B
式(1)においてA,Bは係数である。なお、係数A,Bは、実施の形態1における補正をしない場合の描画位置の誤差データを用いて見積もればよい。
一方で、偏向量演算工程(S110)として、まず、描画処理部10は、記憶装置109から描画データを読み出し、複数段のデータ変換処理を行って装置固有のショットデータで生成する。そして、ショットデータは偏向制御回路112に出力され、偏向量演算部20は、ショットデータを用いて偏向器208を偏向させる偏向量L(第1の偏向量)を演算する。
また、加速度演算工程(S120)として、加速度演算部22は、レーザ測長装置116からステージ位置情報を入力し、測定されたステージの位置情報に基づいてXYステージ105を移動する際のXYステージ105の加速度を演算する。加速度Acc(t)は、以下の式(2)で求めることができる。
(2) Acc(t)={v(t)−v(t−Δt)}/Δt
={x(t)−2x(t−Δt)+x(t−2Δt)}/Δt
v(t)は時刻tにおける速度、x(t)時刻tにおけるステージ位置を示す。
そして、補正工程(S130)として、補正部24は、補正係数Coeff(w)を用いて電子ビームの偏向量L(第1の偏向量)を補正する。補正部24は、偏向量演算部20で演算された偏向量L(第1の偏向量)に、求めた加速度Acc(t)と補正係数Coeff(w)とを用いた補正量Pを加算する。例えば、補正後の偏向量L’(第2の偏向量)は、以下の式(3)で求めることができる。
(3) L’=L+P=L+Acc(t)・Coeff(w)
描画工程(S140)として、偏向器208は、補正された偏向量L’(第2の偏向量)で電子ビーム200を偏向し、基板101上に電子ビーム200を照射する。偏向制御回路112から出力された偏向量L’の制御信号はDAC114でデジタル信号からアナログ信号に変換の上、増幅されて偏向電圧として偏向器208に印加される。そして、かかる偏向量L’の偏向電圧で電子ビーム200は偏向され、基板101上の補正された位置にビームが照射されることでパターンが描画される。
図5は、実施の形態1における補正有無による描画位置の誤差の様子を測定した測定結果の一例を示す図である。図5において、記号「×」は補正なしでの誤差量、記号「○」は実施の形態1における加速度依存の位置補正をおこなった場合の誤差量を示す。縦軸は誤差量を示す。横軸は基板の位置を示す。また、加速度が生じた位置がわかるように加速度も同時に示している。図5に示すように、加速度0、すなわち等速移動ではミラー107と支持ピン106に歪みが生じていないので描画位置に誤差は実質的に生じていない。これに対して、実施の形態1における加速度依存の位置補正を行なわない場合、加速度が生じているときには、大きく誤差が発生する。一方、実施の形態1における加速度依存の位置補正を行なった場合、加速度が生じていても誤差は実質的に生じていない。
以上のように、予め測定された基板重量を入力して基板重量を用いた加速度依存の位置補正を行なうことで加速中、或いは減速中の描画位置の誤差を補正できる。よって、加速中、或いは減速中でもパターンを描画できる。さらに、実施の形態1では、基板重量に応じて補正量が異なるため、異なる種類の基板を用いた場合でも、加速中、或いは減速中の描画位置の誤差を補正できる。その結果、高精度な位置にパターンを描画できる。
ここで、上述した例では、予め基板重量を測定した後に、基板101を描画装置100にセットしているが、描画装置100内で基板101の重量を測定してもよい。例えば、搬送ロボット142のロボットハンド143に重量センサを取り付ける。
図6は、重量センサを備えたロボットハンドの一例を示す概念図である。例えば、搬送ロボット142のロボットハンド143に重量センサ144を設置することで、搬送する際に基板101の重量を測定できる。そして、補正係数演算部12は、測定された重量を入力して、補正係数Coeff(w)を演算すればよい。
或いは、基板101の搬送途中のいずれかのチャンバ内で基板101の重量を測定してもよい。例えば、図1に示すように、L/Lチャンバ130の支持ピン133の下に重量センサ131を設置しても好適である。これにより、L/Lチャンバ130の支持ピン133に基板101を搬送した際に基板101の重量を測定できる。そして、補正係数演算部12は、測定された重量を入力して、補正係数Coeff(w)を演算すればよい。また、L/Lチャンバ130内に限らず、描画室103、搬出入口120、或いはアライメントチャンバ146内で同様に測定しても好適である。
以上のように、装置内で測定された基板重量をフィードバックして基板重量を用いた加速度依存の位置補正を行なうことで加速中、或いは減速中の描画位置の誤差を補正しても好適である。
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、重量測定工程(S102)から補正係数演算工程(S106)までの工程と、偏向量演算工程(S110)と、加速度演算工程(S120)とは、並列で行ってもシリーズで実施しても構わない。なお、並列で実施することで描画しながらリアルタイムで処理し易いのでより好適である。
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。
10 描画処理部
12 補正係数演算部
14 メモリ
20 偏向量演算部
22 加速度演算部
24 補正部
100 描画装置
101 基板
102 電子鏡筒
103 描画室
105 XYステージ
106,133 支持ピン
107 ミラー
109 記憶装置
110 制御計算機ユニット
112 偏向制御回路
114 DAC
116 レーザ測長装置
118 制御回路
120 搬出入口
122,142 搬送ロボット
130 ロードロックチャンバ
131,144 重量センサ
132,134,136 ゲートバルブ
140 ロボットチャンバ
143 ロボットハンド
146 アライメントチャンバ
150 描画部
160 制御部
170 真空ポンプ
172,174,176 バルブ
200 電子ビーム
201 電子銃
208 偏向器
330 電子線
340 試料
410 第1のアパーチャ
411 開口
420 第2のアパーチャ
421 可変成形開口
430 荷電粒子ソース

Claims (5)

  1. 荷電粒子ビームを放出する放出部と、
    基板重量を入力し、前記基板重量を用いて前記基板重量の基板にパターンを描画した際の位置ずれを補正する補正係数を演算する補正係数演算部と、
    前記補正係数を用いて前記荷電粒子ビームの第1の偏向量を補正する補正部と、
    補正された第2の偏向量で前記荷電粒子ビームを偏向し、前記基板上に前記荷電粒子ビームを照射する偏向器と、
    を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
  2. 前記基板重量を測定する重量センサをさらに備え、
    前記補正係数演算部は、測定された前記基板重量を入力する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。
  3. 前記基板を載置し、移動可能なステージと、
    前記ステージの位置を測定する測定部と、
    測定された前記ステージの位置に基づいて前記ステージを移動する際の加速度を演算する加速度演算部と、
    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描画装置。
  4. 前記第1の偏向量を演算する偏向量演算部をさらに備え、
    前記補正部は、前記第1の偏向量に、前記加速度と前記補正係数とを用いた補正量を加算することを特徴とする請求項3記載の荷電粒子ビーム描画装置。
  5. 荷電粒子ビームを放出する工程と、
    基板重量を入力し、前記基板重量を用いて前記基板重量の基板にパターンを描画した際の位置ずれを補正する補正係数を演算する工程と、
    前記補正係数を用いて前記荷電粒子ビームの第1の偏向量を補正する工程と、
    偏向器を用いて、補正された第2の偏向量で前記荷電粒子ビームを偏向し、前記基板上に前記荷電粒子ビームを照射する工程と、
    を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
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