JP2011228501A - Charged particle beam drawing method and charged particle beam drawing system - Google Patents

Charged particle beam drawing method and charged particle beam drawing system Download PDF

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裕介 立道
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a charged particle beam drawing method and a charged particle beam drawing system for drawing by operating a charged particle gun at an optimum condition.SOLUTION: An electron beam drawing system includes a high-voltage power supply 43 for applying a high voltage to a cathode, a measurement part 41 for measuring a change with time of a bias voltage while making filament power constant, and an arithmetic part 42 for obtaining change amount of the bias voltage measured in the measurement part 41. When the change amount becomes a predetermined value or less, the system measures a change of the bias voltage for the filament power when making a filament current constant in the measurement part 41, obtains a bias saturation point that the bias voltage saturates for the filament power in the arithmetic part 42, and controls the high-voltage power supply 43 based on this bias saturation point.

Description

本発明は、荷電粒子ビーム描画方法および荷電粒子ビーム描画装置に関する。   The present invention relates to a charged particle beam drawing method and a charged particle beam drawing apparatus.

近年、大規模集積回路(LSI)の高集積化および大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路線幅は益々狭くなっている。半導体素子は、回路パターンが形成された原画パターン(マスクまたはレチクルを指す。以下では、マスクと総称する。)を用い、いわゆるステッパと呼ばれる縮小投影露光装置でウェハ上にパターンを露光転写して回路形成することにより製造される。こうした微細な回路パターンをウェハに転写するためのマスクの製造には、電子ビーム描画装置などの荷電粒子ビーム描画装置が用いられる。   In recent years, the circuit line width required for a semiconductor element has become increasingly narrower as the large scale integrated circuit (LSI) is highly integrated and has a large capacity. The semiconductor element uses an original pattern pattern (a mask or a reticle, which will be collectively referred to as a mask hereinafter) on which a circuit pattern is formed, and the circuit is exposed and transferred onto a wafer by a reduction projection exposure apparatus called a stepper. Manufactured by forming. In manufacturing a mask for transferring such a fine circuit pattern onto a wafer, a charged particle beam drawing apparatus such as an electron beam drawing apparatus is used.

電子ビーム描画装置は、利用する電子ビームが荷電粒子ビームであるため本質的に優れた解像度を有し、また、焦点深度を大きく確保することができるので、高い段差上でも寸法変動を抑制できるという利点を有する。特許文献1には、電子ビーム描画装置を用いた半導体集積回路装置の製造方法が開示されている。   The electron beam lithography system has an essentially excellent resolution because the electron beam used is a charged particle beam, and can secure a large depth of focus, so that it is possible to suppress dimensional fluctuations even on high steps. Have advantages. Patent Document 1 discloses a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device using an electron beam drawing apparatus.

従来の電子ビーム描画装置では、電子ビームを照射する電子銃と、第1成形アパーチャと、第2成形アパーチャと、成形偏向器とを有し、さらに電子ビームを集束するためのいくつかの電子レンズを有する。電子銃から照射された電子ビームは、第1成形アパーチャに結像された後、第2成形アパーチャに結像される。そして、成形偏向器により偏向されて、第1成形アパーチャ像と第2成形アパーチャとが光学的に重ね合わされることにより、電子ビームの寸法と形状が可変成形される。成形された電子ビームは、描画対象であるマスク上にショットされ、ショット図形が高精度に繋がれることによってパターンが描画される。   In a conventional electron beam drawing apparatus, an electron gun that irradiates an electron beam, a first shaping aperture, a second shaping aperture, and a shaping deflector, and several electron lenses for focusing the electron beam Have The electron beam emitted from the electron gun is imaged on the first shaping aperture and then on the second shaping aperture. Then, the size and shape of the electron beam are variably shaped by being deflected by the shaping deflector and optically superposing the first shaping aperture image and the second shaping aperture. The shaped electron beam is shot on a mask to be drawn, and a pattern is drawn by connecting shot figures with high accuracy.

電子銃としては、カソードフィラメントを用いた熱電子放射型の電子銃が用いられる。この電子銃では、フィラメント電力によりカソードを加熱することで電子が放出される。放出された電子は加速電圧により加速され、またバイアス電圧により制御されて、所定のエミッション電流となりマスク上に照射される(例えば、特許文献2参照。)。   As the electron gun, a thermionic emission type electron gun using a cathode filament is used. In this electron gun, electrons are emitted by heating the cathode with filament power. The emitted electrons are accelerated by an acceleration voltage and controlled by a bias voltage to become a predetermined emission current and irradiate the mask (for example, refer to Patent Document 2).

上記のような電子銃の動作条件は、通常、エミッション電流を所定の値に設定したときのフィラメント電力とバイアス電圧の関係から決定される。具体的には、エミッション電流を所定の値にしてフィラメント電力とバイアス電圧との関係(バイアス飽和特性)を測定する。次いで、(後述する)温度制限領域と空間電荷制限領域の境界、すなわち、フィラメント電力の変化に対してバイアス電圧が飽和する点(バイアス飽和点)におけるフィラメント電力を求める。得られたフィラメント電力に所定のマージンを持たせて最適動作点とする。   The operating conditions of the electron gun as described above are usually determined from the relationship between the filament power and the bias voltage when the emission current is set to a predetermined value. Specifically, the emission current is set to a predetermined value, and the relationship between the filament power and the bias voltage (bias saturation characteristic) is measured. Next, the filament power at the boundary between the temperature limiting region and the space charge limiting region (to be described later), that is, the point at which the bias voltage is saturated with respect to the change in the filament power (bias saturation point) is obtained. A predetermined margin is given to the obtained filament power to obtain an optimum operating point.

図10は、バイアス飽和特性の一例である。この例では、エミッション電流を100μAとして、フィラメント電流を変化させたときのバイアス電圧の変化を測定している。図10において、領域Aは温度制限領域である。この領域内では、カソード先端の電界が十分に高く、カソードから放出された電子は全てカソード外に出て行く。また、この条件下で放出される電子の量はカソードの温度で決まる。一方、領域Bは、空間電荷制限領域である。この領域では、カソード先端の電界が低く、カソードから放出された電子はカソード前方の空間に滞留して空間電荷を形成する。空間電荷は放出される電子の量の変化を抑制するので、カソードの温度が多少変化しても電子の量は安定する。   FIG. 10 is an example of bias saturation characteristics. In this example, the emission current is set to 100 μA, and the change of the bias voltage when the filament current is changed is measured. In FIG. 10, region A is a temperature limited region. In this region, the electric field at the tip of the cathode is sufficiently high, and all the electrons emitted from the cathode go out of the cathode. Also, the amount of electrons emitted under these conditions is determined by the temperature of the cathode. On the other hand, the region B is a space charge limited region. In this region, the electric field at the cathode tip is low, and electrons emitted from the cathode stay in the space in front of the cathode to form space charges. Since the space charge suppresses the change in the amount of electrons emitted, the amount of electrons is stabilized even if the temperature of the cathode changes somewhat.

特開平11−312634号公報JP-A-11-312634 特開平5−166481号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-166481

フィラメント電力とカソード温度は相関する。カソード温度が高いとカソードの蒸発を早めてカソード寿命を縮める結果となるので、カソード温度ができるだけ低くなるようなフィラメント電力にする必要がある。上記したバイアス飽和特性から求められるフィラメント電力の最適動作点はこの点を考慮して決定される。すなわち、空間電荷制限領域内であって、カソード温度が低くなるところで電子銃が動作されるように、最適動作点が設定される。しかしながら、バイアス飽和特性は、電子銃の構造に起因する熱容量の違いや測定条件の違いなどによって時間とともに変化する。ここで、測定条件とは、フィラメントを加熱してから測定するまでの時間や、高圧電源を入れてから測定するまでの時間などである。   Filament power and cathode temperature are correlated. When the cathode temperature is high, the cathode evaporation is accelerated and the cathode life is shortened. Therefore, it is necessary to set the filament power so that the cathode temperature is as low as possible. The optimum operating point of the filament power obtained from the bias saturation characteristic described above is determined in consideration of this point. That is, the optimum operating point is set so that the electron gun is operated within the space charge limited region and at a lower cathode temperature. However, the bias saturation characteristics change with time due to differences in heat capacity and measurement conditions due to the structure of the electron gun. Here, the measurement conditions include a time from heating the filament to measurement, a time from turning on the high voltage power source to measurement, and the like.

バイアス飽和特性の変化は、最適動作点の変化を意味する。従来法では、時間的要素を考慮せずにバイアス飽和特性を求めていたので、本来は最適でないフィラメント電力で電子銃が動作されるという問題があった。   A change in the bias saturation characteristic means a change in the optimum operating point. In the conventional method, since the bias saturation characteristic is obtained without considering the time factor, there is a problem that the electron gun is operated with a filament power which is not originally optimum.

そこで、本発明は、荷電粒子銃を最適な条件で動作させて描画する荷電粒子ビーム描画方法を提供することを目的とする。また、本発明は、荷電粒子銃を最適な条件で動作させる荷電粒子ビーム描画装置を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a charged particle beam drawing method for drawing by operating a charged particle gun under optimum conditions. It is another object of the present invention to provide a charged particle beam drawing apparatus that operates a charged particle gun under optimum conditions.

本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。   Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description.

本発明の第1の態様は、フィラメント電力によりカソードを加熱して放出される荷電粒子をバイアス電圧により制御して、所定のエミッション電流で試料上に照射する荷電粒子ビーム描画方法において、
フィラメント電力を一定としてバイアス電圧の経時変化を調べ、この変化量が所定値以下となったところで、エミッション電流を一定としたときのフィラメント電力に対するバイアス電圧の変化を求め、バイアス電圧がフィラメント電力に対して飽和するバイアス飽和点を求めることを特徴とするものである。
A first aspect of the present invention is a charged particle beam writing method in which charged particles emitted by heating a cathode with filament power are controlled by a bias voltage and irradiated onto a sample with a predetermined emission current.
The change in the bias voltage with time is examined with the filament power kept constant. When the amount of change is less than the predetermined value, the change in the bias voltage with respect to the filament power when the emission current is made constant is obtained. It is characterized by obtaining a bias saturation point that saturates.

本発明の第2の態様は、フィラメント電力によりカソードを加熱して放出される荷電粒子をバイアス電圧により制御して、所定のエミッション電流で試料上に照射する荷電粒子ビーム描画方法において、
エミッション電流を一定としたときのフィラメント電力に対するバイアス電圧の変化を示すバイアス飽和特性を一定時間間隔で繰り返し求め、バイアス飽和特性の変化率が所定値以下となったところで、バイアス電圧がフィラメント電力に対して飽和するバイアス飽和点を求めることを特徴とするものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a charged particle beam writing method in which charged particles emitted by heating a cathode with filament power are controlled by a bias voltage and irradiated onto a sample with a predetermined emission current.
The bias saturation characteristic indicating the change of the bias voltage with respect to the filament power when the emission current is constant is repeatedly obtained at regular time intervals. When the rate of change of the bias saturation characteristic becomes a predetermined value or less, the bias voltage is less than the filament power. It is characterized by obtaining a bias saturation point that saturates.

本発明の第2の態様においては、エミッション電流を一定としたときのフィラメント電力に対するバイアス電圧の変化を測定し、得られたフィラメント電力とバイアス電圧との離散的な組を式(1)の近似式でフィッティングし、(n−1)回目の測定における係数an−1、bn−1、cn−1、dn−1と、n回目の測定における係数a、b、c、dとから式(2)を用いて変化率を求めることが好ましい。

Figure 2011228501
In the second aspect of the present invention, the change of the bias voltage with respect to the filament power when the emission current is constant is measured, and the discrete set of the obtained filament power and the bias voltage is approximated by the equation (1). fitting formula, the coefficient a n-1 in the (n-1) th measurement, b n-1, c n -1, d and n-1, the coefficient of n th measurement a n, b n, c n it is preferable to determine the rate of change with d n Tocharian formula (2).
Figure 2011228501

本発明の第3の態様は、フィラメント電力によりカソードを加熱して放出される荷電粒子をバイアス電圧により制御して、所定のエミッション電流の荷電粒子ビームを放出する荷電粒子銃と、
カソードに電圧を印加する高圧電源部と、
フィラメント電力を一定としてバイアス電圧の経時変化を測定する測定部と、
測定部で測定したバイアス電圧の変化量を求める演算部とを有し、
変化量が所定値以下となったところで、測定部においてエミッション電流を一定としたときのフィラメント電力に対するバイアス電圧の変化を測定して、演算部でバイアス電圧がフィラメント電力に対して飽和するバイアス飽和点を求め、このバイアス飽和点に基づいて高圧電源部を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置に関する。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a charged particle gun that emits a charged particle beam having a predetermined emission current by controlling, by a bias voltage, charged particles that are emitted by heating the cathode with filament power.
A high voltage power supply for applying a voltage to the cathode;
A measurement unit for measuring a change in bias voltage over time with a constant filament power;
A calculation unit for obtaining a change amount of the bias voltage measured by the measurement unit,
When the amount of change is less than or equal to the specified value, the bias saturation point at which the bias voltage is saturated with respect to the filament power is measured by the calculation unit by measuring the change in the bias voltage relative to the filament power when the emission current is constant in the measurement unit. And a high-voltage power supply unit is controlled based on the bias saturation point.

本発明の第4の態様は、フィラメント電力によりカソードを加熱して放出される荷電粒子をバイアス電圧により制御して、所定のエミッション電流の荷電粒子ビームを放出する荷電粒子銃と、
カソードに電圧を印加する高圧電源部と、
エミッション電流を一定としたときのフィラメント電力に対するバイアス電圧の変化を示すバイアス飽和特性を一定時間間隔で繰り返し測定する測定部と、
測定部で測定したバイアス飽和特性の変化率を求める演算部とを有し、
変化率が所定値以下となったところで、演算部においてバイアス電圧がフィラメント電力に対して飽和するバイアス飽和点を求め、このバイアス飽和点に基づいて高圧電源部を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置に関する。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a charged particle gun that emits a charged particle beam having a predetermined emission current by controlling a charged particle emitted by heating a cathode with a filament power by a bias voltage;
A high voltage power supply for applying a voltage to the cathode;
A measurement unit that repeatedly measures a bias saturation characteristic indicating a change in a bias voltage with respect to a filament power when the emission current is constant;
A calculation unit for obtaining a rate of change of the bias saturation characteristic measured by the measurement unit,
Charged particles characterized in that, when the rate of change becomes a predetermined value or less, a bias saturation point at which the bias voltage saturates with respect to the filament power is obtained in the arithmetic unit, and the high-voltage power supply unit is controlled based on the bias saturation point The present invention relates to a beam drawing apparatus.

本発明によれば、荷電粒子銃を最適な条件で動作させて描画する荷電粒子ビーム描画方法が提供される。また、本発明によれば、荷電粒子銃を最適な条件で動作させる荷電粒子ビーム描画装置が提供される。   According to the present invention, there is provided a charged particle beam writing method for drawing by operating a charged particle gun under optimum conditions. In addition, according to the present invention, a charged particle beam drawing apparatus that operates a charged particle gun under optimum conditions is provided.

本実施の形態における熱電子放射型の電子銃の構成図である。It is a block diagram of the thermoelectron emission type electron gun in this Embodiment. バイアス飽和特性の経時変化を示す一例である。It is an example which shows a time-dependent change of a bias saturation characteristic. 図2から求めたバイアス飽和点の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the bias saturation point calculated | required from FIG. 図4はバイアス飽和点の求め方の一例である。FIG. 4 shows an example of how to obtain the bias saturation point. 電子銃の動作条件決定方法の1形態を説明する図である。It is a figure explaining one form of the operating condition determination method of an electron gun. 時間t1における測定1回目のバイアス飽和特性を示す図である。It is a figure which shows the bias saturation characteristic of the 1st measurement in time t1. (n−1)回目、n回目および(n+1)回目の各測定のバイアス飽和特性を示す図である。It is a figure which shows the bias saturation characteristic of each measurement of (n-1) th time, nth time, and (n + 1) th time. 本実施の形態における電子ビーム描画装置の構成図である。It is a block diagram of the electron beam drawing apparatus in this Embodiment. 電子ビームによる描画方法の説明図である。It is explanatory drawing of the drawing method by an electron beam. バイアス飽和特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a bias saturation characteristic.

図1は、本実施の形態における熱電子放射型の電子銃の構成図である。この図に示すように、電子銃101は、電子源であるカソード102と、カソード102から放射される電子を集束させるウェネルト105と、ウェネルト105の下方に配置されたアノード107とを有する。カソード104の先端は凸形状をしている。これは、微小領域に電界を集中させて輝度を向上させるためである。   FIG. 1 is a configuration diagram of a thermionic emission electron gun in the present embodiment. As shown in this figure, the electron gun 101 has a cathode 102 that is an electron source, a Wehnelt 105 that focuses electrons emitted from the cathode 102, and an anode 107 that is disposed below the Wehnelt 105. The tip of the cathode 104 has a convex shape. This is to improve the luminance by concentrating the electric field in a minute region.

図1において、カソード102は、フィラメント103を介して、カソード102を加熱するためのフィラメント供給電源104と接続され、フィラメント回路が構成されている。また、カソード102とフィラメント103を囲むように、ウェネルト105が配置されている。ウェネルト105は、カソード102の下方に開口部を有していて、カソード102から放出される電子を収束し制御する。ウェネルト105には、カソード102との間にバイアス電圧を印加するためのバイアス電源106が接続されており、これによってバイアス回路が構成されている。   In FIG. 1, a cathode 102 is connected via a filament 103 to a filament supply power source 104 for heating the cathode 102, thereby forming a filament circuit. A Wehnelt 105 is arranged so as to surround the cathode 102 and the filament 103. The Wehnelt 105 has an opening below the cathode 102 and converges and controls electrons emitted from the cathode 102. A bias power source 106 for applying a bias voltage is connected between the Wehnelt 105 and the cathode 102, thereby forming a bias circuit.

ウェネルト105の下方には、アノード107が配置されている。そして、アノード107、フィラメント回路およびバイアス回路には、カソード102とアノード107の間に加速電圧を印加してエミッション電流を供給する加速電源108が接続されている。   An anode 107 is disposed below the Wehnelt 105. The anode 107, the filament circuit, and the bias circuit are connected to an acceleration power source 108 that applies an acceleration voltage and supplies an emission current between the cathode 102 and the anode 107.

このような電子銃を用いた電子ビーム描画では、描画に先立って電子銃の動作条件が決定される。   In electron beam drawing using such an electron gun, operating conditions of the electron gun are determined prior to drawing.

図2は、バイアス飽和特性の経時変化を示す一例である。また、図3は、図2から求めたバイアス飽和点の変化を示したものである。尚、図4にバイアス飽和点の求め方の一例を示す。この例によれば、温度制限領域にある測定点を結ぶ直線と、空間電荷制限領域にある測定点を結ぶ直線との交点から、バイアス飽和点をW1と求められる。   FIG. 2 is an example showing a change with time in the bias saturation characteristic. FIG. 3 shows changes in the bias saturation point obtained from FIG. FIG. 4 shows an example of how to obtain the bias saturation point. According to this example, the bias saturation point can be obtained as W1 from the intersection of the straight line connecting the measurement points in the temperature limited region and the straight line connecting the measurement points in the space charge limited region.

図3において、横軸はフィラメントの加熱開始からの経過時間であり、縦軸はバイアス飽和点である。この図から分かるように、フィラメントを加熱してからしばらくの間はバイアス飽和点に急激な変化が見られ、時間の経過とともに変化の程度は小さくなり、やがて一定になる。そこで、本発明者は、バイアス飽和点に実質的な経時変化が見られなくなったところで動作条件を決定すれば、電子銃を最適な条件で動作させることができると考え、本発明に至った。   In FIG. 3, the horizontal axis represents the elapsed time from the start of heating of the filament, and the vertical axis represents the bias saturation point. As can be seen from this figure, a sudden change in the bias saturation point is observed for a while after the filament is heated, and the degree of change decreases with time and becomes constant over time. Therefore, the present inventor has considered that the electron gun can be operated under the optimum conditions if the operating conditions are determined when no substantial change with time is observed at the bias saturation point.

本発明における動作条件決定方法の1態様は、フィラメント電力を一定としてバイアス電圧の経時変化を調べ、変化量が所定値以下となったところでバイアス飽和特性を求めるというものである。ここで、一定とするフィラメント電力の値は、温度制限領域内にある値とする。図5を用いて詳しく説明する。   One mode of the operating condition determination method in the present invention is to examine the change of the bias voltage with time while keeping the filament power constant, and obtain the bias saturation characteristic when the amount of change becomes a predetermined value or less. Here, the value of the filament power to be constant is a value within the temperature limit region. This will be described in detail with reference to FIG.

フィラメント電力を所定値Wとしてバイアス電圧の経時変化を測定すると、図5のように、バイアス電圧は、測定開始からしばらくは大きく変化するが、その変化量は徐々に小さくなり、やがて略一定となる。図5では、測定開始時t1におけるバイアス電圧はV1であるが、時間t2でV2となった後はこの値のまま略一定となる。そこで、単位時間当たりのバイアス電圧の変化量(ΔV/Δt)を求め、この値が所定値以下となったところで、図2に示したようなバイアス飽和特性を調べてバイアス飽和点を決定する。この方法によれば、バイアス電圧の経時変化からバイアス飽和点の変動量を把握し、バイアス飽和点に実質的な経時変化が見られなくなったところで動作条件を決定するので、比較的簡単に電子銃を動作させる最適な条件を求めることができる。   When the change with time in the bias voltage is measured with the filament power set to the predetermined value W, the bias voltage changes greatly for a while from the start of the measurement as shown in FIG. 5, but the amount of change gradually decreases and eventually becomes substantially constant. . In FIG. 5, the bias voltage at the measurement start time t1 is V1, but after reaching V2 at the time t2, this value remains substantially constant. Therefore, the amount of change (ΔV / Δt) in the bias voltage per unit time is obtained, and when this value becomes a predetermined value or less, the bias saturation characteristic as shown in FIG. 2 is examined to determine the bias saturation point. According to this method, the fluctuation amount of the bias saturation point is grasped from the change in the bias voltage with time, and the operating condition is determined when no substantial change with time is seen at the bias saturation point. It is possible to obtain the optimum conditions for operating.

本発明における動作条件決定方法の別の態様は、バイアス飽和特性を一定時間間隔で繰り返し求め、バイアス飽和特性の変化率が所定値以下となったところでバイアス飽和点を求めるというものである。   Another aspect of the operating condition determination method in the present invention is to repeatedly obtain the bias saturation characteristic at regular time intervals, and to obtain the bias saturation point when the change rate of the bias saturation characteristic becomes a predetermined value or less.

図6は、時間t1における測定1回目のバイアス飽和特性を示しており、図中の○は測定点である。この例では、フィラメント電力とバイアス電圧の離散的な組をスプライン補間し、適当な近似式でフィッティングして連続的な値を得る。ここで、フィッティングは、離散的な値に対し、連続的な関数の最良フィッティングパラメータまたは係数を決定するための数学的最適化法として理解される。この用語は、一般に、曲線フィッティング計算についての全ての数学的方法を包含する。こうした曲線フィッティング計算の目的は、データに対して最もよくフィットする関数を導出する点にある。   FIG. 6 shows the bias saturation characteristics of the first measurement at time t1, and ◯ in the figure is a measurement point. In this example, a discrete set of filament power and bias voltage is spline interpolated and fitted with an appropriate approximate expression to obtain a continuous value. Here, fitting is understood as a mathematical optimization method for determining the best fitting parameters or coefficients of a continuous function for discrete values. The term generally encompasses all mathematical methods for curve fitting calculations. The purpose of such curve fitting calculations is to derive the function that best fits the data.

図6の例におけるフィッティング関数としては、下記の式(1)が好適である。

Figure 2011228501
As the fitting function in the example of FIG. 6, the following equation (1) is preferable.
Figure 2011228501

図6に示す曲線は、測定点をスプライン関数で補完し、式(1)でフィッティングしたフィッティング曲線である。このような曲線を一定時間間隔で繰り返し求めてバイアス飽和特性の変化率を計算する。具体的には、エミッション電流を一定としたときのフィラメント電力に対するバイアス電圧の変化を測定し、得られたフィラメント電力とバイアス電圧との離散的な組を式(1)の近似式でフィッティングする。そして、(n−1)回目の測定における係数an−1、bn−1、cn−1、dn−1と、n回目の測定における係数a、b、c、dとから式(2)を用いて変化率を求める。

Figure 2011228501
The curve shown in FIG. 6 is a fitting curve obtained by complementing the measurement points with a spline function and fitting with the equation (1). Such a curve is repeatedly obtained at regular time intervals to calculate the rate of change in bias saturation characteristics. Specifically, the change of the bias voltage with respect to the filament power when the emission current is constant is measured, and the obtained discrete set of the filament power and the bias voltage is fitted with the approximate expression of Expression (1). Then, the (n-1) coefficient a n-1 at th measurement, b n-1, c n -1, d n-1, coefficient a n in n-th measurement, b n, c n, d n From these, the rate of change is obtained using equation (2).
Figure 2011228501

図7に、(n−1)回目、n回目および(n+1)回目の各測定に対応するバイアス飽和特性を示す。これらはいずれも、図6と同様に、測定点をスプライン関数で補完し、式(1)でフィッティングしたフィッティング曲線である。それぞれについて、式(1)の係数a、b、c、dを求め、式(2)を用いてバイアス飽和特性の変化率を求める。尚、この場合の変化率とは、測定(n−1)回目のバイアス特性に対する測定n回目のバイアス特性の変化率と、測定n回目のバイアス特性に対する測定(n+1)回目のバイアス特性の変化率を言う。   FIG. 7 shows bias saturation characteristics corresponding to the (n−1) th, nth and (n + 1) th measurements. As in FIG. 6, these are fitting curves obtained by complementing the measurement points with a spline function and fitting with equation (1). For each, the coefficients a, b, c, and d of Equation (1) are obtained, and the change rate of the bias saturation characteristic is obtained using Equation (2). Note that the change rate in this case is the change rate of the measurement n-th bias characteristic with respect to the measurement (n−1) -th bias characteristic and the change rate of the measurement (n + 1) -th bias characteristic with respect to the measurement n-th bias characteristic. Say.

表1は、図7の例における係数と変化率を示したものである。例えば、変化率が0.5%以下となったところでバイアス飽和点を求めるとしておけば、(n+1)回目の測定で変化率が0.5%以下となっているので、この段階でバイアス飽和点を求めることになる。   Table 1 shows the coefficients and rate of change in the example of FIG. For example, if the bias saturation point is obtained when the rate of change is 0.5% or less, the rate of change is 0.5% or less in the (n + 1) th measurement. Will be asked.

Figure 2011228501
Figure 2011228501

上記方法によれば、バイアス飽和点に実質的な経時変化が見られなくなったところで動作条件を決定するので、電子銃を最適な条件で動作させることができる。また、バイアス飽和特性を一定時間間隔で繰り返し求め、バイアス飽和特性の変化率が所定値以下となったところでバイアス飽和点を求めるので、上記したバイアス電圧の経時変化からバイアス飽和点の変動量を把握する方法に比べて、バイアス飽和点に実質的な経時変化が見られなくなるところをより正確に求めることが可能である。   According to the above method, the operating condition is determined when a substantial change with time is not observed at the bias saturation point, so that the electron gun can be operated under an optimal condition. In addition, the bias saturation characteristics are repeatedly determined at regular time intervals, and the bias saturation point is determined when the rate of change of the bias saturation characteristics falls below a predetermined value. Compared with the method, it is possible to more accurately determine the point at which no substantial change with time is observed at the bias saturation point.

図8は、本実施の形態における電子ビーム描画装置の構成図である。   FIG. 8 is a configuration diagram of the electron beam drawing apparatus according to the present embodiment.

図8に示すように、電子ビーム描画装置の試料室1内には、試料であるマスク2が設置されるステージ3が設けられている。マスク2は、例えば、石英等のマスク基板上に、遮光膜としてのクロム(Cr)膜が形成され、さらにこの上にレジスト膜が形成されたものである。クロム膜に代えてモリブデンシリコン(MoSi)膜などとしてもよい。また、レジスト膜は、化学増幅型レジストを用いて形成された膜とすることができる。   As shown in FIG. 8, a stage 3 on which a mask 2 as a sample is placed is provided in a sample chamber 1 of the electron beam drawing apparatus. The mask 2 is formed by forming a chromium (Cr) film as a light shielding film on a mask substrate such as quartz, and further forming a resist film thereon. A molybdenum silicon (MoSi) film or the like may be used instead of the chromium film. The resist film can be a film formed using a chemically amplified resist.

本実施の形態では、レジスト膜に対して電子ビームで描画を行う。ステージ3は、ステージ駆動回路4によりX方向(紙面における左右方向)とY方向(紙面における垂直方向)に駆動される。ステージ3の移動位置は、レーザ測長計等を用いた位置回路5により測定される。   In this embodiment mode, writing is performed on the resist film with an electron beam. The stage 3 is driven by the stage drive circuit 4 in the X direction (left and right direction on the paper surface) and the Y direction (vertical direction on the paper surface). The moving position of the stage 3 is measured by a position circuit 5 using a laser length meter or the like.

試料室1の上方には、電子ビーム光学系10が設置されている。この光学系10は、電子銃6、各種レンズ7、8、9、11、12、ブランキング用偏向器13、成形偏向器14、ビーム走査用の主偏向器15、ビーム走査用の副偏向器16、および、2個のビーム成形用のアパーチャ17、18等から構成されている。   An electron beam optical system 10 is installed above the sample chamber 1. The optical system 10 includes an electron gun 6, various lenses 7, 8, 9, 11, 12, a blanking deflector 13, a shaping deflector 14, a beam scanning main deflector 15, and a beam scanning sub deflector. 16 and two beam shaping apertures 17, 18 and the like.

電子銃6は、フィラメント電力によりカソードを加熱して放出される電子をバイアス電圧により制御して、所定のエミッション電流の電子ビームを放出する。電子銃6には、カソードに電圧を印加する高圧電源部43が接続している。電子銃6のカソードは、エミッタおよびウェネルト電極を有しており、これらは高圧電源部43によって制御される。尚、図示を省略するが、高圧電源部43は、フィラメント供給電源、リレー、フィラメント回路、バイアス電源、バイアス回路および加速電源によって構成される。   The electron gun 6 emits an electron beam having a predetermined emission current by controlling the electrons emitted by heating the cathode with filament power using a bias voltage. The electron gun 6 is connected to a high voltage power supply unit 43 that applies a voltage to the cathode. The cathode of the electron gun 6 has an emitter and a Wehnelt electrode, and these are controlled by a high voltage power supply unit 43. Although not shown, the high-voltage power supply unit 43 includes a filament supply power supply, a relay, a filament circuit, a bias power supply, a bias circuit, and an acceleration power supply.

高圧電源部43には、フィラメント電力を一定としてバイアス電圧の経時変化を測定する測定部41と、測定部41で測定したバイアス電圧の変化量を求める演算部42とが接続している。本実施の形態では、これらによって電子銃6の動作条件が決定される。すなわち、上記の変化量が所定値以下となったところで、測定部41においてエミッション電流を一定としたときのフィラメント電力に対するバイアス電圧の変化を測定する。そして、演算部42でバイアス電圧がフィラメント電力に対して飽和するバイアス飽和点を求め、このバイアス飽和点に基づいて高圧電源部43を制御する。   Connected to the high-voltage power supply unit 43 are a measurement unit 41 that measures a change in the bias voltage with time while keeping the filament power constant, and a calculation unit 42 that calculates the amount of change in the bias voltage measured by the measurement unit 41. In the present embodiment, the operating conditions of the electron gun 6 are determined by these. That is, when the amount of change becomes equal to or less than a predetermined value, the measurement unit 41 measures the change in the bias voltage with respect to the filament power when the emission current is constant. Then, the calculation unit 42 obtains a bias saturation point at which the bias voltage is saturated with respect to the filament power, and controls the high-voltage power supply unit 43 based on the bias saturation point.

本実施の形態における別の態様によれば、測定部41は、エミッション電流を一定としたときのフィラメント電力に対するバイアス電圧の変化を示すバイアス飽和特性を一定時間間隔で繰り返し測定するものとすることができる。また、演算部42は、測定部41で測定したバイアス飽和特性の変化率を求めるものとすることができる。この場合、電子ビーム描画装置は、上記の変化率が所定値以下となったところで、演算部42においてバイアス電圧がフィラメント電力に対して飽和するバイアス飽和点を求め、このバイアス飽和点に基づいて高圧電源部43を制御するように構成される。   According to another aspect of the present embodiment, the measurement unit 41 repeatedly measures the bias saturation characteristic indicating the change of the bias voltage with respect to the filament power when the emission current is constant at regular time intervals. it can. Further, the calculation unit 42 can obtain the rate of change of the bias saturation characteristic measured by the measurement unit 41. In this case, the electron beam drawing apparatus obtains a bias saturation point at which the bias voltage saturates with respect to the filament power at the calculation unit 42 when the above change rate becomes equal to or less than a predetermined value. The power supply unit 43 is configured to be controlled.

図9は、電子ビームによる描画方法の説明図である。この図に示すように、マスク2上に描画されるパターン51は、短冊状のフレーム領域52に分割されている。電子ビーム54による描画は、ステージ3が一方向(例えば、X方向)に連続移動しながら、フレーム領域52毎に行われる。フレーム領域52は、さらに副偏向領域53に分割されており、電子ビーム54は、副偏向領域53内の必要な部分のみを描画する。尚、フレーム領域52は、主偏向器15の偏向幅で決まる短冊状の描画領域であり、副偏向領域53は、副偏向器16の偏向幅で決まる単位描画領域である。   FIG. 9 is an explanatory diagram of a drawing method using an electron beam. As shown in this figure, the pattern 51 drawn on the mask 2 is divided into strip-shaped frame regions 52. Drawing with the electron beam 54 is performed for each frame region 52 while the stage 3 continuously moves in one direction (for example, the X direction). The frame area 52 is further divided into sub-deflection areas 53, and the electron beam 54 draws only necessary portions in the sub-deflection areas 53. The frame area 52 is a strip-shaped drawing area determined by the deflection width of the main deflector 15, and the sub-deflection area 53 is a unit drawing area determined by the deflection width of the sub-deflector 16.

副偏向領域の基準位置の位置決めは、主偏向器15で行われ、副偏向領域53内での描画は、副偏向器16によって制御される。すなわち、主偏向器15によって、電子ビーム54が所定の副偏向領域53に位置決めされ、副偏向器16によって、副偏向領域53内での描画位置が決められる。さらに、成形偏向器14とビーム成形用のアパーチャ17、18によって、電子ビーム54の形状と寸法が決められる。そして、ステージ3を一方向に連続移動させながら、副偏向領域53内を描画し、1つの副偏向領域53の描画が終了したら、次の副偏向領域53を描画する。フレーム領域52内の全ての副偏向領域53の描画が終了したら、ステージ3を連続移動させる方向と直交する方向(例えば、Y方向)にステップ移動させる。その後、同様の処理を繰り返して、フレーム領域52を順次描画して行く。   Positioning of the reference position of the sub deflection area is performed by the main deflector 15, and drawing in the sub deflection area 53 is controlled by the sub deflector 16. That is, the main deflector 15 positions the electron beam 54 in a predetermined sub-deflection region 53, and the sub-deflector 16 determines the drawing position in the sub-deflection region 53. Further, the shape and size of the electron beam 54 are determined by the shaping deflector 14 and the beam shaping apertures 17 and 18. Then, the sub-deflection area 53 is drawn while continuously moving the stage 3 in one direction. When drawing of one sub-deflection area 53 is completed, the next sub-deflection area 53 is drawn. When drawing of all the sub-deflection areas 53 in the frame area 52 is completed, the stage 3 is stepped in a direction orthogonal to the direction in which the stage 3 is continuously moved (for example, the Y direction). Thereafter, the same processing is repeated, and the frame area 52 is sequentially drawn.

副偏向領域は、副偏向器16によって、主偏向領域よりも高速に電子ビーム54が走査されて描画される領域であり、一般に最小描画単位となる。副偏向領域内を描画する際には、パターン図形に応じて準備された寸法と形状のショットが成形偏向器14により形成される。具体的には、電子銃6から放出された電子ビーム54が、第1のアパーチャ17で矩形状に成形された後、成形偏向器14で第2のアパーチャ18に投影されて、そのビーム形状と寸法を変化させる。その後、電子ビーム54は、上述の通り、副偏向器16と主偏向器15により偏向されて、ステージ3上に載置されたマスク2に照射される。   The sub-deflection region is a region where the electron beam 54 is scanned by the sub-deflector 16 at a speed higher than that of the main deflection region, and is generally a minimum drawing unit. When the inside of the sub deflection region is drawn, a shot having a size and shape prepared according to the pattern figure is formed by the shaping deflector 14. Specifically, the electron beam 54 emitted from the electron gun 6 is shaped into a rectangular shape by the first aperture 17, and then projected onto the second aperture 18 by the shaping deflector 14. Change the dimensions. Thereafter, as described above, the electron beam 54 is deflected by the sub-deflector 16 and the main deflector 15 and is applied to the mask 2 placed on the stage 3.

設計者(ユーザ)が作成したCADデータは、OASISなどの階層化されたフォーマットの設計中間データに変換される。設計中間データには、レイヤ(層)毎に作成されて各マスクに形成される設計パターンデータが格納される。ここで、一般に、電子ビーム描画装置は、OASISデータを直接読み込めるようには構成されていない。すなわち、電子ビーム描画装置の製造メーカー毎に、独自のフォーマットデータが用いられている。このため、OASISデータは、レイヤ毎に各電子ビーム描画装置に固有のフォーマットデータに変換されてから装置に入力される。   CAD data created by a designer (user) is converted into design intermediate data in a hierarchical format such as OASIS. The design intermediate data stores design pattern data created for each layer and formed on each mask. Here, generally, the electron beam drawing apparatus is not configured to directly read OASIS data. That is, unique format data is used for each manufacturer of the electron beam drawing apparatus. For this reason, the OASIS data is converted into format data unique to each electron beam drawing apparatus for each layer and then input to the apparatus.

図8で、符号20は入力部であり、記憶媒体である磁気ディスクを通じて電子ビーム描画装置にフォーマットデータが入力される部分である。設計パターンに含まれる図形は、長方形や三角形を基本図形としたものであるので、入力部20には、例えば、図形の基準位置における座標(x,y)、辺の長さ、長方形や三角形等の図形種を区別する識別子となる図形コードといった情報であって、各パターン図形の形、大きさ、位置等を定義した図形データが格納される。   In FIG. 8, reference numeral 20 denotes an input unit, which is a part where format data is input to the electron beam drawing apparatus through a magnetic disk as a storage medium. Since the figure included in the design pattern is a basic figure of a rectangle or a triangle, for example, the coordinates (x, y) at the reference position of the figure, the length of the side, a rectangle, a triangle, etc. Information such as a graphic code serving as an identifier for discriminating between graphic types, and graphic data defining the shape, size, position, etc. of each pattern graphic is stored.

さらに、数十μm程度の範囲に存在する図形の集合を一般にクラスタまたはセルと称するが、これを用いてデータを階層化することが行われている。クラスタまたはセルには、各種図形を単独で配置したり、ある間隔で繰り返し配置したりする場合の配置座標や繰り返し記述も定義される。クラスタまたはセルデータは、さらにフレームまたはストライプと称される、幅が数百μmであって、長さがフォトマスクのX方向またはY方向の全長に対応する100mm程度の短冊状領域に配置される。   Furthermore, a set of figures existing in a range of about several tens of μm is generally called a cluster or a cell, and data is hierarchized using this. In the cluster or cell, arrangement coordinates and repeated description when various figures are arranged alone or repeatedly at a certain interval are also defined. The cluster or cell data is further arranged in a strip-shaped region called a frame or stripe having a width of several hundreds μm and a length of about 100 mm corresponding to the total length of the photomask in the X direction or Y direction. .

図形パターンの分割処理は、電子ビームのサイズにより規定される最大ショットサイズ単位で行われ、併せて、分割された各ショットの座標位置、サイズおよび照射時間が設定される。そして、描画する図形パターンの形状や大きさに応じてショットが成形されるように、描画データが作成される。描画データは、短冊状のフレーム(主偏向領域)単位で区切られ、さらにその中は副偏向領域に分割されている。つまり、チップ全体の描画データは、主偏向領域のサイズにしたがった複数の帯状のフレームデータと、フレーム内で主偏向領域よりも小さい複数の副偏向領域単位とからなるデータ階層構造になっている。   The graphic pattern division processing is performed in units of the maximum shot size defined by the size of the electron beam, and the coordinate position, size, and irradiation time of each divided shot are also set. Then, drawing data is created so that a shot is formed according to the shape and size of the graphic pattern to be drawn. The drawing data is divided into strip-shaped frames (main deflection areas) and further divided into sub-deflection areas. That is, the drawing data of the entire chip has a data hierarchical structure including a plurality of strip-shaped frame data according to the size of the main deflection area and a plurality of sub deflection area units smaller than the main deflection area in the frame. .

電子ビーム描画装置では、描画後のパターン寸法が設計データの寸法と同一になるようにビーム照射量を変動させる補正処理が必要である。この処理は、近接効果、かぶり効果、ローディング効果といったパターンの寸法変動を引き起こす要因に対して、図8の描画データ補正部31で行われる。描画データ補正部31は、寸法補正マップ作成部31aと、この寸法補正マップに対応した補正照射量を求める補正照射量算出部31bと、補正照射量からマスクの所定位置における電子ビームの照射量を求める照射量算出部31cとを有する。ここで、補正照射量は、近接効果補正照射量、かぶり補正照射量およびローディング効果補正照射量の少なくとも1つとすることができる。   In the electron beam drawing apparatus, it is necessary to perform correction processing for changing the beam irradiation amount so that the pattern size after drawing becomes the same as the size of the design data. This processing is performed by the drawing data correction unit 31 shown in FIG. 8 for factors that cause pattern variation such as proximity effect, fogging effect, and loading effect. The drawing data correction unit 31 includes a dimension correction map creation unit 31a, a correction dose calculation unit 31b that calculates a correction dose corresponding to the dimension correction map, and an electron beam dose at a predetermined position of the mask from the correction dose. A dose calculation unit 31c to be obtained. Here, the correction dose can be at least one of a proximity effect correction dose, a fog correction dose, and a loading effect correction dose.

図8の入力部20には、既に説明したように、電子ビーム描画装置に固有のフォーマットデータに変換された描画データが入力される。制御計算機19によって入力部20から読み出された描画データは、フレーム領域52毎にパターンメモリ21に一時的に格納される。パターンメモリ21に格納されたフレーム領域52毎のパターンデータ、すなわち、描画位置や描画図形データ等で構成されるフレーム情報は、描画データ補正部31に送られる。   As described above, drawing data converted into format data unique to the electron beam drawing apparatus is input to the input unit 20 in FIG. The drawing data read from the input unit 20 by the control computer 19 is temporarily stored in the pattern memory 21 for each frame region 52. The pattern data for each frame region 52 stored in the pattern memory 21, that is, the frame information composed of the drawing position, drawing graphic data, and the like is sent to the drawing data correction unit 31.

描画データ補正部31で補正されたフレーム情報は、データ解析部であるパターンデータデコーダ22と描画データデコーダ23に送られる。   The frame information corrected by the drawing data correction unit 31 is sent to the pattern data decoder 22 and the drawing data decoder 23 which are data analysis units.

パターンデータデコーダ22からの情報は、ブランキング回路24とビーム成形器ドライバ25に送られる。具体的には、パターンデータデコーダ22で上記データに基づいたブランキングデータが作成され、ブランキング回路24に送られる。また、所望とするビーム寸法データも作成されて、ビーム成形器ドライバ25に送られる。そして、ビーム成形器ドライバ25から、光学系10の成形偏向器14に所定の偏向信号が印加されて、電子ビーム54の寸法が制御される。   Information from the pattern data decoder 22 is sent to a blanking circuit 24 and a beam shaper driver 25. Specifically, blanking data based on the data is created by the pattern data decoder 22 and sent to the blanking circuit 24. Desired beam size data is also created and sent to the beam shaper driver 25. Then, a predetermined deflection signal is applied from the beam shaper driver 25 to the shaping deflector 14 of the optical system 10 to control the size of the electron beam 54.

図8の偏向制御部30は、セトリング時間決定部29に接続し、セトリング時間決定部29は、副偏向領域偏向量算出部28に接続し、副偏向領域偏向量算出部28は、パターンデータデコーダ22に接続している。また、偏向制御部30は、ブランキング回路24と、ビーム成形器ドライバ25と、主偏向器ドライバ26と、副偏向器ドライバ27とに接続している。   The deflection control unit 30 of FIG. 8 is connected to a settling time determination unit 29, the settling time determination unit 29 is connected to a sub deflection region deflection amount calculation unit 28, and the sub deflection region deflection amount calculation unit 28 is a pattern data decoder. 22 is connected. The deflection control unit 30 is connected to a blanking circuit 24, a beam shaper driver 25, a main deflector driver 26, and a sub deflector driver 27.

描画データデコーダ23の出力は、主偏向器ドライバ26と副偏向器ドライバ27に送られる。そして、主偏向器ドライバ26から主偏向器15に所定の偏向信号が印加されて、電子ビーム54が所定の主偏向位置に偏向走査される。また、副偏向器ドライバ27から副偏向器16に所定の副偏向信号が印加されて、副偏向領域53内での描画が行われる。   The output of the drawing data decoder 23 is sent to the main deflector driver 26 and the sub deflector driver 27. Then, a predetermined deflection signal is applied from the main deflector driver 26 to the main deflector 15, and the electron beam 54 is deflected and scanned to a predetermined main deflection position. Further, a predetermined sub deflection signal is applied from the sub deflector driver 27 to the sub deflector 16, and drawing in the sub deflection area 53 is performed.

次に、電子ビーム描画装置による描画方法について説明する。   Next, a drawing method by the electron beam drawing apparatus will be described.

まず、電子銃6の動作条件を決定する。これは、例えば、カソードを交換する都度行われる。具体的には、測定部41において、フィラメント電力を一定としてバイアス電圧の経時変化を調べる。次いで、演算部42において、測定部41で測定したバイアス電圧の変化量を求める。変化量が所定値以下となったところでバイアス飽和特性を求めてバイアス飽和点を決定し、この値から得られるフィラメント電力にしたがい高圧電源部43を制御して電子銃6を動作させる。   First, the operating condition of the electron gun 6 is determined. This is performed, for example, every time the cathode is replaced. Specifically, the measurement unit 41 examines the change in the bias voltage with time while keeping the filament power constant. Next, the calculation unit 42 obtains the amount of change in the bias voltage measured by the measurement unit 41. When the amount of change becomes a predetermined value or less, a bias saturation characteristic is obtained to determine a bias saturation point, and the electron gun 6 is operated by controlling the high-voltage power supply unit 43 according to the filament power obtained from this value.

また、本実施の形態では、次のようにして電子銃6の動作条件を決定してもよい。すなわち、測定部41において、バイアス飽和特性を一定時間間隔で繰り返し求める。そして、測定部41での測定結果から、演算部42でバイアス飽和特性の変化率を求める。変化率が所定値以下となったところでバイアス飽和特性を求めてバイアス飽和点を決定し、この値から得られるフィラメント電力にしたがい高圧電源部43を制御して電子銃6を動作させる。   In the present embodiment, the operating condition of the electron gun 6 may be determined as follows. That is, the measurement unit 41 repeatedly obtains the bias saturation characteristic at regular time intervals. Then, the change rate of the bias saturation characteristic is obtained by the calculation unit 42 from the measurement result of the measurement unit 41. When the rate of change becomes a predetermined value or less, a bias saturation characteristic is obtained to determine a bias saturation point, and the electron gun 6 is operated by controlling the high-voltage power supply unit 43 according to the filament power obtained from this value.

次に、試料室1内のステージ3上にマスク2を載置する。次いで、ステージ3の位置検出を位置回路5により行い、制御計算機19からの信号に基づいて、ステージ駆動回路4によりステージ3を描画可能な位置まで移動させる。   Next, the mask 2 is placed on the stage 3 in the sample chamber 1. Next, the position of the stage 3 is detected by the position circuit 5, and the stage 3 is moved to a position where drawing can be performed by the stage drive circuit 4 based on a signal from the control computer 19.

次に、電子銃6より電子ビーム54を放出する。放出された電子ビーム54は、照明レンズ7により集光される。そして、ブランキング用偏向器13により、電子ビーム54をマスク2に照射するか否かの操作を行う。   Next, an electron beam 54 is emitted from the electron gun 6. The emitted electron beam 54 is collected by the illumination lens 7. Then, the blanking deflector 13 performs an operation for irradiating the mask 2 with the electron beam 54.

第1のアパーチャ17に入射した電子ビーム54は、第1のアパーチャ17の開口部を通過した後、ビーム成形器ドライバ25により制御された成形偏向器14によって偏向される。そして、第2のアパーチャ18に設けられた開口部を通過することにより、所望の形状と寸法を有するビーム形状になる。このビーム形状は、マスク2に照射される電子ビーム54の描画単位である。   The electron beam 54 incident on the first aperture 17 passes through the opening of the first aperture 17 and is then deflected by the shaping deflector 14 controlled by the beam shaper driver 25. And it passes through the opening part provided in the 2nd aperture 18, and becomes a beam shape which has a desired shape and a dimension. This beam shape is a drawing unit of the electron beam 54 applied to the mask 2.

電子ビーム54は、ビーム形状に成形された後、縮小レンズ11によって縮小される。そして、マスク2上における電子ビーム54の照射位置は、主偏向器ドライバ26によって制御された主偏向器15と、副偏向器ドライバ27によって制御された副偏向器16とにより制御される。主偏向器15は、マスク2上の副偏向領域53に電子ビーム54を位置決めする。また、副偏向器16は、副偏向領域53内で描画位置を位置決めする。   The electron beam 54 is shaped into a beam shape and then reduced by the reduction lens 11. The irradiation position of the electron beam 54 on the mask 2 is controlled by the main deflector 15 controlled by the main deflector driver 26 and the sub deflector 16 controlled by the sub deflector driver 27. The main deflector 15 positions the electron beam 54 in the sub deflection region 53 on the mask 2. The sub deflector 16 positions the drawing position in the sub deflection region 53.

マスク2への電子ビーム54による描画は、ステージ3を一方向に移動させながら、電子ビーム54を走査することにより行われる。具体的には、ステージ3を一方向に移動させながら、各副偏向領域53内におけるパターンの描画を行う。そして、1つのフレーム領域52内にある全ての副偏向領域53の描画を終えた後は、ステージ3を新たなフレーム領域52に移動して同様に描画する。   Drawing with the electron beam 54 on the mask 2 is performed by scanning the electron beam 54 while moving the stage 3 in one direction. Specifically, the pattern is drawn in each sub deflection region 53 while moving the stage 3 in one direction. After all the sub-deflection areas 53 in one frame area 52 have been drawn, the stage 3 is moved to a new frame area 52 and drawn similarly.

上記のようにして、マスク2の全てのフレーム領域52の描画を終えた後は、新たなマスクに交換し、上記と同様の方法による描画を繰り返す。   After drawing all the frame regions 52 of the mask 2 as described above, the drawing is replaced with a new mask and drawing by the same method as described above is repeated.

次に、制御計算機19による描画制御について説明する。   Next, drawing control by the control computer 19 will be described.

制御計算機19は、入力部20で磁気ディスクに記録されたマスクの描画データを読み出す。読み出された描画データは、フレーム領域52毎にパターンメモリ21に一時的に格納される。   The control computer 19 reads the drawing data of the mask recorded on the magnetic disk by the input unit 20. The read drawing data is temporarily stored in the pattern memory 21 for each frame area 52.

パターンメモリ21に格納されたフレーム領域52毎の描画データ、つまり、描画位置や描画図形データ等で構成されるフレーム情報は、描画データ補正部31でレジスト膜の膜厚に応じて補正された後、データ解析部であるパターンデータデコーダ22と描画データデコーダ23を介して、副偏向領域偏向量算出部28、ブランキング回路24、ビーム成形器ドライバ25、主偏向器ドライバ26、副偏向器ドライバ27に送られる。   The drawing data for each frame area 52 stored in the pattern memory 21, that is, the frame information composed of the drawing position and drawing graphic data, etc. is corrected by the drawing data correction unit 31 according to the film thickness of the resist film. The sub-deflection area deflection amount calculation unit 28, the blanking circuit 24, the beam shaper driver 25, the main deflector driver 26, and the sub-deflector driver 27 are passed through the pattern data decoder 22 and the drawing data decoder 23 which are data analysis units. Sent to.

パターンデータデコーダ22では、描画データに基づいてブランキングデータが作成されてブランキング回路24に送られる。また、描画データに基づいて所望とするビーム形状データが作成されて副偏向領域偏向量算出部28とビーム成形器ドライバ25に送られる。   The pattern data decoder 22 generates blanking data based on the drawing data and sends it to the blanking circuit 24. Further, desired beam shape data is created based on the drawing data, and is sent to the sub deflection region deflection amount calculation unit 28 and the beam shaper driver 25.

副偏向領域偏向量算出部28は、パターンデータデコーダ22により作成したビーム形状データから、副偏向領域53における、1ショットごとの電子ビームの偏向量(移動距離)を算出する。算出された情報は、セトリング時間決定部29に送られ、副偏向による移動距離に対応したセトリング時間が決定される。   The sub deflection region deflection amount calculation unit 28 calculates the deflection amount (movement distance) of the electron beam for each shot in the sub deflection region 53 from the beam shape data created by the pattern data decoder 22. The calculated information is sent to the settling time determination unit 29, and the settling time corresponding to the movement distance by the sub deflection is determined.

セトリング時間決定部29で決定されたセトリング時間は、偏向制御部30へ送られた後、パターンの描画のタイミングを計りながら、偏向制御部30より、ブランキング回路24、ビーム成形器ドライバ25、主偏向器ドライバ26、副偏向器ドライバ27のいずれかに適宜送られる。   The settling time determined by the settling time determination unit 29 is sent to the deflection control unit 30, and then the deflection control unit 30 measures the blanking circuit 24, the beam shaper driver 25, the main pattern while timing the pattern drawing. It is appropriately sent to either the deflector driver 26 or the sub deflector driver 27.

ビーム成形器ドライバ25では、光学系10の成形偏向器14に所定の偏向信号が印加されて、電子ビーム54の形状と寸法が制御される。   In the beam shaper driver 25, a predetermined deflection signal is applied to the shaping deflector 14 of the optical system 10, and the shape and size of the electron beam 54 are controlled.

描画データデコーダ23では、描画データに基づいて副偏向領域53の位置決めデータが作成され、このデータは主偏向器ドライバ26に送られる。次いで、主偏向器ドライバ26から主偏向器15へ所定の偏向信号が印加されて、電子ビーム54は、副偏向領域53の所定位置に偏向走査される。   The drawing data decoder 23 generates positioning data for the sub deflection region 53 based on the drawing data, and this data is sent to the main deflector driver 26. Next, a predetermined deflection signal is applied from the main deflector driver 26 to the main deflector 15, and the electron beam 54 is deflected and scanned to a predetermined position in the sub deflection region 53.

描画データデコーダ23では、描画データに基づいて、副偏向器16の走査のための制御信号が生成される。制御信号は、副偏向器ドライバ27に送られた後、副偏向器ドライバ27から副偏向器16に所定の副偏向信号が印加される。副偏向領域53内での描画は、設定されたセトリング時間が経過した後、電子ビーム54を繰り返し照射することによって行われる。   The drawing data decoder 23 generates a control signal for scanning the sub deflector 16 based on the drawing data. After the control signal is sent to the sub deflector driver 27, a predetermined sub deflection signal is applied from the sub deflector driver 27 to the sub deflector 16. Drawing in the sub deflection region 53 is performed by repeatedly irradiating the electron beam 54 after the settling time has elapsed.

以上述べたように、本実施の形態によれば、電子銃を最適な条件で動作させて描画することができる。すなわち、本実施の形態の1態様によれば、バイアス電圧の経時変化からバイアス飽和点の変動量を把握し、バイアス飽和点に実質的な経時変化が見られなくなったところで動作条件を決定する。したがって、この方法によれば、比較的簡単に電子銃を動作させる最適な条件を求めることができる。また、本実施の形態の別の態様によれば、上記効果に加えて、バイアス飽和特性を一定時間間隔で繰り返し求め、バイアス飽和特性の変化率が所定値以下となったところでバイアス飽和点を求めるので、上記したバイアス電圧の経時変化からバイアス飽和点の変動量を把握する方法に比べて、バイアス飽和点に実質的な経時変化が見られなくなるところをより正確に求めることが可能である。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to perform drawing by operating the electron gun under optimum conditions. In other words, according to one aspect of the present embodiment, the fluctuation amount of the bias saturation point is grasped from the change with time of the bias voltage, and the operating condition is determined when no substantial change with time is seen at the bias saturation point. Therefore, according to this method, the optimum condition for operating the electron gun can be obtained relatively easily. Further, according to another aspect of the present embodiment, in addition to the above effect, the bias saturation characteristic is repeatedly obtained at a constant time interval, and the bias saturation point is obtained when the rate of change of the bias saturation characteristic becomes a predetermined value or less. Therefore, it is possible to more accurately determine where no substantial change with time is seen at the bias saturation point, compared to the above-described method of grasping the variation amount of the bias saturation point from the change with time of the bias voltage.

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。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

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放出する荷電粒子銃を有する荷電粒子ビーム描画方法および荷電粒子ビーム描画装置にも適用可能である。   For example, although the electron beam is used in the above embodiment, the present invention is not limited to this. The charged particle beam drawing method and the charged particle having a charged particle gun that emits another charged particle beam such as an ion beam. The present invention can also be applied to a beam drawing apparatus.

1 試料室
2 マスク
3 ステージ
4 ステージ駆動回路
5 位置回路
6 電子銃
7、8、9、11、12 レンズ
10 光学系
13 ブランキング用偏向器
14 成形偏向器
15 主偏向器
16 副偏向器
17 第1のアパーチャ
18 第2のアパーチャ
19 制御計算機
20 入力部
21 パターンメモリ
22 パターンデータデコーダ
23 描画データデコーダ
24 ブランキング回路
25 ビーム成形器ドライバ
26 主偏向器ドライバ
27 副偏向器ドライバ
28 副偏向領域偏向量算出部
29 セトリング時間決定部
30 偏向制御部
31 描画データ補正部
31a 寸法補正マップ作成部
31b 補正照射量算出部
31c 照射量算出部
41 測定部
42 演算部
43 高圧電源部
51 描画されるパターン
52 フレーム領域
53 副偏向領域
54 電子ビーム
101 電子銃
102 カソード
103 フィラメント
104 フィラメント供給電源
105 ウェネルト
106 バイアス電源
107 アノード
108 加速電源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sample chamber 2 Mask 3 Stage 4 Stage drive circuit 5 Position circuit 6 Electron gun 7, 8, 9, 11, 12 Lens 10 Optical system 13 Blanking deflector 14 Molding deflector 15 Main deflector 16 Sub deflector 17 1st 1 aperture 18 second aperture 19 control computer 20 input unit 21 pattern memory 22 pattern data decoder 23 drawing data decoder 24 blanking circuit 25 beam shaper driver 26 main deflector driver 27 sub deflector driver 28 sub deflection region deflection amount Calculation unit 29 Settling time determination unit 30 Deflection control unit 31 Drawing data correction unit 31a Dimension correction map creation unit 31b Correction irradiation amount calculation unit 31c Irradiation amount calculation unit 41 Measurement unit 42 Calculation unit 43 High voltage power supply unit 51 Pattern to be drawn 52 Frame Area 53 Sub-deflection area 54 Electricity Child beam 101 Electron gun 102 Cathode 103 Filament 104 Filament supply power supply 105 Wehnelt 106 Bias power supply 107 Anode 108 Acceleration power supply

Claims (5)

フィラメント電力によりカソードを加熱して放出される荷電粒子をバイアス電圧により制御して、所定のエミッション電流で試料上に照射する荷電粒子ビーム描画方法において、
前記フィラメント電力を一定として前記バイアス電圧の経時変化を調べ、この変化量が所定値以下となったところで、前記エミッション電流を一定としたときの前記フィラメント電力に対する前記バイアス電圧の変化を求め、前記バイアス電圧が前記フィラメント電力に対して飽和するバイアス飽和点を求めることを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
In a charged particle beam writing method in which charged particles emitted by heating a cathode with filament power are controlled by a bias voltage and irradiated onto a sample with a predetermined emission current,
The change in the bias voltage with time is examined while keeping the filament power constant, and when the amount of change becomes a predetermined value or less, the change in the bias voltage with respect to the filament power when the emission current is made constant is obtained. A charged particle beam drawing method characterized by obtaining a bias saturation point at which a voltage is saturated with respect to the filament power.
フィラメント電力によりカソードを加熱して放出される荷電粒子をバイアス電圧により制御して、所定のエミッション電流で試料上に照射する荷電粒子ビーム描画方法において、
前記エミッション電流を一定としたときの前記フィラメント電力に対する前記バイアス電圧の変化を示すバイアス飽和特性を一定時間間隔で繰り返し求め、前記バイアス飽和特性の変化率が所定値以下となったところで、前記バイアス電圧が前記フィラメント電力に対して飽和するバイアス飽和点を求めることを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
In a charged particle beam writing method in which charged particles emitted by heating a cathode with filament power are controlled by a bias voltage and irradiated onto a sample with a predetermined emission current,
A bias saturation characteristic indicating a change in the bias voltage with respect to the filament power when the emission current is constant is repeatedly obtained at regular time intervals, and when the rate of change in the bias saturation characteristic becomes a predetermined value or less, the bias voltage Finds a bias saturation point at which the filament power is saturated with respect to the filament power.
前記エミッション電流を一定としたときの前記フィラメント電力に対する前記バイアス電圧の変化を測定し、得られた前記フィラメント電力と前記バイアス電圧との離散的な組を式(1)の近似式でフィッティングし、(n−1)回目の測定における係数an−1、bn−1、cn−1、dn−1と、n回目の測定における係数a、b、c、dとから式(2)を用いて前記変化率を求めることを特徴とする請求項2に記載の荷電粒子ビーム描画方法。
Figure 2011228501
Measure the change of the bias voltage relative to the filament power when the emission current is constant, and fit the obtained discrete set of the filament power and the bias voltage with the approximate expression of Equation (1), (N-1) From the coefficients a n−1 , b n−1 , c n−1 , dn −1 in the second measurement and the coefficients an n , b n , c n , dn in the nth measurement The charged particle beam drawing method according to claim 2, wherein the rate of change is obtained using Equation (2).
Figure 2011228501
フィラメント電力によりカソードを加熱して放出される荷電粒子をバイアス電圧により制御して、所定のエミッション電流の荷電粒子ビームを放出する荷電粒子銃と、
前記カソードに電圧を印加する高圧電源部と、
前記フィラメント電力を一定として前記バイアス電圧の経時変化を測定する測定部と、
前記測定部で測定した前記バイアス電圧の変化量を求める演算部とを有し、
前記変化量が所定値以下となったところで、前記測定部において前記エミッション電流を一定としたときの前記フィラメント電力に対する前記バイアス電圧の変化を測定して、前記演算部で前記バイアス電圧が前記フィラメント電力に対して飽和するバイアス飽和点を求め、該バイアス飽和点に基づいて前記高圧電源部を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
A charged particle gun that emits a charged particle beam of a predetermined emission current by controlling the charged particles emitted by heating the cathode with filament power by a bias voltage;
A high voltage power supply for applying a voltage to the cathode;
A measurement unit for measuring a change in the bias voltage with time while keeping the filament power constant;
A calculation unit that obtains a change amount of the bias voltage measured by the measurement unit;
When the amount of change becomes equal to or less than a predetermined value, the measurement unit measures the change in the bias voltage with respect to the filament power when the emission current is constant, and the operation unit calculates the bias voltage as the filament power. A charged particle beam drawing apparatus characterized in that a bias saturation point that saturates is obtained and the high-voltage power supply unit is controlled based on the bias saturation point.
フィラメント電力によりカソードを加熱して放出される荷電粒子をバイアス電圧により制御して、所定のエミッション電流の荷電粒子ビームを放出する荷電粒子銃と、
前記カソードに電圧を印加する高圧電源部と、
前記エミッション電流を一定としたときの前記フィラメント電力に対する前記バイアス電圧の変化を示すバイアス飽和特性を一定時間間隔で繰り返し測定する測定部と、
前記測定部で測定した前記バイアス飽和特性の変化率を求める演算部とを有し、
前記変化率が所定値以下となったところで、前記演算部において前記バイアス電圧が前記フィラメント電力に対して飽和するバイアス飽和点を求め、該バイアス飽和点に基づいて前記高圧電源部を制御することを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
A charged particle gun that emits a charged particle beam of a predetermined emission current by controlling the charged particles emitted by heating the cathode with filament power by a bias voltage;
A high voltage power supply for applying a voltage to the cathode;
A measurement unit that repeatedly measures a bias saturation characteristic indicating a change in the bias voltage with respect to the filament power when the emission current is constant;
A calculation unit for obtaining a change rate of the bias saturation characteristic measured by the measurement unit,
When the rate of change becomes a predetermined value or less, the calculation unit obtains a bias saturation point at which the bias voltage saturates with respect to the filament power, and controls the high-voltage power source unit based on the bias saturation point. Characterized charged particle beam drawing apparatus.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013239514A (en) * 2012-05-14 2013-11-28 Jeol Ltd Electron gun, drive device thereof and control method thereof

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