JP2012151371A - 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】マスクの進行方向からの位置ずれを抑制することのできるステージを備えた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】ステージは、マスクＭの裏面を支持する３つのピンＰ１、Ｐ２、Ｐ３を有し、これら３つのピンＰ１、Ｐ２、Ｐ３は、マスクＭの重心を通りステージの進行方向と平行な直線に対して対称に配置されている。また、３つのピンＰ１、Ｐ２、Ｐ３のうち少なくとも鏡像関係にある２つのピンＰ１、Ｐ２を構成する材料の剛性は、設計上同じである。３つのピンＰ１、Ｐ２、Ｐ３は、マスクＭの周縁部を支持することが好ましい。ステージは、マスクＭに描画するパターンの密度に応じて可変速で連続移動することが好ましい。
【選択図】図３

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し、より詳しくは、ステージを移動させながらステージ上に載置された試料に荷電粒子ビームで描画す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に関する。

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、微細パターンを描画可能な電子ビーム描画装置が用いられる。また、レーザビームを用いて描画するレーザビーム描画装置の開発も試みられている。尚、電子ビーム描画装置は、ウェハに直接パターン回路を描画する場合にも用いられる。

電子ビーム描画装置は、ステージに載置されたマスクに描画するパターンを主偏向で偏向可能な幅の複数のストライプに分割すると共に、各ストライプを多数のサブフィールドに分割し、ステージをストライプの幅方向に直交する方向に移動させつつ、電子ビームを主偏向により各サブフィールドに位置決めし、副偏向によりサブフィールドの所定位置に電子ビームをショットして図形を描画するように構成されている(例えば、特許文献１参照)。

電子ビーム描画装置は、パターンを複数のストライプに分割する処理、ストライプを多数のサブフィールドに分割する処理、サブフィールド内の図形の形状、大きさ、位置を決定する処理、図形を１回のショットで描画できる複数部分に分割する処理などを行って、描画のための制御データ(ショットデータ)を作成し、この制御データに基づいて描画を行う。

描画精度が低下する要因の１つとしてステージの移動が挙げられる。最近のステージでは、マスクの裏面を３つのピンで支持する機構が採用されている。

図６は、従来の電子ビーム描画装置において、ステージ構成を説明するための模式図である。この図に示すように、ステージは、ＸＹステージ２００１の上に、Ｚステージ２００２が配置された構成となっている。Ｚステージ２００２の上には台座２００３があり、台座２００３の上にはマスク２００４が搭載されている。マスク２００４は、台座２００３に固定されたピン２００５の上に載せられている。

マスク２００４の位置は、台座２００３と一体のステージミラー２００６の位置をレーザ干渉計２００７で測定することにより把握される。この位置情報に基づいて、偏向制御部により、各偏向アンプが動作され、マスク２００４にパターンが描画される。したがって、高精度な描画を実現するためには、ステージミラー２００６とマスク２００４の相対的な位置関係がステージの動作中に変動しないことが求められる。

しかし、電子ビーム描画装置では、スループットの向上を図るため、図形密度が疎の部分でステージの移動速度を速くして描画時間を短縮することが行われる。ステージの移動速度を上記の如く変えると、この領域の始端部でステージが加速され、この領域の終端部でステージが減速されることになる。このとき、ステージの加減速によってマスクを支持するピンが慣性力で撓んで変形する。すると、ステージの位置を正確に測定することができなくなるので、描画精度の低下を生じやすくなる。

そこで、ステージを加減速させながらパターンを描画して補正係数を求め、電子ビームの照射位置を補正することが行われている。また、特許文献２には、ステージの位置ずれ量を偏向器にフィードバックし、さらに、ステージの移動速度から補正演算に要する時間中のステージの移動量を予想して、ビーム位置の補正を行うことが開示されている。

図７は、従来のステージにおいて、矢印で示すステージの進行方向と、マスク２００４を支持する３つのピン２００５ａ、２００５ｂ、２００５ｃとの位置関係を示している。この図に示すように、従来のステージでは、３つのピン２００５ａ、２００５ｂ、２００５ｃは、マスク２００４の撓みが最小となるように配置される。

マスク２００４が載置されたステージは、図中の矢印と平行な方向に移動する。このとき、マスク２００４の位置ずれは、ステージの進行方向（実線の矢印）だけではなく、進行方向から角度θずれた方向（点線の矢印）にも起こる。その結果、マスク２００４の位置は、図７において点線で示すようになる。

一方、従来の加速度補正は、マスクの進行方向に対して、加速度のみの関数として行われており、進行方向からずれた方向への位置ずれに対する補正は行われていなかった。また、かかる補正を行うにしても、ずれの方向と量がステージの位置に依存するので、補正のアルゴリズムやキャリブレーションが複雑になるという問題があった。さらに、回転方向への位置ずれが起こることにより、マスクがスリップしやすいという問題もあった。

特開２００８−３４４３９号公報 特開２００３−８６４８５号公報

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、マスクの進行方向からの位置ずれを抑制することのできるステージを備えた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。

本発明の第１の態様は、ステージを移動させながらステージ上に載置された試料に荷電粒子ビームで描画する荷電粒子ビーム描画装置であって、
ステージは、試料の裏面を支持する３つの支持部を有し、
３つの支持部は、試料の重心を通りステージの進行方向と平行な直線に対して対称に配置されており、
３つの支持部のうち少なくとも鏡像関係にある２つの支持部を構成する材料の剛性は、設計上同じであることを特徴とするものである。

本発明の第１の態様において、３つの支持部は、試料の周縁部を支持することが好ましい。

本発明の第１の態様において、ステージは、試料に描画するパターンの密度に応じて可変速で連続移動することが好ましい。

本発明の第２の態様は、試料が載置されたステージを移動させながら荷電粒子ビームを用いて試料に描画する荷電粒子ビーム描画方法において、
ステージに設けられ、試料の重心を通りステージの進行方向と平行な直線に対して対称に配置された３つの支持部で試料を支持し、
３つの支持部のうち少なくとも２つの支持部を設計上同じ剛性の材料で構成し、これらが鏡像関係にあるよう配置することを特徴とするものである。

本発明の第２の態様では、試料に描画するパターンの密度に応じてステージを可変速で連続移動させながら描画することが好ましい。

本発明の第１の態様によれば、試料の進行方向からの位置ずれを抑制することのできるステージを備えた荷電粒子ビーム描画装置が提供される。

本発明の第２の態様によれば、試料の進行方向からの位置ずれを抑制することのできるステージを備えた荷電粒子ビーム描画方法が提供される。

本実施の形態の荷電粒子ビーム描画装置の一例である電子ビーム描画装置の構成図である。 本実施の形態における電子ビーム描画方法の説明図である。 本実施の形態において、ステージの進行方向と、マスクを支持する３つのピンとの位置関係を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、図３の一点破線に沿う断面図であり、（ａ）は、ステージの移動に伴うピンＰ１の撓みの変化を示しており、（ｂ）は、ピンＰ２の撓みの変化を示している。 本実施の形態のステージにおけるピンの配置の別の例である。 従来の電子ビーム描画装置におけるステージ構成を示す図である。 従来のステージにおいて、ステージの進行方向と、マスクを支持するピンとの位置関係を示す図である。

図１は、本実施の形態の荷電粒子ビーム描画装置の一例である電子ビーム描画装置の構成図である。

電子ビーム描画装置１０１は、描画部１０３と制御部１０４とで構成される。描画部１０３は、描画室３００と、描画室３００の天井部に設けた電子鏡筒３０１とを備えている。

描画室３００内には、互いに直交するＸ方向とＹ方向に移動自在なステージ３０２が設けられており、ステージ３０２上に試料１０２が載置される。試料１０２は、例えば、ガラス基板上にクロム膜等の遮光膜とレジスト膜とが積層されたマスクである。試料１０２は、図示しないピンによって支持されている。

電子鏡筒３０１内には、上から順に、電子銃３０３と、照明レンズ３０４と、ブランキング偏向器３０５と、ブランキングアパーチャ３０６と、第１成形アパーチャ３０７と、投影レンズ３０８および成形偏向器３０９と、第２成形アパーチャ３１０と、主偏向器３１１と、対物レンズ３１２と、副偏向器３１３とが配置されている。

電子銃３０３から発せられた電子ビームＢは、照明レンズ３０４により第１成形アパーチャ３０７に照射されるが、ブランキングオン時（非描画期間）には、ブランキング偏向器３０５により偏向されてブランキングアパーチャ３０６上に照射され、第１成形アパーチャ３０７には照射されない。

第１成形アパーチャ３０７には矩形状の開口が形成されている。そして、電子ビームＢは、第１成形アパーチャ３０７を透過する際に、その断面形状が矩形に成形され、投影レンズ３０８により第２成形アパーチャ３１０上に投影される。この際、成形偏向器３０９により第２成形アパーチャ３１０への電子ビームＢの投影場所を変化させ、電子ビームＢの形状と寸法を制御する。

第２成形アパーチャ３１０を透過した電子ビームＢの焦点は、対物レンズ３１２により試料１０２に合わせられる。そして、主偏向器３１１による電子ビームＢの主偏向と副偏向器３１３による電子ビームＢの副偏向とで、試料１０２に対する電子ビームＢのショット位置が制御される。

試料１０２上に描画されるパターン５は、図２に示すように、主偏向で偏向可能なＹ方向幅の短冊状の複数のストライプ５１に分割され、さらに、各ストライプ５１は、行列状の多数のサブフィールド５２に分割される。パターン５の描画に際しては、ステージ３０２をストライプ５１の幅方向に直交するＸ方向に連続移動させつつ、電子ビームＢを主偏向により各サブフィールド５２に位置決めし、副偏向によりサブフィールド５２の所定位置に電子ビームＢをショットして図形５３を描画する。そして、１つのストライプ５１の描画を終了すると、ステージ３０２をＹ方向にステップ移動させてから次のストライプ５１の描画を行い、これを繰り返して試料１０２全体にパターン５を描画する。

尚、図形５３の寸法が大きいときは、図形５３を複数部分に分割し、各部分に順に電子ビームＢをショットする。描画中は、ステージ３０２が一方向に連続的に移動しているので、描画原点がステージ３０２の移動に追従するように、主偏向器３１１によってサブフィールド５２の描画原点をトラッキングさせている。

このように、電子ビームＢは、主偏向器３１１と副偏向器３１３によって偏向され、連続的に移動するステージ３０２に追従しながら、照射位置を決められる。Ｘ方向のステージ移動を連続的に行うとともに、電子ビームＢのショット位置をステージ移動に追従させることで、描画時間の短縮を図ることができる。尚、本実施の形態においては、ステージ３０２を停止させた状態で１つの主偏向領域の描画を行い、次の領域へ移動するときには描画を行わないステップアンドリピート方式の描画方法であってもよい。

制御部１０４は、電子ビーム描画装置１０１の各種制御を行う制御計算機４００を備えている。制御計算機４００には、ステージ３０２の制御を行うステージ制御部４０６が接続されている。ステージ制御部４０６には、ステージ３０２を駆動する駆動部４０１と、ステージ３０２に固定したステージミラー３０２ａへのレーザ光の入反射でステージ３０２の位置を測定するレーザ干渉計４０２とが接続されている。また、制御計算機４００には、偏向制御部４０３が接続されており、ブランキング偏向器３０５、成形偏向器３０９、主偏向器３１１および副偏向器３１３を偏向制御部４０３により各偏向器用アンプ３０５ａ、３０９ａ、３１１ａ、３１３ａを介して制御する。

制御部１０４は、さらに、パターンデータ（ＣＡＤデータ）を、電子ビーム描画装置１０１で処理可能なフォーマットに変換した描画データを記憶する記憶装置４０４を備えている。また、制御部１０４は、ショットデータ生成部４０５を備えている。

ショットデータ生成部４０５は、描画データで規定されるパターン５を複数のストライプ５１に分割する処理、各ストライプ５１をサブフィールド５２に分割する処理、各サブフィールド５２内の図形５３の形状、大きさ、位置を決定する処理、図形５３を１回のショットで描画できる複数部分に分割する処理等を行ってショットデータを生成する。このショットデータは偏向制御部４０３へ送られる。

電子ビーム描画装置１０１で試料１０２にパターン５を描画し終えると、試料１０２は、描画検査装置に移し替えられ、パターンの描画精度が検査される。描画検査装置は、例えば、光学顕微鏡と、光学顕微鏡の下で試料１０２をＸ方向およびＹ方向に移動させるステージとを備えており、ステージにより試料１０２を所定の位置に移動し、光学顕微鏡の光を試料１０２に対し照射するようにしている。光学顕微鏡にはＣＰＵが接続されており、試料１０２に描画された図形の位置を、光学顕微鏡からの信号に基づいてＣＰＵで算出し、モニタ画面に表示する。そして、描画検査装置の記憶装置に記憶させたパターンデータで規定される図形の位置を比較し、描画されたパターンが、所望の精度内に収まっているか否かを判別する。

ところで、制御計算機４００は、図形密度が疎の部分でステージ３０２の移動速度を速くして描画時間の短縮を図っている。ステージ３０２の移動速度を図形密度が疎の領域で速くすると、ステージ３０２の速度が一定でなくなる。したがって、ステージ３０２の移動速度を一定として描画を行うと、描画パターンに位置ずれを生じるので補正処理を行う。具体的には、所定の等速でパターンを描画した後、速度を振って同様に等速でパターンを描画することにより、ステージ３０２の移動速度の変動に対する補正係数（速度係数）αを求める。

また、ステージ３０２の移動速度を上記の如く図形密度が疎の領域で速くすると、この領域の始端部でステージが加速され、この領域の終端部でステージが減速されることになる。このため、試料１０２を支持するピンが慣性力で撓んで変形する。このため、電子ビームが適正な位置に照射されるように、加速度に対する補正処理を行うことも必要になる。具体的には、ステージ３０２を加減速させながら、上述した速度補正とは別のパターンを描画して補正係数（加速度係数）βを求める。

補正係数αおよび補正係数βの算出は、図１の偏向制御部４０３で行うことができる。具体的には、描画したパターンの各位置情報は偏向制御部４０３に入力され、偏向制御部４０３は、算出した補正係数α、βに基づいて、電子ビームＢの描画位置が補正されるように、偏向器用アンプ３０５ａ、３０９ａ、３１１ａ、３１３ａを介し、ブランキング偏向器３０５、成形偏向器３０９、主偏向器３１１および副偏向器３１３をそれぞれ制御する。

上記のような補正処理は、ステージ３０２の進行方向における試料１０２の位置ずれに対して行われる。一方、進行方向から角度θずれた方向への試料１０２の位置ずれに関する補正は、アルゴリズムやキャリブレーションが複雑になるため、処理に時間を要し、また、この補正を実行可能な装置の開発にコストがかかる。そこで、本発明者は、進行方向から角度θ方向へのマスクの位置ずれを抑制可能なステージを見出し、本発明に至った。

図７で説明したように、従来のステージでは、ステージの進行方向から角度θずれた方向に、マスク２００４の位置ずれが生じる。これは、３つのピン２００５ａ、２００５ｂ、２００５ｃが、ステージの進行方向に対して非対称に配置されているためと考えられる。以下に、詳しく説明する。

従来のステージにおける３つのピン２００５ａ、２００５ｂ、２００５ｃの配置は、マスク２００４の撓みを考慮して考えられたものである。すなわち、これらのピンは、マスク２００４の撓みが最小となるように配置されている。しかしながら、図７において、各ピンからマスク２００４にかかる荷重を、マスク２００４の重心を通り進行方向と平行な直線で左右に分けて比較すると、進行方向に向かって左側の領域Ｂの方が、右側の領域Ａより荷重が大きくなる。このため、マスク２００４は、ステージの進行方向から左に角度θずれた方向に位置ずれを起こすと考えられる。

図３は、本実施の形態のステージにおいて、矢印で示すステージの進行方向と、試料１０２の一例となるマスクＭを支持する３つのピンＰ１、Ｐ２、Ｐ３との位置関係を示したものである。

本実施の形態のステージでは、ステージの進行方向、より詳しくは、マスクＭの重心を通り進行方向と平行な直線に対して、支持部としての３つのピンＰ１、Ｐ２、Ｐ３が対称に配置されている。かかる構成のステージによれば、各ピンからマスクＭにかかる荷重は、マスクＭの重心を通り進行方向と平行な直線に対し、進行方向に向かって右側の領域Ａと左側の領域Ｂで同じであるので、マスクＭの進行方向からの位置ずれは抑制される。

尚、３つのピンＰ１、Ｐ２、Ｐ３は、マスクＭに描画されるパターンにかからない位置、具体的には、マスクＭの周縁部を支持することが好ましい。また、ステージは、マスクＭに描画するパターンの密度に応じて可変速で連続移動することが好ましい。

本実施の形態では、少なくとも鏡像関係にある２つのピンの剛性を設計上同じにする。尚、３つのピンＰ１、Ｐ２、Ｐ３の剛性を設計上同じとすることがより好ましい。図３の例では、ピンＰ１とピンＰ２の剛性を同じにする。これは、ステージが移動したときに、各ピンの撓みの程度が等価となるようにするためである。

図４（ａ）は、図３の一点破線（マスクＭの重心を通り進行方向と平行な直線）に沿う断面図であり、ステージの移動に伴うピンＰ１の撓みの変化を示している。尚、実線は移動前のマスクＭとピンＰ１を示しており、点線は減速して移動中のマスクＭとピンＰ１を示している。

同様に、図４（ｂ）も、図３の一点破線に沿う断面図であり、ステージの移動に伴うピンＰ２の撓みの変化を示している。実線は移動前のマスクＭとピンＰ２を示しており、点線は減速して移動中のマスクＭとピンＰ２を示している。

図４（ａ）および（ｂ）に示すように、ステージが移動したときに、ピンＰ１とピンＰ２の撓みの程度が等価であれば、マスクＭが進行方向から左方向または右方向にずれるのは抑制される。しかしながら、これらのピンの剛性が同じでないと、撓みの程度が異なるため、マスクＭが進行方向に対して左方向または右方向へずれるおそれは大きくなる。

マスクを支持するピンの剛性は高い方が好ましく、また、ピンは、熱伝導率が大きく、熱膨張係数の小さい材料で構成されていることが好ましい。

尚、本実施の形態のステージにおけるピンの配置は、図３の例に限られるものではなく、図５のようにすることも可能である。

本実施の形態において、試料１０２の撓みは、従来と同様にして補正することができる。尚、この補正は、上述した速度補正や加速度補正とは別に行われる。以下では、マスクの撓みについて説明する。

ステージ３０２上に載置された試料１０２の表面が平面であれば、試料１０２上の任意の１点の高さを測定し、この高さに電子ビームＢの焦点を合わせることで、所望のパターンを描画できる。しかし、実際の試料１０２は、完全な平面ではなく、僅かながら変形している。具体的には、試料１０２は自重によって撓んだ状態となっている。ここで、試料１０２の撓みによる変形量は試料１０２の面内における位置に依存するので、描画精度が低下する割合も位置に依存したものになる。

そこで、試料１０２の撓みに起因する描画精度の低下は、例えば、次のようにして補正される。

まず、試料１０２に電子ビームを照射して得られた信号を検出し、試料１０２に形成されたパターンの位置情報を得る。また、試料１０２の表面の高さを測定して、試料１０２の撓みを求める。得られた撓みに基づいて、パターンの位置情報を補正する。このとき、試料１０２の撓みに起因するＸ方向とＹ方向の位置補正量は、表面形状を記述する関数の係数を最小自乗法で求めることにより算出されるが、マップ補正によっても求められる。前者の場合、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、試料１０２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。

以上述べたように、本実施の形態では、ステージに設けられた３つの支持部が、マスクの重心を通りステージの進行方向と平行な直線に対して対称に配置されており、また、３つの支持部のうち少なくとも鏡像関係にある２つの支持部を構成する材料の剛性が、設計上同じである。このようにすることにより、ステージの移動に伴い、マスクが進行方向から角度θずれた方向に位置ずれを起こすのが抑制される。したがって、マスクの位置ずれに対する補正は、マスクの進行方向に加速度のみに依存して行えばよく、描画位置に依存した補正を考慮する必要がなくなる。また、マスクの進行方向からの位置ずれが抑制されることにより、マスクがスリップするのを防ぐこともできる。

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、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。

Ｂ 電子ビーム
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、２００５ａ、２００５ｂ、２００５ｃ ピン
Ｍ、２００４ マスク
１０１ 電子ビーム描画装置
１０２ 試料
１０３ 描画部
１０４ 制御部
５ パターン
５１ ストライプ
５２ サブフィールド
５３ 図形
３００ 描画室
３０１ 電子鏡筒
３０２ ステージ
３０２ａ、２００６ ステージミラー
３０３ 電子銃
３０４ 照明レンズ
３０５ ブランキング偏向器
３０６ ブランキングアパーチャ
３０７ 第１成形アパーチャ
３０８ 投影レンズ
３０９ 成形偏向器
３１０ 第２成形アパーチャ
３１１ 主偏向器
３１２ 対物レンズ
３１３ 副偏向器
４００ 制御計算機
４０１ 駆動部
４０２、２００７ レーザ干渉計
４０３ 偏向制御部
４０４ 記憶装置
４０５ ショットデータ生成部
４０６ ステージ制御部
２００１ ＸＹステージ
２００２ Ｚステージ
２００３ 台座

Claims (5)

1. ステージを移動させながらステージ上に載置された試料に荷電粒子ビームで描画する荷電粒子ビーム描画装置であって、
   前記ステージは、前記試料の裏面を支持する３つの支持部を有し、
   前記３つの支持部は、前記試料の重心を通り前記ステージの進行方向と平行な直線に対して対称に配置されており、
   前記３つの支持部のうち少なくとも鏡像関係にある２つの支持部を構成する材料の剛性は、設計上同じであることを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
2. 前記３つの支持部は、前記試料の周縁部を支持することを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム描画装置。
3. 前記ステージは、前記試料に描画するパターンの密度に応じて可変速で連続移動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. 試料が載置されたステージを移動させながら荷電粒子ビームを用いて試料に描画する荷電粒子ビーム描画方法において、
   前記ステージに設けられ、前記試料の重心を通り前記ステージの進行方向と平行な直線に対して対称に配置された３つの支持部で前記試料を支持し、
   前記３つの支持部のうち少なくとも２つの支持部を設計上同じ剛性の材料で構成し、これらが鏡像関係にあるよう配置することを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
5. 前記試料に描画するパターンの密度に応じて前記ステージを可変速で連続移動させながら描画することを特徴とする請求項４に記載の荷電粒子ビーム描画方法。
   
   
   

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