JP2013042114A - 描画装置、及び、物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フォーカスのための基板の正確な位置決めの点で有利なマルチ電子線描画装置を提供する。
【解決手段】描画装置は、荷電粒子線を基板に対して射出する荷電粒子光学系と、基板を保持し、荷電粒子光学系の光軸の方向と光軸に垂直な方向とにそれぞれ可動なステージ１０３と、基準反射面を含み、光軸の方向におけるステージの位置を計測する干渉計と、荷電粒子線の特性を計測する計測器２０１と、補正情報を用いて干渉計の計測結果を補正する制御部と、を備える。制御部は、光軸に垂直な方向におけるステージの複数の位置それぞれに関して干渉計による計測としての第１計測と計測器による計測としての第２計測とを並行して行わせ、複数の位置それぞれに関して得られた第１計測および第２計測の結果に基づいて、補正情報を求める。
【選択図】図１

Description

本発明は、描画装置、及び、物品の製造方法に関する。

近年、電子線描画装置はその解像力の高さから、微細化の進む半導体プロセスのなかで、リソグラフィ行程への応用が期待されている。特許文献１には、電子源から放出される電子線を複数本の電子線に分割し、複数の電子線によってパターンを同時に描画するマルチ電子線描画装置が開示されている。

特開平０９−２４５７０８号公報

しかし、マルチ電子線描画装置においては、カラムと基板との隙間が狭い。そのため、フォーカスセンサのように基板のＺ方向の位置を直接計測する計測器をカラムの光軸内に配置できない。そこで、基板のＺ方向の位置をカラムの光軸外で別途計測し、この計測値を基に干渉計を用いてＺ基準ミラーに対する基板ステージのＺ方向の位置を制御して、基板のＺ方向の位置を制御する手法が考えられる。しかし、この手法ではＺ基準ミラーの平面度がＺ方向の位置計測の誤差要因となり、描画精度が劣化するという問題がある。

本発明は、フォーカスのための基板の正確な位置決めの点で有利な描画装置を提供することを例示的目的とする。

本発明は、荷電粒子線で基板に描画を行う描画装置であって、前記荷電粒子線を前記基板に対して射出する荷電粒子光学系と、前記基板を保持し、前記荷電粒子光学系の光軸の方向と該光軸に垂直な方向とにそれぞれ可動なステージと、基準反射面を含み、前記光軸の方向における前記ステージの位置を計測する干渉計と、前記荷電粒子線の特性を計測する計測器と、補正情報を用いて前記干渉計の計測結果を補正する制御部と、を備え、前記制御部は、前記光軸に垂直な方向における前記ステージの複数の位置それぞれに関して前記干渉計による計測としての第１計測と前記計測器による計測としての第２計測とを並行して行わせ、前記複数の位置それぞれに関して得られた前記第１計測および前記第２計測の結果に基づいて、前記補正情報を求める、ことを特徴とする。

本発明によれば、例えば、フォーカスのための基板の正確な位置決めの点で有利な描画装置を提供することができる。

実施例１における電子線描画装置を説明する図 実施例１における電子線の計測を説明する図 実施例１による計測結果を示す図 実施例２における電子線描画装置を説明する図 実施例２における電子線の計測を説明する図 実施例２による計測結果を示す図

以下に、本発明の実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。本発明は、荷電粒子線で基板にパターンを描画する荷電粒子線描画装置に適用可能であるが、複数の電子線を用いて基板にパターンを描画する電子線描画装置に適用した例を用いて本発明を説明する。

［実施例１］
実施例１に係る電子線描画装置について図１を用いて説明する。電子線描画装置は、電子線を基板に対して射出する電子銃と、電子光学系(荷電粒子光学系)と、ステージ１０３とを備えている。電子光学系は、電子銃から放出された電子線を分割し、分割した複数の電子線を基板上に結像する。ステージ１０３は、基板を保持して電子光学系の光軸の方向であるＺ方向と該光軸に垂直な方向であるＸ方向、Ｙ方向とに可動である。電子光学系は、筐筒（カラムまたは収容部材）１０１に収容されている。カラム１０１の下面と基板との鉛直方向における間隔は１ｍｍ以下と狭い。そのため、電子線描画装置は、カラム１０１の光軸位置で基板のフォーカス計測を行うためのフォーカスセンサを備えることができない。

電子線のビーム径を計測することによるステージ１０３の鉛直方向の位置（Ｚ位置）の計測（第２計測）の手法を図２で説明する。実施例１の計測器２０１は、ステージ１０３の上のＸ方向に沿う複数の位置のそれぞれに配置されたナイフエッジ（遮蔽部材）２０２とフォトダイオード（検出器）２０３との組を備えている。電子線２０４をナイフエッジ２０２の延びる方向（Ｙ方向）に対して交差するようにＸ方向に沿って走査させ、対応するナイフエッジ２０２に遮られなかった電子線により生成された電流をフォトダイオード２０３により検出する。電子線２０４がナイフエッジ２０２によって全く遮られないときに電流値は最大となり、完全に遮られるときに電流値は０となる。フォトダイオード２０３により検出された電流の波形を微分することにより、図３に示すような信号強度分布を取得することができる。この信号強度分布を使って、図３にｗで示される電子線のビーム径を求めることが可能である。図２に示されるように電子線はテーパー形状でフォトダイオード２０３に向かう。したがって、電子線のビーム径はフォトダイオード２０３のＺ位置すなわちステージ１０３のＺ位置によって変化する。そこで、予めカラム１０１に対する計測器２０１（例えばフォトダイオード２０３）のＺ位置と電子線のビーム径の大きさとの関係のデータを取得しておくことで、ステージ１０３のＺ位置を計測することができる。本実施例ではフォトダイオード２０３を用いた例で説明したが、電子線を検出する検出器にはファラデーカップやＣＣＤ等を用いることもできる。

計測器２０１による計測と並行して行う、干渉計を用いたステージ１０３のＺ位置の計測（第１計測）について説明する。不図示のレーザーヘッドを光源とする干渉計３０１から出射された参照光３０４はステージ１０３に設置された反射面で反射され逆の経路をたどって干渉計３０１に帰還する。計測光３０５は、ステージ１０３に設置されて光路をＸ方向からＺ方向に変更する反射面を有する反射鏡３０２で鉛直上方向に反射される。鉛直上方向に反射された計測光３０５は、バーミラー（基準反射鏡）３０３の基準反射面で反射し、逆の経路をたどって干渉計３０１に帰還する。バーミラー３０３は、ステージ１０３の上方で、例えばカラム１０１を支持している定盤等に固定されて、バーミラー３０３の基準反射面は、カラム１０１とのＺ方向における位置関係が実質的に管理されている。計測光３０５の光路長と参照光３０４の光路長との差の変化からステージ１０３のＺ位置が測長され、その測長値を使ってステージ１０３はＺ方向に位置決めされる。計測光３０５の光路長は、反射鏡３０２の反射面までの光路と前記反射面及び基準反射面の間の光路との全光路長である。

しかし、例えばステージ１０３をＸ方向に駆動したとき、ステージ１０３のＺ方向における位置決め精度はＺ方向における基準反射鏡であるバーミラー３０３の長手方向であるＸ方向に亙るＺ平面度の影響を受ける。バーミラー３０３がＸ方向に沿って凹凸がある場合、干渉計３０１によるステージ１０３のＺ位置についての計測結果は、基準反射面の凹凸に起因した計測誤差を含んでしまう。その結果、干渉計３０１の計測結果に基づいてステージ１０３の位置を制御しながら描画を行った場合、例えば、電子線の基板に対する入射角度がばらついていると、電子線が照射される位置がＸ方向に変化するため、オーバーレイ精度の低下を引き起こす。また、基板に対する電子線のデフォーカスを引き起こしうる。なお、干渉計３０１の構成は、上述のものに限定されず、位置計測の基準となる基準反射鏡（基準反射面）を有するものであれば、本発明は適用可能である。

実施例１では、干渉計３０１を用いてステージ１０３のＺ位置を計測する際に、電子線２０４をナイフエッジ２０２に対して走査させて、電子線のビーム径を計測する計測器２０１によっても、ステージ１０３のＺ位置を計測する。計測器２０１は、ナイフエッジ２０２及びフォトダイオード２０３の組を複数含んでいる。ステージ１０３をＸ方向に沿って移動させながら干渉計３０１と計測器２０１とによりステージ１０３のＺ位置を計測することで、Ｘ方向における複数の位置で、干渉計３０１を用いた計測値と計測器２０１を用いた計測値との双方を取得することができる。計測器２０１による電子線を用いた計測値は、複数のナイフエッジ２０２間のＺ方向における位置の差の影響を含む可能性がある。しかし、複数のナイフエッジ２０２の高さを事前に計測してナイフエッジのＺ位置の影響を除去しておくか、特性の相対差がわかっているＸ方向に照射位置の異なる２本以上の電子線を使って計測する等することで、ナイフエッジ２０２間の高さの差を取り除きうる。具体的には、特性の相対差がわかっているＸ方向に照射位置の異なる２本以上の電子線を使って計測することで、ナイフエッジ２０２間の高さの差を取り除くことができる。複数のナイフエッジ２０２に電子線を照射し計測し、また、別の電子線を使って複数のナイフエッジ２０２を計測する。同じナイフエッジ２０２を計測していて同じ測定値にならないのは、ステージ１０３のＸ位置によってＺ方向に誤差を持ったためであり、バーミラー３０３のＺ方向における平面度の影響を受けたためである。こうすることで、ナイフエッジ２０２間の高さの影響を受けずに、バーミラー３０３のＺ方向における平面度を計測することができる。

以上で求められたバーミラー３０３のＺ方向における平面度は、ステージ１０３を制御するプロセッサー（図示せず）のメモリー上に保存される。実際の描画のシーケンスでステージ１０３を駆動させたいとき、制御部１０２は、その目標位置からバーミラー３０３の補正値（補正情報）を算出して、ステージ１０３のＺ位置を補正する。その結果、バーミラー３０３の平面度が補正された理想的な位置に、ステージ１０３を位置決めすること可能となり、基板のＺ方向における位置精度を向上させることができるため、結果としてのオーバーレイ精度の向上が可能となる。なお、計測器２０１は、電子線のビーム径を計測するものとしたが、それには限定されず、例えば電子線の位置を計測するものであってもよい。

具体的には電子線を偏向器で所定角度だけＸ方向に偏向させた状態でステージ１０３を移動させ、計測器２０１で電子線を計測することによって得られる図３のような信号強度分布のピーク位置を求める。上述した偏向方向とは逆方向に電子線を偏向器で所定角度だけＸ方向に偏向させた状態でステージ１０３を移動させ、計測器２０１で電子線を計測することによって得られる図３のような信号強度分布のピーク位置を求める。ここで、それらのピーク位置の差は、ステージ１０３のＸ位置が互いに異なる両計測間におけるフォトダイオード２０３のＺ位置の差すなわちステージ１０３のＺ位置の差によって変化する。ここで、ピーク位置の差がステージ１０３のＺ位置の差に依存するのは、偏向器で偏向された電子線の計測器２０１への入射角が０°からずれていることを前提にしている。そこで、予めカラム１０１に対する計測器２０１（例えばフォトダイオード２０３）のＺ位置の差とピーク位置の差との関係のデータを取得しておくことで、ステージ１０３のＺ位置の差を計測することができる。さらに、これに限らず、光軸方向における電子線のデフォーカス量（光軸方向におけるクロスオーバーと基板表面との距離）と相関のある電子線の他の特性（例えば、電子線のビーム形状）を、計測器２０１を用いて計測するものであってもよい。そして、基準反射面の平面度の誤差は、当該特性とデフォーカス量との関係の情報（予め取得したもの）に基づいて求めることができる。または、当該特性に基づいてデフォーカス量を許容範囲内に収め、そのために要したステージ１０３のＺ軸方向の移動量に基づいて、基準反射面の平面度の誤差を求めることができる。

［実施例２］
実施例２に係る電子線描画装置について図４及び図５を用いて説明する。実施例２の電子線描画装置と実施例２の電子線描画装置とは、使用する電子線のビーム径を計測する計測器２０１が異なる。実施例２における電子線のビーム径を計測する計測器２０１について説明する。ステージ１０３には、反射マーク（マーク）４０３がＸ方向に沿って複数形成された基準ウエハ４０５が搭載されている。一方、カラム１０１の下部には、マーク４０３により散乱または放出された電子（反射電子）により生成された電流を検出する検出器４０４が取り付けられている。マーク４０３は、例えば、タングステンや金で構成されたＹ方向に帯状に延び、基板４０１上にアルミニウム薄膜４０２を介して形成されている。電子線２０４を偏向器によってＸ方向に偏向させ、マーク４０３と交差するように走査させる。検出器４０４は、電子線がマーク４０３上を走査する際に発生する反射電子を検出し、図６のような電流波形を得る。各波形の立ち上り及び立下りからの各電子線２０４の電流分布から、マーク４０３に衝突した電子線のビーム径ｗが求められる。電子線のビーム径の大きさはマーク４０３のＺ位置によって変化するため、予めマーク４０３のＺ位置と電子線のビーム径との関係を取得しておくことで、マーク４０３のＺ位置ひいてはステージ１０３のＺ位置を算出することができる。

干渉計３０１を用いてステージ１０３のＺ位置を計測する場合、実施例１で説明したのと同じ問題がある。そこで、干渉計３０１を用いてステージ１０３のＺ位置を計測する際に、電子線２０４をマーク４０３に対して交差するように走査することによって、干渉計３０１を用いた計測値と電子線を用いた計測値との双方を取得する。マーク４０３は基準ウエハ４０５のＸ方向における複数の位置に形成されているので、Ｘ方向における複数の位置において、ステージ１０３のＺ位置についての干渉計３０１を用いた計測値と電子線を用いた計測値とを取得することができる。したがって、２つの計測値を用いてバーミラー３０３のＸ方向に亙るＺ方向の平面度を求めることができる。このとき、電子線を用いた計測値は、複数のマーク４０３間のＺ方向における高さの差の影響を含んでいる。しかし、特性の相対差がわかっているＸ方向に照射位置の異なる２本以上の電子線を使って計測することで、マーク間の高さの差を取り除くことができる。具体的には、複数のマーク４０３にある電子線を照射して計測し、今後は別の電子線を使って複数のマーク４０３を再度計測する。同じマーク４０３の位置で計測していて同じ測定値にならないのは、ステージ１０３のＸ駆動によってＺ方向に誤差を持った、すなわち、Ｚ基準ミラーであるバーミラー３０３の加工精度の影響を受けたためである。よって、マーク４０３間の高さの影響を受けずに、バーミラー３０３のＸ方向に亙るＺ方向の平面度を計測することができる。

以上で求められたバーミラー３０３のＺ方向の平面度は、ステージ１０３を制御するプロセッサー（図示せず）のメモリー上に保存される。実際の描画のシーケンスでステージ１０３を駆動させたいとき、その目標位置からバーミラー３０３の補正値を算出して、ステージ１０３のＺ方位置を補正することが可能となる。その結果、バーミラー３０３の平面度が補正された理想的な位置に、ステージ１０３を位置決め可能となり、基盤のＺ方向における位置精度を向上させることができるため、結果としてのオーバーレイ精度の向上が可能となる。

なお、上述の実施例においては、電子線を偏向器により走査することにより、電子線とマーク４０３とを相対移動させているが、ステージ１０３を移動させることにより、相対移動させるようにしても良い。また、上述の実施例においては反射電子を検出して電流波形を取得しているが、マーク４０３に電子線が衝突することで生じた２次電子（荷電粒子）を検出して電流波形を取得してもよい。さらに、計測器２０１は、電子線のビーム径を計測するものとしたが、それには限定されず、例えば電子線の位置（例えば、ピーク強度を示す位置）を計測するものであってもよい。また光軸方向における電子線のデフォーカス量（光軸方向におけるクロスオーバーと基板表面との距離）と相関のある電子線の他の特性（例えば、電子線のビーム形状）を計測するものであってもよい。また、基準反射面の平面度の誤差は、当該特性とデフォーカス量との関係の情報（予め取得したもの）に基づいて求めることができる。または、当該特性に基づいてデフォーカス量を許容範囲内に収め、そのために要したステージ１０３のＺ軸方向の移動量に基づいて、基準反射面の平面度の誤差を求めることができる。

［物品の製造方法の実施形態］
本発明の実施形態に係る物品の製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。該製造方法は、感光剤が塗布された基板の該感光剤に上記の描画装置を用いて潜像パターンを形成する工程（基板に描画を行う工程）と、当該工程で潜像パターンが形成された基板を現像する工程とを含みうる。さらに、該製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含みうる。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

Claims (6)

1. 荷電粒子線で基板に描画を行う描画装置であって、
   前記荷電粒子線を前記基板に対して射出する荷電粒子光学系と、
   前記基板を保持し、前記荷電粒子光学系の光軸の方向と該光軸に垂直な方向とにそれぞれ可動なステージと、
   基準反射面を含み、前記光軸の方向における前記ステージの位置を計測する干渉計と、
   前記荷電粒子線の特性を計測する計測器と、
   補正情報を用いて前記干渉計の計測結果を補正する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記光軸に垂直な方向における前記ステージの複数の位置それぞれに関して前記干渉計による計測としての第１計測と前記計測器による計測としての第２計測とを並行して行わせ、前記複数の位置それぞれに関して得られた前記第１計測および前記第２計測の結果に基づいて、前記補正情報を求める、
   ことを特徴とする描画装置。
2. 前記制御部は、前記光軸の方向における荷電粒子線のデフォーカス量と前記特性との間の関係の情報にさらに基づいて、前記補正情報を求める、ことを特徴とする請求項１に記載の描画装置。
3. 前記計測器は、前記ステージの上の複数の位置のそれぞれに配置された遮蔽部材及び検出器の組を含み、
   前記検出器は、対応する前記遮蔽部材に遮られなかった荷電粒子線を検出する、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の描画装置。
4. 前記計測器は、前記ステージの上の複数の位置のそれぞれに配置されたマークと、荷電粒子線を照射された前記マークにより散乱または放出された荷電粒子線を検出する検出器とを含む、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の描画装置。
5. 前記荷電粒子光学系を収容する収容部材と前記ステージに保持された前記基板との間の前記光軸の方向における間隔は、１ｍｍ以下である、ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の描画装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の描画装置を用いて基板に描画を行う工程と、
   前記工程で描画を行われた前記基板を現像する工程と、
   を含むことを特徴とする物品の製造方法。

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