JP2013074088A - 荷電粒子線描画装置、描画データ生成方法、描画データ生成プログラム、それを用いた物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ブランキング偏向器アレイにより生じる磁場の影響の軽減に有利な描画装置を提供する。
【解決手段】この描画装置は、複数の荷電粒子線で基板に描画を行う装置であり、複数の荷電粒子線をそれぞれブランキングする複数のブランキング偏向器を含むブランキング偏向器アレイと、描画データに基づいてブランキング偏向器アレイを制御する制御部とを有する。この制御部は、描画データにしたがって制御した場合にブランキング偏向器アレイが生成する磁場による複数の荷電粒子線の基板上での位置誤差が低減するように、ブランキング偏向器アレイを制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数の荷電粒子線を用いた描画装置、描画データ生成方法、描画データ生成プログラム、およびそれを用いた物品の製造方法に関する。

近年、半導体集積回路などのデバイスの製造に用いられる描画装置は、素子の微細化、回路パターンの複雑化、またはパターンデータの大容量化が進み、描画精度の向上が要求されている。これを実現させる方法の１つとして、電子ビームなどの荷電粒子線の偏向およびブランキングの制御を行うことにより、基板に描画を行う描画装置が知られている。このような描画装置として、特許文献１は、スループットを向上させるために複数の荷電粒子線を用いるマルチビーム方式の荷電粒子線露光装置を開示している。この荷電粒子線露光装置は、複数の荷電粒子線を個別に偏向する複数の電極対を一枚の平板に形成したブランキング偏向器アレイ（ブランカーアレイ）を備える。また、非特許文献１は、マルチビーム方式の荷電粒子線描画装置による生産性を向上させるために荷電粒子線の総数を増大させた描画装置を開示している。この描画装置は、電極対とＣ−ＭＯＳ回路とを集積したブランキング偏向器アレイを備える。

特開２００２−３５３１１３号公報

M. J. Wieland, Throughputenhancement technique for MAPPER maskless lithography, SPIE vol.7637, 76371Z-1

マルチビーム方式の荷電粒子線描画装置では、さらなるスループットの向上のために、荷電粒子線の本数をさらに増加させることが考えられる。しかしながら、荷電粒子線の本数の増加は、ブランキング偏向器アレイに構成される回路規模の増大を意味する。ここで、ブランキング偏向器アレイに構成される回路の動作率は、描画パターンにより変動するため、ブランキング偏向器アレイ中の回路を流れる電流は、描画処理中に刻々と変化しうる。ブランキング偏向器アレイの電極対を通過する荷電粒子線は、上記電流の変化による磁場の変動の影響を受けて不安定となりやすい。このため、回路規模の増大は、結果的に、磁場変動が描画装置の解像性能や重ね合わせ精度に及ぼす影響を大きくしうる。

本発明は、ブランキング偏向器アレイにより生じる磁場の影響の軽減に有利な描画装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、複数の荷電粒子線で基板に描画を行う描画装置であって、複数の荷電粒子線をそれぞれブランキングする複数のブランキング偏向器を含むブランキング偏向器アレイと、描画データに基づいてブランキング偏向器アレイを制御する制御部と、を有し、制御部は、描画データにしたがって制御した場合にブランキング偏向器アレイが生成する磁場による複数の荷電粒子線の基板上での位置誤差が低減するように、ブランキング偏向器アレイを制御することを特徴とする。

本発明によれば、例えば、ブランキング偏向器アレイにより生じる磁場の影響の軽減に有利な描画装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る荷電粒子線描画装置の構成を示す図である。 ブランキング偏向器アレイの構成を示す図である。 ブランキング指令生成回路の内部処理の流れを示すフローチャートである。 描画処理時のブランキング偏向器アレイの動作を説明する図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面等を参照して説明する。

まず、本発明の一実施形態に係る荷電粒子線描画装置（以下「描画装置」という）について説明する。特に、本実施形態の描画装置は、複数の電子ビーム（荷電粒子線）を偏向させ、電子ビームの照射のＯＮ／ＯＦＦを個別に制御することで、所定の描画データを被処理基板上（基板上）の所定の位置に描画するマルチビーム方式を採用するものとする。ここで、荷電粒子線は、本実施形態のような電子線に限定されず、イオン線などの他の荷電粒子線であってもよい。図１は、本実施形態に係る描画装置の構成を示す図である。なお、以下の各図では、被処理基板に対する電子ビームの照射方向にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内に互いに直交するＸ軸およびＹ軸を取っている。さらに、以下の各図では、図１と同一構成のものには同一の符号を付す。描画装置１は、電子銃２と、該電子銃２のクロスオーバ３から発散した電子ビームを複数の電子ビームに分割、偏向、および結像させる光学系４と、被処理基板を保持する基板ステージ５と、描画装置１の各構成要素の動作などを制御する制御部６とを備える。なお、電子ビームは、大気圧雰囲気ではすぐに減衰し、また高電圧による放電を防止する意味もかねて、制御部６を除く上記構成要素は、不図示の真空排気系により内部圧力が適宜調整された空間内に設置される。例えば、電子銃２および光学系４は、高い真空度に保たれた電子光学鏡筒内に設置される。同様に、基板ステージ５は、電子光学鏡筒内よりも比較的低い真空度に保たれたチャンバー内に設置される。また、被処理基板７は、例えば、単結晶シリコンからなるウエハであり、表面上には感光性のレジストが塗布されている。

電子銃２は、熱や電界の印加により電子ビームを放出する機構であり、図中ではクロスオーバ３から放出された電子ビームの軌道２ａを点線で示している。光学系４は、電子銃２側から順に、コリメーターレンズ１０、アパーチャアレイ１１、第１静電レンズアレイ１２、ブランキング偏向器アレイ１３、ブランキングアパーチャアレイ１４、偏向器アレイ１５、および第２静電レンズアレイ１６を備える。コリメーターレンズ１０は、電磁レンズで構成され、クロスオーバ３で発散した電子ビームを平行ビームとする光学素子である。アパーチャアレイ１１は、マトリクス状に配列した複数の円形状の開口を有し、コリメーターレンズ１０から入射した電子ビームを複数の電子ビームに分割する機構である。第１静電レンズアレイ１２は、円形状の開口を有する３枚の電極板（図中、３枚の電極板を一体で示している）から構成され、ブランキングアパーチャアレイ１４に対して電子ビームを結像させる光学素子である。ブランキング偏向器アレイ１３およびブランキングアパーチャアレイ１４は、共にマトリクス状に配置され、各電子ビームの照射のＯＮ（非ブランキング状態）／ＯＦＦ（ブランキング状態）動作を実施する機構である。特に、ブランキングアパーチャアレイ１４は、第１静電レンズアレイ１２が最初に電子ビームのクロスオーバを形成する位置に配置される。偏向器アレイ１５は、基板ステージ５に載置された被処理基板７の表面上の像をＸ軸方向に偏向する機構である。さらに、第２静電レンズアレイ１６は、ブランキングアパーチャアレイ１４を通過した電子ビームを被処理基板７に結像させる光学素子である。

ここで、上記ブランキング偏向器アレイ１３の構成について詳説する。図２は、ブランキング偏向器アレイ１３の構成を示す平面図である。ブランキング偏向器アレイ１３は、電極対２０と、この電極対２０によるブランキング動作を制御する駆動回路２１とを含むブランキングデバイス（ブランキング偏向器）２２がアレイ状に配列されてなる。ここでは、６列×８行で配列された計４８個のブランキングデバイス２２を有する場合を例示している。電極対２０は、第１静電レンズアレイ１２により収束した電子ビームが通過する開口部において互いに対向するように、不図示の被駆動電極とアース電極とを備える。この被駆動電極は、同じブランキングデバイス内の駆動回路２１に接続され、一方、アース電極は、ブランキング偏向器アレイ１３内の不図示のグランドラインに接続されている。また、ブランキング偏向器アレイ１３は、光ファイバや電気ケーブルなどで構成された配線２３を介して、後述するブランキング指令生成回路３６からのシリアル化、またはパラレル化された指令情報（ブランキング信号）を受信する複数の通信処理回路２４を含む。この通信処理回路２４は、データ分配バス２５を介して指令情報を各駆動回路２１に送信する。駆動回路２１は、この指令情報に基づいて電極対２０（の被駆動電極）に駆動電流を供給し、電極対２０に電界を発生させて電子ビームのブランキング動作を制御する。なお、ブランキング偏向器アレイ１３におけるブランキングデバイス２２の数や配置は、以上のような構成に限られない。当該配置は、例えば、いわゆる千鳥格子状の配置などであってもよい。

基板ステージ５は、被処理基板７を、例えば静電引力により保持しつつ、少なくともＸＹ軸方向に適宜移動（駆動）可能であり、その位置は、不図示の干渉計（レーザー測長器）などにより実時間で計測される。

制御部６は、描画装置１の描画に関わる各構成要素の動作を制御する各種制御回路と、各制御回路を統括する主制御部３０とを有する。各制御回路として、まず、第１〜第３レンズ制御回路３１、３２、３３は、それぞれコリメーターレンズ１０、第１静電レンズアレイ１２、および第２静電レンズアレイ１６の動作を制御する。描画パターン発生回路３４は、描画パターンを生成し、この描画パターンは、ビットマップ変換回路３５によりビットマップデータに変換される。ブランキング指令生成回路３６は、このビットマップデータに基づいて上記指令情報を生成する。ここで、制御部６は、ブランキング指令生成回路３６を含むものであり、ブランキング偏向器アレイ１３を制御する制御部として機能する。偏向アンプ部３７は、偏向信号発生回路３８により生成される偏向信号に基づいて偏向器アレイ１５の動作を制御する。ステージ制御回路３９は、主制御部３０からの指令であるステージ位置座標に基づいて基板ステージ５への指令目標値を算出し、駆動後の位置がこの目標値となるように基板ステージ５を駆動させる。このステージ制御回路３９は、パターン描画中は、被処理基板７（基板ステージ５）をＹ軸方向に連続的にスキャンさせる。このとき、偏向器アレイ１５は、干渉計などの基板ステージ５の測長結果を基準として、被処理基板７の表面上の像をＸ軸方向に偏向させる。そして、ブランキング偏向器アレイ１３は、被処理基板７上で目標線量が得られるように電子ビームの照射のＯＮ／ＯＦＦを実施する。

次に、描画装置１の作用について説明する。スループットの向上のため、採用する電子ビームの本数を増加させると、ブランキング偏向器アレイ１３を構成する回路規模が増大する。例えば、ブランキング偏向器アレイ１３を構成する各駆動回路２１の動作率は、描画パターンにより変動し、ブランキング偏向器アレイ１３の回路に流れる電流は、描画処理中に刻々と変化する。このとき、ブランキング偏向器アレイ１３の各電極対２０の間を通過する電子ビームは、電子ビームの本数の増加に伴う回路規模の増大に起因して増大した磁場の変動の影響を受け、その位置が変動する。そこで、本実施形態の描画装置１は、例えば、制御部６内のブランキング指令生成回路３６において、当該変動を低減するように、ビットマップ変換回路３５から出力された描画パターン（描画データ）を補正する。

まず、本実施形態に係るブランキング指令生成回路（指令生成部：以下「指令生成回路」という）３６の内部処理について説明する。図３は、本実施形態における指令生成回路３６の内部処理の流れを示すフローチャートである。まず、指令生成回路３６は、ビットマップ変換回路３５にて設定された描画パターンを受信し、この描画パターンに応じた駆動回路２１の動作率の変化を算出する（動作率変化算出工程：ステップＳ１００）。次に、指令生成回路３６は、ステップＳ１００にて算出された動作率の変化に基づいて、ブランキング偏向器アレイ１３の電流の変化を算出する（電流変化算出工程：ステップＳ１０１）。次に、指令生成回路３６は、ステップＳ１０１にて算出された電流の変化に基づいて、ブランキング偏向器アレイ１３が生成する磁場の変化を算出する（磁場変化算出工程：ステップＳ１０２）。次に、指令生成回路３６は、ステップＳ１０２にて算出された磁場の変化に基づいて、電子ビームの偏向量を算出し、さらにこの偏向量に基づいて、被処理基板７上での電子ビームのシフト量（位置誤差）を算出する（シフト量算出工程：ステップＳ１０３）。次に、指令生成回路３６は、ステップＳ１０３にて算出されたシフト量に基づいて、描画パターンを補正し（描画データ補正工程：ステップＳ１０４）、それに対応した指令情報（ブランキング指令）を通信処理回路２４に送信する。

以下、上記各算出工程および補正工程について詳説する。まず、ステップＳ１００における駆動回路２１の動作率の変化の算出について説明する。図４は、駆動回路２１の動作率変化の算出を説明するためのブランキング偏向器アレイ１３の状態を示す図である。図４では、６列×８行で配列されたブランキングデバイス２２を、一例として、列単位（６列）にブロック分けし、列ごとに駆動回路２１の動作率の変化を算出する場合を示している。ここで、８つのブランキングデバイス２２を含む列単位のブロックを、便宜上第１ブロック５０〜第６ブロック５５と表記する。ここで、初期のブランキング指令に基づく、描画処理中のあるタイミング（第１タイミング）での駆動回路２１の動作状況は、図４（ａ）に示すように、動作中（ブランキング動作中：図中白抜き）と非動作中（図中黒塗り）とに分かれている。例えば、第１ブロック５０では、動作中の駆動回路２１は、６つであり、非動作中の駆動回路２１は、２つである。これに対して、図４（ｂ）は、図４（ａ）の第１タイミングに続く第２タイミングでの駆動回路２１の動作状況を示す図である。例えば、第１ブロック５０では、動作中の駆動回路２１が４つに、非動作中の駆動回路２１が４つに変化している。なお、（表１）は、各ブロックでの駆動回路２１の動作状況（動作回路数）をまとめたものである。

ここで、指令生成回路３６は、駆動回路２１の第１タイミングでの動作回路数と、第２タイミングでの動作回路数との差を計算することで駆動回路２１の動作率の変化とすることができる。なお、複数のブランキングデバイス２２をブロックで分割する方法は、上記の方法に限らない。また、動作率の変化でなく、動作しているブランキングデバイス２２の位置まで考慮した動作状態の変化を捉えるようにしてもよい。

次に、ステップＳ１０１におけるブランキング偏向器アレイ１３の電流の変化（変動）の算出について説明する。ブランキング偏向器アレイ１３が動作する、すなわち複数の駆動回路２１が動作する際の電流は、ブランキング偏向器アレイ１３の仕様に依存する。すなわち、電流は、例えば、ＣＭＯＳ回路のゲート容量、接合容量、配線容量および負荷容量と、それに印加する駆動信号の電圧および周波数とから見積もることができる。また、電流は、実際にブランキング偏向器アレイ１３を駆動して直接測定することによっても得ることができる。そして、指令生成回路３６は、上述のようにして得られた電流に（表１）から得られる駆動回路２１の動作率変化を乗算すれば、電流の変化を算出することができる。なお、駆動回路２１と電極対２０を接続する配線は、不図示であるが、Ｚ軸方向にも存在するため、電流は、Ｚ軸方向にも流れる。

次に、ステップＳ１０２におけるブランキング偏向器アレイ１３が生成する磁場の変化（変動）の算出について説明する。例えば、図４に示す動作状況における第１ブロック５０〜第６ブロック５５のいずれかのブロック（特定ブロック）での電流変動による磁場変動ΔＢは、その周辺に位置する駆動回路２１との距離から、例えば、（数１）で表される。なお、Ｚ軸方向に流れる電流の変化による磁場の変化は、例えば、Ｘ軸方向において生じる。

ここで、μは、真空の透磁率であり、ΔＩ_ｎ（ｎはブロックを特定する番号）は、上記電流の変化（変動量）であり、また、Ｒ_ｎは、特定ブロックと他のブロックとの間の距離である。当該距離は、例えば、各ブロックの中心点どうしの距離として計算できる。すなわち、任意のブロックでの磁場の変化は、その周辺に位置する各ブロックが生成する磁場の変化を積算した結果となる。

次に、ステップＳ１０３におけるシフト量の算出について説明する。指令生成回路３６は、上述の磁場の変化の算出結果に基づいて、磁場の変化による電子ビームの偏向量を算出する。なお、磁場の変化による電子ビームの偏向方向は、磁場の変化の方向がＸ軸方向であるとすると、Ｙ軸方向となる。そして、指令生成回路３６は、被処理基板７上での電子ビームのシフト量（位置誤差）ΔＹを、例えば、（数２）を用いて計算する。

ここで、Ｌは、ブランキング偏向器アレイ１３から、基板ステージ５に載置される被処理基板７までの距離であり、ｌ（エル）は、ブランキング偏向器アレイ１３の電子ビームへの進行方向（Ｚ軸方向）での寸法である。そして、指令生成回路３６は、ステップＳ１０４にて、シフト量ΔＹに基づいて、初期の描画パターンを補正（変更）する。なお、本実施形態では、指令生成回路３６は、電流変化や磁場変化の算出を駆動回路２１の動作率変化に基づいて実行したが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、指令生成回路３６は、基板ステージ５の上部に設置された検出器により、駆動回路２１の種々の動作状況での電子ビームのシフト量（位置誤差）を測定し、当該測定の結果に基づいて初期の描画パターンを補正するようにしてもよい。

以上のように、本実施形態によれば、ブランキング偏向器アレイにより生じる磁場の影響の軽減に有利な描画装置を提供することができる。なお、指令生成回路３６は、上記のような処理を実行するために、ＣＰＵ、ＦＰＧＡ、またはＡＳＩＣなどのロジック回路とメモリとを含みうる。また、本実施形態では、指令生成回路３６は、制御部６に含まれ、ブランキング偏向器アレイ１３（を含む回路基板）から分離した部品としている。しかしながら、指令生成回路３６の配置は、それには限られない。例えば、指令生成回路３６の一部または全ての機能を実行するデバイス（回路要素）を、ブランキング偏向器アレイ１３を含む回路基板に集積化してもよい。

（描画データ生成プログラム）
本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。すなわち、上述した実施形態の機能を実現するプログラム（ソフトウェア）を、ネットワークまたは各種記憶媒体を介してシステムあるいは装置に供給する。そして、供給された（かつ記憶された）プログラムを、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵなど）が（記憶装置から読み出して）実行する処理である。この場合、そのプログラム、および係るプログラムを記憶した記憶媒体は、本発明を構成することになる。

（物品の製造方法）
本発明の実施形態に係る物品の製造方法は、例えば、半導体デバイスなどのマイクロデバイスや微細構造を有する素子など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、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得る。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、パッケージングなど）を含み得る。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、本発明の好ましい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。

１ 描画装置
７ 被処理基板
１３ ブランキング偏向器アレイ
２０ 電極対
２１ 駆動回路
２２ ブランキングデバイス
３６ ブランキング指令生成回路

Claims (8)

1. 複数の荷電粒子線で基板に描画を行う描画装置であって、
   前記複数の荷電粒子線をそれぞれブランキングする複数のブランキング偏向器を含むブランキング偏向器アレイと、
   描画データに基づいて前記ブランキング偏向器アレイを制御する制御部と、を有し、
   前記制御部は、前記描画データにしたがって制御した場合に前記ブランキング偏向器アレイが生成する磁場による前記複数の荷電粒子線の前記基板上での位置誤差が低減するように、前記ブランキング偏向器アレイを制御する、
   ことを特徴とする描画装置。
2. 前記制御部は、前記描画データに基づく初期のブランキング指令にしたがって動作する前記複数のブランキング偏向器の動作率の変化に基づいて前記位置誤差を求め、該位置誤差が低減するように前記初期のブランキング指令を変更する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の描画装置。
3. 前記制御部は、ブロック分けされた前記複数のブランキング偏向器の各ブロックでの前記動作率の変化に基づいて、前記位置誤差を求める、
   ことを特徴とする請求項２に記載の描画装置。
4. 前記制御部は、前記動作率の変化に基づいて前記磁場の変化を求め、該変化に基づいて前記位置誤差を求める、
   ことを特徴とする請求項２に記載の描画装置。
5. 複数の荷電粒子線で基板に描画を行う描画装置で用いられる描画データを生成する描画データ生成方法であって、
   前記描画装置は、前記複数の荷電粒子線をそれぞれブランキングする複数のブランキング偏向器を含むブランキング偏向器アレイを介して前記複数の荷電粒子線で基板に描画を行う描画装置であり、
   前記描画データの生成は、初期の描画データに基づくブランキング指令にしたがって動作した場合に前記ブランキング偏向器アレイが生成する磁場による前記複数の荷電粒子線の前記基板上での位置誤差が低減するように、前記初期の描画データを変更してなされる、
   ことを特徴とする描画データ生成方法。
6. 前記初期の描画データに基づくブランキング指令にしたがって動作した場合の前記複数のブランキング偏向器の動作率の変化を求め、
   前記動作率の変化に基づいて、前記磁場の変化を求め、
   前記磁場の変化に基づいて、前記位置誤差を求め、
   前記位置誤差に基づいて、前記初期の描画データを変更する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の描画データ生成方法。
7. 請求項５または６に記載の描画データ生成方法における処理をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
8. 請求項１ないし４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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