JP2013140845A - 荷電粒子線装置、描画装置、及び物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 例えば、荷電粒子線の特性を効率的に計測するのに有利な技術を提供する。
【解決手段】 複数の荷電粒子線を用いて物体を処理する荷電粒子線装置は、複数行の画素を有するイメージセンサと、荷電粒子線を画素に照射して信号電荷を生成する照射動作と、画素に蓄積された信号電荷を列方向に１画素分ずつ順次転送する転送動作と、画素に蓄積された信号電荷を前記イメージセンサから出力する出力動作とを制御する制御部と、を備える。前記制御部は、照射領域としての前記イメージセンサの第１の一部の行に対する第１の照射動作、該第１の照射動作によって前記第１の一部の行に生成された信号電荷を前記第１の一部の行に隣接した非照射領域としての第２の一部の行に転送する転送動作、および、前記第１の一部の行に対する第２の照射動作を順次行わせる制御を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、荷電粒子線装置、描画装置、及び物品の製造方法に関する。

複数の電子線を用いた描画装置において、電子線の特性のばらつきや経時変化の影響を低減するために、電子線の特性を定期的に計測して補正を行うことが必要である。計測する電子線の特性には、電子線の強度、照射位置、フォーカスなどがある。計測する特性によって計測の対象とする電子線の数が異なる。例えば、電子線の強度を補正する場合、補正対象となるブランカ（ブランキング偏向器）は電子線毎に構成されているため、全電子線の計測が必要である。一方、電子線の照射位置、フォーカスは、それらの補正系が全電子線又は複数の電子線に対して一つ構成されている場合、補正は複数の電子線を一括して行うことになる。そのため、電子線の照射位置、フォーカスを補正するために行う電子線の特性の計測は、例えば、当該複数の電子線を代表する一部の電子線に対して行い、それらの平均値を求めれば良い。

二次元に配列された電子線群を計測する場合、電子線と同じ配列で画素を構成したＣＣＤエリアセンサを用いる方法がある。この構成では、全電子線の計測を一度に行えるため効率が良い。しかし、代表点のみを計測対象とする場合、不必要な画素のデータ転送を計測回数分だけ行わなくてはならず、計測時間の短縮の妨げになる。特許文献１では、不要な垂直ＣＣＤ列のデータを転送しないことでデータ量を減らし、水平ＣＣＤの転送スピードを上げることなく読み出しを高速化する方法が提案されている。また、特許文献２では、一度に計測できる回数を増加させる手段として、インターライントランスファ型のＣＣＤで電荷蓄積部を複数構成する方法が提案されている。他にも、全数計測用と部分計測用のセンサを別々に構成する方法や、エリアセンサの代わりにラインセンサを複数配置し、必要なセンサのみを駆動する方法も提案されている。

特開２０００−２０９５９９号公報 特開２００４−２８９５３９号公報

特許文献１記載の技術では、不要データが垂直方向にならんでいる場合は、転送するデータ数を削減でき、読み出し時間を短縮することが出来る。しかし、不要データが水平方向に並んでいる場合には、不要な垂直ＣＣＤ列が発生しないので、読み出し時間を短縮することが出来ない。特許文献２記載の技術では、電荷蓄積部を増やして一度に計測できる回数を増加させているので、読み出す回数を減らすことができる。しかし、センサの構造が複雑になり、また、全画素の蓄積電荷を読み出さなければならないので、時間の短縮効果はほとんど無い。複数のセンサを配置する場合、電子線が照射されるセンサのみから信号を出力させれば、エリアセンサで問題になる不要画素の読み出しが減り、計測時間を短縮することが出来る。しかし、センサを配置する領域が大きくなったり、センサ毎に外部回路を構成しなくてはならなくなったりするなど、フットプリントやコストの点で課題がある。

本発明は、例えば、荷電粒子線の特性を効率的に計測するのに有利な技術を提供することを目的とする。

本発明は、複数の荷電粒子線を用いて物体を処理する荷電粒子線装置であって、複数行の画素を有するイメージセンサと、荷電粒子線を画素に照射して信号電荷を生成する照射動作と、画素に蓄積された信号電荷を列方向に１画素分ずつ順次転送する転送動作と、画素に蓄積された信号電荷を前記イメージセンサから出力する出力動作とを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、照射領域としての前記イメージセンサの第１の一部の行に対する第１の照射動作、該第１の照射動作によって前記第１の一部の行に生成された信号電荷を前記第１の一部の行に隣接した非照射領域としての第２の一部の行に転送する転送動作、および、前記第１の一部の行に対する第２の照射動作を順次行わせる制御を行う、ことを特徴とする。

本特許によれば、例えば、荷電粒子線の特性を効率的に計測するのに有利な技術を提供することができる。

電子線描画装置の構成図 照射領域を説明する図 転送動作を説明する図 照射領域の選択を説明する図 照射領域の選択を説明する図 特性計測用画素と誤差検出用画素とを説明する図 実施例５のナイフエッジ計測を説明する図 実施例５のナイフエッジ計測の結果を示す図

本発明は、複数の荷電粒子線を用いて物体の処理（描画、加工、計測、検査等）を行う荷電粒子線装置に適用可能であるが、複数の電子線を用いて基板に描画を行う描画装置に適用した例を説明する。

［実施例１］
実施例１におけるマルチビーム方式の電子線描画装置の構成を図１の概略図を用いて説明する。電子銃が形成するクロスオーバ１を電子線源としてコンデンサレンズ２により平行な電子線を生成する。アパーチャアレイ３には、開口が２次元に配列されている。レンズアレイ４には、同一の焦点距離を持つ静電レンズが２次元に配列されている。ブランカアレイ５には、電子線を個別に偏向することが可能なブランカが２次元に配列されている。ステージ１１に向けて並行して照射される電子線の数は、ブランキング制御部１３によってブランカアレイ５を制御することで決定される。コンデンサレンズ２によって生成された平行な電子線は、アパーチャアレイ３によって複数の電子線に分割される。分割された電子線は、レンズアレイ４によって、ブランカアレイ５の高さ（面）にクロスオーバ１の中間像を形成する。

ブランカアレイ５を通過した電子線は、電子レンズ７，９により、ステージ１１上に搭載された基板１０又はＣＣＤエリアセンサ（イメージセンサ）１２上に照射される。ＣＣＤエリアセンサ１２には、複数行および複数列に配置された画素を有する。電子線の照射位置は、偏向器８の偏向量により決定される。ＣＣＤエリアセンサ１２は、イメージセンサ制御部１４によって制御されて、照射された電子線を検出する。電子線の特性を計測するために検出される電子線は、主制御部１５により設定され、ブランキング制御部１３によってブランカアレイ５を駆動することで選択される。ＣＣＤエリアセンサ１２で検出された電子線のデータは主制御部１５に送られ、電子線の特性が求められる。電子線の特性は、例えば電子線の強度、強度分布、照射位置である。

主制御部１５及びイメージセンサ制御部１４を含む制御部Ｃは、荷電粒子線の照射動作と、信号電荷を列方向に１画素分ずつ順次転送する転送動作と、信号電荷の出力動作とを制御する。照射動作では、荷電粒子線が画素に照射されて信号電荷が画素に生成される。転送動作では、画素に蓄積された信号電荷が列方向に１画素分ずつ順次転送される。出力動作では、画素に蓄積された信号電荷がイメージセンサから出力される。

実施例１における信号電荷の生成、転送、出力について図２を用いて説明する。図２では、１行目及び４行目の画素は、特性を計測するために一部の電子線２２が照射される照射領域２３の画素とする。また、２〜３行目、５〜６行目の画素は、電子線を照射しない非照射領域の画素とする。非照射領域は、信号電荷の転送方向に照射領域に隣接して設定される。まず、第１の照射動作で、計測対象の電子線２２が照射領域（第１の一部の行）２３に照射され、照射領域２３の画素に信号電荷が生成され蓄積される（状態ａ）。次いで、垂直転送クロックに同期して転送動作が行われ（状態ｂ）、照射領域２３の画素に蓄積された信号電荷は、非照射領域（第２の一部の行）２４の画素へと１行分転送され、照射領域２３の画素は信号電荷が蓄積されていない状態となる（状態ｂ）。信号電荷が蓄積されていない照射領域（第１の一部の行）２３に第２の照射動作が行われる(状態ｃ)。その後も非照射領域２４に信号電荷を蓄積していない画素が無くなるまで転送動作及び照射動作を順次行わせる(状態ｄ〜ｅ)。非照射領域２４で信号電荷を蓄積していない画素が無くなったら、水平ＣＣＤ２５を用いて照射領域２３及び非照射領域２４に蓄積された信号電荷を順次出力する(状態ｆ〜ｈ)。実施例１では、ＣＣＤエリアセンサ１２の一部の画素のみを照射領域２３として計測を行う場合でも、無駄な転送動作（例えば、照射毎の出力動作）を行うことなく、信号電荷の出力を行うことが出来る。

［実施例２］
電子線の照射動作と転送動作との関係を決定する実施例２について図３を用いて説明する。実施例２では、図３の（ａ）のハッチングで示されるように、特性を計測したい電子線２２の配置が転送方向（垂直方向）にずれているとする。この場合、照射領域２３は、ハッチング領域を含む４行に設定される。まず、電子線２２が照射領域２３のハッチングされた複数の画素に照射され、複数の画素に信号電荷が蓄積される（状態ｂ）。次いで、照射領域２３の行数回（４回）の転送動作が繰り返され、照射領域２３の画素に信号電荷が蓄積されていない状態とされる（状態ｃ）。照射領域２３のハッチングされた各画素に対して２回目の照射動作を行った後、転送動作、出力動作を行う。実施例２では、主制御部１５は、特性を計測したい電子線２２の配置から照射領域２３の行数、ひいては、第１の照射動作のあとに行うべき転送動作の回数を求める。

［実施例３］
計測する電子線２２の配列から、照射領域２３を設定する実施例３について図４を用いて説明する。ＣＣＤエリアセンサ１２は６行×６列＝３６の画素を持つ。いま、１行６列の電子線２２の特性の計測に６回の照射が必要であるとする。その場合、図４の(ａ)で示されるように、照射領域２３を１行目の画素とする。そして、第１の照射動作、転送動作、第２の照射動作、・・・、第６の照射動作を行って、６行６列の全画素に信号電荷を蓄積し（状態ｂ）、その後出力動作を行う。

一方、１行６列の電子線２２の特性の計測に３回の照射が必要であるとする。この場合、照射領域２３は、４行目の画素に設定され、第１の照射動作、転送動作、・・・、第３の照射動作を行って、下３行の画素に信号電荷を蓄積し（状態ｄ）、その後出力動作を行う。ここでは、例として６行×６列＝３６の画素を持つＣＣＤエリアセンサ１２を用いたが、ＣＣＤエリアセンサ１２の画素数を制限するものではなく、計測条件によってＣＣＤエリアセンサ１２の構造は異なりうる。いずれにせよ、特性を計測する電子線２２の配列が異なる場合でも、無駄な転送動作によるスループットの低下を防ぐことが出来る。

［実施例４］
計測する電子線２２の配列から、照射領域２３を設定する実施例４について図５を用いて説明する。主制御部１５は、電子線がＣＣＤエリアセンサ１２の任意の位置に照射された場合、照射時間をカウントし記録する。ここで、一例として４回の照射動作で１回の計測を行う場合を考える。まず、主制御部１５は、要求されるスループットから１回の計測に許される垂直方向転送動作の回数を求める。例えば、計測に許される時間が１３ｍｓｅｃ、１回の照射動作に要する時間が１ｍｓｅｃ／回、１回の転送動作に要する時間が１ｍｓｅｃ／回とする。そうすると、照射領域２３が図５の（ａ）〜（ｃ）のいずれであっても、第１〜３の照射動作と各照射動作に続く各１回の転送動作を経て第４の照射動作を終えるのに、７ｍｓｅｃを要する。したがって、第４の照射動作の後、照射領域２３及び非照射領域２４に蓄積された信号電荷を転送させるのに使用し得る時間は６ｍｓｅｃとなる。

しかし、照射領域２３が図５の（ａ）の場合、第４の照射動作の後、照射領域２３及び非照射領域２４に蓄積された信号電荷を転送させるのに要する時間は４ｍｓｅｃである。照射領域２３が（ｂ）の場合、第４の照射動作の後、照射領域２３及び非照射領域２４に蓄積された信号電荷を転送させるのに要する時間は５ｍｓｅｃである。照射領域２３が（ｃ）の場合、第４の照射動作の後、照射領域２３及び非照射領域２４に蓄積された信号電荷を転送させるのに要する時間は６ｍｓｅｃである。すなわち、照射領域２３を図５の(ａ)、(ｂ)、（ｃ)のいずれとしても、要求されたスループットを満たす計測を行うことが可能である。しかし、照射領域２３を図５の（ａ）のように設定すると、計測に要する時間を削減することができる。また、図５の(ａ)−（ｃ)に示された異なる複数の照射領域２３の中から照射領域２３を順次切り替えて設定すれば、スループットの仕様を満たしたうえで、ＣＣＤエリアセンサ１２の特定行の画素の顕著な感度劣化を回避するのに有利となりうる。

［実施例５］
照射領域２３が、特性を計測する対象の電子線が照射される第１画素と補正値を求めるために使用される第２画素とを含む実施例５について図６を用いて説明する。図６の(ａ)でハッチングされた２３ａの領域の画素が第１画素であり、領域２３ｂの画素が第２画素であるとする。第２画素として、例えば、第１画素に対して転送方向に隣接する画素を選択する。領域２３ａの第１画素における電子線２２ａのナイフエッジ計測に加えて、領域２３ｂの第２画素で電子線２２ｂの強度を計測する。図６のイメージセンサ１２の一部拡大図を図７に示す。電子線の強度が小さい部分ではＳ／Ｎが低いため、可能な限り強度が強い状態で計測するのが良い。そのため、第２画素で補正値を求めるために電子線２２ｂを計測するナイフエッジは、電子線２２ａのナイフエッジから、電子線の直径以上だけ転送した位置に構成される。そうすると、電子線２２ａがナイフエッジを横切ってナイフエッジ計測される間、電子線２２ｂはナイフエッジを横切らない。上記構成にて計測を行った結果を図８に示す。図８の(ａ)は第１画素における電子線２２ａのナイフエッジ計測結果、図８の(ｂ)は第２画素における電子線２２ｂの強度計測結果である。図８（ａ）の横軸は位置、縦軸は強度である。図８の(ｂ)のように、電子線の強度に時間的変動（揺らぎ）がある場合、ナイフエッジ計測結果にも揺らぎの影響が出る。そのため、図８の（ａ）のグラフを微分して算出した電子線の強度分布は（ｃ）に示されるように歪んでしまう。そこで、揺らぎの影響を除くため、図８の(ｂ)の結果（強度変動の影響）を図８の(ａ)の結果から除くと、計測結果は図８の(ｄ)のようになり、それを微分すると図８の（ｅ）のようになる。このような補正をすれば、計測の精度や正確さの点で有利となる。揺らぎの影響の除去は、例えば、強度計測結果を規格化し、当該規格化結果でナイフエッジ計測結果を除算して行うことができる。上記実施例では、補正値として電子線の強度の変動を考慮したが、それには限定されない。例えば、第２画素には電子線を照射しないようにして得られる暗電流値を考慮しても良い。上記計測方法を用いることで、電子線の揺らぎやＣＣＤエリアセンサ１２のノイズの影響を軽減するのに有利となる。

以上、複数の荷電粒子線で基板に描画を行う描画装置を例に、本発明の実施形態を説明した。しかし、本発明は、描画装置に限らず、電子顕微鏡や電子測長装置等、複数の荷電粒子線を利用する他の荷電粒子線装置にも適用することができる。
［物品製造方法］
本発明の好適な実施形態の物品の製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや、半導体露光用のマスク（レチクル）等の種々の物品の製造に好適である。前記方法は、上記の荷電粒子線描画装置を用いて基板（感光剤が塗布された基板）１０にパターンを描画する工程と、当該工程でパターンを描画された基板１０を現像する工程とを含みうる。さらに、前記物品の製造方法は、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。

Claims (7)

1. 複数の荷電粒子線を用いて物体を処理する荷電粒子線装置であって、
   複数行の画素を有するイメージセンサと、
   荷電粒子線を画素に照射して信号電荷を生成する照射動作と、画素に蓄積された信号電荷を列方向に１画素分ずつ順次転送する転送動作と、画素に蓄積された信号電荷を前記イメージセンサから出力する出力動作とを制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、照射領域としての前記イメージセンサの第１の一部の行に対する第１の照射動作、該第１の照射動作によって前記第１の一部の行に生成された信号電荷を前記第１の一部の行に隣接した非照射領域としての第２の一部の行に転送する転送動作、および、前記第１の一部の行に対する第２の照射動作を順次行わせる制御を行う、ことを特徴とする荷電粒子線装置。
2. 前記照射領域の画素は、特性を計測する対象の荷電粒子線が照射される第１画素と、前記計測に対する補正値を得るために使用される第２画素とを含み、
   前記制御部は、前記第１画素で生成された信号電荷の値と前記第２画素を用いて求められた補正値とに基づいて前記特性を求める、ことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線装置。
3. 前記補正値は、荷電粒子線の強度の時間的変動に関する補正値を含む、ことを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子線装置。
4. 前記補正値は、前記イメージセンサの暗電流値を含む、ことを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子線装置。
5. 前記特性は、荷電粒子線の強度、強度分布および照射位置の少なくとも１つを含む、ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の荷電粒子線装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか1項に記載の荷電粒子線装置を含み、複数の荷電粒子線を用いて基板に描画を行う、ことを特徴とする描画装置。
7. 請求項６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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