JP2016207826A - 荷電粒子ビーム描画装置の描画エラー検出方法及びエラー検出用パターンの描画方法 - Google Patents

Abstract

【課題】荷電粒子ビーム描画装置の描画異常の要因や描画装置の故障部位の特定が容易化できる方法を提供する。
【解決手段】基板上に荷電粒子ビームを照射して製品パターン及び疑似エラーパターンを描画する工程Ｓ１０１，Ｓ１０２と、前記製品パターンを検査装置で検査する工程Ｓ１０３と、前記製品パターンに欠陥パターンが検出された場合、該欠陥パターンと前記疑似エラーパターンとを比較し、該欠陥パターンに対応する疑似エラーパターンを抽出する工程Ｓ１０６と、を備える。
【選択図】図６

Description

本発明は、荷電粒子ビーム描画装置の描画エラー検出方法及びエラー検出用パターンの描画方法に関する。

ＬＳＩの高集積化に伴い、半導体デバイスに要求される回路線幅は年々微細化されてきている。半導体デバイスへ所望の回路パターンを形成するためには、縮小投影型露光装置を用いて、石英上に形成された高精度の原画パターン（マスク、或いは特にステッパやスキャナで用いられるものはレチクルともいう。）をウェーハ上に縮小転写する手法が採用されている。高精度の原画パターンは、電子ビーム描画装置などの荷電粒子ビーム描画装置によって描画され、所謂、電子ビームリソグラフィ技術が用いられている。

電子ビーム描画装置により描画された基板に対し、現像処理及びエッチング処理を行うことでパターンが形成される。マスク製造では、描画された製品パターンの位置及び寸法を測定して描画精度の評価を行い、描画精度が所定の規格を満たしたものが出荷される。この精度評価において描画異常が検出された場合、描画装置の故障箇所を特定するために、別途基板を準備して評価パターンを描画し、描画したパターンの位置・寸法を測定していた。

特開２０１３−１６５６１号公報 特開２０１０−７４０３９号公報

このように、従来は、製品パターンに欠陥が含まれている場合、別途基板を準備して評価パターンを描画していたため、描画異常の要因検出に手間がかかっていた。

本発明は、上記従来の実状に鑑みてなされたものであり、描画異常の要因や描画装置の故障部位の特定を容易化する荷電粒子ビーム描画装置の描画エラー検出方法及びエラー検出用パターンの描画方法を提供することを課題とする。

本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画装置の描画エラー検出方法は、基板上に荷電粒子ビームを照射して製品パターン及び疑似エラーパターンを描画する工程と、前記製品パターンを検査装置で検査する工程と、前記製品パターンに欠陥パターンが検出された場合、該欠陥パターンと前記疑似エラーパターンとを比較し、該欠陥パターンに対応する疑似エラーパターンを抽出する工程と、を備えるものである。

本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画装置の描画エラー検出方法において、前記描画する工程は、パターン描画時のショットサイズ、ドーズ量、ショット位置又はセトリング時間が異なるパターンのいずれかを含む疑似エラーパターンを描画することを特徴とする。

本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画装置の描画エラー検出方法において、前記疑似エラーパターンと併せて正常パターンを描画してもよい。

本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画装置の描画エラー検出方法において、前記疑似エラーパターンは、製品パターン領域の外周に位置する前記基板の周縁領域に描画されることを特徴とする。

本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画装置のエラー検出用パターンの描画方法は、基板中央部の製品パターン領域に荷電粒子ビームを照射して製品パターンを描画する工程と、前記基板の所定領域に、荷電粒子ビームを照射して前記製品パターンと比較するために描画条件を変えた疑似エラーパターンを描画する工程と、を備えるものである。

本発明によれば、描画異常の要因や描画装置の故障部位の特定を容易化することができる。

本発明の実施形態による描画装置の概略構成図である。 電子ビームによる描画方法を説明する図である。 製品パターン領域及び周縁領域を示す図である。 テストパターンの例を示す図である。 パターン検査装置の概略構成図である。 本発明の実施形態によるエラー検出方法を説明するフローチャートである。

以下、実施の形態では、荷電粒子ビームの一例として、電子ビームを用いた構成について説明する。但し、荷電粒子ビームは電子ビームに限るものでなく、イオンビーム等の荷電粒子ビームでもよい。また、荷電粒子ビーム描画装置の一例として、可変成形型の描画装置について説明する。

図１は、本発明の実施形態における描画装置の概略構成図である。図１の通り、描画装置１００は、描画部１５０と制御部１６０を備えている。描画装置１００は、荷電粒子ビーム描画装置の一例である。特に、可変成形型（ＶＳＢ型）の描画装置の一例である。描画部１５０は、電子鏡筒１０２と描画室１０３を備えている。電子鏡筒１０２内には、電子銃２０１、照明レンズ２０２、ブランキング偏向器（ブランカ）２１２、ブランキングアパーチャ２１４、第１成形アパーチャ２０３、投影レンズ２０４、偏向器２０５、第２成形アパーチャ２０６、対物レンズ２０７、主偏向器２０８及び副偏向器２０９が配置されている。描画室１０３内には、少なくともＸＹ方向に移動可能なＸＹステージ１０５が配置される。ＸＹステージ１０５上には、描画対象となる基板１０１が配置される。基板１０１には、半導体装置を製造するための露光用のマスクやシリコンウェハ等が含まれる。マスクにはマスクブランクスが含まれる。

制御部１６０は、制御計算機１１０、偏向制御回路１２０、デジタルアナログ変換（ＤＡＣ）アンプユニット１３２、１３４、１３６、１３８を有している。偏向制御回路１２０は各ＤＡＣアンプ１３２、１３４、１３６、１３８に接続されている。ＤＡＣアンプユニット１３２は副偏向器２０９に接続されている。ＤＡＣアンプユニット１３４は主偏向器２０８に接続されている。ＤＡＣアンプユニット１３６は偏向器２０５に接続されている。ＤＡＣアンプユニット１３８はブランキング偏向器２１２に接続されている。

電子銃２０１（放出部）から放出された電子ビーム２００は、ブランキング偏向器２１２内を通過する際にブランキング偏向器２１２によって、ビームＯＮの状態では、ブランキングアパーチャ２１４を通過するように制御され、ビームＯＦＦの状態では、ビーム全体がブランキングアパーチャ２１４で遮蔽されるように偏向される。ビームＯＦＦの状態からビームＯＮとなり、その後ビームＯＦＦになるまでにブランキングアパーチャ２１４を通過した電子ビーム２００が１回の電子ビームのショットとなる。

ブランキング偏向器２１２は、通過する電子ビーム２００の向きを制御して、ビームＯＮの状態とビームＯＦＦの状態とを交互に生成する。例えば、ビームＯＮの状態では電圧を印加せず、ビームＯＦＦの際にブランキング偏向器２１２に電圧を印加すればよい。かかる各ショットの照射時間で基板１０１に照射される電子ビーム２００のショットあたりの照射量が調整されることになる。

以上のようにブランキング偏向器２１２とブランキングアパーチャ２１４を通過することによって生成された各ショットの電子ビーム２００は、照明レンズ２０２により矩形、例えば長方形の穴を持つ第１成形アパーチャ２０３全体を照明する。ここで、電子ビーム２００をまず矩形に成形する。

そして、第１成形アパーチャ２０３を通過した第１アパーチャ像の電子ビーム２００は、投影レンズ２０４により第２成形アパーチャ２０６上に投影される。偏向器２０５によって、第２成形アパーチャ２０６上での第１アパーチャ像は偏向制御され、ビーム形状と寸法を変化させることができる。このような可変成形はショット毎に行なわれ、通常ショット毎に異なるビーム形状と寸法に成形される。

第２成形アパーチャ２０６を通過した第２アパーチャ像の電子ビーム２００は、対物レンズ２０７により焦点を合わせ、主偏向器２０８及び副偏向器２０９によって偏向され、連続的に移動するＸＹステージ１０５に配置された基板１０１の所望する位置に照射される。以上のように、各偏向器によって、電子ビーム２００の複数のショットが順に基板１０１上へと偏向される。

図２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、基板１０１上に描画されるパターン（製品パターン）１は、短冊状のフレーム領域２に分割されている。電子ビームによる描画は、ステージ１０５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２毎に行われる。フレーム領域２は、さらに副偏向領域３に分割されており、副偏向領域３内のパターンは、さらにショット図形４に分解されている。偏向器２０５および第２成形アパーチャ２０６でショット図形に対応して成形された電子ビームを用いて副偏向領域３内にショットを行い、描画する。なお、フレーム領域２は、主偏向器２０８の偏向幅で決まる短冊状の描画領域であり、副偏向領域３は、副偏向器２０９の偏向幅で決まる描画領域である。

副偏向領域３の基準位置の位置決めは、主偏向器２０８で行われ、副偏向領域３内でのショット位置移動は、副偏向器２０９によって行われる。すなわち、主偏向器２０８によって、電子ビームが所定の副偏向領域３に位置決めされ、副偏向器２０９によって、副偏向領域３内での電子ビームのショット図形４の描画位置が決められる。なお、電子ビームの各ショット図形は、偏向器２０５と第１成形アパーチャ２０３、第２成形アパーチャ２０６によって、電子ビームを所定の形状と寸法に成形して生成される。

ステージ１０５を一方向に連続移動させながら、副偏向領域３内を描画し、１つの副偏向領域３の描画が終了したら、次の副偏向領域３を描画する。フレーム領域２内の全ての副偏向領域３の描画が終了したら、ステージ１０５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２を順次描画して行く。

描画用パターンデータは、描画装置用に所定の形式でフォーマットされたデータとして準備され、制御計算機１１０に接続された記憶装置（図示せず）に格納されている。パターンデータは、描画前に、制御計算機１１０によりフレーム単位、副偏向領域単位に分割され、さらに、ショット位置、形状およびサイズの情報を有したショットデータに分割される。偏向制御回路１２０は、ショットデータに基づいてブランカ２１２、偏向器２０５、主偏向器２０８及び副偏向器２０９へ制御信号を送信する。ＤＡＣアンプユニット１３２、１３４、１３６、１３８は、偏向制御回路１２０から出力された制御信号（デジタル信号）をアナログ信号に変換し、増幅して、偏向電圧として主偏向器２０８、副偏向器２０９、偏向器２０５、ブランキング偏向器２１２に印加する。

本実施形態では、図３に示す基板１０１の製品パターン領域１０に製品パターン（ＬＳＩパターン）を描画し、基板１０１の周縁領域２０に後述するテストパターンを描画する。製品パターン領域１０は基板１０１の中心部に位置する。周縁領域２０は製品パターン領域１０の外周部に位置し、テストパターンだけでなく、例えばマスクのＩＤパターン等も描画される。

周縁領域２０に描画されるテストパターンは、製品パターンに描画異常（エラー）が生じた場合に、エラー要因や描画装置の故障部位の特定のために参照されるパターンである。テストパターンは、正常パターンと、疑似エラーパターンとを含む。正常パターンは、例えばラインアンドスペースパターンやホールパターンなど製品パターンを単純化したパターンを好適な条件で描画したパターンである。疑似エラーパターンは、正常パターンと比較して、ショット位置をずらす、ショットサイズやドーズ量、セトリング時間等を変えるなど、描画エラーを発生させる要因となる描画条件を変動させて描画したパターンであり、描画エラーを模擬したパターンである。

図４に、ラインアンドスペースパターンについての正常パターン及び疑似エラーパターンを示す。図４（ａ）は正常パターンＰ１を示す。図４（ｂ）は、１つのラインパターンについて描画時のドーズ量を増加させた疑似エラーパターンＰ２を示す。図４（ｃ）は、１つのラインパターンについてショット位置をずらした疑似エラーパターンＰ３を示す。

例えば、図４（ｂ）に示すように、ドーズ量を増加させた場合、ラインパターンの幅が大きくなる。また、図４（ｃ）に示すように、ショット位置をずらした場合、ラインパターンが歪む。

正常パターンは、描画装置がパターンを正常に描画できるか否かを判定するために描画する。正常パターンに欠陥がある場合、描画装置に根本的な不具合があると判定される。

このような正常パターン及び複数種の疑似エラーパターンを含むテストパターンを周縁領域２０に描画する。そして、パターン検査装置を用いて製品パターン領域１０に描画した製品パターンを検査した結果、所定の精度を満たさない欠陥（異常）パターンが検出された場合、検出された欠陥パターンと疑似エラーパターンとを比較し、対応する（近似する）疑似エラーパターンを抽出する。

例えば、描画した製品パターン内の欠陥パターンが図４（ｃ）に示す疑似エラーパターンＰ３に近似している場合、ショット位置のずれが異常要因の１つとして考えられ、故障部位の候補をＤＡＣアンプユニット１３２、１３４に絞り込むことができる。

図５は、パターン検査装置の概略構成図である。パターン検査装置は、光学画像取得部５４１と制御系回路５４８を備えている。光学画像取得部５４１は、ＸＹθテーブル５４２、光源５４３、拡大光学系５４４、フォトダイオードアレイ５４５、センサ回路５０６、レーザ測長システム５２２、オートローダ５３０、及び照明光学系５７０を備えている。

制御系回路５４８では、装置全体制御の機能を持つ制御計算機５１０が、データ伝送路となるバス５２０を介して、位置回路５０７、欠陥検出回路５０８、オートローダ制御回路５１３、テーブル制御回路５１４、記憶装置の一例となる磁気ディスク装置５０９、磁気テープ装置５１５、フレシキブルディスク装置（ＦＤ）５１６、ＣＲＴ５１７、パターンモニタ５１８、及びプリンタ５１９に接続されている。また、ＸＹθテーブル５４２は、Ｘ軸モータ、Ｙ軸モータ、θ軸モータにより駆動される。

上述した描画装置１００により、製品パターン領域１０に製品パターンが描画され、周縁領域２０にテストパターンが描画された基板１０１が、ＸＹθテーブル５４２上に載置される。ＸＹθテーブル５４２は、ＸＹθ各軸のモータによって水平方向及び回転方向に移動可能に設けられている。基板１０１に形成されたパターンには、ＸＹθテーブル５４２の上方に配置されている適切な光源５４３によって光が照射される。光源５４３から照射される光束は、照明光学系５７０を介して基板１０１を照射する。

基板１０１の下方には、拡大光学系５４４、フォトダイオードアレイ５４５及びセンサ回路５０６が配置されており、基板１０１を透過した光は拡大光学系５４４を介して、フォトダイオードアレイ５４５に光学像として結像し、入射する。拡大光学系５４４は図示しない自動焦点機構により自動的に焦点調整がなされていてもよい。

フォトダイオードアレイ５４５上に結像されたパターンの像は、フォトダイオードアレイ５４５によって光電変換され、更にセンサ回路５０６によってＡ／Ｄ（アナログデジタル）変換される。フォトダイオードアレイ５４５には、ＴＤＩ（タイムディレイインテグレータ）センサのようなセンサが設置されている。ステージとなるＸＹθテーブル５４２をＸ軸方向に連続的に移動させることにより、ＴＤＩセンサは基板１０１のパターンを撮像する。これらの光源５４３、拡大光学系５４４、フォトダイオードアレイ５４５、センサ回路５０６により高倍率の検査光学系が構成されている。

ＸＹθテーブル５４２は、制御計算機５１０の制御の下にテーブル制御回路５１４により駆動される。Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向に駆動する３軸（Ｘ−Ｙ−θ）モータの様な駆動系によって移動可能となっている。これらの、Ｘモータ、Ｙモータ、θモータは、例えばステップモータを用いることができる。そして、ＸＹθテーブル５４２の移動位置はレーザ測長システム５２２により測定され、位置回路５０７に供給される。また、ＸＹθテーブル５４２上の基板１０１はオートローダ制御回路５１３により駆動されるオートローダ５３０により自動的に搬送され、オペレータが楽に基板１０１の出し入れが行えるものとなっている。ＸＹθテーブル５４２の可動範囲には拡大光学系５４４とは別のレビュー用の撮像光学系を持ち、検査装置が検出した欠陥をＩＴＶ（工業用テレビ）カメラ付の顕微鏡でオペレータが目視確認することが可能になっている。

センサ回路５０６から出力された測定データ（光学画像）は、位置回路５０７から出力されたＸＹθテーブル５４２上における基板１０１の位置を示すデータとともに欠陥検出回路５０８に送られる。測定データは例えば８ビットの符号なしデータであり、各画素の明るさの階調を表現している。欠陥検出回路５０８は、受け取ったデータに基づいて、製品パターンの欠陥判定を行う。欠陥検出結果は、例えば、磁気ディスク装置５０９、磁気テープ装置５１５、ＦＤ５１６、ＣＲＴ５１７、パターンモニタ５１８、或いはプリンタ５１９に出力される。

製品パターン領域１０内の製品パターンに欠陥が検出された場合、オペレータが、この欠陥パターンと、周縁領域２０内の疑似エラーパターンとを比較する検査を行う。欠陥パターンに近似する疑似エラーパターンを抽出すると、この疑似エラーパターンと正常パターンとで異なる点（描画条件）から、製品パターンに欠陥が発生した要因を推定し、描画装置故障部位の候補を絞り込む。

図６は、本実施形態によるパターン描画及びエラー検出の方法を説明するフローチャートである。まず、描画装置１００を用いて基板１０１の製品パターン領域１０に製品パターンを描画し、周縁領域２０にテストパターンを描画する（ステップＳ１０１、Ｓ１０２）。

テストパターンの描画は、製品パターンの描画前に行ってもよいし、描画中、或いは描画後に行ってもよい。

製品パターン及びテストパターンが描画された基板１０１に対して、現像処理及びエッチング処理を行い、パターンを形成する。パターン検査装置を用いて、パターンが形成された基板１０１を検査する（ステップＳ１０３）。

欠陥が検出された場合（ステップＳ１０４＿Ｙｅｓ）、製品パターン内の欠陥パターンと、複数種の疑似エラーパターンのそれぞれとを比較する（ステップＳ１０５）。

複数種の疑似エラーパターンのうち、欠陥パターンに近似する疑似エラーパターンを抽出し（ステップＳ１０６）、抽出した疑似エラーパターンの描画条件から、製品パターンに欠陥が生じた要因や、描画装置の故障部位を絞り込む（ステップＳ１０７）。例えば、欠陥パターンが、ショットサイズを大きくした疑似エラーパターン及びドーズ量を大きくした疑似エラーパターンに近似している場合、故障部位の候補をＤＡＣアンプユニット１３６、１３８に絞り込むことができる。

検査の結果、欠陥がないと判定された場合（ステップＳ１０４＿Ｎｏ）、処理を終了する。

このように、描画異常の要因や描画装置の故障部位の候補を絞り込むことで、実際の異常要因や故障部位の特定を容易に行うことができる。製品パターン内の欠陥パターンと比較される疑似エラーパターンは、製品パターンと同じ基板１０１上に形成されており、別途基板を準備して評価用のパターンを描画する必要がないため、描画異常の要因検出にかかる手間を軽減できる。

疑似エラーパターンは、必ずしもこれら想定しうるすべての描画条件を変動させて描画させる必要はなく、予め実描画結果などによりエラーの多いと考えられる描画条件を変動させたパターンを選択してもよい。また、製品パターン領域１０に描画されるパターン形状によらず同じものとしてもよいし、製品パターンの特徴に合わせたパターン形状としてもよい。例えば、製品パターンに欠陥が生じやすいパターン形状が含まれている場合、このパターン形状に対応する疑似エラーパターンを描画することができる。

テストパターンは、周縁領域２０だけでなく、製品パターン領域１０内に描画してもよい。また、描画する疑似エラーパターンの種類・数は、テストパターンを形成する周縁領域２０の大きさから決定してもよい。

上記実施形態では、正常パターン及び疑似エラーパターンを含むテストパターンを描画する例について説明したが、疑似エラーパターンのみ描画し、正常パターンを省略してもよい。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１０ 製品パターン領域
２０ 周縁領域
１００ 描画装置
１０１ 基板
１０２ 電子鏡筒
１０３ 描画室
１１０ 制御計算機
１５０ 描画部
１６０ 制御部

Claims (5)

1. 基板上に荷電粒子ビームを照射して製品パターン及び疑似エラーパターンを描画する工程と、
   前記製品パターンを検査装置で検査する工程と、
   前記製品パターンに欠陥パターンが検出された場合、該欠陥パターンと前記疑似エラーパターンとを比較し、該欠陥パターンに対応する疑似エラーパターンを抽出する工程と、
   を備える荷電粒子ビーム描画装置の描画エラー検出方法。
2. 前記描画する工程は、パターン描画時のショットサイズ、ドーズ量、ショット位置又はセトリング時間が異なるパターンのいずれかを含む疑似エラーパターンを描画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の描画エラー検出方法。
3. 前記疑似エラーパターンと併せて正常パターンを描画することを特徴とする請求項１又は２に記載の荷電粒子ビーム描画装置の描画エラー検出方法。
4. 前記疑似エラーパターンは、製品パターン領域の外周に位置する前記基板の周縁領域に描画されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の荷電粒子ビーム描画装置の描画エラー検出方法。
5. 基板中央部の製品パターン領域に荷電粒子ビームを照射して製品パターンを描画する工程と、
   前記基板の所定領域に、荷電粒子ビームを照射して前記製品パターンと比較するために描画条件を変えた疑似エラーパターンを描画する工程と、
   を備える荷電粒子ビーム描画装置のエラー検出用パターンの描画方法。

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