JP2017228650A - 荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画方法 - Google Patents

荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画方法 Download PDF

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【課題】描画対象基板の表面の高さを精度良く算出し、描画精度を向上させる。【解決手段】本実施形態による荷電粒子ビーム描画方法は、基板の複数点について表面の高さの初回測定を行う工程と、初回測定の結果から第1近似曲面を作成する工程と、初回測定の結果と第1近似曲面との差分が所定値以上となる測定点を含む再測定領域で表面高さの再測定を行う工程と、再測定の結果から第2近似曲面を作成する工程と、前記第1近似曲面と前記第2近似曲面とを結合する工程と、を備える。描画時は、前記第1近似曲面と前記第2近似曲面とを結合した近似曲面から、描画位置の基板表面高さを算出し、荷電粒子ビームの焦点位置を調整する。【選択図】図1

Description

本発明は、荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画方法に関する。
LSIの高集積化に伴い、半導体デバイスの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では、電子ビームの焦点がずれると寸法精度が低下するため、試料面の高さを正確に把握する必要がある。従来、電子ビーム描画装置の高さ測定部により、描画前に、試料面内の複数点の高さを測定し、測定結果に基づいて試料面の高さを近似する近似曲線(曲面)を算出していた。そして、描画処理時は、この近似曲線から試料面の高さを求め、レンズの調整を行っていた。
しかし、試料の表面形状によっては、局所的に近似曲線からの乖離の大きい箇所が存在する場合があり、そのような箇所では、電子ビームの焦点がずれて、描画パターンの設計寸法からのずれが大きくなるという問題があった。
特開2010−192538号公報 特開2010−21339号公報 特開平9−22859号公報 特開2012−23279号公報 特許第5797812号公報
本発明は、描画対象基板の表面の高さを精度良く算出し、描画精度を向上させることができる荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム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は、荷電粒子ビームを用いて、ステージ上に載置される基板の表面にパターンを描画する描画部と、前記基板の表面の高さを測定する高さ測定部と、前記高さ測定部による測定結果に基づいて、前記表面の近似曲面を作成する近似処理部と、前記近似処理部により作成される第1近似曲面と前記高さ測定部により測定される初回測定結果との差分が所定値以上となる測定点がある場合、該測定点を含む再測定領域を設定し、前記高さ測定部に該再測定領域での表面高さの再測定を指示する再測定指示部と、前記高さ測定部による再測定結果に基づいて前記近似処理部により作成される前記再測定領域での前記表面の第2近似曲面と、前記第1近似曲面とを結合する結合部と、前記第1近似曲面と前記第2近似曲面とを結合した近似曲面から、描画位置の基板表面高さを算出し、算出した基板表面高さに基づいて、前記荷電粒子ビームの焦点位置を調整する制御部と、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において、前記再測定領域は初回測定領域より小さく、再測定の測定間隔は、初回測定の測定間隔よりも短い。
本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画装置において、前記結合部は、前記第1近似曲面の変曲点で前記第1近似曲面と前記第2近似曲面とを結合する。
本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画方法は、荷電粒子ビームを用いて、ステージ上に載置される基板の表面にパターンを描画する荷電粒子ビーム描画方法であって、前記基板の複数点について表面の高さの初回測定を行う工程と、前記初回測定の結果から、前記表面の第1近似曲面を作成する工程と、前記複数点での前記初回測定の結果と前記第1近似曲面との差分を算出する工程と、前記差分が所定値以上となる測定点を含む再測定領域を設定する工程と、前記再測定領域で前記基板の表面の高さの再測定を行う工程と、前記再測定の結果から、前記再測定領域での前記表面の第2近似曲面を作成する工程と、前記第1近似曲面と前記第2近似曲面とを結合する工程と、前記第1近似曲面と前記第2近似曲面とを結合した近似曲面から、描画位置の基板表面高さを算出し、算出した基板表面高さに基づいて、前記荷電粒子ビームの焦点位置を調整する工程と、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方法において、前記再測定領域は初回測定領域より小さく、再測定の測定間隔は、初回測定の測定間隔よりも短い。
本発明によれば、描画対象基板の表面の高さを精度良く算出し、描画精度を向上させることができる。
本発明の実施形態に係る電子ビーム描画装置の概略図である。 第1成形アパーチャ及び第2成形アパーチャの斜視図である。 描画領域を説明するための概略図である。 実施形態に係るマスク表面高さの近似曲面の算出方法を説明するフローチャートである。 マスク表面高さの測定結果の一例を示す図である。 (a)〜(c)はマスク表面高さの近似曲面の算出処理の例を示す図である。 (a)(b)はマスク表面高さの近似曲線の算出処理の例を示す図である。 (a)〜(c)はマスク表面高さの近似曲面の算出処理の例を示す図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明の実施形態に係る電子ビーム描画装置の概略図である。図1に示す電子ビーム描画装置は、制御部100と描画部200とを備えた可変成形型の描画装置である。
描画部200は、電子鏡筒220と描画室230を備えている。電子鏡筒220内には、電子銃201、照明レンズ202、ブランカ203、第1成形アパーチャ204、投影レンズ205、成形偏向器206、第2成形アパーチャ207、対物レンズ208、主偏向器209、及び副偏向器210が配置されている。
描画室230内には、XYステージ211及び高さ測定部240が配置されている。XYステージ211上には、描画対象基板のマスク250が載置される。マスク250は、例えば、半導体装置を製造する際の露光用マスクやマスクブランクス等である。描画対象基板はウェーハであってもよい。
高さ測定部240は、マスク250の表面の高さを測定するものであり、光源241と、光源241から照射される光をマスク250上で収束させる投光レンズ242と、マスク250上で反射した光を受けて収束させる受光レンズ243と、受光レンズ243によって収束された光を受光して光の位置を検出する受光素子244とを有する。受光素子244には、位置検出素子(PSD:Position Sensitive Detector)を用いることができる。
受光素子244は、光の位置を検出すると、検出信号を信号処理部140へ出力する。信号処理部140は、信号を電流値から電圧値に変換し、適切な電圧レベルに増幅し、デジタルデータに変換して、後述する高さデータ取得部112へ送信する。
電子鏡筒220内に設けられた電子銃201(放出部)から放出された電子ビームBは、ブランカ(ブランキング偏向器)203内を通過する際にブランカ203によって、電子ビームを基板に照射するか否か切り替えられる。
電子ビームBは、照明レンズ202により、矩形の開口32(図2参照)を有する第1成形アパーチャ204全体に照射される。第1成形アパーチャ204の開口32を通過することで、電子ビームBは矩形に成形される。
第1成形アパーチャ204を通過した第1アパーチャ像の電子ビームBは、投影レンズ205により、可変成形開口34(図2参照)を有した第2成形アパーチャ207上に投影される。その際、偏向器206によって、第2成形アパーチャ207上に投影される第1アパーチャ像は偏向制御され、可変成形開口34を通過する電子ビームの形状と寸法を変化させる(可変成形を行う)ことができる。
第2成形アパーチャ207の可変成形開口34を通過した第2アパーチャ像の電子ビームBは、対物レンズ208により焦点を合わせ、主偏向器209及び副偏向器210によって偏向され、連続的に移動するXYステージ211上に載置されたマスク250に照射される。
図3は、マスク250の描画領域を説明するための概略図である。図3において、マスク250の描画領域20は、主偏向器209の偏向可能幅で、例えばy方向に向かって短冊状に複数のストライプ領域22に仮想分割される。また、各ストライプ領域22は、副偏向器210の偏向可能サイズで、メッシュ状に複数のサブフィールド(SF)24に仮想分割される。そして、各SF24の各ショット位置26にショット図形が描画される。
描画装置は、マスク250の表面高さに基づいて、対物レンズ208を制御し、焦点位置を調整する。焦点位置の調整は、例えばSF24毎に行われる。マスク250の表面高さは、マスク表面高さを近似する曲面(関数)を用いて算出される。
図1に示すように、制御部100は、制御計算機110、制御回路120、記憶部130、132、及び信号処理部140を有する。記憶部130には、レイアウトデータとなる描画データが外部から入力され、格納されている。記憶部132には、マスク表面高さを近似する曲面(関数)のデータが格納されている。
制御計算機110は、ショットデータ生成部111、高さデータ取得部112、近似処理部113、差分算出部114、再測定指示部115、結合部116、及び描画制御部117を有する。制御計算機110の各部は、電気回路等のハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。ソフトウェアで構成する場合には、制御計算機110の少なくとも一部の機能を実現するプログラムを記録媒体に収納し、電気回路を含むコンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。
ショットデータ生成部111は、記憶部130から描画データを読み出し、複数段のデータ変換処理を行ってショットデータを生成する。ショットデータには、ショット形状、ショットサイズ、ショット位置等の情報が含まれている。このショットデータは、描画制御部117により、制御回路120へ出力される。
制御回路120は、描画部200の各部の制御を行う。例えば、制御回路120は、ショットデータを用いて、ブランカ203、偏向器206、主偏向器209及び副偏向器210の偏向量を制御し、描画処理を行う。また、制御回路120は、近似曲面から求まるマスク250の表面高さに基づいて、対物レンズ208を制御して焦点位置を調整する。例えば、対物レンズ208は電磁レンズであり、制御回路120は対物レンズ208の電流量を制御する。
マスク250の表面高さを近似する曲面(関数)の算出方法を図4に示すフローチャートを用いて説明する。
まず、マスク250の表面の複数点で高さを測定する(ステップS1)。例えば、光源241から光を照射し、マスク250で反射した光を受光素子244が受光して光の位置を検出する。高さデータ取得部112が、受光素子244の検出信号を、信号処理部140を介して受信し、この信号を受光素子244で検出した光の位置に応じたマスク250の表面の高さに変換し、高さデータを取得する。マスク250の表面の全体にわたって、x方向、y方向に所定間隔で複数点のマスク表面高さを測定する。これにより、図5に示すような、マスク表面の複数点での高さ測定結果が取得される。
次に、近似処理部113が、高さ測定結果から、公知の方法により、近似曲面(関数)を算出する(ステップS2)。例えば、測定したマスク表面の高さzを、以下のような関数で近似し、係数a〜a14を決定する。
z=a+ax+ay+a+axy+a+a+ay+axy+axy+a10+a11y+a12+a13xy+a14
次に、差分算出部114が、ステップS1での測定結果と、ステップS2で求めた近似曲面との差分を算出する(ステップS3)。差分が所定値以上となる測定点が無い場合(ステップS4_No)、ステップS2で求めた近似曲面は、マスク250の表面高さを精度良く表現できたものであるため、この近似曲面の関数データを記憶部132に格納する。
差分が所定値以上となる測定点がある場合(ステップS4_Yes)、この測定点を含む周辺の小領域を表面高さの再測定領域として決定し(ステップS5)、表面高さの再測定を行う(ステップS6)。
マスク表面高さの再測定では、測定間隔を、表面高さ初回測定時(ステップS1)よりも短くする。再測定指示部115が、再測定領域と測定間隔(測定位置)とを決定し、制御回路120に表面高さの再測定を指示する。制御回路120は、再測定指示部115からの指示に基づいて、マスク表面高さの再測定を行うように、XYステージ211や高さ測定部240等を制御する。
図6(a)は、y座標を固定した場合の近似曲線K1と、マスク表面高さの初回測定結果の一例を示すグラフである。初回測定では、x方向に間隔P1で表面高さを測定している。この例では、座標x1の測定点において、測定結果と近似曲線K1との差分が所定値以上となっている。
図6(b)に示すように、座標x1を中心に座標x2から座標x3までを再測定領域として決定する。例えば、再測定領域は、座標x1から−x方向、+x方向それぞれにP1以上となる範囲とする。再測定時の測定間隔P2は、初回測定時の測定間隔P1よりも小さくする。例えば、図6(c)に示すように、測定間隔P2を測定間隔P1の半分とする。
図8(a)は、マスク表面高さの初回測定結果と近似曲面との差分を二次元マップ化した例を示す。マスク表面をx方向及びy方向に沿ってメッシュ状に区切り、各メッシュ領域の中心を測定点としている。再測定を行う差分(絶対値)の閾値を0.3[μm]とした場合、図8(b)に示すような再測定領域Rが決定される。
図8(c)に示すように、再測定領域Rでは、x方向及びy方向に沿ってさらに細かいメッシュ状に区切り、各メッシュ領域の中心を再測定点とする。
近似処理部113が、再測定領域での表面高さの測定結果から、近似曲面(関数)を算出する(ステップS7)。例えば、図6(b)(c)のような再測定領域及び再測定間隔の場合、図7(a)に示すような測定結果が得られ、近似曲線K2が算出される。
次に、結合部116が、ステップS2で算出された近似曲面(関数F1)と、ステップS7で算出された近似曲面(関数F2)とを結合する(ステップS8)。結合部116は、再測定領域では関数F2、再測定を行わなかった領域では関数F1となるように、関数を結合する。
結合部116は、2つの関数F1、F2が連続するように結合する。例えば、再測定領域の境界部では、再測定領域の中心に近付く程、関数F2の値に近付くようにし、再測定領域の中心から遠ざかる程、関数F1の値に近付くようにして、関数F1,F2を結合する。
あるいはまた、結合部116は、関数F1の変曲点で関数F1と関数F2とを結合してもよい。
図7(b)は、図6(a)に示す近似曲線K1と、図7(a)に示す近似曲線K2との結合例を示す。座標x2〜x3の再測定領域は近似曲線K2、それ以外の領域は近似曲線K1となるように結合される。
座標x2は、近似曲線K1から求まる値と、近似曲線K2から求まる値との中間値とする。座標x2より再測定領域の中心に近付く程、近似曲線K2から求まる値に近付き、再測定領域の中心から遠ざかる程、近似曲線K1の値に近付くようにする。同様に、座標x3は、近似曲線K1から求まる値と、近似曲線K2から求まる値との中間値とする。座標x3より再測定領域の中心に近付く程、近似曲線K2から求まる値に近付き、再測定領域の中心から遠ざかる程、近似曲線K1の値に近付くようにする。これにより、近似曲線K1と、近似曲線K2とをシームレスに結合できる。
結合部116により結合された関数(近似曲面)のデータが記憶部132に格納される。
描画制御部117は、このようにして算出された関数データを記憶部132から取り出し、描画位置(SF24)におけるマスク250の表面高さを算出し、表面高さに対応した焦点位置を制御回路120に通知する。制御回路120は、対物レンズ208を制御し、電子ビームBの焦点位置を調整する。
このように、本実施形態によれば、マスク250の全面の表面高さの測定値から第1近似曲面(第1関数)を作成する。第1近似曲面と測定値との差分が所定値以上となる測定点に対しては、該測定点を含む小領域(再測定領域)で測定間隔を狭めて表面高さを再測定し、再測定結果に基づいて、再測定領域における第2近似曲面(第2関数)を作成する。そして、描画処理時は、第1近似曲面と第2近似曲面とを結合した近似曲面から、マスク250の表面高さを算出し、電子ビームの焦点を調整する。マスク250の表面の高さを精度良く算出できるため、描画精度を向上させることができる。
上記実施形態では、マスク表面高さの再測定間隔を、初回測定間隔の1/2とする例について説明したが、再測定間隔はこれに限定されず、初回測定間隔より短ければよい。
上記実施形態では、電子ビームを照射する描画装置について説明したが、イオンビーム等の他の荷電粒子ビームを照射するものであってもよい。
上記実施形態では、1本の電子ビームで描画するシングルビーム方式の描画装置について説明したが、マルチビーム方式の描画装置であってもよい。
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。
100 制御部
110 制御計算機
111 ショットデータ生成部
112 高さデータ取得部
113 近似処理部
114 差分算出部
115 再測定指示部
116 結合部
117 描画制御部
120 制御回路
200 描画部
208 対物レンズ
240 高さ測定部
250 マスク

Claims (5)

  1. 荷電粒子ビームを用いて、ステージ上に載置される基板の表面にパターンを描画する描画部と、
    前記基板の表面の高さを測定する高さ測定部と、
    前記高さ測定部による測定結果に基づいて、前記表面の近似曲面を作成する近似処理部と、
    前記近似処理部により作成される第1近似曲面と前記高さ測定部により測定される初回測定結果との差分が所定値以上となる測定点がある場合、該測定点を含む再測定領域を設定し、前記高さ測定部に該再測定領域での表面高さの再測定を指示する再測定指示部と、
    前記高さ測定部による再測定結果に基づいて前記近似処理部により作成される前記再測定領域での前記表面の第2近似曲面と、前記第1近似曲面とを結合する結合部と、
    前記第1近似曲面と前記第2近似曲面とを結合した近似曲面から、描画位置の基板表面高さを算出し、算出した基板表面高さに基づいて、前記荷電粒子ビームの焦点位置を調整する制御部と、
    を備える荷電粒子ビーム描画装置。
  2. 前記再測定領域は初回測定領域より小さく、再測定の測定間隔は、初回測定の測定間隔よりも短い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. 前記結合部は、前記第1近似曲面の変曲点で前記第1近似曲面と前記第2近似曲面とを結合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。
  4. 荷電粒子ビームを用いて、ステージ上に載置される基板の表面にパターンを描画する荷電粒子ビーム描画方法であって、
    前記基板の複数点について表面の高さの初回測定を行う工程と、
    前記初回測定の結果から、前記表面の第1近似曲面を作成する工程と、
    前記複数点での前記初回測定の結果と前記第1近似曲面との差分を算出する工程と、
    前記差分が所定値以上となる測定点を含む再測定領域を設定する工程と、
    前記再測定領域で前記基板の表面の高さの再測定を行う工程と、
    前記再測定の結果から、前記再測定領域での前記表面の第2近似曲面を作成する工程と、
    前記第1近似曲面と前記第2近似曲面とを結合する工程と、
    前記第1近似曲面と前記第2近似曲面とを結合した近似曲面から、描画位置の基板表面高さを算出し、算出した基板表面高さに基づいて、前記荷電粒子ビームの焦点位置を調整する工程と、
    を備える荷電粒子ビーム描画方法。
  5. 前記再測定領域は初回測定領域より小さく、再測定の測定間隔は、初回測定の測定間隔よりも短い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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