JP2019079858A - 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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Abstract

【課題】ドリフト補正を高精度に行い、パターンの描画精度を向上させると共に、描画スループットの低下を抑制する。【解決手段】本実施形態による荷電粒子ビーム描画装置は、ステージ５０上に設けられたマーク５４と、マーク５４の表面高さを検出する高さ検出器５８と、荷電粒子ビームの焦点を前記マーク表面に合わせて、マークに対し前記荷電粒子ビームを照射することにより、マーク表面での前記荷電粒子ビームの照射位置を検出する照射位置検出器５２と、前記照射位置から、前記マーク表面での前記荷電粒子ビームのドリフト量を算出し、該ドリフト量に基づいて、基板５６の表面でのドリフトによる位置ずれを補正する補正情報を生成するドリフト補正部１４と、前記補正情報を用いて、前記荷電粒子ビームの照射位置を補正する描画制御部１３と、を備える。【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、様々な要因により、描画中に電子ビームの照射位置が時間経過と共にシフトするビームドリフトと呼ばれる現象が発生し得る。このビームドリフトをキャンセルするため、ドリフト補正が行われる。ドリフト補正では、ステージ上に配置されたマーク基板に形成された測定用マークを電子ビームで走査し、電子ビームの照射位置を測定して、ドリフト量を求める。
描画対象の試料（マスク）の厚さは公差により試料毎に異なり、通常、試料表面の高さと、マーク基板の表面の高さとは一致していない。電子ビームが試料やマーク基板に斜めに入射する場合、表面高さの違いから、マーク表面でのドリフト量と、試料表面でのドリフト量との間には誤差が生じる。マーク表面でのドリフト量をそのままドリフト補正に用いると、誤差分だけドリフト補正が不十分になるという問題があった。
特許文献１には、ステージ上に高さが異なる複数のマークを設け、試料表面の高さより低いマークと、試料表面の高さより高いマークとを選択し、選択した２つのマークの表面でのドリフト量から、試料表面でのドリフト量を求め、試料表面とマーク表面との高低差に依存するビーム照射位置のずれを抑える手法が開示されている。
しかし、特許文献１の手法では、少なくとも２つのマークを電子ビームで走査し、ドリフト量を測定する必要があるため、描画スループットが低下していた。
特開２０１３−３８２９７号公報 特開２００２−９３６７８号公報 特開２００１−１６８０１３号公報 特開２０１４−１２３６１３号公報 特開２００３−２７２９９６号公報 特開２０１６−１３４４８６号公報 特開平９−２４６１３５号公報
本発明は、ドリフト補正を高精度に行い、パターンの描画精度を向上させると共に、描画スループットの低下を抑制す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、ステージに載置された描画対象の基板に対し荷電粒子ビームを照射してパターンを描画する描画部と、前記ステージ上に設けられたマークと、前記マークの表面高さを検出する高さ検出器と、前記荷電粒子ビームの焦点を、前記基板の表面高さ及び検出された前記マークの表面高さに合わせて調整する焦点調整部と、前記マークの表面高さに焦点を合わせた前記荷電粒子ビームの照射により、前記マーク表面での前記荷電粒子ビームの照射位置を検出する照射位置検出器と、前記照射位置検出器により検出された前記照射位置から、前記マーク表面での前記荷電粒子ビームのドリフト量を算出し、該ドリフト量に基づいて、前記基板の表面でのドリフトによる照射位置ずれを補正する補正情報を生成するドリフト補正部と、前記補正情報を用いて、前記荷電粒子ビームの照射位置を補正する描画制御部と、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、前記焦点調整部は、対物レンズを制御して前記荷電粒子ビームの焦点位置を調整する。
本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画方法は、ステージ上に設けられたマークを用いて荷電粒子ビームを調整し、前記ステージ上に載置された描画対象の基板に対し前記荷電粒子ビームを照射してパターンを描画する荷電粒子ビーム描画方法であって、前記マークの表面高さを検出する工程と、前記マークの表面高さに前記荷電粒子ビームの焦点を合わせるように焦点を調整して前記荷電粒子ビームを照射し、前記マークの表面での前記荷電粒子ビームの照射位置を検出する工程と、検出した前記照射位置から、前記マーク表面での前記荷電粒子ビームのドリフト量を算出する工程と、前記ドリフト量に基づいて、前記荷電粒子ビームの照射位置を補正する工程と、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は、前記マークに対し前記荷電粒子ビームを照射する前に、対物レンズを用いて前記荷電粒子ビームの焦点を前記マークの表面に合わせる。
本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画方法は、前記マークに対し前記荷電粒子ビームを照射した後、前記荷電粒子ビームの焦点を前記基板の表面に合わせる。
本発明によれば、ドリフト補正を高精度に行い、パターンの描画精度を向上させると共に、描画スループットの低下を抑制することができる。
本発明の実施形態による電子ビーム描画装置の概略図である。 電子ビームの可変成形を説明する図である。 （ａ）は正常時のビーム軌道を示す図であり、（ｂ）はビームが傾いて入射する場合のビーム軌道を示す図である。 ビーム軌道の例を示す図である。 マーク表面にフォーカスを合わせた状態を示す模式図である。 実施の形態による描画方法を説明するフローチャートである。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。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、イオンビーム等でもよい。
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に示す描画装置１は、描画対象の基板５６に電子ビームを照射して所望のパターンを描画する描画部３０と、描画部３０の動作を制御する制御部１０とを備えた可変成形型の描画装置である。
描画部３０は、電子鏡筒３２及び描画室３４を有している。電子鏡筒３２内には、電子銃４０、ブランキングアパーチャ４１、第１成形アパーチャ４２、第２成形アパーチャ４３、ブランキング偏向器４４、成形偏向器４５、対物偏向器４６、照明レンズ４７、投影レンズ４８、及び対物レンズ４９が配置されている。対物レンズ４９は、焦点位置をＺ軸方向で調整可能なダイナミックフォーカスレンズである。ダイナミックフォーカスレンズとしては、静電レンズ、電磁レンズを用いることができるが、描画中に焦点位置を変更する場合はヒステリシスのない静電レンズが用いられる。
描画室３４内には、移動可能に配置されたステージ５０が配置される。ステージ５０上には、基板５６が載置される。基板５６は、例えば、半導体装置を製造する際の露光用マスク、マスクブランクス、半導体装置が製造される半導体基板（シリコンウェハ）等である。
ステージ５０は、水平面内で互いに直交するＸ方向及びＹ方向に移動可能なＸＹステージ５０ａ、及びＸＹステージ５０ａ上に設けられた台座５０ｃを有する。台座５０ｃは、駆動部５０ｂにより、Ｘ方向及びＹ方向に直交するＺ方向に移動可能になっている。基板５６は、複数の支持ピン５０ｄにより台座５０ｃ上に支持されている。ステージ５０は、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向に基板５６の位置を調整することができる。
台座５０ｃの表面には、水平面内でのステージ５０（台座５０ｃ）の位置を測定するためのミラー５０ｅと、電子ビームＢのドリフト量を測定するためのマーク５４が設けられている。マーク５４は、例えば十字形状やドット形状をなし、シリコン基板上にタンタルやタングステン等の重金属が形成されたものである。高さの異なる複数のマーク５４が設けられていてもよい。なお、マーク５４は反射型に限定されるものではなく、透過型のマークを用いてもよい。この場合、開口部を有するマークと、開口部を透過した電子の電流量を測定する電流測定器とが設けられる。
ＸＹステージ５０ａには、基板５６の表面（試料表面）の高さ基準となる基準高さ部材５０ｆが設けられている。基準高さ部材５０ｆの表面に電子ビームＢの焦点を合わせると共に、基準高さ部材５０ｆの表面と基板５６の表面とを同じ高さにすることで、基板５６の表面に電子ビームＢの焦点を合わせることができる。
ステージ５０の上方には、マーク５４に対する電子ビームＢの照射により、電子ビームＢの照射位置（ビーム位置）を検出する照射位置検出器５２が設けられている。照射位置検出器５２として、例えば、マーク５４が電子ビームＢにより走査され、マーク５４により反射された反射電子を電流値として検出する電子検出器を用いることができる。検出されたビーム位置は、後述する制御計算機１１に通知される。
描画室３４の外周面には、基板５６やマーク５４の表面高さを検出する高さ検出器５８が設けられている。この高さ検出器５８は、特に限定されるものではないが、例えば基板５６やマーク５４の表面に斜め上方からレーザ光を照射する投光部５８ａと、反射光を受光する受光部５８ｂとを有するものを用いることができる。受光部５８ｂによる反射光の受光位置から、基板５６やマーク５４の表面高さを検出することができる。表面高さの検出結果は制御計算機１１に通知される。
制御部１０は、制御計算機１１、ステージ位置測定部１６、レンズ制御回路１７、記憶装置１８等を有している。制御計算機１１は、ショットデータ生成部１２、描画制御部１３、ドリフト補正部１４、及び焦点調整部１５を有する。制御計算機１１の各部の入出力データや演算中のデータはメモリ（図示略）に適宜格納される。
制御計算機１１の各部は、ハードウェアで構成してもよく、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、少なくとも一部の機能を実現するプログラムをＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に収納し、電気回路を有するコンピュータに読み込ませて実行させてもよい。
記憶装置１８（記憶部）は、設計上の図形パターンが配置されたレイアウトデータを描画装置１に入力可能なフォーマットに変換した描画データを格納する。
ショットデータ生成部１２が記憶装置１８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装置固有のショットデータを生成する。ショットデータには、例えば、図形種、図形サイズ、照射位置、照射時間等が定義される。描画制御部１３は、ショットデータに基づき、描画部３０を制御して描画処理を行う。
ドリフト補正部１４は、基板５６の表面でのドリフト量を算出し、ドリフト量をキャンセルするドリフト補正量を求める。ドリフト量の算出方法は後述する。ドリフト補正部１４は、ドリフト補正量に基づいて、電子ビームＢの偏向量（ビーム照射位置）の補正情報を生成し、描画制御部１３に与える。描画制御部１３は、この補正情報を用いて描画部３０を制御し、ビーム照射位置を補正する。
ステージ位置測定部１６は、ステージ５０の台座５６上に固定されたミラー５０ｅにレーザ光を入反射させてステージ５０の位置を測定するレーザ測長器を含む。ステージ位置測定部１６は、測定したステージ位置を制御計算機１１に通知する。
レンズ制御回路１７は、焦点調整部１５からの制御信号に基づいて、対物レンズ４９を制御し、電子ビームＢのフォーカス位置を調整する。
図１では、実施の形態を説明する上で必要な構成を記載している。描画装置１にとって、通常、必要なその他の構成を備えていても構わない。
電子鏡筒３２内に設けられた電子銃４０から放出された電子ビームＢは、ブランキング偏向器４４内を通過する際に、ブランキング偏向器４４によって、ビームオンの状態ではブランキングアパーチャ４１を通過し、ビームオフの状態では、ビーム全体がブランキングアパーチャ４１で遮蔽されるように偏向される。ビームオフの状態からビームオンとなり、その後ビームオフになるまでにブランキングアパーチャ４１を通過した電子ビームＢ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４４とブランキングアパーチャ４１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Ｂは、照明レンズ４７により、矩形の開口４２ａ（図２参照）を有する第１成形アパーチャ４２に照射される。第１成形アパーチャ４２の開口４２ａ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４２を通過した第１成形アパーチャ像の電子ビームは、投影レンズ４８により第２成形アパーチャ４３上に投影される。第２成形アパーチャ４３上での第１アパーチャ像の位置は、成形偏向器４５によって制御される。これにより、第２成形アパーチャ４３の開口４３ａ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４３を通過した電子ビームは、対物レンズ４９により焦点が合わされ、対物偏向器４６により偏向されて、ステージ５０上の基板５６の所望する位置に照射される。
描画装置１においては、図３（ａ）に示すビームＢ１のように、基板５６に対し（ほぼ）垂直にビームが照射されることが望ましい。しかし、各種アンプの安定性、電子銃４０の軸ズレ、チャージアップによるビームドリフト等によって、図３（ｂ）に示すビームＢ２のように、ビーム軸が傾く。
図４に示すように、ビーム軸が傾いていないビームＢ１は、ビームがフォーカスされた基板５６の表面位置（Ｚ＝０）と、デフォーカスした位置（Ｚ≠０）とで、ビーム位置は変わらない。一方、ビーム軸が傾いているビームＢ２では、ビーム照射面の高低差によるビーム位置のずれが生じる。
例えば、基板５６の表面高さと、マーク５４の表面高さとが異なる場合、ビーム軸が傾いているビームＢ２は、基板５６とマーク５４とで照射位置に誤差が生じる。これにより、マーク５４の表面でのドリフト量と、基板５６の表面でのドリフト量との間には誤差が生じる。マーク５４の表面でのドリフト量をそのまま基板５６の表面でのドリフト量とみなしてドリフト補正を行うと、誤差分だけドリフト補正が不十分になる。
そこで、本実施形態では、対物レンズ４９の焦点位置をずらし、図５に示すように、マーク５４の表面に焦点を合わせてから、マーク５４の表面でのドリフト量を測定する。これにより、マーク５４の表面と、基板５６の表面との高低差によるビーム照射位置のズレが抑えられ、基板５６の表面でのドリフト量を精度良く求めることができる。
このようなドリフト補正処理を含む描画方法を、図６に示すフローチャートを用いて説明する。ドリフト補正処理は、描画処理中、所定の時間間隔で行われる。描画開始直後などビームが安定していない状態では、ドリフト補正を行う間隔は短く、時間の経過に伴い徐々に長くなる。描画処理の開始前に、高さ検出器５８が基板５６の表面の高さを検出する。描画制御部１３が、ステージ５０の駆動部５０ｂを制御し、基準高さ部材５０ｆの表面と基板５６の表面とを同じ高さにしている。
ドリフト補正を行うにあたり、まず、高さ検出器５８が、マーク５４の表面高さを検出する（ステップＳ１）。検出されたマーク表面高さを記憶部に格納し、次回以降のドリフト補正時に参照できるようにしてもよい。
焦点調整部１５が対物レンズ４９の焦点位置を調整し、マーク５４の表面高さに焦点を合わせる（ステップＳ２）。例えば、予め高さの異なる複数のマークを使って、対物レンズ４９の励磁電流に対する焦点高さの感度を求めておく。ステップＳ１で検出したマーク表面高さに応じて励磁電流を制御し、マーク５４の表面高さに焦点を合わせることができる。
ステージ５０を移動させ、マーク５４を対物レンズ４９の中心位置に合わせ、電子ビームＢによりマーク５４を走査する（ステップＳ３）。
照射位置検出器５２が反射電子を検出し、ビームプロファイルを測定して、ビーム照射位置を検出する。ドリフト補正部１４が、検出されたビーム照射位置と、基準位置とのずれ量を、マーク表面におけるドリフト量として算出する（ステップＳ４）。
マーク５４の表面高さに焦点を合わせた電子ビームＢでマーク５４を走査したため、ビーム軸が傾いていても、マーク５４の表面と基板５６の表面との高低差によるビーム照射位置のズレが抑えられている。そのため、マーク５４の表面でのドリフト量を、基板５６の表面でのドリフト量としてみなすことができる。
ドリフト補正部１４が、マーク５４の表面におけるドリフト量に基づいて、ドリフト補正量を算出する（ステップＳ５）。
焦点調整部１５が対物レンズ４９の焦点位置を調整し、基板５６の表面高さに焦点位置を戻す（ステップＳ６）。
描画制御部１３が、記憶装置１８から読み出した描画データと、算出されたドリフト補正量に基づいて、ビーム照射位置を補正しながら描画処理を行う（ステップＳ７）。次のドリフト量の測定時期までは（ステップＳ８＿Ｙｅｓ、ステップＳ９＿Ｎｏ）、ステップＳ５で算出したドリフト量を用いて、描画処理を行う。
このように本実施形態によれば、マーク５４の表面高さに焦点を合わせたビームでマーク５４を走査してドリフト量を求めるため、マーク表面でのドリフト量と基板表面でのドリフト量との間に生じる誤差が抑えられる。これにより、ドリフト補正を高精度に行い、パターンの描画精度を向上させることができる。また、１個のマーク５４を走査してドリフト量を求めればよく、複数のマークを走査する場合と比較して、描画スループットを向上させることができる。
上記実施形態では、対物レンズ４９の焦点位置をずらしてマーク５４をスキャンする例について説明したが、焦点調整部１５がステージ５０の駆動部５０ｂを制御し、マーク５４の表面が焦点位置に合うようにステージ高さを変えてもよい。
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。
１ 描画装置
１０ 制御部
１１ 制御計算機
１２ ショットデータ生成部
１３ 描画制御部
１４ ドリフト補正部
１５ 焦点調整部
１８ 記憶装置
２０ ブランキング回路
２２ レンズ制御回路
３０ 描画部
３２ 電子鏡筒
３４ 描画室
４０ 電子銃
４１ ブランキングアパーチャ
４２ 第１成形アパーチャ
４３ 第２成形アパーチャ
４４ ブランキング偏向器
４５ 成形偏向器
４６ 対物偏向器
４７ 照明レンズ
４８ 投影レンズ
４９ 対物レンズ
５０ ステージ
５２ 照射位置検出器
５４ マーク
５６ 基板
５８ 高さ検出器

Claims (5)

  1. ステージに載置された描画対象の基板に対し荷電粒子ビームを照射してパターンを描画する描画部と、
    前記ステージ上に設けられたマークと、
    前記マークの表面高さを検出する高さ検出器と、
    前記荷電粒子ビームの焦点を、前記基板の表面高さ及び検出された前記マークの表面高さに合わせて調整する焦点調整部と、
    前記マークの表面高さに焦点を合わせた前記荷電粒子ビームの照射により、前記マーク表面での前記荷電粒子ビームの照射位置を検出する照射位置検出器と、
    前記照射位置検出器により検出された前記照射位置から、前記マーク表面での前記荷電粒子ビームのドリフト量を算出し、該ドリフト量に基づいて、前記基板の表面でのドリフトによる照射位置ずれを補正する補正情報を生成するドリフト補正部と、
    前記補正情報を用いて、前記荷電粒子ビームの照射位置を補正する描画制御部と、
    を備える荷電粒子ビーム描画装置。
  2. 前記焦点調整部は、対物レンズを制御して前記荷電粒子ビームの焦点位置を調整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。
  3. ステージ上に設けられたマークを用いて荷電粒子ビームを調整し、前記ステージ上に載置された描画対象の基板に対し前記荷電粒子ビームを照射してパターンを描画する荷電粒子ビーム描画方法であって、
    前記マークの表面高さを検出する工程と、
    前記マークの表面高さに前記荷電粒子ビームの焦点を合わせるように焦点を調整して前記荷電粒子ビームを照射し、前記マークの表面での前記荷電粒子ビームの照射位置を検出する工程と、
    検出した前記照射位置から、前記マーク表面での前記荷電粒子ビームのドリフト量を算出する工程と、
    前記ドリフト量に基づいて、前記荷電粒子ビームの照射位置を補正する工程と、
    を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
  4. 前記マークに対し前記荷電粒子ビームを照射する前に、対物レンズを用いて前記荷電粒子ビームの焦点を前記マークの表面に合わせることを特徴とする請求項３に記載の荷電粒子ビーム描画方法。
  5. 前記マークに対し前記荷電粒子ビームを照射した後、前記荷電粒子ビームの焦点を前記基板の表面に合わせることを特徴とする請求項３又は４に記載の荷電粒子ビーム描画方法。
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