JP2019133978A - 偏向感度算出方法および偏向感度算出システム - Google Patents

偏向感度算出方法および偏向感度算出システム Download PDF

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Abstract

【課題】電子ビーム照射装置における偏向器の偏向感度を算出する偏向感度算出方法および偏向感度算出システムを提供する。【解決手段】電子ビームを偏向器で偏向させて照射対象に照射する電子ビーム照射装置における電子ビームの照射エリアを調整する方法であって、電子ビーム照射レシピに基づいて前記偏向器を制御することにより、照射された電子ビームに対応した電流を検出する調整プレートに対して照射位置を変えながら電子ビームを照射する電子ビーム照射ステップと、前記調整プレートから検出される電流を取得する電流取得ステップと、取得された電流値に対応する画像データを形成する画像形成ステップと、形成された画像データに基づいて、電子ビームの照射エリアが適切か否かの判定を行う判定ステップと、照射エリアが不適切と判定された場合に、前記電子ビーム照射レシピを更新するレシピ更新ステップと、を備える電子ビームの照射エリア調整方法が提供される。【選択図】図2A

Description

本発明は、電子ビーム照射装置における偏向器の偏向感度を算出する偏向感度算出方法および偏向感度算出システムに関する。
電子ビーム照射装置は、例えば半導体デバイスの製造工程において、マスクに電子ビームを照射し、これによってマスクのエッチング耐性を向上させるものである。電子ビーム照射装置には偏向器が設けられており、偏向器が電子ビームを偏向させることによりマスクの任意の領域に電子ビームを照射できるようになっている。
特開2016−27604号公報
しかしながら、偏向器による偏向感度(電子ビームをどの程度偏向させるか)は必ずしも一定ではなく、変動してしまって所望の領域に電子ビームを照射できなくなることもある。そこで、本発明の課題は、電子ビーム照射装置における偏向器の偏向感度を算出する偏向感度算出方法および偏向感度算出システムを提供することである。
本発明の一態様によれば、電子ビームを偏向器で偏向させてステージ上の照射対象に電子ビームを照射する電子ビーム照射装置における前記偏向器の偏向感度を算出する方法であって、前記偏向器による偏向を制御する偏向パラメータを所定幅で走査することによって、サイズが既知であり、照射された電子ビームに対応した電流を検出する、ステージ上に載置された調整プレートをカバーする範囲に電子ビームを照射する電子ビーム照射ステップと、前記調整プレートから検出された電流値を検出する電流値検出ステップと、検出された電流値に対応する、画素数が既知の画像を形成する画像形成ステップと、形成された画像における前記調整プレートに対応する部分の画素数を算出する画素数算出ステップと、前記調整プレートのサイズと、前記偏向パラメータを走査する際の所定幅と、前記画像の画素数と、画像における前記調整プレートに対応する部分の画素数と、に基づいて、前記偏向器の偏向感度を算出する偏向感度算出ステップと、を備える偏向感度算出方法が提供される。
具体的には、前記調整プレートは、第1方向の長さがDx、前記第1方向と直交する第2方向の長さがDyの長方形であり、前記偏向パラメータを前記第1方向および前記第2方向に走査する際の所定幅をそれぞれVx,Vyとし、前記画像の前記第1方向および前記第2方向の画素数をそれぞれPx,Pyとし、画像における前記調整プレートに対応する部分の前記第1方向および前記第2方向の画素数をそれぞれX,Yとすると、前記第1方向の偏向感度Sxは下記(1)式またはその逆数であり、前記第2方向の偏向感度Syは下記(2)式またはその逆数であってもよい。
Sx=(Dx・Px)/(X・Vx) ・・・(1)
Sy=(Dy・Py)/(Y・Vy) ・・・(2)
前記画像形成ステップでは、各時刻に取得された電流値を前記画像における各画素の階調に変換することにより前記画像を形成してもよい。
前記画素数算出ステップでは、前記画像の階調プロファイルを生成し、生成された前記プロファイルの半値幅を前記調整プレートに対応する部分の画素数としてもよい。
算出された前記偏向感度を前記電子ビーム照射装置の装置定数として設定する装置定数設定ステップを備えてもよい。
前記偏向器は、電極を有する静電偏向器であり、前記偏向パラメータは、前記電極に印加される電圧値であってもよい。
前記偏向器は、磁極を有する磁場偏向器であり、前記偏向パラメータは、前記磁極に供給される電流値であってもよい。
前記電子ビーム照射装置の立上時、前記電子ビーム照射装置における電子ビーム発生装置の交換時、外部磁場変動時およびメンテナンス時に本偏向感度算出方法が実行されてもよい。
本発明の別の態様によれば、電子ビームを偏向器で偏向させてステージ上の照射対象に電子ビームを照射する電子ビーム照射装置における前記偏向器の偏向感度を算出するシステムであって、サイズが既知であり、照射された電子ビームに対応した電流を検出する、ステージ上に載置された調整プレートと、前記偏向器による偏向を制御する偏向パラメータを所定幅で走査することによって、前記調整プレートをカバーする範囲に電子ビームが照射されながら、前記調整プレートから検出される電流を検出する電流計と、取得された電流値に対応する画像を形成する画像形成部と、形成された画像における前記調整プレートに対応する部分の画素数を算出する画素数算出部と、前記調整プレートのサイズと、前記偏向パラメータを走査する際の所定幅と、前記画像の画素数と、画像における前記調整プレートに対応する部分の画素数と、に基づいて、前記偏向器の偏向感度を算出する偏向感度算出部と、を備える偏向感度算出システムが提供される。
電子ビーム照射装置の概略構成を模式的に示す図。 センサユニット116の模式的断面図。 パーティクルキャッチャ11Bの構成例を示す図。 アパーチャ126の役割を説明する図。 電子ビームをXY方向に偏向させる制御の説明図。 電子ビームをXY方向に偏向させる制御の説明図。 電子ビーム照射装置における照射エリア調整システム200の概略構成を示す図。 調整プレート21を模式的に示す上面図。 調整プレート21に対する電子ビームの照射エリアを模式的に示す図。 調整プレート21に対する電子ビームの照射エリアを模式的に示す図。 照射エリアの調整手順を示すフローチャート。 電極2115に印加される電圧の時間変化を示す図。 図2CAにおける照射エリアと時間との関係を示す図。 図2CBにおける照射エリアと時間との関係を示す図。 取得される電流値の時間変化を示す図。 取得される電流値の時間変化を示す図。 図2GAに示す電流値に対応して形成された画像データを示す図。 図2GBに示す電流値に対応して形成された画像データを示す図。 電極2115に印加される、調整後の電圧の時間変化を示す図。 偏向感度によって形成される画像が異なることを説明する図。 偏向感度設定手順を示すフローチャート。 ステップS33で形成された画像を模式的に示す図。 水平方向プロファイルを模式的に示す図。 垂直方向プロファイルを模式的に示す図。 電子ビーム照射装置を含むプロセス装置の一実施例を示す概略構成図。
(第1の実施形態)
まずは電子ビーム照射装置の基本的な構成を説明する。
図1Aは、電子ビーム照射装置の概略構成を模式的に示す図である。この電子ビーム照射装置の処理対象である試料Wは、NIL(Nano Imprint Lithography)用マスク、フォトマスク、EUV(Extreme Ultraviolet Lithography)マスクなどであり、特に100nm以下とりわけ20nm以下の微細パターン作製に用いるマスクの処理に好適である。また、試料Wは、Si,GaAsなどの半導体ウエハであってもよい。
電子ビーム照射装置は、コラム部11と、その下方に設けられたメインチャンバ部12と、制御部13とを備えている。
コラム部11は、鉛直方向に延びる円筒状の真空管111と、電子ビーム発生装置112と、アパーチャ113と、レンズ114と、偏向器115と、センサユニット116と、ゲートバルブ117と、ターボ分子ポンプ118と、ゲートバルブ11Aと、パーティクルキャッチャ11Bとを有する。
電子ビーム発生装置112は真空管111の上部に設けられており、下方に向かって電子ビームを照射する。電子ビーム発生装置112の構成例を第7の実施形態で説明する。アパーチャ113は電子ビーム発生装置112の下方に設けられ、中央に形成された直径が2mm以下の開口を電子ビームが通過する。偏向器115はレンズ114の下方に設けられ、電子ビームを偏向させることができる。なお、レンズ114は、真空管111内に配置された静電レンズであってもよいし、真空管111外に配置された磁場レンズであってもよい。また、偏向器115は、真空管111内に配置された静電偏向器であってもよいし、真空管111外に配置された磁場偏向器であってもよい。
真空管111は電子ビーム発生装置112とアパーチャ113との間で水平方向に分岐した中間排気ライン111aを有しており、中間排気ライン111a上に、センサユニット116、ゲートバルブ117およびターボ分子ポンプ118が順に設けられている。
このような構成により真空管111内を差動排気でき、電子ビーム発生装置112近傍の圧力をメインチャンバ部12内の圧力より低くできる。なお、アパーチャ113に加え、その下に小径管(不図示)を設けてコンダクタンスを調整することにより差動排気の効果を向上させてもよい。
図1Bは、センサユニット116の模式的断面図である。電子ビーム照射装置を小型化するため、中間排気ライン111aから放射状に複数のポート111bが延びており、各ポート111bに圧力モニタ116a、N導入部116b、大気圧センサ116cなどが配置されている。上記圧力モニタ116aは真空管111内の圧力をモニタし、電子ビーム発生装置112の劣化状態を監視したり、交換時期を判断したりする。
各ポート111bの直径dは中間排気ライン111aの中心部の直径Dの1/3以上とする(d/D≧1/3)のが望ましい。ポート111bの直径dが小さすぎると圧力モニタ116aが真空管111内の圧力を正確にモニタできないためである。
図1Aに戻り、ゲートバルブ11Aは真空管111内であってアパーチャ113とメインチャンバ部12との間に開閉可能に設けられる。ゲートバルブ11Aを設けることで、メインチャンバ部12と真空管111内との真空状態を切り分けることができる。
パーティクルキャッチャ11Bは真空管111内であってゲートバルブ11Aとメインチャンバ部12との間に挿脱可能に設けられ、ゲートバルブ11Aの作動時などに発生するパーティクルがメインチャンバ部12内に落下するのを防止する。
図1Cは、パーティクルキャッチャ11Bの構成例を示す図である。パーティクルキャッチャ11Bは、ベース部材11Baと、ベース部材11Baの上に設けられた吸着材11Bbとで構成されている。吸着材11BbはSiOゲルなどであり、真空管111内を落下するパーティクルを吸着する。パーティクルキャッチャ11Bを設けることにより、真空管111内を落下するパーティクルがメインチャンバ部12内に配置された試料Wの表面に落ちるのを防ぐことができる。
図1Aに戻り、パーティクルキャッチャ11Bは、真空管111内における電子ビームの光軸上に出し入れ可能とされている。
メインチャンバ部12は、真空チャンバであるメインチャンバ121と、ゲートバルブ122と、ターボ分子ポンプ123と、ステージ124と、印加ピン125と、アパーチャ126と、測定ユニット127とを有する。
メインチャンバ121の側面に、試料Wを搬入出するためのゲートバルブ122が開閉可能に設けられる。また、メインチャンバ121の底面に、メインチャンバ121内を真空排気するためのターボ分子ポンプ123が設けられる。
ステージ124はメインチャンバ121内に設けられ、試料Wが載置される。
印加ピン125の構成例は後述する第5の実施形態で説明するが、図6Bのピン部材671,672間の導通をみるものである。電子ビーム発生装置112の電位(例えば−0.2kV〜−5kV)と試料Wの電位との差に応じて照射エネルギーが定まるが、試料Wの電位がフローティングであると照射エネルギーが不安定となってしまう。そのため、印加ピン125を設けて試料Wに一定電位を印加する。
アパーチャ126はメインチャンバ121内であってステージ124の上方に設けられる。アパーチャ126には開口126aが設けられており、電子ビームの形状や、試料Wにおけるどの領域に電子ビームを照射するかを規定する。
図1Dは、アパーチャ126の役割を説明する図であり、上図は電子ビーム照射装置を側面から見た模式図、下図は試料Wおよびスキャンされる電子ビームを上から見た模式図である。偏向器115は、電子ビーム発生装置112からの電子ビームが試料W上をスキャンするよう、電子ビームを偏向する。このとき、スキャンの折り返し点では電子ビームが均一とならないことがある。そのため、折り返し点に相当する電子ビームをアパーチャ126で遮蔽することで、試料Wに均一な電子ビームを照射できる。
ここで、アパーチャ126と試料W表面との距離をLcとし、開口126aの端部とアパーチャ126の端部との距離をLpとすると、Lp/Lc≧1.5であるのが望ましい。つまり、アパーチャ126の下面と試料W表面との間の空間のアスペクト比を1.5以上とするのが望ましい。このように設計することで試料W表面から反射した電子が何度か反射して外周部に飛んでいくため、ノイズの影響を低減できる。
図1Aに戻り、測定ユニット127は電子ビームの測定を行うものであり、メインチャンバ121内であってステージ124の下方に設けられる。測定ユニット127の詳細は第4の実施形態で説明する。
制御部13は、全体制御部131と、電子ビーム制御部132と、周辺制御部133と、ブロックマニュホールド134とを有する。
全体制御部131は、電子ビーム制御部132、周辺制御部133およびブロックマニュホールド134を含む電子ビーム照射装置全体の動作を制御する。全体制御部131はプロセッサやメモリから構成され得る。メモリには、プロセッサによって実行される種々のプログラムが予め記憶されていてもよいし、後から追加的に記憶できる(あるいはアップデートできる)ようになっていてもよい。
電子ビーム制御部132は電子ビーム発生装置112や偏向器115を制御することにより、電子ビームの照射や偏向を制御する。制御例を第1〜第3の実施形態で説明する。
周辺制御部133はターボ分子ポンプ118,123やドライポンプ119などを制御する。
ブロックマニュホールド134はゲートバルブ117,11A,122の開閉制御(空気圧制御)を行う。
この電子ビーム照射装置は次のように動作する。試料Wに電子ビームを照射する場合には、ゲートバルブ11Aを開き、パーティクルキャッチャ11Bを電子ビームの光軸から外れた状態としておく。また、真空管111内およびメインチャンバ121内は真空排気されている。この状態で、電子ビーム発生装置112が電子ビームを照射する。電子ビームはアパーチャ113の開口を通り、偏向器115によって偏向され、さらにアパーチャ126の開口を通って試料Wの表面に到達する。電子ビームの照射領域は広く、例えば10×10mm〜500mm×500mm程度である。
続いて、電子ビームを試料W上で走査することを説明する。本電子ビーム照射装置では、電子ビーム制御部132の制御に応じて偏向器115が電子ビームをXY方向(試料Wの表面上の2次元方向)に偏向させることにより、試料Wの表面に均一に電子ビームを照射する。
図1Eおよび図1Fは、電子ビームをXY方向に偏向させる制御の説明図である。より具体的には、図1Eは、偏向させた電子ビームの座標(X座標とY座標)の時間変化を示す図であり、図1Fは、電子ビームをXY方向に偏向させる様子を示す平面図(試料Wを電子ビーム源側から見た平面図)である。なお、本明細書では、便宜上X方向を水平方向と呼び、Y方向を垂直方向と呼ぶこともある。
時刻t0から時刻t1にかけて、電子ビームは、試料W上の電子ビーム到達位置を示すX座標が大きくなる方向(X座標のプラス方向、図1Fにおける右方向、往路ともいう)に偏向され(X1,X2,X3,X4)、その後、X座標が小さくなる方向(マイナス方向、図1Fにおける左方向、復路ともいう)に偏向される(X4,X5,X6,X7)。このとき、電子ビームのY座標はY1のまま一定である。
ここで、図1Fに示すように、X座標の大小関係はX1<X7<X2<X6<X3<X5<X4である。つまり、電子ビームは試料W上に離散的に照射され、かつ、照射位置は往路と復路とで互い違いになっている。このようにすることで、試料Wの表面に均一に電子ビームを照射できる。
復路において、電子ビームの到達位置を示すX座標がX8(=X1)になると、Y座標が大きくなる方向(Y座標のプラス方向、図1Fにおける下方向)に偏向され、電子ビームのY座標がY2になる。
同様に、時刻t1からt2にかけて、電子ビームは、X座標が大きくなる方向に偏向され、その後、X座標が小さくなる方向に偏向される。このとき、電子ビームのY座標はY2のまま一定である。そして、X座標がX8(=X1)になると、Y座標が大きくなる方向に偏向され、電子ビームのY座標がY3になる。
また、時刻t2からt3にかけて、電子ビームは、まずX座標が大きくなる方向に偏向され、その後、X座標が小さくなる方向に偏向される。このとき、電子ビームのY座標はY3のまま一定である。そして、X座標がX8(=X1)になると、Y座標が大きくなる方向に偏向され、電子ビームのY座標がY4になる。
そして、時刻t3からt4にかけて、電子ビームは、まずX座標が大きくなる方向に偏向され、その後、X座標が小さくなる方向に偏向される。このとき、電子ビームのY座標はY4のまま一定である。そして、X座標がX8(=X1)になると、今度は、Y座標が小さくなる方向(Y座標のマイナス方向。図1Fにおける上方向)に偏向され、電子ビームのY座標がY5になる。
同様に、時刻t4からt5にかけて、電子ビームは、まずX座標が大きくなる方向に偏向され、その後、X座標が小さくなる方向に偏向される。このとき、電子ビームのY座標はY5のまま一定である。そして、X座標がX8(=X1)になると、Y座標が小さくなる方向に偏向され、電子ビームのY座標がY6になる。
また、時刻t5からt6にかけて、電子ビームは、まずX座標が大きくなる方向に偏向され、その後、X座標が小さくなる方向に偏向される。このとき、電子ビームのY座標はY6のまま一定である。そして、X座標がX8(=X1)になると、Y座標が小さくなる方向に偏向され、電子ビームのY座標がY7になる。
そして、時刻t6からt7にかけて、電子ビームは、まずX座標が大きくなる方向に偏向され、その後、X座標が小さくなる方向に偏向される。このとき、電子ビームのY座標はY7のまま一定である。そして、X座標がX8(=X1)になると、Y座標が小さくなる方向(Y座標のマイナス方向。図1Fにおける上方向)に偏向され、電子ビームのY座標がY1になる。
ここで、図1Fに示すように、Y座標の大小関係はY1<Y7<Y2<Y6<Y3<Y5<Y4である。つまり、電子ビームはY方向においても試料W上に離散的に照射され、かつ、照射位置は往路と復路とで互い違いになっている。このようにすることで、試料Wの表面に均一に電子ビームを照射できる。
ここで、メインチャンバ121を真空排気する際には、ターボ分子ポンプ123を起動させる前にパーティクルキャッチャ11Bを電子ビームの光軸から外しておく。これにより、パーティクルキャッチャ11Bに吸着されていたパーティクルが真空排気時の気流などの影響を受けてパーティクルキャッチャ11Bから離れて試料Wの上に落ちるのを防ぐことができる。
以上説明した電子ビーム照射装置においては、電子ビーム発生装置112からの電子ビームを偏向器115によって偏向させて試料Wにおける特定のエリアに電子ビームを照射する(図1A参照)。ところが、偏向器115の特性などによっては、意図したエリアとは異なるエリアに電子ビームが照射されてしまうことがある。
そこで、電子ビーム照射装置において、電子ビームの照射エリアを調整する方法および調整システムを説明する。
図2Aは、電子ビーム照射装置における照射エリア調整システム200の概略構成を示す図である。なお、この照射エリア調整システム200は、試料がステージ124(図1A)に載置されていない状態、例えば電子ビーム照射装置の立ち上げ時に調整を行う。
まず図1Aを用いて説明したように、電子ビーム照射装置は、電子ビーム発生装置112、偏向器115および電子ビーム制御部132などを備えている。
本実施形態における偏向器115は複数の電極2115を有する静電偏向器であり、より具体的には、偏向器115における電極2115は、電子ビームを試料上で水平方向に偏向するための2つの電極(以下、図示はしないが電極Hと呼ぶ)と、垂直方向に偏向するための2つの電極(以下、図示はしないが電極Vと呼ぶ)とを含む。そして、これら電極H,Vに印加される電圧に応じて電子ビームが偏向される。
また、電子ビーム制御部132は、ビームスキャナ26と、偏向器電源27とを有する。ビームスキャナ26は、電極2115に印加する電圧の情報を含む電子ビーム照射レシピに基づいて、電子ビームを偏向させるための波形を発生させる。偏向器電源27は同波形に対応する電圧を発生させて電極2115に印加する。
そして、照射エリア調整システム200は、調整プレート21と、電流計22と、画像形成部23と、判定部24と、レシピ更新部25とを備えている。なお、画像形成部23、判定部24およびレシピ更新部25は図1Aの全体制御部131に内蔵されてもよく、その少なくとも一部が所定のプログラムを実行することによって実現されてもよい。
調整プレート21は、照射された電子ビームに対応する電流を検出するものであり、ステージ124(図1A)上の所定位置に載置される。つまり、調整プレート21は電子ビームの照射対象となる試料の下部に載置される。
図2Bは、調整プレート21を模式的に示す上面図である。調整プレート21は、例えば一辺が45mmの正方形である。そして、調整プレート21は所定パターンを含んでおり、同図の具体例では左上に穴21aがパターンとして形成されている。電子ビームが穴21aとは異なる位置に照射された場合、調整プレート21は電流を検出する。一方、電子ビームが穴21aに照射された場合、調整プレート21は電流を検出しない。
図2CAおよび図2CBは、調整プレート21に対する電子ビームの照射エリアを模式的に示す図である。図2CAの破線エリアに電子ビームを照射することを意図している。ところが、図2CBの破線に示すように、意図したエリアとは異なるエリア(同図では左上にずれたエリア)に電子ビームが照射されてしまうことがある。そこで、本実施形態では、図2CBの状態を図2CAの状態となるよう調整する。
図2Aに戻り、照射エリア調整システム200における電流計22は調整プレート21と不図示の接地端子との間に接続され、調整プレート21が検出する電流を取得する。取得した電流値は画像形成部23に検出される。電流計22は各時刻に検出される電流を逐次取得する。
画像形成部23は電流計22によって取得された電流に対応する画像データを形成する。具体的には次のようにすることができる。まず、画像形成部23は各時刻における電流値を電圧値に変換する。続いて、画像形成部23は電圧値を例えば256段階の階調に変換する。そして、画像形成部23は得られた階調を画像データの各画素の階調に設定する。
例えば、電子ビームが穴21aとは異なる位置に照射された時刻においては、調整プレート21が電流を検出する。そのため、電圧値も大きくなり、例えば階調は255となる。よって、この時刻に対応する画素は明るくなる。一方、電子ビームが穴21aに照射された時刻においては、調整プレート21は電流を検出しない。そのため、電圧値も小さくなり、例えば階調は0となる。よって、この時刻に対応する画素は暗くなる。
判定部24は、画像形成部23によって形成された画像データに基づいて、電子ビームの照射エリアが適切か否かを判定する。具体的には、判定部24は電子ビームの照射エリアが適切である場合に形成される画像データ(以下、テンプレート画像データという)を予め保持しておき、画像形成部23によって形成された画像データとの比較を行って判定する。さらに具体的には、判定部24は、形成された画像データにおける所定パターン(例えば図2Bの穴21aに対応)と、テンプレート画像データにおける所定パターンとの位置ずれに基づいて判定を行う。
レシピ更新部25は、電子ビームの照射エリアが不適切と判定された場合に、上記位置ずれを考慮して電子ビーム照射レシピを更新する。更新された電子ビーム照射レシピはビームスキャナ26に通知され、その後は更新された電子ビーム照射レシピが用いられる。具体的な更新の手法は後述する。
図2Dは、照射エリアの調整手順を示すフローチャートである。調整プレート21に対して照射位置を変えながら電子ビームを照射すべく(ステップS21)、電子ビーム照射レシピに基づいて電子ビーム制御部132は偏向器115における電極2115に印加する電圧を制御する。説明を簡略化するため、図1Eおよび図1Fの説明とは異なるが、次のように電子ビームの照射エリアがスキャンされるものとする。
図2Eは、電極2115に印加される電圧の時間変化を示す図である。より具体的には、図2Eの上段は電子ビームを水平方向に偏向するための電極Hに印加される電圧の時間変化を示しており、同下段は電子ビームを垂直方向に偏向するための電極Vに印加される電圧の時間変化を示している。この波形が電子ビーム照射レシピに含まれる。また、図2FAおよび図2FBは、それぞれ図2CAおよび図2CBにおける照射エリアと時間との関係を示す図である。
図2Eの時刻t10〜t20において、電極Vの印加電圧は一定(例えば−3V)であり、電極Hの印加電圧は例えば−2Vから2Vまで線形に高くなる。よって、図2FAおよび図2FBに示すように、時刻t10〜t20において、電子ビームの照射位置は、垂直方向では一定であり、水平方向に移動する(1ライン目と呼ぶ)。
図2Eの時刻t20において、電極Vの印加電圧が高くなる(例えば−2.25V)。そして、やはり時刻t20〜t30において、電極Hの印加電圧は線形に高くなる。よって、図2FAおよび図2FBに示すように、時刻t20〜t30において、電子ビームの照射位置は、垂直方向は時刻t10〜t20とは異なる位置において一定であり、水平方向に移動する(2ライン目と呼ぶ)。以降も同様に5ライン目までで照射エリアのスキャンが完了する。
図2Dに戻り、電流計22は調整プレート21から検出される各時刻の電流を取得する(ステップS22)。
図2GAは、取得される電流値の時間変化を示す図であり、図2FAと対応している。
1ライン目の時刻t10〜t20では、調整プレート21の穴21aではない位置に電子ビームが照射される(図2FA)。よって、時刻t10〜t20では一定の電流値が取得される(図2GA)。2ライン目の時刻t20〜t30も同様である。
3ライン目において、時刻t30〜t35では、調整プレート21の穴21aではない位置に電子ビームが照射されるため(図2FA)、時刻t10〜30と同じ電流値が取得される(図2GA)。一方、引き続く時刻t35〜t36では、調整プレート21の穴21aに電子ビームが照射されるため(図2FA)、ほとんど電流が流れない(図2GA)。その後の時刻t35〜t40では、調整プレート21の穴21aではない位置に電子ビームが照射されるため、時刻t10〜40と同じ電流値が取得される(図2GA)。
4ライン目の時刻t40〜t50および5ライン目の時刻t50〜t60は、1ライン目および2ライン目と同様である。以上から、図2GAに示す電流値が取得される。
図2GBは、取得される電流値の時間変化を示す図であり、図2FBと対応している。
1ライン目の時刻t10〜t20では、電子ビームが照射される位置に調整プレート21はないため(図2FB)、ほとんど電流が流れない(図2GB)。
2ライン目において、時刻t20〜t21では、電子ビームが照射される位置に調整プレート21はないため(図2FB)、ほとんど電流が流れない(図2GB)。その後の時刻t21〜t30では、調整プレート21の穴21aではない位置に電子ビームが照射されるため、一定の電流値が取得される(図2GB)。3ライン目も同様である。
4ライン目において、時刻t40〜t41では、電子ビームが照射される位置に調整プレート21はないため(図2FB)、ほとんど電流が流れない(図2GB)。その後の時刻t41〜t46では、調整プレート21の穴21aではない位置に電子ビームが照射されるため、時刻t21〜t30と同じ電流値が取得される(図2GB)。引き続く時刻t46〜t47では、調整プレート21の穴21aに電子ビームが照射されるため(図2FB)、ほとんど電流が流れない(図2GB)。その後の時刻t47〜t50では、調整プレート21の穴21aではない位置に電子ビームが照射されるため、時刻t21〜t30と同じ電流値が取得される(図2GB)。
5ライン目の時刻t50〜t60は2ライン目および3ライン目と同様である。以上から、図2GBに示す電流値が取得される。
図2Dに戻り、画像形成部23は取得された電流値に対応する画像データを形成する(ステップS23)。
図2HAは、図2GAに示す電流値に対応して形成された画像データを示す図である。時刻t10〜t20における電流値が画像データの1ライン目の各画素値と対応する。時刻t10〜t20では電流値が大きいため、1ライン目の各画素値は大きく、明るい。以下同様に考えて、図2HAの画像データにおいては3ライン目の時刻t35〜t36に対応する画素だけ暗くなる。この暗い位置は図2Bの穴21aと対応する。
この画像データは、図2Cに示す意図通りのエリアに電子ビームが照射された場合の画像データ、すなわちテンプレート画像データである。テンプレート画像データは、調整プレート21上の意図する照射エリアのパターンに基づいて机上で作成でき、次に説明する判定部24がこのテンプレート画像データを予め保持している。テンプレート画像データには、調整プレート21のパターン(穴21a)と対応するパターン21bが含まれている。
図2HBは、図2GBに示す電流値に対応して形成された画像データを示す図である。図2GBにおいて、時刻t10〜t20ではほとんど電流が流れないため、図2HBの画像データは1ライン目が暗い。また、時刻t20〜t21,t30〜t31,t40〜t41,t50〜t51でもほとんど電流が流れないため、同画像データの左端も暗い。そして、4ライン目の時刻t46〜t47でもほとんど電流が流れないため、4ライン目の一部に暗いパターン21b’が発生する。このパターン21b’が調整プレート21のパターン(穴21a)と対応する。
図2Dに戻り、判定部24は電子ビームの照射エリアが適切か否かを判定する(ステップS24)。具体的には、判定部24は、予め保持しているテンプレート画像データと、ステップS23で形成された画像データとのパターンマッチングを行う。
テンプレート画像データが図2HAに示すものであり、ステップS23で形成された画像データが図2HBに示すものであるとする。判定部24は、図2HAのテンプレート画像データにおけるパターン21bと、図2HBの画像データにおけるパターン21b’との位置関係すなわち距離Dを算出する。そして、判定部24はこの距離Dが所定の許容値以下であれば、照射エリアが適切であると判定し(図2DのステップS24のYES)、調整を終了する。
一方、この距離Dが同許容値を上回っていれば、照射エリアが不適切と判定する(ステップS24のNO)。この場合、レシピ更新部25は電子ビーム照射レシピを更新する(ステップS25)。より具体的には、レシピ更新部25は、ビームスキャナ26が生成する波形(例えば図2Eに示すような電圧波形)を変更する。距離Dが大きいほど変更量が大きい。
例えば、各画像データの画素数が256×256であり、テンプレート画像データ(図2HA)におけるパターン21bの位置が(128,128)、ステップS23で形成された画像データ(図2HB)におけるパターン21b’の位置が(192,192)であったとする。この場合、照射エリアは水平方向および垂直方向に画像サイズの25%だけずれている。よって、図2Eに示す波形を25%調整する。すなわち、図2Eにおいて、水平方向は−2V〜2Vの範囲で電圧を電極Hに印加しているが、これを−1V〜3Vに変更する(図2I上段)。垂直方向は−3V〜1Vの範囲で電圧を電極Vに印加しているが、これを−2V〜2Vに変更する(図2I下段)。これにより、電子ビームの照射エリアが水平方向および垂直方向に移動し、適切なエリアに電子ビームが照射されるようになる。
この時点で調整を終了してもよいが、望ましくはステップS24で適切と判定されるまで、ステップS21以降が繰り返される。この繰り返しの際、ステップS21においては、ステップS25で更新された電子ビーム照射レシピが適用される。
このように、所定のパターンが形成された調整プレート21を用いることで、電子ビームの照射エリアを調整できる。この調整法によれば、実際のマスクを使う必要がないため、マスクを無駄にすることもない。
また、説明を簡略化するために図2Eに示すスキャンを行ったが、図1Eおよび図1Fに示すスキャンを行う場合でも同様に考えればよい。
このようにして、電子ビームの照射エリアを調整できる。ただし、このような調整ができるのは、偏向感度が一定であることが前提である。偏向感度とは、電極2155に印加される電圧[V]と、偏向されるステージ124上での距離[mm]との関係である。例えば、偏向感度が5[mm/V]である場合、電極2155に印加する電圧を1[V]高くすると、ステージ124上では電子ビーム発生装置112が到達する位置が5[mm]ずれる。
電子ビーム照射装置の立上時、電子ビーム発生装置112の交換時、外部磁場変動時、メンテナンス時には、偏向感度が変動することがある。そうすると、図2DのステップS21で照射される電子ビームの照射エリアが変動し、同ステップS23で形成される画像が異なる。
図3Aは、偏向感度によって形成される画像が異なることを説明する図である。分かりやすく説明するために、ステージ124に載置されたF字型の試料1に電子ビームを照射して画像3を形成するとする。
偏向感度が低い場合、偏向器115ではあまり電子ビームが偏向されないため、電子ビームの照射領域2は狭くなる。すなわち、試料1の周囲の狭い範囲にしか電子ビームは照射されない。形成される画像3の画素数は照射領域2の広さに関わらず固定値(例えば、255画素)であるため、形成される画像3における試料1は相対的に大きくなる。
一方、偏向感度が高い場合、偏向器115で大きく電子ビームが偏向されるため、電子ビームの照射領域2は広くなる。すなわち、試料1の周囲の広い範囲に電子ビームが照射される。形成される画像3の画素数は照射領域2の広さに関わらず固定値であるため、形成される画像3における試料1は相対的に小さくなる。
このような偏向感度の変動を把握しておかないと、上述した照射エリア調整方法において、調整プレート21を用いて形成される画像(図2DのステップS23)におけるパターンの大きさも変動する。その結果、同ステップS24におけるパターンマッチングに失敗し、適切な調整ができなくなる。そこで、以下では、偏向感度を算出する手法を説明する。
偏向感度算出システムの概略構成は、図2Aに示すものと同様でよい。ただし、サイズが既知の調整プレート21を用いる。以下では、調整プレート21は、水平方向の長さDx[mm]、垂直方向の長さDy[mm]の長方形(または正方形)であるとする。このような調整プレート21を予めステージ124に載置しておく。
図3Bは、偏向感度設定手順を示すフローチャートである。
まず、調整プレート21の全体をカバーする範囲に電子ビームを照射する(ステップS31)。具体的には、電子ビーム照射レシピに基づいて電子ビーム制御部132は偏向器115における電極2115に印加する電圧を走査する。なお、電子ビームを水平方向に走査するための最大電圧と最小電圧との差を水平走査電圧幅Vx[V]とし、垂直方向に走査するための最大電圧と最小電圧との差を垂直走査電圧幅Vy[V]とする。水平走査電圧幅Vxおよび垂直走査電圧幅Vyはいずれも電子ビーム照射レシピにおいて定められている。
続いて、電流計22は調整プレート21から検出される各時刻の電流を取得する(ステップS32)。調整プレート21上に電子ビームが照射されると電流が流れるため、電流計22が検出する電流値は大きくなる。調整プレート21から外れた位置に電子ビームが照射されると電流がほとんど流れないため、電流計22が検出する電流値は小さく(あるいはほぼ0に)なる。
そして、画像形成部23は取得された電流値に対応する画像を形成する(ステップS33)。以上のステップS31〜S33は、図2DのステップS21〜23と同様である。
図3Cは、ステップS33で形成された画像を模式的に示す図である。図示のように、画像の中央付近には高階調部分41があり、その周囲には低階調部分42(スポットで表現している)がある。高階調部分41は調整プレート21に対応し、低階調部分42は調整プレート21の外側に対応する。なお、画像全体の水平方向画素数Px[画素]および垂直方向画素数Py[画素]は既知である。
図3Bに戻り、判定部24における階調プロファイル生成部(不図示)は画像データにおける水平方向および垂直方向の階調プロファイルを生成する(ステップS34)。階調プロファイルは、画像全体でなくてもよく、図3Cの破線で示すように、少なくとも高階調部分41を横切る部分を含んでいればよい。
図3DAは、水平方向プロファイルを模式的に示す図である。水平方向のプロファイルとは、画像データにおける高階調部分41を水平方向に横切る各座標の階調値である。図3DBは、垂直方向のプロファイルを模式的に示す図である。垂直方向のプロファイルとは、画像データにおける高階調部分41を垂直方向に横切る各座標の階調値である。図3DAおよび図3DBにおいて、横軸は座標(1画素が1座標に相当)であり、縦軸は階調値である。
図3Bに戻り、判定部24における画素数算出部(不図示)は水平方向および垂直方向のプロファイルに基づいて、水平方向および垂直方向の半値幅X,Y[画素]をそれぞれ算出する(ステップS35、図3DAおよび図3DBも参照)。水平方向の半値幅Xは高階調部分41の水平方向画素数を表わしており、調整プレート21の水平方向の長さDxが画像における何画素と対応しているかを示している。同様に、垂直方向の半値幅Yは高階調部分41の垂直方向画素数を表わしており、調整プレート21の垂直方向の長さDyが画像における何画素と対応しているかを示している。
続いて、判定部24における偏向感度算出部(不図示)は、調整プレートの水平方向の長さDx、水平走査電圧幅Vx、画像の水平方向画素数Pxおよび半値幅Xに基づいて、水平方向の偏向感度Sxを算出する。また、判定部24は、調整プレートの垂直方向の長さDy、垂直走査電圧幅Vy、画像の垂直方向画素数Pyおよび半値幅Yに基づいて、垂直方向の偏向感度Syを算出する(ステップS36)。具体的には、以下の(1),(2)式によって算出される。
Sx[mm/V]=(Dx[mm]・Px[画素])/(X[画素]・Vx[V])
・・・(1)
Sy[mm/V]=(Dy[mm]・Py[画素])/(Y[画素]・Vy[V])
・・・(2)
上記(1)式において、Dx/Xは、画像における水平方向の1画素がステージ124上の何mmに相当するかを示す。よって、Dx・Px/Xは、画像の水平方向全体がステージ上124の何mmに相当するかを示す。したがって、この値をVxで割ることで、1Vによってステージ124上で偏向される距離すなわち偏向感度Sxが得られる。上記(2)式も同様である。
以上にようにして算出された偏向感度Vx,Vyが電子ビーム照射装置の装置定数(電子ビーム照射レシピ)として設定される(ステップS37)。図2DのステップS21では、偏向感度Vx,Vyを踏まえて適切な電圧制御(水平走査電圧幅Vxおよび垂直走査電圧幅Vyの設定)を行うことで、偏向感度Vx,Vyが変動したとしても照射エリアが一定となり、電子ビームの照射エリアを適切に調整可能となる。
なお、偏向感度を上記(1),(2)式の逆数で定義してもよい。また、偏向器115は磁極を有する磁場偏向器であってもよい。その場合、磁極に電流を供給することによって電子ビームが偏向される。すなわち、偏向器115が静電偏向器である場合、偏向器115による偏向を制御する偏向パラメータは電圧であり、偏向器115が磁場偏向器である場合、偏向器115による偏向を制御する偏向パラメータは電流である。
説明した偏向感度の算出は、例えば電子ビーム照射装置の立上時、電子ビーム発生装置112の交換時、外部磁場変動時、メンテナンス時などに行うとよい。
(第2の実施形態)
図4は、上述した電子ビーム照射装置を含むプロセス装置の一実施例を示す概略構成図である。このプロセス装置は、サンプル搬入部11、ロボットなどを含む搬送系12、画像取得部13、真空搬送系14、電子ビーム照射装置15、プロセス部16などから構成される。サンプル搬入部11からの試料は搬送系12および真空搬送系14によって電子ビーム照射装置15およびプロセス部16にロードされ、処理される。処理された試料は真空搬送系14および搬送系12によってアンロードされる。
このプロセス装置では、搬送系12に画像取得部13が設けられている。画像取得部13は、CMOSカメラ、CCDカメラあるいはラインセンサを有し、例えばロボットで搬送中の試料の全体像あるいは部分像を取得可能である。試料のロード時およびアンロード時に画像データが蓄積される。なお、画像取得部13は搬送系の筐体内部にあってもよいし、外付けとしてもよい。
そして、ロード毎およびアンロード毎に画像データを比較することで、正常・異常の判定が行われる。ロード時には搬入される試料が正常か否かの判定が行われ、アンロード時にはプロセスが正常か否かの判定が行われる。
正常判定では、判定基準となる閾値を設けることによって、試料の形状、色、大きさを判定してもよい。
また、正常判定では、ディープラーニングや機械学習を利用したAI(人工知能)、量子コンピューティングを活用してもよい。AIの教師データとしては、正常であることが分かっているデータを利用して「正常」を定義するようにしてもよい。
また、AI機能は必ずしもプロセス装置内ある必要はなく、ゲートウェイを介してインターネット接続されたFog内にあってもよいし、Fogと接続されたクラウド内にあってもよい。
なお、図4はプロセス装置の一例に過ぎず、電子ビーム照射装置15およびプロセス部16を有するプロセス装置のほかに、メッキ装置や、CMP、ベベル研磨装置、露光装置、エッチング装置、CVD、その他の半導体製造装置、検査装置にも適用可能である。また、マスクのほか、ウエハなど様々な試料にも適用可能でる。
21 調整プレート
22 電流計
23 画像形成部
24 判定部
25 レシピ更新部
26 ビームスキャナ
27 偏向器電源
112 電子ビーム発生装置
124 ステージ
115 偏向器
2115 電極
131 全体制御部
132 電子ビーム制御部

Claims (9)

  1. 電子ビームを偏向器で偏向させてステージ上の照射対象に電子ビームを照射する電子ビーム照射装置における前記偏向器の偏向感度を算出する方法であって、
    前記偏向器による偏向を制御する偏向パラメータを所定幅で走査することによって、サイズが既知であり、照射された電子ビームに対応した電流を検出する、ステージ上に載置された調整プレートをカバーする範囲に電子ビームを照射する電子ビーム照射ステップと、
    前記調整プレートから検出された電流値を検出する電流値検出ステップと、
    検出された電流値に対応する、画素数が既知の画像を形成する画像形成ステップと、
    形成された画像における前記調整プレートに対応する部分の画素数を算出する画素数算出ステップと、
    前記調整プレートのサイズと、前記偏向パラメータを走査する際の所定幅と、前記画像の画素数と、画像における前記調整プレートに対応する部分の画素数と、に基づいて、前記偏向器の偏向感度を算出する偏向感度算出ステップと、を備える偏向感度算出方法。
  2. 前記調整プレートは、第1方向の長さがDx、前記第1方向と直交する第2方向の長さがDyの長方形であり、
    前記偏向パラメータを前記第1方向および前記第2方向に走査する際の所定幅をそれぞれVx,Vyとし、
    前記画像の前記第1方向および前記第2方向の画素数をそれぞれPx,Pyとし、
    画像における前記調整プレートに対応する部分の前記第1方向および前記第2方向の画素数をそれぞれX,Yとすると、
    前記第1方向の偏向感度Sxは下記(1)式またはその逆数であり、
    前記第2方向の偏向感度Syは下記(2)式またはその逆数である、請求項1に記載の偏向感度算出方法。
    Sx=(Dx・Px)/(X・Vx) ・・・(1)
    Sy=(Dy・Py)/(Y・Vy) ・・・(2)
  3. 前記画像形成ステップでは、各時刻に取得された電流値を前記画像における各画素の階調に変換することにより前記画像を形成する、請求項1または2に記載の偏向感度算出方法。
  4. 前記画素数算出ステップでは、前記画像の階調プロファイルを生成し、生成された前記プロファイルの半値幅を前記調整プレートに対応する部分の画素数とする、請求項1乃至3のいずれかに記載の偏向感度算出方法。
  5. 算出された前記偏向感度を前記電子ビーム照射装置の装置定数として設定する装置定数設定ステップを備える、請求項1乃至4のいずれかに記載の偏向感度算出方法。
  6. 前記偏向器は、電極を有する静電偏向器であり、
    前記偏向パラメータは、前記電極に印加される電圧値である、請求項1乃至5のいずれかに記載の偏向感度算出方法。
  7. 前記偏向器は、磁極を有する磁場偏向器であり、
    前記偏向パラメータは、前記磁極に供給される電流値である、請求項1乃至5のいずれかに記載の偏向感度算出方法。
  8. 前記電子ビーム照射装置の立上時、前記電子ビーム照射装置における電子ビーム発生装置の交換時、外部磁場変動時およびメンテナンス時に実行される請求項1乃至7のいずれかに記載の偏向感度算出方法。
  9. 電子ビームを偏向器で偏向させてステージ上の照射対象に電子ビームを照射する電子ビーム照射装置における前記偏向器の偏向感度を算出するシステムであって、
    サイズが既知であり、照射された電子ビームに対応した電流を検出する、ステージ上に載置された調整プレートと、
    前記偏向器による偏向を制御する偏向パラメータを所定幅で走査することによって、前記調整プレートをカバーする範囲に電子ビームが照射されながら、前記調整プレートから検出される電流を検出する電流計と、
    取得された電流値に対応する画像を形成する画像形成部と、
    形成された画像における前記調整プレートに対応する部分の画素数を算出する画素数算出部と、
    前記調整プレートのサイズと、前記偏向パラメータを走査する際の所定幅と、前記画像の画素数と、画像における前記調整プレートに対応する部分の画素数と、に基づいて、前記偏向器の偏向感度を算出する偏向感度算出部と、を備える偏向感度算出システム。
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