JP2022007078A - 荷電粒子ビーム描画方法及び荷電粒子ビーム描画装置 - Google Patents

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。
【解決手段】荷電粒子ビーム描画方法は、ステージ５０上に載置された描画対象の基板５６に対し前記荷電粒子ビームＢを照射してパターンを描画するものであって、前記ステージ上に設けられたマーク２０に、ショットサイクルあたりの電荷量が異なる荷電粒子ビームをそれぞれ照射し、検出された照射位置よりそれぞれドリフト量を算出する工程と、前記ショットサイクルあたりの電荷量と前記ドリフト量との相関に基づきドリフト補正量を算出する工程と、前記ドリフト補正量に基づいて前記荷電粒子ビームの照射位置を補正し、前記基板にパターンを描画する工程と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、荷電粒子ビーム描画方法及び荷電粒子ビーム描画装置に関する。

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。例えば、描画装置の偏向電極等の照射系にコンタミネーションが付着し、描画対象基板からの散乱電子によりコンタミネーションが帯電することで、ビームドリフトが発生する。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。

従来のドリフト補正では、描画処理中に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、所定のタイミングで電子ビームの照射位置の測定を行い、前回測定値からの差分をドリフト補正量としていた。

特開２００１－１０２２７８号公報 特開平９－１０２４５２号公報 特開平５－１６６７０８号公報

しかし、ビーム照射位置の測定結果には、測定用マークからの反射電子や二次電子に起因するドリフト成分が含まれている。描画処理の進行に伴いコンタミネーションが変化するため、ビーム照射位置測定時のドリフト成分も変化するが、従来、このドリフト成分の変化は考慮されておらず、ドリフト補正誤差となっていた。

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ことができる荷電粒子ビーム描画方法及び荷電粒子ビーム描画装置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方法は、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、前記ステージ上に設けられたマークに、ショットサイクルあたりの電荷量が異なる荷電粒子ビームをそれぞれ照射し、検出された照射位置よりそれぞれドリフト量を算出する工程と、前記ショットサイクルあたりの電荷量と前記ドリフト量との相関に基づきドリフト補正量を算出する工程と、前記ドリフト補正量に基づいて前記荷電粒子ビームの照射位置を補正し、前記基板にパターンを描画する工程と、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、前記マークに対するショットサイクルあたりの電荷量が異なる前記荷電粒子ビームの照射により、それぞれ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部と、検出されたそれぞれの前記照射位置より算出された前記荷電粒子ビームのドリフト量と前記ショットサイクルあたりの電荷量との相関に基づいてドリフト補正量を算出するドリフト補正部と、前記ドリフト補正量に基づいて前記荷電粒子ビームの照射位置を補正し、前記基板にパターンを描画するように前記描画部を制御する描画制御部と、を備えるものである。

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。 ドリフト量の変化を示す模式図である。 ビーム電流をゼロとした場合のドリフト量を示すグラフである。 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。 ビーム電流をゼロとした場合のドリフト量を示すグラフである。 ドリフト量の偏向位置依存性を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。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基板４１、第１成形アパーチャ基板４２、第２成形アパーチャ基板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。

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は、水平面内で互いに直交するＸ方向及びＹ方向に移動する。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上には、水平面内でのステージ５０の位置を測定するためのミラー５１が設けられている。また、ステージ５０上には、電子ビームＢのドリフト量を測定する際に使用されるマークが形成されたマーク基板２０が設けられている。例えば、マーク基板２０はシリコン基板であり、シリコン基板上に、タンタルやタングステン等の重金属で構成されたマークが形成されている。

ステージ５０の上方には、マーク基板２０のマークを電子ビームＢで照射した際に、マークにより反射された反射電子（又は二次電子）を電流値として検出する検出器５２が設けられている。検出された電流値は、後述する制御計算機１１に送信される。

制御部１０は、制御計算機１１、ステージ位置測定部１６、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、照射位置検出部１４及びドリフト補正部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。

ステージ位置測定部１６は、ステージ５０上に固定されたミラー５１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。

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。

照射位置検出部１４は、検出器５２で検出された電流値に基づくビームプロファイルと、ステージ位置測定部１６が測定したステージ位置（マーク位置）とを用いて、ビーム照射位置を検出する。

ドリフト補正部１５は、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１５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。

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は、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基板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基板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基板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基板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成形アパーチャ基板４２に照射される。第１成形アパーチャ基板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成形アパーチャ基板４２を通過した第１アパーチャ像の電子ビームは、投影レンズ４８により第２成形アパーチャ基板４３上に投影される。第２成形アパーチャ基板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成形アパーチャ基板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成形アパーチャ基板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、ＸＹステージ５０上に載置された描画対象の基板５６の所望する位置に照射される。このとき、第２成形アパーチャ基板４３の開口４３ａを通過する電子ビームの寸法を変化させることで、基板５６（又はマーク基板２０）に照射される電子ビームのビーム電流量を変えることができる。また、電子銃４０のエミッション電流や照明レンズ４７の設定を変動させることにより、ビーム電流密度を変えて、ビーム電流量を変えてもよい。なお、ビーム電流量に限定されるものではなく、ショットサイクルあたりの電荷量が変わればよい。例えば、照射時間を変えてもよい。

描画装置１では、対物偏向器４６等の電極に付着したコンタミネーションの帯電によりビームドリフトが発生するため、ドリフト補正を行う必要がある。ドリフト補正では、マーク基板２０のマークを電子ビームＢで走査してビーム照射位置を検出し、基準位置からのずれ量をドリフト量として算出する。

算出されるドリフト量は、描画時のドリフト成分Ｄｗと、マークからの反射電子や二次電子に起因するビーム照射位置検出時のドリフト成分Ｄｐとを含む。ビーム照射位置検出時のドリフト成分Ｄｐを含めて補正すると、補正過多になってしまうため、この描画時ドリフト成分Ｄｗに基づき行う必要がある。

図３に示すように、描画処理の進行に伴いコンタミネーションが変化し、描画時ドリフト成分Ｄｗが変化する。具体的には、描画処理の進行に伴いコンタミネーションが増加し、描画時ドリフト成分Ｄｗが増加する。

一方、ビーム照射位置検出時ドリフト成分Ｄｐ（図中斜線部）は、コンタミネーションだけでなく、マークを走査する電子ビームＢのビーム電流量にも依存する。そのため、描画処理の進行に伴いコンタミネーションが増加し、ビーム照射位置検出時ドリフト成分Ｄｐも増加する。また、マークを走査する電子ビームＢのビーム電流量が大きくなると、ビーム照射位置検出時ドリフト成分Ｄｐも大きくなる。

描画時ドリフト成分Ｄｗは、マークを走査する電子ビームＢのビーム電流量の影響を除いた値、すなわち、ビーム電流量をゼロとした時のドリフト量と推定される。しかし、実際にマークを走査する電子ビームＢのビーム電流をゼロとした場合、検出器５２では何も検出されず、当然、ビーム照射位置は検出できないため、ドリフト量は求められない。

そこで、本実施形態では、図４に示すように、マークを走査する電子ビームＢのビーム電流量を変動させてビーム照射位置を検出し、複数のビーム電流量Ｃ１～Ｃ３でのドリフト量Ｄｐ１～Ｄｐ３を測定する。そして、ビーム電流量Ｃ１～Ｃ３とドリフト量Ｄｐ１～Ｄｐ３との相関に基づき、描画時ドリフト成分Ｄｗを求める。例えば、ビーム電流Ｃ１～Ｃ３に対するドリフト量Ｄｐ１～Ｄｐ３の近似式Ｆを求め、この近似式Ｆを用いて、外挿によりビーム電流量をゼロとしたときのドリフト量（描画時ドリフト成分Ｄｗ）をドリフト補正量として算出する。なお、必ずしもビーム電流量をゼロとしたときの推定ドリフト量をドリフト補正量とする必要はなく、ビーム電流量の影響をある程度除いたドリフト量、すなわち補正過多がある程度抑えられるように、ビーム電流量をゼロに近づけたときのドリフト量をドリフト補正量とすることができる。算出したドリフト補正量に基づいてドリフト補正を行う。

このようなドリフト補正処理を含む描画方法を、図５に示すフローチャートを用いて説明する。

ステージ５０を移動させ、マークを対物レンズ４９の中心位置に合わせ、所定のビーム電流とした電子ビームＢによりマークを走査し、検出器５２が反射電子（二次電子）を検出する（ステップＳ１）。照射位置検出部１４が、検出器５２の検出結果からビームプロファイルを測定して、マーク表面でのビーム照射位置を検出する。ビーム照射位置は、Ｘ方向、Ｙ方向それぞれについて検出する。ドリフト補正部１５が、検出されたビーム照射位置と、基準位置とのずれ量を、マーク表面でのドリフト量として算出する（ステップＳ２）。ドリフト量は、Ｘ方向、Ｙ方向それぞれについて算出される。

Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のドリフト量が算出されていない場合は（ステップＳ３＿Ｎｏ）、ビーム電流を変更して（ステップＳ４）、さらにドリフト量を算出する（ステップＳ１，Ｓ２）。ビーム電流の異なるＮ個のドリフト量（第１ドリフト量）が得られるまで、マーク走査、ドリフト量算出及びビーム電流変更を繰り返す。

Ｎ個のドリフト量が算出されると（ステップＳ３＿Ｙｅｓ）、ドリフト補正部１５が、近似式を求め、ビーム電流をゼロとした場合のドリフト量をドリフト補正量として算出する（ステップＳ５）。

描画制御部１３は、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Ｓ６）。

次のドリフト量の測定時期までは（ステップＳ７＿Ｙｅｓ、ステップＳ８＿Ｎｏ）、ステップＳ５で算出したドリフト補正量を用いて、描画処理を行う。

図６に示すように、描画序盤のドリフト補正処理では、ビーム電流の異なる複数のドリフト量から、近似式Ｆ１が求まり、ビーム電流をゼロとした場合のドリフト量Ｄｗ１が算出される。ドリフト量Ｄｗ１に基づいてビーム照射位置が補正される。

描画中盤のドリフト補正処理では、ビーム電流の異なる複数のドリフト量から、近似式Ｆ２が求まり、ビーム電流をゼロとした場合のドリフト量Ｄｗ２が算出される。ドリフト量Ｄｗ２に基づいてビーム照射位置が補正される。

描画終盤のドリフト補正処理では、ビーム電流の異なる複数のドリフト量から、近似式Ｆ３が求まり、ビーム電流をゼロとした場合のドリフト量Ｄｗ３が算出される。ドリフト量Ｄｗ３に基づいてビーム照射位置が補正される。

このように、本実施形態では、ビーム照射位置検出時ドリフト成分Ｄｐが含まれないドリフト量を算出するため、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。

ビーム偏向位置によってドリフト量に差異がある場合は、ビーム偏向位置毎にドリフト補正量を求めてもよい。例えば、図７に示すように、対物偏向器４６による偏向領域Ｒ内の複数の箇所で、図５のフローチャートのステップＳ１～Ｓ５の処理を行い、複数の箇所に対応する複数のドリフト補正量を算出する。例えば、偏向領域Ｒの中心、及び周縁部の複数箇所にマークを移動し、各箇所でドリフト補正量を算出する。パターン描画時は、複数のドリフト補正量のうち、ビーム偏向位置に最も近い位置でのドリフト補正量を用いて、又はビーム照射位置の近傍の複数のドリフト補正量の内挿（補間）により算出したドリフト補正量を用いて、ビーム照射位置を補正する。

上記実施形態において、ビーム電流の異なる複数のドリフト量の近似式Ｆは１次式に限定されず、２次以上の式でもよい。

上記実施形態では、描画対象基板に１本のビームを照射するシングルビーム描画装置について説明したが、マルチビームを用いて一度に多くのビームを照射するマルチビーム描画装置にも同様の手法を適用できる。マルチビーム描画装置では、例えば、電子銃から放出された電子ビームが、複数の開口を有するアパーチャ部材を通過することでマルチビームが形成され、各ビームがブランキングプレートにおいてオンオフ制御される。ブランキングプレートでオフとされたビームは制限アパーチャ部材で遮蔽される。ブランキングプレートでオンとされたビームは、制限アパーチャ部材を通過し、光学系で縮小され、描画対象基板の所望の位置に照射される。

マルチビーム描画装置では、照射されるビームの本数、ビーム電流密度、照射時間、各ビームの寸法を変えることでショットサイクルあたりの電荷量を変えることができる。ドリフト補正処理では、例えば、ショットサイクルあたりの電荷量とドリフト量との近似式から、ビーム電流をゼロとした場合のドリフト量を算出する。

図４、図６のグラフは、横軸をビーム電流としたが、ビーム寸法、ビーム電流密度（エミッション電流、照明レンズの設定値）、照射時間でもよい。また、マルチビーム描画装置の場合は、さらに横軸を、照射されるビームの本数としてもよい。

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。

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 照射位置検出部
１５ ドリフト補正部
１８ 記憶装置
２０ マーク基板
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基板
４２ 第１成形アパーチャ基板
４３ 第２成形アパーチャ基板
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 検出器

Claims (6)

1. 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、
   前記ステージ上に設けられたマークに、ショットサイクルあたりの電荷量が異なる荷電粒子ビームをそれぞれ照射し、検出された照射位置よりそれぞれドリフト量を算出する工程と、
   前記ショットサイクルあたりの電荷量と前記ドリフト量との相関に基づきドリフト補正量を算出する工程と、
   前記ドリフト補正量に基づいて前記荷電粒子ビームの照射位置を補正し、前記基板に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方法。
2. 前記相関から、前記ショットサイクルあたりの電荷量に対する前記ドリフト量の近似式を求め、外挿により前記ドリフト補正量を算出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方法。
3. 前記荷電粒子ビームの偏向領域内の複数箇所で前記ドリフト補正量を算出し、求められたビーム位置と偏向位置との関係より、前記荷電粒子ビームの照射位置を補正するための前記ドリフト補正量を算出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方法。
4. アパーチャ基板に形成された開口を通過する前記荷電粒子ビームの寸法、ビーム電流密度、および照射時間の少なくともいずれかを変更することで、前記ショットサイクルあたりの電荷量を変え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方法。
5. 前記荷電粒子ビームは複数のビームを含むマルチビームであり、
   照射されるビーム本数、ビーム電流密度、前記荷電粒子ビームの寸法、および照射時間の少なくともいずれかを変えることで、前記ショットサイクルあたりの電荷量を変え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方法。
6. 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、
   前記マークに対するショットサイクルあたりの電荷量が異なる前記荷電粒子ビームの照射により、それぞれ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部と、
   検出されたそれぞれの前記照射位置より算出された前記荷電粒子ビームのドリフト量と前記ショットサイクルあたりの電荷量との相関に基づいてドリフト補正量を算出するドリフト補正部と、
   前記ドリフト補正量に基づいて前記荷電粒子ビームの照射位置を補正し、前記基板にパターンを描画するように前記描画部を制御する描画制御部と、
   を備える荷電粒子ビーム描画装置。

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