JP2023039178A - 荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画装置の制御方法 - Google Patents

荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画装置の制御方法 Download PDF

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    • H01J2237/24578—Spatial variables, e.g. position, distance

Abstract

【課題】描画位置精度の低下を抑制することが可能な荷電粒子ビーム描画装置等を提供すること。【解決手段】荷電粒子ビーム描画装置は、ステージ上に設けられた基準マーク上で荷電粒子ビームを走査して当該基準マークの位置を検出し、検出した位置に基づいて荷電粒子ビームの位置ズレ量を測定する測定部と、測定された位置ズレ量に基づいて描画位置を補正する位置補正部とを含み、ステージ上には、複数の基準マークが設けられており、測定部は、所与の条件が満たされた場合に、位置ズレ量の測定に使用する基準マークを未使用の基準マークに切り替える。【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装置の制御方法に関する。
従来から、電子ビーム描画装置において、ステージ上にマークを設け、このマーク上で電子ビームを走査し、マーク位置を検出してビームドリフト量を検出し、ドリフト補正を行う手法が知られている（例えば、特許文献１）。
特開平１０－１９９７８６号公報
マーク位置を検出するためにマーク上で電子ビームを走査することを繰り返すと、電子ビームの照射によってマークがダメージを受けて劣化し、これによりビームドリフト量の検出精度が低下し、描画位置精度の低下を招くことがある。
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、描画位置精度の低下を抑制することが可能な荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画装置の制御方法を提供することができる。
（１）本発明に係る荷電粒子ビーム描画装置は、荷電粒子ビームを照射してステージに配置された材料上にパターンを描画する荷電粒子ビーム描画装置であって、前記ステージ上に設けられた基準マーク上で荷電粒子ビームを走査して当該基準マークの位置を検出し、検出した位置に基づいて荷電粒子ビームの位置ズレ量を測定する測定部と、測定された前記位置ズレ量に基づいて描画位置を補正する位置補正部とを含み、前記ステージ上には、複数の前記基準マークが設けられており、前記測定部は、所与の条件が満たされた場合に、前記位置ズレ量の測定に使用する前記基準マークを未使用の前記基準マークに切り替える。
また、本発明に係る荷電粒子ビーム描画装置の制御方法は、荷電粒子ビームを照射してステージに配置された材料上にパターンを描画する荷電粒子ビーム描画装置の制御方法であって、前記ステージ上に設けられた基準マーク上で荷電粒子ビームを走査して当該基準マークの位置を検出し、検出した位置に基づいて荷電粒子ビームの位置ズレ量を測定する測定工程と、測定された前記位置ズレ量に基づいて描画位置を補正する位置補正工程とを含み、前記ステージ上には、複数の前記基準マークが設けられており、前記測定工程では、所与の条件が満たされた場合に、前記位置ズレ量の測定に使用する前記基準マークを未使用の前記基準マークに切り替える。
本発明によれば、所与の条件が満たされた場合に、荷電粒子ビームの位置ズレ量の測定に使用する基準マークを未使用の前記基準マークに切り替えることで、基準マークの劣化による描画位置精度の低下を抑制することができる。
（２）本発明に係る荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画装置の制御方法では、前記測定部は（前記測定工程において）、前記基準マーク上で荷電粒子ビームを走査
した回数に基づいて、前記条件が満たされたか否かを判断してもよい。
（３）本発明に係る荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画装置の制御方法では、前記測定部は（前記測定工程において）、前記基準マークの使用を開始してからの経過時間に基づいて、前記条件が満たされたか否かを判断してもよい。
（４）本発明に係る荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画装置の制御方法では、前記測定部は（前記測定工程において）、荷電粒子ビームの走査に基づき前記基準マークから生じる信号に基づいて、前記条件が満たされたか否かを判断してもよい。
本実施形態に係る電子ビーム描画装置（荷電粒子ビーム描画装置）の構成の一例を示す図。 ステージの平面図。 複数の基準マークの一例を示す図。 処理部の処理の流れを示すフローチャート。
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
図１は、本実施形態に係る電子ビーム描画装置（荷電粒子ビーム描画装置の一例）の構成を示す図である。なお本実施形態の電子ビーム描画装置は図１の構成要素（各部）の一部を省略した構成としてもよい。
電子ビーム描画装置１は、電子ビーム描画装置本体１０、処理部１００、記憶部１１０を含む。電子ビーム描画装置本体１０は、電子ビームＢを発生する電子銃１１、電子ビームＢのブランキングを行うブランカー１２、照射レンズ系１３、対物レンズ１４、偏向器１５、描画材料Ｍが載置されるステージ１６、電子検出器１７、ブランカー１２を制御するブランカー制御回路２０、偏向器１５を駆動する偏向器駆動回路２１、ステージ１６を駆動するステージ駆動回路２２、増幅器２３、ステージ１６の位置を測定するレーザ測長器２４（Ｘ軸方向の位置を測定するレーザ測長器と、Ｙ軸方向の位置を測定するレーザ測長器）を含む。電子銃１１から発生した電子ビームＢは、照射レンズ系１３、対物レンズ１４を経てステージ１６に配置された描画材料Ｍ上に照射される。描画材料Ｍへの照射位置は、ステージ１６の移動及び偏向器１５の制御により変えることができる。
記憶部１１０は、処理部１００の各部としてコンピュータを機能させるためのプログラムや各種データ、パターンデータ等を記憶するとともに、処理部１００のワーク領域として機能し、その機能はハードディスク、ＲＡＭなどにより実現できる。
処理部１００は、描画制御部１０１、測定部１０２、位置補正部１０３を含む。処理部１００の機能は、各種プロセッサ（ＣＰＵ、ＤＳＰ等）などのハードウェアや、プログラムにより実現できる。
描画制御部１０１は、記憶部１１０に記憶されたパターンデータやプログラム等に基づいて、ブランカー制御回路２０、偏向器駆動回路２１及びステージ駆動回路２２を制御することで、電子ビームＢの照射により描画材料Ｍ上にパターンを描画する制御を行う。描画材料Ｍ上の領域は複数のフィールド（偏向器１５により電子ビームＢを振れる範囲）に分割され、描画制御部１０１は、ステージ駆動回路２２を制御してステージ１６を移動さ
せることで描画対象のフィールドに移動し、偏向器駆動回路２１及びブランカー制御回路２０を制御して当該フィールド内で電子ビームＢを走査してパターンを描画する。
測定部１０２は、ブランカー制御回路２０、偏向器駆動回路２１及びステージ駆動回路２２を制御することで、ステージ１６上に設けられた後述する基準マーク上で電子ビームＢを走査し、当該走査に基づき基準マークから生じる信号（二次電子や反射電子）を検出する電子検出器１７からの検出信号（増幅器２３で増幅された信号）に基づいて、基準マークの位置を検出する。すなわち、測定部１０２は、電子検出器１７の検出信号に基づき基準マークを検出したときのステージ１６の位置（レーザ測長器２４で測定された位置）に基づいて、基準マークの位置を検出する。そして、測定部１０２は、パターン描画中に、所与の周期的で基準マークの位置を検出し、前回検出した位置と今回検出した位置との差を電子ビームＢの位置ズレ量（ビームドリフト量）として測定する。
位置補正部１０３は、測定部１０２で測定された位置ズレ量に基づいて描画位置（電子ビーム位置）を補正する。描画位置の補正は、測定された位置ズレ量（Δｘ，Δｙ）の符号を反転した値（－Δｘ，－Δｙ）を偏向器１５（偏向器駆動回路２１）に与えることで行う。
図２は、ステージ１６の平面図である。図２に示す例では、ステージ１６上に配置された描画材料Ｍ（半導体ウェハ）の左側の所定位置に、複数の基準マークを含む基準マーク群ＭＧが設けられている。基準マーク群ＭＧは、例えばシリコン基板上に形成されたメッシュ状の金属（金）で構成される。図３に示すように、基準マーク群ＭＧを構成するメッシュの交点それぞれを中心とする十字マークが、それぞれ基準マークＲＭ（ＲＭ１～ＲＭ９）となる。すなわち、図２、図３に示す例では、９個の基準マークＲＭ１～ＲＭ９がステージ１６上に設けられている。複数の基準マークＲＭそれぞれの位置（設計位置）は、記憶部１１０に記憶されている。測定部１０２は、基準マークＲＭの設計位置に基づきステージ１６を移動させて当該基準マークＲＭの近傍でＸ軸方向及びＹ軸方向に電子ビームＢを走査させ、そのときの電子検出器１７からの検出信号に基づいて、光軸が当該基準マークＲＭの中心（十字の交点）に一致するようにステージ１６を移動させる。そして、そのときのステージ１６の位置を基準マークＲＭの位置（測定位置）として検出する。
ここで、基準マークＲＭの位置を検出するために基準マークＲＭ上で電子ビームＢを走査することを繰り返すと、電子ビームＢの照射によって基準マークＲＭがダメージを受けて劣化し、これにより位置ズレ量の検出精度が低下し、描画位置精度の低下を招くことがある。そこで、本実施形態では、所定の切替条件（所与の条件）が満たされた場合に、位置ズレ量の測定に使用する基準マークＲＭを未使用の基準マークＲＭに切り替える。例えば、基準マークＲＭ１～ＲＭ９の順に使用するとした場合、基準マークＲＭ１について切替条件が満たされた場合には、使用する基準マークＲＭを基準マークＲＭ２に切り替え、基準マークＲＭ２について切替条件が満たされた場合には、使用する基準マークＲＭを基準マークＲＭ３に切り替え、以降、同様に切り替える。
基準マークＲＭについて切替条件が満たされたか否かの判断は、当該基準マークＲＭ上で電子ビームＢを走査した回数に基づき行ってもよい。この場合、基準マークＲＭ上で電子ビームＢを走査した回数が所定値に達した場合に、当該基準マークＲＭについて切替条件が満たされたと判断する。また、基準マークＲＭの使用を開始してからの経過時間に基づいて当該基準マークＲＭについて切替条件が満たされたか否かを判断してもよい。この場合、基準マークＲＭの使用を開始してからの経過時間が所定値に達した場合に、当該基準マークＲＭについて切替条件が満たされたと判断する。また、電子ビームＢの走査に基づき基準マークＲＭから生じる信号（電子検出器１７からの検出信号）に基づいて当該基準マークＲＭについて切替条件が満たされたか否かを判断してもよい。例えば、基準マー
クＲＭ上で電子ビームＢを所定回数走査したときの電子検出器１７からの検出信号のばらつき（標準偏差）が所定値以上である場合に、当該基準マークＲＭについて切替条件が満たされたと判断してもよいし、基準マークＲＭ上で電子ビームＢを走査したときの電子検出器１７からの検出信号と予め取得した基準値（例えば、初めて走査するときに取得した検出信号）との差が所定値以上である（相関値が所定値以下である）場合に、当該基準マークＲＭについて切替条件が満たされたと判断してもよい。また、電子ビームＢを走査した回数、使用を開始してからの経過時間、及び電子検出器１７からの検出信号を任意に組み合わせて、切替条件が満たされたか否かの判断を行うようにしてもよい。
このように、電子ビームＢを走査した回数や使用を開始してからの経過時間、電子検出器１７からの検出信号に基づいて切替条件が満たされたか否かを判断することで、基準マークＲＭが劣化する前に未使用の基準マークＲＭに切り替えることが可能となり、基準マークＲＭの劣化による描画位置精度の低下を抑制することができる。
次に、処理部１００の処理の一例について図４のフローチャートを用いて説明する。まず、測定部１０２は、使用中の基準マークＲＭについて切替条件が満たされたか否かを判断する（ステップＳ１０）。例えば、使用中の基準マークＲＭについて、走査回数が所定値に達した場合や、使用開始からの経過時間が所定値に達した場合や、直近の所定回数分の走査時の電子検出器１７からの検出信号のばらつきが所定値以上である場合に、切替条件が満たされたと判断する。切替条件が満たされたと判断した場合（ステップＳ１０のＹ）には、測定部１０２は、使用する基準マークＲＭを、使用中の基準マークＲＭｎから未使用の基準マークＲＭｎ＋１に切り替える（ステップＳ１１）。すなわち、未使用の基準マークＲＭｎ＋１を、使用中の基準マークＲＭとして設定する。このとき、使用開始からの経過時間に基づいて切替条件を判断する場合、基準マークＲＭの使用開始日時を記憶部１１０に記憶させる。
次に、測定部１０２は、使用中の基準マークＲＭ上で電子ビームＢを走査させて当該基準マークＲＭの位置を測定する（ステップＳ１２）。このとき、走査回数に基づいて切替条件を判断する場合、使用中の基準マークＲＭについての走査回数のカウンタを増加させる。次に、描画制御部１０１は、測定した基準マークＲＭの位置を基準として（ステージ座標系の原点として設定して）、第１の（最初の）フィールドにパターンを描画する制御を行う（ステップＳ１３）。次に、描画制御部１０１は、変数ｎに２をセットする（ステップＳ１４）。
次に、位置補正部１０３は、描画位置の補正タイミングであるか否かを判断する（ステップＳ１５）。例えば、前回描画位置を補正してから描画したフィールドの数が所定値に達した場合や、前回描画位置を補正してからの経過時間が所定値に達した場合に、補正タイミングであると判断する。補正タイミングである場合（ステップＳ１５のＹ）には、測定部１０２は、使用中の基準マークＲＭ上で電子ビームＢを走査させて当該基準マークＲＭの位置を測定し、前回測定した当該基準マークＲＭの位置との差に基づいて電子ビームＢの位置ズレ量を測定する（ステップＳ１６）。このとき、走査回数に基づいて切替条件を判断する場合、使用中の基準マークＲＭについての走査回数のカウンタを増加させる。次に、位置補正部１０３は、測定された位置ズレ量に基づいて描画位置を補正する（ステップＳ１７）。
次に、描画制御部１０１は、第ｎのフィールドにパターンを描画する制御を行う（ステップＳ１８）。次に、描画制御部１０１は、変数ｎがＮ（Ｎはフィールドの総数）に達したか否かを判断し（ステップＳ１９）、変数ｎがＮに達していない場合（ステップＳ１９のＮ）には、変数ｎに１を加算して（ステップＳ２０）、ステップＳ１５に移行する。以降、変数ｎがＮに達する（描画が完了する）まで、ステップＳ１５～Ｓ２０の処理を繰り
返す。
なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
１…電子ビーム描画装置（荷電粒子ビーム描画装置）、１０…電子ビーム描画装置本体、１１…電子銃、１２…ブランカー、１３…照射レンズ系、１４…対物レンズ、１５…偏向器、１６…ステージ、１７…電子検出器、２０…ブランカー制御回路、２１…偏向器駆動回路、２２…ステージ駆動回路、２３…増幅器、２４…レーザ測長器、１００…処理部、１０１…描画制御部、１０２…測定部、１０３…位置補正部、１１０…記憶部

Claims (5)

  1. 荷電粒子ビームを照射してステージに配置された材料上にパターンを描画する荷電粒子ビーム描画装置であって、
    前記ステージ上に設けられた基準マーク上で荷電粒子ビームを走査して当該基準マークの位置を検出し、検出した位置に基づいて荷電粒子ビームの位置ズレ量を測定する測定部と、
    測定された前記位置ズレ量に基づいて描画位置を補正する位置補正部とを含み、
    前記ステージ上には、複数の前記基準マークが設けられており、
    前記測定部は、
    所与の条件が満たされた場合に、前記位置ズレ量の測定に使用する前記基準マークを未使用の前記基準マークに切り替える、荷電粒子ビーム描画装置。
  2. 請求項１において、
    前記測定部は、
    前記基準マーク上で荷電粒子ビームを走査した回数に基づいて、前記条件が満たされたか否かを判断する、荷電粒子ビーム描画装置。
  3. 請求項１又は２において、
    前記測定部は、
    前記基準マークの使用を開始してからの経過時間に基づいて、前記条件が満たされたか否かを判断する、荷電粒子ビーム描画装置。
  4. 請求項１乃至３のいずれか１項において、
    前記測定部は、
    荷電粒子ビームの走査に基づき前記基準マークから生じる信号に基づいて、前記条件が満たされたか否かを判断する、荷電粒子ビーム描画装置。
  5. 荷電粒子ビームを照射してステージに配置された材料上にパターンを描画する荷電粒子ビーム描画装置の制御方法であって、
    前記ステージ上に設けられた基準マーク上で荷電粒子ビームを走査して当該基準マークの位置を検出し、検出した位置に基づいて荷電粒子ビームの位置ズレ量を測定する測定工程と、
    測定された前記位置ズレ量に基づいて描画位置を補正する位置補正工程とを含み、
    前記ステージ上には、複数の前記基準マークが設けられており、
    前記測定工程では、
    所与の条件が満たされた場合に、前記位置ズレ量の測定に使用する前記基準マークを未使用の前記基準マークに切り替える、荷電粒子ビーム描画装置の制御方法。
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