JP2024075811A - マルチ荷電粒子ビーム描画装置およびマルチ荷電粒子ビームの測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ビーム位置の測定時間を短縮することが可能なマルチ荷電粒子ビーム描画装置を提供する。
【解決手段】一実施形態に係るマルチ荷電粒子ビーム描画装置は、マルチ荷電粒子ビームの各ビームのオンおよびオフを、切り替えるブランキング機構と、ブランキング機構を通過したマルチビームを偏向する偏向器と、偏向器の下方に配置され、描画対象物を載置するステージと、ステージに設けられ、マルチビームを構成する各ビームのビームサイズをＳ、ビームピッチをＰとした場合、径φ１が、Ｓ＜φ１＜Ｐ－Ｓを満たすアパーチャを有する検査アパーチャ基板と、アパーチャを通過した各ビームの電流を検出する電流検出器と、マルチビームの各ビームが、それぞれ予め設けられたアパーチャ近傍を含むスキャン領域をスキャンするように、偏向器を制御する制御計算機と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、マルチ荷電粒子ビーム描画装置およびマルチ荷電粒子ビームの測定方法に関する。

露光用マスクを形成する電子ビーム描画装置では、マルチビームを使った描画装置の開発が進められている。マルチビームを用いることで、１本の電子ビームで描画する場合に比べて多くのビームを照射できるので、スループットを大幅に向上させることができる。

マルチビーム方式の描画装置では、例えば、電子銃から放出された電子ビームを成形アパーチャアレイ基板に設けられた複数の穴を通してマルチビームを形成する。各ビームは、ブランキングアパーチャアレイ基板でブランキング制御される。このとき、遮蔽されなかったビームが、ステージ上に載置された基板に照射される。

上記のようなマルチビーム方式の描画装置では、基板にビームを照射する描画処理の前後で、ビーム位置の測定処理を行う場合がある。この測定処理では、まず、ブランキングアパーチャアレイ基板を通過したマルチビームで検査アパーチャ基板に設けられたアパーチャをスキャンする。次に、スキャン画像を解析することによって、ビーム位置を測定することができる。

特開２０１８－２６５４４号公報

マルチビームで検査アパーチャ基板の全領域を一様にスキャンすると、ビームのショット数が多くなるため、測定時間が長くなってしまう。

本発明は、ビーム位置の測定時間を短縮することが可能なマルチ荷電粒子ビーム描画装置およびマルチ荷電粒子ビームの測定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マルチ荷電粒子ビーム描画装置は、マルチ荷電粒子ビームの各ビームのオンおよびオフを、切り替えるブランキング機構と、ブランキング機構を通過したマルチビームを偏向する偏向器と、偏向器の下方に配置され、描画対象物を載置するステージと、ステージに設けられ、マルチビームを構成する各ビームのビームサイズをＳ、ビームピッチをＰとした場合、径φ１が、Ｓ＜φ１＜Ｐ－Ｓを満たすアパーチャを有する検査アパーチャ基板と、アパーチャを通過した各ビームの電流を検出する電流検出器と、マルチビームの各ビームが、それぞれ予め設けられた前記アパーチャ近傍を含むスキャン領域をスキャンするように、偏向器を制御する制御計算機と、を備える。

また、前記制御計算機は、前記スキャン領域より、それ以外の領域を粗くスキャンするように前記ブランキング機構及び前記偏向器を制御してもよい。

前記制御計算機は、前記複数の領域の中で先に前記検査アパーチャをスキャンしたときの前記電流検出器の検出結果に基づいて、前記スキャン領域を設定してもよい。

前記制御計算機は、前記電流検出器の検出結果に基づいてビーム画像を作成してもよい。

本発明の一態様によるマルチ荷電粒子ビームの測定方法は、
マルチ荷電粒子ビームの各ビームで、検査アパーチャ基板に設けられた順次１本のビームが通過可能なアパーチャをスキャンし、前記アパーチャを通過した前記マルチ荷電粒子ビームの各ビームの電流量に基づきビーム画像を作成し、前記ビーム画像に基づきビーム測定を行う方法であって、
予め前記検査アパーチャ基板の前記アパーチャ近傍を含むスキャン領域を設定し、
前記各ビームを前記スキャン領域に照射して前記アパーチャをスキャンすることにより前記各ビームについて前記ビーム測定を行う。

本発明によれば、ビーム測定時間を短縮することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るマルチ荷電粒子ビーム描画装置の概略図である。 成形アパーチャアレイ基板の平面図である。 検査アパーチャ基板に照射されるマルチビームを示す図である。 検査アパーチャ基板の全面をスキャンした時のビーム画像イメージを示す図である。 検査アパーチャ基板にスキャン領域を設けてスキャンしたときのビーム画像イメージを示す図である。 ビーム形状の一例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。

図１は、本発明の一実施形態に係るマルチ荷電粒子ビーム描画装置の概略図である。本実施形態では、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はなく、イオンビーム等の他の荷電粒子ビームでもよい。

図１に示すマルチ荷電粒子ビーム描画装置は、描画部Ｗおよび制御部Ｃを備える。描画部Ｗは、描画対象物の一例である基板２４に電子ビームを照射して所望のパターンを描画する。一方、制御部Ｃは、描画部Ｗの動作を制御する。

描画部Ｗは、電子ビーム鏡筒２および描画室２０を含む。電子ビーム鏡筒２は、電子銃４、照明レンズ６、成形アパーチャアレイ基板８、ブランキングアパーチャアレイ基板（ブランキング機構）１０、縮小レンズ１２、制限アパーチャ部材１４、対物レンズ１６、および偏向器１８を収容する。

描画室２０は、ＸＹステージ２２を収容する。ＸＹステージ２２上には、基板２４が載置される。基板２４には、例えば、ウェーハや、露光用のマスクを適用できる。マスクには、ウェーハにエキシマレーザを光源としたステッパや、スキャナ等の縮小投影型露光装置や極端紫外線露光装置（ＥＵＶ）を用いてパターンが転写される。

ＸＹステージ２２上には、ＸＹステージ２２の位置を測定するためのミラー２６も載置されている。また、ＸＹステージ２２には、基板２４が載置される位置とは異なる位置に、検査アパーチャ基板４０および電流検出器５０が配置されている。検査アパーチャ基板４０は、調整機構（不図示）により高さが調整可能となっている。検査アパーチャ基板４０の位置は、基板２４の高さと同じ位置であることが望ましい。

描画部Ｗでは、電子銃４（放出部）が電子ビーム３０を放出する。放出された電子ビーム３０は、照明レンズ６によりほぼ垂直に成形アパーチャアレイ基板８の全体を照明する。

図２は、成形アパーチャアレイ基板８の平面図である。成形アパーチャアレイ基板８には、縦（ｙ方向）ｍ列×横（ｘ方向）ｎ列（ｍ，ｎ≧２）の穴８０（開口部）が所定の配列ピッチでマトリクス状に形成されている。例えば、５１２列×５１２列の穴８０が形成される。本実施形態では、各穴８０は、共に同じ寸法形状の矩形で形成されているが、同じ径の円形であってもよい。

成形アパーチャアレイ基板８は、電子ビーム３０によって照明される。各穴８０を電子ビーム３０がそれぞれ通過することで、図１に示すようなマルチビーム３０ａ～３０ｅが形成される。

図２では、縦横（ｘ，ｙ方向）が共に２列以上の穴８０が配置された例を示したが、これに限るものではない。例えば、縦横（ｘ，ｙ方向）どちらか一方が複数列で他方は１列だけであっても構わない。

図１に戻って、ブランキングアパーチャアレイ基板１０には、成形アパーチャアレイ基板８の各穴８０の配置位置に合わせてアパーチャが形成され、各アパーチャには、対となる２つの電極からなるブランカが、それぞれ配置される。各アパーチャを通過する電子ビーム３０ａ～３０ｅは、それぞれ独立に、ブランカが印加する電圧によって偏向される。この偏向によって、各ビームがブランキング制御される。

そして、ビームオンになってからビームオフになるまでに制限アパーチャ部材１４を通過したビームが、１回分のショットの電子ビームとなる。制限アパーチャ部材１４を通過した電子ビーム３０ａ～３０ｅは、対物レンズ１６により焦点が合わされ、基板２４上で所望の縮小率のパターン像となる。制限アパーチャ部材１４を通過した各電子ビーム（マルチビーム全体）は、偏向器１８によって同じ方向にまとめて偏向され、基板２４に照射される。

偏向器１８は、主偏向器１８ａ（第１偏向器）および副偏向器１８ｂ（第２偏向器）からなる二段構造を有する。主偏向器１８ａは下段に配置され、副偏向器１８ｂが、上段に配置されている。主偏向器１８ａの偏向領域は、副偏向器１８ｂの偏向領域よりも大きい。そのため、主偏向器１８ａは、電子ビームを大きく偏向させることができる一方で、副偏向器１８ｂは、電子ビームを高速に制御（スキャン）することができる。このように主偏向器１８ａおよび副偏向器１８ｂを使い分けることによって、効率的な電子ビームの偏向が可能となる。

ＸＹステージ２２が連続的に移動しているときに、ビームの描画位置（照射位置）がＸＹステージ２２の移動に追従するように偏向器１８によってトラッキング制御される。ＸＹステージ２２の位置は、ステージ位置検出器３６からＸＹステージ２２上のミラー２６に向けてレーザを照射し、その反射光を用いて測定される。

一度に照射されるマルチビームは、理想的には成形アパーチャアレイ基板８の複数の穴８０の配列ピッチに上述した所望の縮小率を乗じたピッチで並ぶことになる。この描画装置は、ショットビームを連続して順に照射していくラスタースキャン方式で描画動作を行い、所望のパターンを描画する際、パターンに応じて必要なビームがブランキング制御によりビームオンに制御される。

制御部Ｃは、制御計算機３２および制御回路３４を有する。制御計算機３２は、ビームアレイ認識部６０、ビーム位置検出部６２、ビーム形状測定部６４およびショットデータ生成部６６を有する。制御計算機３２の各部は、電気回路等のハードウェアで構成されてもよいし、これらの機能の全部または一部を実行するプログラム等のソフトウェアで構成されてもよい。ソフトウェアで構成する場合には、上記プログラムを記録媒体に収納し、電気回路等を含むコンピュータに読み込ませて実行させてもよい。

ショットデータ生成部６６は、例えば描画データに対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し、制御回路３４に出力する。ショットデータには、各ショットの照射量および照射位置座標等が定義される。制御回路３４は、各ショットの照射量を電流密度で割って照射時間ｔを求め、対応するショットが行われる際、照射時間ｔだけビームオンするように、ブランキングアパーチャアレイ基板１０の対応するブランカに偏向電圧を印加する。

制御回路３４は、ショットデータが示す位置（座標）に各ビームが偏向されるように偏向量を演算し、偏向器１８に偏向電圧を印加する。これにより、その回にショットされるマルチビームがまとめて偏向される。

上述した描画装置では、基板２４に、成形アパーチャアレイ基板８の複数の穴８０の配列ピッチに所定の縮小率を乗じたピッチで並んだ多数のビームを一度に照射し、ビーム同士をつなげてビームピッチを埋めることで、所望の図形形状のパターンを描画する。そのため、描画処理の前後に、ビーム位置を検出し、ビーム形状を測定してビーム形状の歪みを補正することが求められる。ビーム位置の検出は、検査アパーチャ基板４０および電流検出器５０を有するビーム検査装置を用いて行われる。

図３にビーム検査装置の構成を示す。図３は、検査アパーチャ基板４０に照射されるマルチビームを示す図である。

図３に示すように、検査アパーチャ基板４０は、散乱層４１および吸収層４３を有する。散乱層４１は、吸収層４３上に設けられている。検査アパーチャ基板４０は、例えば円形の平面形状を有する。この平面形状の中心軸に沿ってアパーチャ４２が形成されている。この検査アパーチャ基板４０は、吸収層４３の中心部に形成された開口部４４と、散乱層４１の中心部に形成され、開口部４４に連なるアパーチャ４２とで構成される。マルチビームを構成する各ビームのビームサイズをＳ、ビームピッチをＰとした場合、アパーチャ４２の径φ１は、Ｓ＜φ１＜Ｐ－Ｓを満たすことで、アパーチャ４２に１本ずつ電子ビームＢ１を通過させることができる。

電子ビームＢ１がアパーチャ４２を通過する際、電子ビームＢ１の１つ隣の電子ビームＢ２（電子ビームＢ１の周辺の８本の電子ビームＢ２）は、散乱層４１に照射され、一部は散乱層４１の表面で反射するが、そのほとんどは破線で示すように散乱層４１に侵入して散乱される。散乱した電子は、散乱層４１を貫通し、その一部はそのまま真空中を直進し、一部は吸収層４３の表面で反射され一部は吸収層４３に入射し、電流検出器５０には（殆ど）到達しない。電子ビームＢ１の２つ以上隣の電子ビームＢ３は、散乱層４１で散乱される。散乱した電子は吸収層４３に侵入し、吸収される。

なお、検査アパーチャ基板４０の構造は、上述したものに限定されるものではなく、アパーチャ４２を電子ビームが一本だけ通過するように制限できるものを適用することができる。

アパーチャ４２および開口部４４を通過した電子ビームＢ１は、電流検出器５０に入射し、ビーム電流が検出される。電流検出器５０には、例えばＳＳＤ（半導体検出器：solid-state detector）を用いることができる。電流検出器５０は、検出したビーム電流値を制御計算機３２に転送する。

本実施形態では、測定対象となるビームを順次オンにして検査アパーチャ基板４０に設けられたアパーチャ４２をスキャンする。ブランキングアパーチャアレイ基板１０を、予め設定された複数の測定領域に分割し、測定領域毎にスキャンしてもよい。

例えば、制御回路３４が、測定対象となる電子ビームを順次オンにして偏向器１８でＸ方向に偏向させ、検査アパーチャ基板４０をスキャンする。

制御計算機３２では、ビームアレイ認識部６０が、検査アパーチャ基板４０をスキャンした電子ビームＢ１１のビーム電流を輝度に変換し、偏向器１８の偏向量に基づいてビーム画像７０を作成する。ビーム画像７０は、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）画像である。

図４Ａは、検査アパーチャ基板４０の全面をスキャンした時のビーム画像イメージを示す図である。図４Ｂは、検査アパーチャ基板４０にスキャン領域を設けてスキャンしたときのビーム画像イメージを示す図である。

最初の測定時には、図４Ａに示すように、検査アパーチャ基板４０におけるアパーチャ４２を含む全領域をビームスキャンし、ビームアレイ認識部６０が、各ビームの照射位置を記憶してもよい。

この場合、制御計算機３２のショットデータ生成部６６は、ビームアレイ認識部６０に記憶されたビームアレイのスキャン位置に基づいて、アパーチャ４２近傍の領域Ｒ１をスキャン領域として設定する。そのため、図４Ｂに示すように、アパーチャ４２近傍のスキャン領域Ｒ１のみビームスキャンされ、アパーチャ４２を含まない領域Ｒ２はビームスキャンされない。

上記のような方法でビームスキャンが終了すると、ビーム画像が形成される。例えば、ビーム形状測定部６４が、各測定領域のビームアレイの中心座標に基づいて、ビーム形状を測定する。

例えば、ビーム形状測定部６４は、ｎ個の測定領域に対応するビームアレイの中心座標を３次多項式でフィッティングし、ビーム形状を表す多項式を求める。この多項式をグラフにプロットすると、例えば図５に示すような多少の歪みが生じたビーム形状が得られる。図５は、±１□に理想格子を設定し、そこからのズレ分をプロットしてビーム形状を視覚的に捉えやすく示したものである。その後、ショットデータ生成部６６が、ビーム形状の歪みを補正するようにドーズ量を変調し、ショットデータを生成する。

以上説明した本実施形態によれば、電子ビームで検査アパーチャ基板４０をスキャンする際、アパーチャ４２及びその近傍を含む領域Ｒ１をスキャン領域として設定し、ビーム照射を制限する。これにより、電子ビームのショット数が削減されるため、測定時間を短縮することができる。例えば、従来は５１２列×５１２列のショットが必要なスキャン領域が、２５６列×２５６列のショットのスキャン領域分に制限されると、スキャンに関する時間が、約１／４に短縮される。なお、このとき、スキャン領域のみにビーム照射するのではなく、スキャン領域を密に、それ以外の領域を粗く、スキャンスピード、スキャンピッチを変えてスキャンすることで、スキャン時間を短縮してもよい。また、必ずしも全てのビームをスキャンする必要はなく、所定の領域内の代表ビームを測定するなど、飛び飛びに一部のビームを測定してもよい。

上記のようにスキャン時間が短縮されると、描画処理の前後で行われるビーム検査の時間や、図５に示すビーム形状の歪みの測定時間（ディストーション測定時間）も短縮することができる。

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。

４：電子銃（放出部）、８：成形アパーチャアレイ基板、１０：ブランキングアパーチャアレイ基板、１８：偏向器、１８ａ：第１偏向器、１８ｂ：第２偏向器、２２：ＸＹステージ、３２：制御計算機、４０：検査アパーチャ基板、４２：アパーチャ、５０：電流検出器

Claims (5)

1. マルチ荷電粒子ビームの各ビームのオンおよびオフを、切り替えるブランキング機構と、
   前記ブランキング機構を通過したマルチビームを偏向する偏向器と、
   前記偏向器の下方に配置され、描画対象物を載置するステージと、
   前記ステージに設けられ、前記マルチビームを構成する各ビームのビームサイズをＳ、ビームピッチをＰとした場合、径φ１が、Ｓ＜φ１＜Ｐ－Ｓを満たすアパーチャを有する検査アパーチャ基板と、
   前記アパーチャを通過した前記各ビームの電流を検出する電流検出器と、
   前記マルチビームの少なくとも一部の各ビームが、それぞれ予め設けられた前記アパーチャ近傍を含むスキャン領域をスキャンするように、前記偏向器を制御する制御計算機と、
   を備える、マルチ荷電粒子ビーム描画装置。
2. 前記制御計算機は、前記スキャン領域より、前記スキャン領域以外の領域を粗くスキャンするように制御する、請求項１に記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
3. 前記制御計算機は、前記複数の領域の中で先に前記アパーチャをスキャンしたときの前記電流検出器の検出結果に基づいて、前記スキャン領域を設定する、請求項１または２に記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
4. 前記制御計算機は、前記電流検出器の検出結果に基づいてビーム画像を作成する、請求項１から３のいずれか１項に記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
5. マルチ荷電粒子ビームの少なくとも一部の各ビームで、検査アパーチャ基板に設けられた順次１本のビームが通過可能なアパーチャをスキャンし、前記アパーチャを通過した前記マルチ荷電粒子ビームの各ビームの電流量に基づきビーム画像を作成し、前記ビーム画像に基づきビーム測定を行う方法であって、
   予め前記検査アパーチャ基板の前記アパーチャ近傍を含むスキャン領域を設定し、
   前記各ビームで前記スキャン領域をスキャンすることにより前記各ビームについて前記ビーム測定を行う、
   マルチ荷電粒子ビームの測定方法。

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