JP3683369B2 - 荷電粒子露光方法及びその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は荷電粒子露光装置に関し、電子ビーム等の荷電粒子を用いて試料の露光を行う装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ウェーハ上にデバイスパターンを形成する際に、少品種大量生産の場合にはパターンの親としてマスクないしレチクルを作成し、アライナーないしステッパーでウェーハ上に転写する技術が広く使用されている。そのマスク・レチクルの製作の際の乾板露光には、電子ビーム等の荷電粒子を偏向・照射する荷電粒子露光装置が広く使用されている。また、多品種少量生産および短納期生産の場合にはウェーハ上に直接荷電粒子露光を行う。なお、乾板とはガラス基板の上に光を遮るための金属膜をスパッタし、その上にビームに感光するレジストを塗布したものであり、ウェーハの場合はウェーハ上に直接レジストを塗布する。
【０００３】
このような露光装置では荷電粒子のビーム径（ビームサイズ）が常時一定となるよう管理する必要がある。
図６は従来の露光装置のビーム測定装置の一例の構成図を示す。なお、電子銃１０〜ファラディーカップ１８までは真空チャンバ内に設置されているが、図面を分り易くする為に省略している。同様の目的で本発明に直接は関らない機器も省略している。他の図においても同様である。同図中、電子銃１０より発射された電子ビーム１１は主アパーチャ１２を通して整形され、縮小レンズ１３及び対物絞り１４を通して縮小し、更に偏向器１５で静電偏向されて乾板の置かれる焦点位置に投影される。この投影面にナイフエッジ１７を設けたファラディーカップ１８が設置されている。
【０００４】
ここで、ＣＰＵ２１から図７（Ｂ）に示すブランキング信号をブランキング電極２３に供給して、その接地レベル期間に電子ビームを投影面に照射させると共に、偏向制御回路２０に指示を出して偏向器１５に図７（Ａ）に示す偏向電圧を印加する。これによって投影面上で電子ビームをＸ方向に走査し、ファラディーカップ１８で検出される図７（Ｃ）に示す検出信号を信号処理回路１９に供給する。信号処理回路１９では上記検出信号を微分して図７（Ｄ）に示す微分信号を得て、この微分信号が予め定められた設定レベルの閾値を越える期間Ｔ１を計測してビームサイズを推定している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来装置では、微分信号を閾値と比較することでビームサイズを測定するため、閾値の設定そのものにあいまいさを含んでおり、また閾値の変動によってビームサイズが変動し、正確なビームサイズの測定が行えないという問題があった。本発明は上記の点に鑑みなされたもので、閾値の変動の影響を受けることなく、常時、ビームサイズの測定を正確に行いえる荷電粒子露光装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、アパーチャを通過した荷電粒子ビームを縮小レンズにより縮小して投影面上を走査し、上記投影面上の試料の露光を行う荷電粒子露光方法において、
上記アパーチャを上記走査方向に互いに離間させて複数配置して、それらを通過する電子ビームを独立にオン／オフし、
上記投影面上の所定位置で荷電粒子ビームを検出し、
上記複数のアパーチャを通過した荷電粒子ビームを走査して、一つのアパーチャを通過した荷電粒子ビームが上記検出手段で検出されてから次のアパーチャを通過した荷電粒子ビームが上記検出手段で検出されるまでの期間と、上記複数のアパーチャの離間距離とから縮小率を求め、上記縮小率と各アパーチャの走査方向幅とから上記投影面上の荷電粒子の走査方向幅であるビームサイズを計算する。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、アパーチャを通過した荷電粒子ビームを縮小レンズにより縮小して投影面上を走査し、上記投影面上の試料の露光を行う荷電粒子露光装置において、
上記アパーチャを上記走査方向に互いに離間させて複数配置して、それらを通過する電子ビームを独立にオン／オフする手段と、
上記投影面上の所定位置で荷電粒子ビームを検出する検出手段と、
上記複数のアパーチャを通過した荷電粒子ビームを走査して、一つのアパーチャを通過した荷電粒子ビームが上記検出手段で検出されてから次のアパーチャを通過した荷電粒子ビームが上記検出手段で検出されるまでの期間と、上記複数のアパーチャの離間距離とから縮小率を求め、上記縮小率と各アパーチャの走査方向幅とから上記投影面上の荷電粒子の走査方向幅であるビームサイズを計算する計算手段とを有する。
【０００８】
このため、検出手段で得た検出信号、又はこの検出信号を微分した信号を閾値と比較して荷電粒子ビームの検出時点を決める場合、閾値が変動したとしても一つのアパーチャを通過した荷電粒子ビームの検出時点から次のアパーチャを通過した荷電粒子ビームの検出時点までの期間は変動することがなく、この変動のない期間とアパーチャの離間距離とアパーチャの幅とから常時正確なビームサイズを求めることができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項２記載の荷電粒子露光装置において、
前記複数のアパーチャは第１のアパーチャを中心としてＸ方向及びこれと直交するＹ方向に離間した第２，第３のアパーチャであり、
上記第１，第２のアパーチャを通過した荷電粒子ビームをＸ方向に走査し、上記第１，第３のアパーチャを通過した荷電粒子ビームをＹ方向に走査する。
【００１０】
このため、閾値の変動に拘らずＸ方向のビームサイズ、及びＹ方向のビームサイズを常時正確に求めることができ、更にＸ方向、Ｙ方向夫々のビームサイズから非点収差を求めることが可能となる。
請求項４に記載の発明は、請求項３記載の荷電粒子露光装置において、
前記第１乃至第３のアパーチャはブランキングアパーチャアレイ内の任意のアパーチャを選定する。
【００１１】
このようにブランキングアパーチャアレイではＸ方向、Ｙ方向に離間するアパーチャを任意に選定してＸ方向のビームサイズ、Ｙ方向のビームサイズ、及び非点収差を求めることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明装置の一実施例の構成図を示す。同図中、電子銃３０より発射された電子ビーム３１は主アパーチャ３２ａ及び補助アパーチャ３２ｂ夫々を通して整形される。この主アパーチャ３２ａ，補助アパーチャ３２ｂ夫々を通った電子ビームは縮小レンズ３３及び対物絞り３４を通して縮小され、更に偏向器３５で静電偏向されて乾板の置かれる焦点位置に投影される。この投影面にはナイフエッジ３７を設けた検出手段としてのファラディーカップ１８が設置されている。計算手段としてのＣＰＵ４１は偏向制御回路４０を通して主アパーチャ３２ａ，補助アパーチャ３２ｂ夫々のブランキング電極の作動制御、及び偏向制御回路４０への指示等を行い、信号処理回路３９から処理結果を通知されてビームサイズを算出する。
【００１３】
ここで、主アパーチャ３２ａ，補助アパーチャ３２ｂについて図２，図３を用いて説明する。図２は図１の縮小レンズ３３側から見た下面図、図３は図２の下方から見た側面図を示す。図２，図３において、支持部材５０に貫通孔５１，５２，５３が穿設されている。貫通孔５１が主アパーチャ３２ａとなり、貫通孔５２が補助アパーチャ３２ｂとなり、貫通孔５３は図１に示されていないが補助アパーチャ３２ｃとなる。支持部材５０上には貫通孔５１，５２，５３夫々を囲むように略コ字状のシールド電極５４，５５，５６，及びブランキング電極５７，５８，５９夫々が立設されている。シールド電極５４〜５６は配線６０によって接地され、ブランキング電極５７〜５９夫々には端子６１〜６３夫々よりブランキング信号が供給される。
【００１４】
例えば端子６１のブランキング信号が値０（電圧０Ｖ）のときはブランキング電極５７とこれに対向するシールド電極５４との間に電位差が生じないため、電子ビームは偏向されることなく貫通孔５１を通過する。即ち主アパーチャ３２ａが開口する。ブランキング信号が値１（電圧Ｖ₁ ）のときはブランキング電極５７とシールド電極５４との間の電位差に応じた電界によって貫通孔５１を通過する電子ビームは偏向され、対物絞り１４の外側に到達し、投影面には到達することがない。なお、上記の主アパーチャ５３ａの貫通孔５１と補助アパーチャ５３ｂ，５３ｃの貫通孔５２，５３夫々との間の距離Ａ，Ｂ夫々は所定値とされている。
【００１５】
図１に戻って説明するに、ＣＰＵ４１から偏向制御回路４０に指示を出して偏向器３５に図４（Ａ）に示す偏向電圧を印加する。これと共に主アパーチャ３２ａのブランキング電極５７に図４（Ｂ）に示す主ブランキング信号を印加して、その値が０の期間に主アパーチャ３２ａを開口させる。そして補助アパーチャ３２ｂのブランキング電極５８に図４（Ｃ）に示す補助ブランキング信号を印加して、その値が０の期間に補助アパーチャ３２ｂを開口させる。上記の主ブランキング信号と補助ブランキング信号夫々の値０の期間は重ならないように設定されている。
【００１６】
これによって、まず主アパーチャ３２ａを通った電子ビームがＸ方向に走査されてファラディーカップ３８に到達し、図４（Ｄ）の実線Ｉに示す検出信号が得られる。この後、補助アパーチャ３２ｂを通った電子ビームがＸ方向走査によりファラディーカップ３８に到達し、図４（Ｄ）の実線IIに示す検出信号が得られる。この検出信号は信号処理回路３９に供給されて微分され、図４（Ｅ）に実線III ，IVで示す微分信号とされる。信号処理回路３９は実線III の主アパーチャ３２ａの微分信号の立上り部分が閾値Ｖref を越える時点から実線IVの補助アパーチャ３２ｂの微分信号の立上り部分が閾値Ｖref を越えるまでの期間Ｔ２を計測してＣＰＵ４１に通知する。
【００１７】
ところで、偏向器３５の偏向量は較正されており、一定速度で偏向を行うため、期間Ｔ２は投影面における偏向量（長さ）とみなすことができる。
また、図２に示す既知の距離（貫通孔５１，５２夫々の対応する辺の距離）Ａと測定値Ｔ２との比は縮小レンズ３３の縮小率αを表わしており、既知の主アパーチャ３２ａの貫通孔５１のＸ方向幅ａと上記縮小率αとから投影面におけるＸ方向ビームサイズを知ることができる。ＣＰＵ４１では上記測定値Ｔ２と距離Ａ及び幅ａを用いてＸ方向ビームサイズを算出する。実際には測定値Ｔ２が予め定めた値となるように縮小レンズの縮小率αの調整を行うことによってＸ方向ビームサイズを一定の値に調整することができる。
【００１８】
また、同様にして、電子ビームをＸ方向と直交するＹ方向に走査を行うことにより主アパーチャ３２ａと補助アパーチャ３２ｃによる検出信号をファラディーカップ３８で得て、その検出信号の微分信号を求め、主アパーチャ３２ａの微分信号の立上り部分が閾値Ｖref を越える時点から補助アパーチャ３２ｃの微分信号の立上り部分が閾値Ｖref を越えるまでの期間Ｔ３を計測し、貫通孔５１，５３夫々の対応する辺の距離Ｂと期間Ｔ３との比と、貫通孔５１のＹ方向幅ｂとから投影面におけるＹ方向ビームサイズを求めることができる。このように、Ｘ方向ビームサイズとＹ方向ビームサイズとを測定することにより非点収差の測定が可能となる。
【００１９】
ところで、微分信号の比較の基準となる閾値Ｖref が多少変動しても、主アパーチャ３２ａ，補助アパーチャ３２ｂ，３２ｃは略同一形状であるため検出信号Ｉ，IIは略同一波形であり、微分信号III ，IVも略同一波形である。このため、閾値Ｖref が変動しても期間Ｔ２の変化はない。従って、閾値Ｖref の変動に拘らず常時、正確なビームサイズを計測することができる。なお、微分信号III ，IVの立下り時点の期間Ｔ２ａ，又はピーク時点の期間Ｔ２ｂ夫々も上記期間Ｔ２と同一であるため、これらのどの期間を選んでも良い。
【００２０】
ところで、複数形成された荷電粒子ビーム（例えば電子ビーム）を全体として所望のビーム形状となるように制御するマルチビーム方式の荷電粒子ビーム露光装置の１つであるブランキングアパーチャアレイ（ＢＡＡ）を用いた電子ビーム露光装置が従来から開発されている。ＢＡＡは図５に示すように、矩形の貫通孔７０とその周囲に形成されたシールド電極７１とブランキング電極７２からなる群を千鳥格子状に複数個配列し、シールド電極７１をグランド電位に設定し、ブランキング電極７２をグランド電位又はある電位に設定することにより、各貫通孔を通過する電子ビームの軌道を制御するものである。
【００２１】
このようなＢＡＡにおいては例えばアパーチャ７５を主アパーチャと決め、この主アパーチャ７５からＸ方向に延在した位置にあるアパーチャ７６と、Ｙ方向に延在した位置にあるアパーチャ７７とを補助アパーチャと決めることにより前述と同様にしてＸ方向ビームサイズ、Ｙ方向ビームサイズ、及び非点収差の測定が可能である。
【００２２】
【発明の効果】
上述の如く、請求項１に記載の発明は、アパーチャを通過した荷電粒子ビームを縮小レンズにより縮小して投影面上を走査し、上記投影面上の試料の露光を行う荷電粒子露光方法において、
上記アパーチャを上記走査方向に互いに離間させて複数配置して、それらを通過する電子ビームを独立にオン／オフし、
上記投影面上の所定位置で荷電粒子ビームを検出し、
上記複数のアパーチャを通過した荷電粒子ビームを走査して、一つのアパーチャを通過した荷電粒子ビームが上記検出手段で検出されてから次のアパーチャを通過した荷電粒子ビームが上記検出手段で検出されるまでの期間と、上記複数のアパーチャの離間距離とから縮小率を求め、上記縮小率と各アパーチャの走査方向幅とから上記投影面上の荷電粒子の走査方向幅であるビームサイズを計算する。
【００２３】
また、請求項２に記載の発明は、アパーチャを通過した荷電粒子ビームを縮小レンズにより縮小して投影面上を走査し、上記投影面上の試料の露光を行う荷電粒子露光装置において、
上記アパーチャを上記走査方向に互いに離間させて複数配置して、それらを通過する電子ビームを独立にオン／オフする手段と、
上記投影面上の所定位置で荷電粒子ビームを検出する検出手段と、
上記複数のアパーチャを通過した荷電粒子ビームを走査して、一つのアパーチャを通過した荷電粒子ビームが上記検出手段で検出されてから次のアパーチャを通過した荷電粒子ビームが上記検出手段で検出されるまでの期間と、上記複数のアパーチャの離間距離とから縮小率を求め、上記縮小率と各アパーチャの走査方向幅とから上記投影面上の荷電粒子の走査方向幅であるビームサイズを計算する計算手段とを有する。
【００２４】
このため、検出手段で得た検出信号、又はこの検出信号を微分した信号を閾値と比較して荷電粒子ビームの検出時点を決める場合、閾値が変動したとしても一つのアパーチャを通過した荷電粒子ビームの検出時点から次のアパーチャを通過した荷電粒子ビームの検出時点までの期間は変動することがなく、この変動のない期間とアパーチャの離間距離とアパーチャの幅とから常時正確なビームサイズを求めることができる。
【００２５】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２記載の荷電粒子露光装置において、前記複数のアパーチャは第１のアパーチャを中心としてＸ方向及びこれと直交するＹ方向に離間した第２，第３のアパーチャであり、
上記第１，第２のアパーチャを通過した荷電粒子ビームをＸ方向に走査し、上記第１，第３のアパーチャを通過した荷電粒子ビームをＹ方向に走査する。
【００２６】
このため、閾値の変動に拘らずＸ方向のビームサイズ、及びＹ方向のビームサイズを常時正確に求めることができ、更にＸ方向、Ｙ方向夫々のビームサイズから非点収差を求めることが可能となる。
また、請求項４に記載の発明は、請求項３記載の荷電粒子露光装置において、前記第１乃至第３のアパーチャはブランキングアパーチャアレイ内の任意のアパーチャを選定する。
【００２７】
このようにブランキングアパーチャアレイではＸ方向、Ｙ方向に離間するアパーチャを任意に選定してＸ方向のビームサイズ、Ｙ方向のビームサイズ、及び非点収差を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の構成図である。
【図２】アパーチャを説明するための図である。
【図３】アパーチャを説明するための図である。
【図４】本発明の信号波形図である。
【図５】ＢＡＡを説明するための図である。
【図６】従来装置の構成図である。
【図７】従来の信号波形図である。
【符号の説明】
３０ 電子銃
３１ 電子ビーム
３２ａ 主アパーチャ
３２ｂ 補助アパーチャ
３３ 縮小レンズ
３４ 対物絞り
３５ 偏向器
３７ ナイフエッジ
３８ ファラディーカップ
３９ 信号処理回路
４０ 偏向制御回路
４１ ＣＰＵ

Claims (4)

1. アパーチャを通過した荷電粒子ビームを縮小レンズにより縮小して投影面上を走査し、上記投影面上の試料の露光を行う荷電粒子露光方法において、
   上記アパーチャを上記走査方向に互いに離間させて複数配置して、それらを通過する電子ビームを独立にオン／オフし、
   上記投影面上の所定位置で荷電粒子ビームを検出し、
   上記複数のアパーチャを通過した荷電粒子ビームを走査して、一つのアパーチャを通過した荷電粒子ビームが上記検出手段で検出されてから次のアパーチャを通過した荷電粒子ビームが上記検出手段で検出されるまでの期間と、上記複数のアパーチャの離間距離とから縮小率を求め、上記縮小率と各アパーチャの走査方向幅とから上記投影面上の荷電粒子の走査方向幅であるビームサイズを計算することを特徴とする荷電粒子露光方法。
2. アパーチャを通過した荷電粒子ビームを縮小レンズにより縮小して投影面上を走査し、上記投影面上の試料の露光を行う荷電粒子露光装置において、
   上記アパーチャを上記走査方向に互いに離間させて複数配置して、それらを通過する電子ビームを独立にオン／オフする手段と、
   上記投影面上の所定位置で荷電粒子ビームを検出する検出手段と、
   上記複数のアパーチャを通過した荷電粒子ビームを走査して、一つのアパーチャを通過した荷電粒子ビームが上記検出手段で検出されてから次のアパーチャを通過した荷電粒子ビームが上記検出手段で検出されるまでの期間と、上記複数のアパーチャの離間距離とから縮小率を求め、上記縮小率と各アパーチャの走査方向幅とから上記投影面上の荷電粒子の走査方向幅であるビームサイズを計算する計算手段とを有することを特徴とする荷電粒子露光装置。
3. 請求項２記載の荷電粒子露光装置において、
   前記複数のアパーチャは第１のアパーチャを中心としてＸ方向及びこれと直交するＹ方向に離間した第２，第３のアパーチャであり、
   上記第１，第２のアパーチャを通過した荷電粒子ビームをＸ方向に走査し、上記第１，第３のアパーチャを通過した荷電粒子ビームをＹ方向に走査することを特徴とする荷電粒子露光装置。
4. 請求項３記載の荷電粒子露光装置において、
   前記第１乃至第３のアパーチャはブランキングアパーチャアレイ内の任意のアパーチャを選定することを特徴とする荷電粒子露光装置。

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