JP4299293B2 - 荷電ビーム描画装置 - Google Patents

Description

本発明は、主・副２段偏向方式の荷電ビーム描画装置に係わり、特に副偏向非点の補正機能を備えた荷電ビーム描画装置に関する。

半導体集積回路の製造に用いられる電子ビーム描画装置においては、電子ビームの偏向位置により偏向歪みが生じるのを防止するために、偏向感度の補正や偏向非点の補正が行われている（例えば、特許文献１，２参照）。一方、主・副２段偏向の電子ビーム描画装置においては、副偏向領域が小さく、偏向非点によるＣＤ精度劣化の影響は少ないために、主偏向非点の補正は行っても副偏向非点の補正は行わないのが現状である。

ところが、半導体集積回路の微細化に伴って副偏向における偏向非点が無視できない量になってきた。副偏向非点を補正するためには、副偏向感度の補正と共に副偏向非点の補正をショット単位で補正する必要があり、極めて高速の演算が必要であるため、その実現が極めて困難であった。

従来技術としては、副偏向非点の影響を軽減するために副偏向領域を小さくしたり、アライメントコイルで副偏向非点を軽減する方法が採用されている。しかしながら、これらの方法では十分な補正は困難であった。
２００３−３４７１８８号公報 ２０００−１００３６３号公報

このように従来、主・副２段偏向方式における副偏向非点の補正には高速演算が必要となり、その実現が極めて困難であった。このため、副偏向非点の影響で描画精度が低下する問題があった。また、上記問題は電子ビーム描画装置に限らず、イオンビーム描画装置に関しても同様に言えることである。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、主・副２段偏向方式における副偏向非点の補正を高速に行うことができ、描画精度の向上をはかり得る荷電ビーム描画装置を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。

即ち、本発明の一態様は、主・副２段の偏向器を備え、試料上の主偏向描画領域を副偏向器の偏向幅で決まるサブフィールドに分け、主偏向器でサブフィールドを選択し、選択したサブフィールド内で副偏向器によりショットを描画する荷電ビーム描画装置であって、前記副偏向器を駆動するための副偏向駆動部は、サブフィールド内ショット位置に応じて偏向感度を補正する副偏向感度補正回路と、サブフィールド内ショット位置に応じて偏向非点を補正する副偏向非点補正回路と、前記副偏向感度補正回路の出力と前記副偏向非点補正回路の出力とを重畳する加算回路と、前記加算回路の出力を前記副偏向器に印加する偏向アンプとを具備し、前記副偏向駆動部は、前記主偏向描画領域をメッシュに分割し、各々のメッシュ毎に副偏向感度補正係数及び副偏向非点補正係数を格納したメモリを有し、前記副偏向感度補正回路及び副偏向非点補正回路は、前記選択されたサブフィールドの位置に対応する副偏向感度補正係数及び副偏向非点補正係数を前記メモリから読み出し、前記選択されたサブフィールド内ショット位置に応じて、前記読み出した補正係数を基にパイプライン方式により補正演算を実行することを特徴とする。

ここで、本発明の望ましい実施態様としては、次のものがあげられる。

(1) 補正係数を格納するメモリにおけるメッシュの大きさは、サブフィールドと同等か若しくは大きいこと。

(2) 副偏向感度補正回路と副偏向非点補正回路は、偏向感度の補正と偏向非点の補正のそれぞれを同時に並列演算し、加算回路は副偏向感度補正回路と副偏向非点補正回路の各出力に対してタイミングを合わせて加算すること。

(3) 副偏向器は、８つの電極を有するオクタポール偏向器であること。

本発明によれば、偏向感度を補正する副偏向感度補正回路と偏向非点を補正する副偏向非点補正回路とを別々に設け、偏向感度とは独立して偏向非点補正のための演算を行うことにより、副偏向非点の補正を高速で行うことができ、描画精度の向上をはかることが可能となる。

以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係わる主・副２段偏向方式の電子ビーム描画装置を示す概略構成図である。

図中の１０は試料室であり、この試料室１０内に半導体ウェハ等の試料１１を載置するための試料ステージ１２が設置されている。試料ステージ１２は、制御計算機３０の制御の下に、ステージ駆動系３１により紙面左右方向及び表裏方向に移動可能となっている。そして、試料ステージ１２の移動位置は、レーザ干渉計３２により検出されるものとなっている。

試料室１０の上方には、電子光学鏡筒２０が設置されている。この電子光学鏡筒２０は、電子銃２１、各種レンズ系（図では対物レンズ２２のみを示す）、各種偏向系（図では主偏向器２４と副偏向器２３のみを示す）を備えている。そして、電子銃２１から放出された電子ビームが所定形状に成形され、対物レンズ２２により試料面に結像されるものとなっている。また、ビームの位置は主偏向器２４及び副偏向器２３により偏向制御される構成になっている。

制御計算機３０に接続された描画回路３３により描画データが処理され、描画回路３３により演算された描画データは、主偏向アンプ３５及び副偏向アンプ３４に供給される。そして、主偏向器２４によってサブフィールドの位置決めを行い、副偏向器２３によってサブフィールドの描画を行うようになっている。

ここで、描画領域（主偏向領域）と副偏向領域（サブフィールド）及びショットの関係は、図２に示すようになっている。即ち、主偏向領域５１が副偏向器２３の偏向幅で決まるサブフィールド５２に分割され、サブフィールド５２内がショット描画される。つまり、主偏向器２４でサブフィールドが選択され、選択されたサブフィールド５２内が副偏向器２３によりショット描画されるようになっている。なお、図中の５３は１つのショット（ｘ，ｙ）、５４はサブフィールドの原点座標（Ｍxp，Ｍyp）を示している。

描画回路３３における副偏向のための副偏向駆動部は、図３に示すように、補正係数メモリ４１、副偏向感度補正回路４２、副偏向非点補正回路４３、及び加算回路４４から構成されている。なお、主偏向のための主偏向駆動部には、従来一般的な補正回路が設けられているものとし、ここではその説明は省略する。

補正係数メモリ４１は、図４に示すように、主偏向領域をメッシュに分割し、各々のメッシュ毎に副偏向に関する偏向感度補正係数（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３）及び副偏向に関する偏向非点補正係数（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）を格納したものである。本実施形態では、メッシュの大きさはサブフィールドよりも大きくしたが、サブフィールドと同じ又はサブフィールドよりも小さくしても良い。メッシュを小さくするほど精度は高くなるが、メモリの必要容量は大きくなる。

副偏向感度補正回路４２は、偏向感度係数を基にショット位置毎に偏向感度の補正演算を行うものである。副偏向非点補正回路４３は、非点補正係数を基にショット位置毎に偏向非点の補正演算を行うものである。加算回路４４は、副偏向感度補正回路４２及び副偏向非点補正回路４３の各出力を加算して副偏向アンプ３４に出力するものである。

副偏向駆動部では、ある任意の副偏向（サブフィールド）位置情報が上流から入力されると、現在のレーザ値との差分を計算して主偏向座標に変換されて副偏向位置（Ｍxp，Ｍyp）を得る。この座標に基づき、補正係数メモリ４１から副偏向感度係数（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３）と非点補正係数（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）を読み出し、副偏向感度補正回路４２と副偏向非点補正回路４３にそれぞれの係数をセットする。そして、セットされた偏向感度補正係数を基に、副偏向感度補正回路４２によりショット位置（ｘ，ｙ）毎に偏向感度の補正演算が行われ、同様にセットされた偏向非点補正係数を基に、副偏向非点補正回路４３によりショット位置（ｘ，ｙ）毎に偏向非点の補正演算が行われる。

即ち、副偏向感度補正回路４２により、
Ｓｘ＝Ａ１ｘ＋Ａ２ｙ＋Ａ３
Ｓｙ＝Ｂ１ｘ＋Ｂ２ｙ＋Ｂ３
が演算され、副偏向非点補正回路４３により、
Ａｘ＝Ｓ１ｘ＋Ｓ２ｙ＋Ｓ３
Ａｘ＝Ｔ１ｘ＋Ｔ２ｙ＋Ｔ３
が演算される。そして、副偏向感度補正回路４２及び副偏向非点補正回路４３の演算結果が加算器４４によりタイミングを合わせて加算され、加算結果が副偏向アンプ３４に供給される。

このように本実施形態では、高速演算する方法として、副偏向感度補正回路４２と同様の構成の副偏向非点補正回路４３を並列に動作させて非点補正値を算出し、最終的に各電極へ偏向データを割り振る際に、非点補正値を加算演算して、偏向電圧と非点補正電圧を印加させるようにしている。しかも、補正係数メモリ４１は主偏向領域内のフィールドに対応したマップになっており、副偏向位置が確定するとそれに対応するメッシュからこれらの係数を得られる回路構成になっている。

ここで、副偏向感度と副偏向非点を補正するためには、高速演算が必要になりその実現が難しかった。その理由としては演算時間が描画時間を制限させないようにするために、ショット単位の位置補正をパイプライン方式（上流からデータを１つ入力すると最終段から１つずつ出力させる方法であり、内部では逐次演算される）で実施しており、１ショットの描画時間よりは速いサイクルで順次データを送って演算しているためである。仮に、１ショットの演算を終了してから、非点の演算を実施すると演算時間が描画時間を律束し、描画時間が遅くなることが明白である。

本実施形態では、高速演算する方法として、副偏向感度補正回路と同様の回路を並列に動作させて非点補正値を算出させて、最終的に各電極へ偏向データを割り振る時に、非点補正値を加算演算して、偏向電圧と非点補正電圧を印加させることを特徴とする。このとき、仮に両者の演算時間に差がでても、最終段で同期を取って１ショット毎に副偏向の非点を補正すればよい。

補正係数メモリ４１のマップ情報は、予め描画の前に３次の多項式から算出して設定する。

３次の多項式演算は、
fn(x,y) = a0 + a1x + a2y + a3x2 + a4xy + a5y2 + a6x3 + a7x2y + a8xy2 + a9y3
で表現される。ここで、係数ａ0,1,2..9 はそれぞれの係数（Ａ1,2,3，Ｂ1,2,3，Ｓ1,2,3，Ｔ1,2,3）に対して別々に持つことになる。なお、係数ａ0,1,2..9 は、ステージに取り付けられたマークを主偏向領域内の任意の位置へ少なくとも１０箇所以上移動させて、それぞれの場所で副偏向感度と副偏向非点を測定して、これらの結果から係数を算出することができる。

ここで、ある任意のメッシュ座標を(Ｍxp，Ｍyp)とすると、そのメッシュに入る係数Ａ，Ｂ，Ｓ，Ｔは、
A1 = fa1(Mxp,Myp)，A2 = fa2(Mxp,Myp)，A3 = fa3(Mxp,Myp)
B1 = fb1(Mxp,Myp)，B2 = fb2(Mxp,Myp)，B3 = fb3(Mxp,Myp)
S1 = fs1(Mxp,Myp)，S2 = fs2(Mxp,Myp)，S3 = fs3(Mxp,Myp)
T1 = ft1(Mxp,Myp)，T2 = ft2(Mxp,Myp)，T3 = ft3(Mxp,Myp)
と表現される。

これらの式から描画の前に予め全てのメッシュの座標に対応した係数を算出しておき、対応するメモリ領域に書き込んでおく。そして、それぞれの回路で演算した結果を最終的に各電極にデータを重畳させて、偏向アンプに出力する。このように、演算を並行して処理することによって、高速化を実現することができる。

実際の回路では、並列にパイプライン演算して算出されたショット位置（Ｓｘ，Ｓｙ）と副偏向非点補正データ（Ａｘ，Ａｙ）に基づき、偏向器の種類に合わせて次のような演算が行われる。ここで、副偏向器３４は、図５に示すように、８つの電極（ＳＤ１〜ＳＤ８）を有するオクタポール電極となっている。

ＳＤ1 ＝ Ｓx ＋ Ａy
ＳＤ2 ＝ （Ｓx ＋ Ｓy）／√２ ＋ Ａx
ＳＤ3 ＝ Ｓy ＋(-Ａy）
ＳＤ4 ＝（−Ｓx ＋ Ｓy）／√２ ＋（−Ａx）
ＳＤ5 ＝ −Ｓx ＋ Ａy
ＳＤ6 ＝（−Ｓx − Ｓy）／√２ ＋ Ａx
ＳＤ7 ＝ −Ｓy ＋（−Ａy）
ＳＤ8 ＝ （Ｓx − Ｓy）／√２ ＋（−Ａx）
これらのデータを偏向アンプ（ＤＡＣ／ＡＭＰ）へ入力するとそれぞれの偏向電極に電圧を印加することができる。このようにして、偏向データに非点補正データを重畳させて静電偏向器に電圧が印加される。

具体的には、副偏向器３４の電極の加工精度に起因して起こる副偏向非点は０−９０度方向の非点と４５−１３５度方向の非点が存在し、それぞれＡｙ，Ａｘと表現している。ショットの偏向量Ｓｘ，Ｓｙと非点Ａｘ，Ａｙを並列計算して最終的には両者を上式で重畳させて８極の静電偏向器に印加する。

このように本実施形態によれば、偏向感度を補正する副偏向感度補正回路４２と偏向非点を補正する副偏向非点補正回路４３とを別々に設け、これらを並列動作させることにより、偏向感度とは独立して偏向非点補正のための演算を行うようにしている。このため、副偏向非点の補正を高速で行うことができ、描画精度の向上をはかることが可能となる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。電子ビーム描画装置の構成は前記図１に何ら限定されるものではなく、主・副２段偏向方式であればよく、仕様に応じて適宜変更可能である。さらに、副偏向器は必ずしもオクタポール電極に限るものではなく、電子ビームを高速で偏向できるものであればよい。また、実施形態では電子ビーム描画装置を例に取り説明したが、本発明はイオンビーム描画装置に適用することも可能である。

また、並列演算する副偏向感度と副偏向非点の補正回路は補正式の次数が異なっていても良い。例えば、副偏向感度補正演算を下記のように２次式で表現しても良い。

Ｓｘ＝Ａ０＋Ａ１ｘ＋Ａ２ｙ＋Ａ３ｘ² ＋Ａ４ｘｙ＋Ａ５ｙ²
Ｓｙ＝Ｂ０＋Ｂ１ｘ＋Ｂ２ｙ＋Ｂ３ｘ² ＋Ｂ４ｘｙ＋Ｂ５ｙ²
このように偏向感度補正精度を向上させ、最終出力を副偏向非点の出力とタイミングを合わせてから、加算演算しても高速性を損なわずに同様な非点補正の効果を得ることができる。

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。

本発明の一実施形態に係わる電子ビーム描画装置を示す概略構成図。 主偏向領域とサブフィールド及びショットの関係を示す図。 副偏向駆動部の構成を示すブロック図。 補正係数メモリの内容を示す図。 副偏向器の具体的構成を示す図。

符号の説明

１０…試料室
１１…ウェハ（試料）
１２…試料ステージ
２０…電子光学鏡筒
２１…電子銃
２２…対物レンズ
２３…副偏向器
２４…主偏向器
３０…制御計算機
３１…レーザ干渉計
３２…位置測定系
３３…描画回路
３４…副偏向アンプ
３５…主偏向アンプ
４１…補正係数メモリ
４２…副偏向感度補正回路
４３…副偏向非点補正回路
４４…加算回路

Claims (2)

1. 主・副２段の偏向器を備え、試料上の主偏向描画領域を副偏向器の偏向幅で決まるサブフィールドに分け、主偏向器でサブフィールドを選択し、選択したサブフィールド内で副偏向器によりショットを描画する荷電ビーム描画装置であって、
   前記副偏向器を駆動するための副偏向駆動部は、サブフィールド内ショット位置に応じて偏向感度を補正する副偏向感度補正回路と、サブフィールド内ショット位置に応じて偏向非点を補正する副偏向非点補正回路と、前記副偏向感度補正回路の出力と前記副偏向非点補正回路の出力とを重畳する加算回路と、前記加算回路の出力を前記副偏向器に印加する偏向アンプとを具備し、
   前記副偏向駆動部は、前記主偏向描画領域をメッシュに分割し、各々のメッシュ毎に副偏向感度補正係数及び副偏向非点補正係数を格納したメモリを有し、
   前記副偏向感度補正回路及び副偏向非点補正回路は、前記選択されたサブフィールドの位置に対応する副偏向感度補正係数及び副偏向非点補正係数を前記メモリから読み出し、前記選択されたサブフィールド内ショット位置に応じて、前記読み出した補正係数を基にパイプライン方式により補正演算を実行することを特徴とする荷電ビーム描画装置。
2. 前記副偏向感度補正回路と前記副偏向非点補正回路は、同じ段数のパイプライン回路で構成され、偏向感度の補正と偏向非点の補正のそれぞれを同時に並列演算し、前記加算回路は前記副偏向感度補正回路と前記副偏向非点補正回路の各出力をタイミングを合わせて加算することを特徴とする請求項１に記載の荷電ビーム描画装置。

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