JP4394528B2 - 電子線描画方法、および電子線描画装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子線描画方法、および電子線描画装置に係わり、特に描画精度の較正に関するものである。

電子線描画装置は、電子線の照射により、マスク基板、ウェハ等にパターンを描画する装置である。描画に用いている電子線ビームは気温、気圧、磁気等の周辺環境の影響を受けるため位置、焦点、偏向状態、成形ビームサイズ等が経時変化し、描画狂いや描画精度が低下して来る。この描画精度低下を補正し、精度よく描画するため電子線描画装置では較正を時折行う必要がある。

電子線描画装置では、描画面と同一平面上に設けた基準マークをビーム直下に移動させ、この基準マークからの反射電子強度、透過電子強度を用いて電子線状態を最適にして描画の較正をしている。

較正頻度は月毎、週毎、日毎、ロット毎、描画毎等さまざまである。環境状態や装置の安定度によってオペレータが判断し、較正頻度と較正メニューを決定している。気温、磁気の変動に対しては、磁気シールドを施した恒温室にすることで、気温、湿度を一定にし、磁場ノイズが進入しないようにする例が多い。気圧変動に対しては装置的な対策は従来されておらず、主に真空容器の変形が引き起こされて装置の精度劣化要因となっていた。

図３により、従来例の概要を説明する。本例では可変成形、ステージ追従制御型の電子線描画装置を例にとるが、本発明は定まった電子線描画装置の方式に限定されない。

電子源１より照射された電子線１１は、ビームアライナ２により位置調整の上で第１マスク４に照射される。ビームアライナ制御回路３は、ビームアライナ２を制御する。第１マスク４を透過した電子線が成形レンズ７を通過し、第２マスク８に到達する。第２マスク８に照射する場合、成形偏向器５に制御計算機１５より成形偏向制御回路６に成形寸法が指定され、成形偏向制御回路６より成形偏向器５に電圧がかかりウェハ１３上で指定寸法となるような矩形電子線が第２マスク８を透過する。

第２マスクを透過した電子線１１は縮小レンズ９にて縮小され、制御用計算機１５にて指定された偏向位置を位置決め偏向制御回路１６に設定することにより位置決め偏向器１０に偏向信号が設定され、電子線１１は指定の位置に偏向され対物レンズ１２を通して試料台（ステージ）１４上のウェハ１３に照射される。

制御用計算機１５にて指定する偏向位置は、ステージ現在位置測定結果と描画目標座標から算出する。ステージ現在位置はレーザー測長計１７で常時測定している。レーザー測長計１７は真空容器壁面に設置したミラーを含んでおり、真空容器が大気圧変動の影響を受けて変形するとステージ現在位置測定結果は誤差を含むようになる。

この誤差に対し、特許文献１（特開２００３−１７３９４号公報）では装置の真空容器を二重構造にし、外側容器内の気圧を一定にしたうえ、レーザー測長計を内側容器に取り付けることで精度を向上する。しかし、電子線描画装置では、マスク基板やウェハを装置内部へ搬送する機構、ステージ等の内部動作部の駆動機構を有するため、完全な二重構造の容器は採用できず、真空容器の壁変形の影響を排除しきれない。

また、特許文献２（特開２００３−１２４０９６号公報）では大気圧をモニタリングし、大気圧変動に比例した補正を実施することにより精度を向上している。

しかしながら、電子線の状態変化は大気圧変動と線形比例関係ではないことが発明者らの実験により判明した。図４に従来の電子線描画装置における気圧変動と電子線位置の変動を示す。グラフ右部で電子線位置変動と気圧変動が重なるようにスケールを操作してある。グラフ左部の気圧変動急変部において、電子線位置変動と気圧変動は異なる挙動をしている。

これは、電子線の位置変動は大気圧変動と線形比例関係ではないことを意味している。線形比例関係を逸脱する大気圧変動を人工的に引き起こし、補正式を決定するのは大掛かりな実験となり現実的でない。一方、計算機のシミュレーションにより補正式を決定する場合には非常に高い計算精度が必要となる。補正精度として必要であるｎｍオーダーの精度のたわみ量を数ｍの構造物に対して計算するのは非常に困難であり、必要な補正精度を確保できない可能性が高い。

特開２００３−１７３９４号公報 特開２００３−１２４０９６号公報

本発明は、上記の問題に対処し、気圧変動がある場合でも高精度の描画でき、かつスループットが維持でき、しかも安価な電子線描画方法、および電子線描画装置を提供することを目的とする。

本発明、電子線描画方法において、時間に対する気圧変動の割合に応じて描画精度の較正を実行することを特徴とする。

本発明によれば、描画精度に影響を来たす気圧変動の速いときに描画精度の較正が行われ、緩慢な気圧変動では描画を止めて描画精度の較正がされないので、スループットの低減を抑えることができる。

また、気圧変動に応じて較正頻度と内容を変更することで、描画精度を良好に維持できる。また、気圧計を設けだけであるので、安価である。

本発明の実施形態に係る実施例を図に沿って説明する。

まず、図１を引用して電子描画装置の概要から述べる。

電子源１より照射された電子線１１は、ビームアライナ２により位置調整の上で第１マスク４に照射される。ビームアライナ制御回路３は、ビームアライナ２を制御する。第１マスク４を透過した電子線が成形レンズ７を通過し、第２マスク８に到達する。第２マスク８に照射する場合、成形偏向器５に制御計算機１５より成形偏向制御回路６に成形寸法が指定され、成形偏向制御回路６より成形偏向器５に電圧がかかりウェハ１３上で指定寸法となるような矩形電子線が第２マスク８を透過する。

上記成形偏向器５や成形偏向制御回路６等を含めて偏向手段と言う。

第２マスクを透過した電子線１１は縮小レンズ９にて縮小され、制御用計算機１５にて指定された偏向位置を位置決め偏向制御回路１６に設定することにより位置決め偏向器１０に偏向信号が設定され、電子線１１は指定の位置に偏向され対物レンズ１２を通して試料台（ステージ）１４上のウェハ１３に照射される。試料台１４は、駆動手段で移動駆動される。

制御用計算機１５にて指定する偏向位置は、ステージ現在位置測定結果と描画目標座標から算出する。ステージ現在位置はレーザー測長計１７で常時測定している。レーザー測長計１７は真空容器壁面に設置したミラーを含んでいる。

電子描画装置に設けられる気圧計１８は大気を計測する。気圧計１８の計測データは制御計算機１５に出力される。

上記偏向制御回路１６や偏向器１０や対物レンズ１２等を含めて偏向手段と言う。

図２に沿って制御計算機の動作フローを述べる。

制御計算機１５は気圧計１８の出力を気圧取り込み間隔の設定時間毎に逐次取り込む。気圧取り込み間隔の設定時間は調整可能である。

制御計算機１５は、取り込まれた出力と前回測定値との差分を算出する。この差分を気圧取り込み間隔で除した値をもって気圧変動速度であるとする。この気圧変動速度は、時間に対する気圧変動の割合にある。また、この時間に対する気圧変動の割合に応じて描画精度の較正を実行する描画較正手段は、プログラムによって構成され、制御用計算機１５に内蔵されている。

気圧取り込み間隔の設定時間は、制御計算機１５にあらかじめ設定しておいたものである。時間に対する気圧変動の割合にある気圧変動速度が制御計算機１５にあらかじめ設定してある気圧変動割合規定値以上であった場合にはあらかじめ制御計算機１５に設定してある気圧変動時用の一連の描画較正メニューを実施する。なお、この描画較正メニューを気圧変動描画較正メニューという。

この気圧変動描画較正メニューの実行によって、電子線描画装置のコントロールが適切な状態に自動で再調整するので、気圧変動が急激な場合においても高精度に描画できる。また、気圧変動速度が気圧変動割合規定値以下である場合は気圧測定をトリガとする較正の実施は行わない。

図５は、描画較正メニューと、較正に費やす時間をまとめて示した図である。

気圧変動時の気圧変動描画較正メニュー以外は、定期描画較正メニューである。気圧変動速度が規定値以上のときに、気圧変動描画較正メニューの実行を行うが、実行に費やす時間は１０分である。日毎に実行する定期描画較正メニューは１５分である。この定期描画較正メニューに比べても、気圧変動描画較正メニューの実行に要する時間は短く、スループット低下を少なく抑えることが出来る。

定期描画較正メニューと気圧変動描画較正メニューの実行時期が時期的に重なったときには、気圧変動描画較正メニューを優先して実行する。これにより、台風接近等の大きな大気変動の気圧環境でも良好な描画精度を維持できる。

図６に沿って気圧変動描画較正メニューの実行頻度について説明する。

図６は、平成１６年１月１日から７日までの水戸地方気象台の気圧観測値を挙げている。この間の天気は晴〜曇、最大瞬間風速７．４ｍであった。観測は一時毎にした。

従来の電子線描画装置での描画精度と気圧変動との関係からの知見では２ｈＰａ程度の気圧変動量であれば良好な精度で描画できる。よって気圧取り込み間隔は１時間、気圧変動速度の設定値は１．５ｈＰａ／ｈと設定した場合に、この設定目当（１．５ｈＰａ／ｈ）を超えたのは７日間で２回（１月２日／１月７日）であった（図６の網掛け部）。

従って、気圧変動時用の較正メニュー実施頻度は１日あたり０．３回である。較正メニューは実施に１０分程度を要するので、１日あたり３分程度である。描画作動の停止が３分程度なので、スループットへの影響は少ないのである。

気圧計１８の気圧データは、制御用計算機１５に入手される。この気圧取り込み間隔の設定時間は、制御用計算機１５に設定するのに代えて下位の制御回路に設定しても良い。また、気圧変動速度は、前回測定値との差分に代えて２回以上の気圧測定値の傾向をもって算出しても良い。また、更なる描画精度確保のため、台風接近など大幅な気圧変動が見込まれる日は気圧取り込み間隔を短縮するなど、天候に合せてオペレータが設定変更するようにしても良い。

図７に沿って本発明に係わる他の実施例を説明する。

図７は制御計算機の動作フローを示す。

先の実施例では、気圧取り込み間隔が一つの条件しか持っていない。これに対し、図７の実施例では気圧変動速度と気圧取り込み間隔設定時間のセットを複数もつ。前回と前々回の気圧量から算出した気圧変動速度Ｖｐにより、次回までの気圧取り込み間隔を設定する。気圧変動速度Ｖｐは、時間に対する気圧変動の割合にある。

すなわち、気圧変動速度Ｖｐを低い閾値Ｖ１の気圧変動割合規定値および高い閾値Ｖ２の気圧変動割合規定値と比較する。気圧変動速度Ｖｐが低い閾値Ｖ１以下のときには次回までの気圧取込間隔設定時間をｔ１に設定する。気圧変動速度Ｖｐが高い閾値Ｖ２以上のときには、次回までの気圧取込間隔設定時間をｔ１に設定する。気圧変動速度Ｖｐが、低い閾値Ｖ１以上で、かつ高い閾値Ｖ２以下のときには次回までの気圧取込間隔設定時間をｔ２に設定する。ｔ１は、間隔時間が長く、ｔ３は間隔時間が短い。ｔ２は間隔時間が中間である。

このように気圧変動速度が速くなると、気圧取り込み間隔設定時間が短くなる。本実施例によれば、気圧変動速度の大小によらず気圧変動に追随して装置状態を安定に保つことができる。また、気圧変動速度の変動量に対応して較正メニューを変更するようにしても良い。すなわち、気圧変動速度が大きい時には広範な較正を実施する。

図８に沿って本発明に係わる他の実施例について説明する。

図８は制御計算機の動作フローを示す。

先の実施例では気圧変動速度に応じて較正を行った。本実施例では前回の較正からの気圧変動量が気圧変動量基準値を超えた場合に描画較正を実施する。従来例においても、電子線描画装置では気圧変動の大小によらず、定期的に較正を実施している（図５中の気圧変動速度が気圧変動割合規定値以下の場合と同様）。

これらの描画較正を実施した前回の気圧と現在の気圧との差分が装置にあらかじめ設定されている気圧変動量基準値を超えた場合、あらかじめ装置に設定してある一連の描画較正メニューを実施する。気圧取り込み間隔は制御計算機１５にあらかじめ設定しておいたものである。気圧取り込みのタイミングは、描画較正が実行されてからの時間によっても良いし、独立に動いているタイマーによるものでも良い。本実施例によれば、気圧変動が一定方向（気圧上昇あるいは気圧低下）に長時間継続して累積的に大きくなり、また、通常の描画較正間隔が長い設定であった時でも精度を維持した描画が可能である。

本発明の実施に際しては、上記実施例の動作フローを単独で行っても良いし、組み合わせて較正実施の判断をしても良い。

また、定期描画較正メニュー、および気圧変動描画較正メニューを含めて表示する表示手段、および入力手段を電子線描画装置に設ける。表示手段に定期描画較正メニューや気圧変動描画較正メニューを表示し、それを見ながら表示項目にデータを入力できるので、操作がしやすい。

本発明に係る実施例で、電子線描画装置の概要構造を示した図。 本発明に係る実施例で、電子線描画装置の動作フローを示した図。 従来例に係わるもので、電子線描画装置の概要構造を示した図。 電子線描画装置における気圧変動と電子線位置の変動を示した図。 本発明に係る実施例で、気圧変動速度が規定値以上／以下の場合の較正頻度と所要時間の例を示した図。 平成１６年１月１日から７日までの水戸地方気象台の気圧観測結果を示した図。 本発明に係る他の実施例で、電子線描画装置の動作フローを示した図。 本発明に係る別の実施例で、電子線描画装置の動作フローを示した図。

符号の説明

１…電子源、２…ビームアライナ、３…ビームアライナ制御回路、４…第１マスク、５…成形偏向器、６…成形偏向制御回路、７…成形レンズ、８…第２マスク、９…縮小レンズ、１０…位置決め偏向器、１１…電子線、１２…対物レンズ、１３…ウェハ、１４…試料台、１５…制御計算機、１６…位置決め偏向制御回路、１７…レーザー測長計、１８…気圧計。

Claims (3)

1. 電子ビームにより試料に描画を行う電子線描画方法において、
   前回の描画較正時に計測された気圧との気圧差および前回の描画較正時からの経過時間を逐次計測し、
   前記経過時間に対する前記気圧差の割合が、気圧変動割合規定値以上のときには、描画精度の較正を実行し、
   前記気圧変動割合規定値を複数設け、
   前記気圧差の割合を前記複数の気圧変動割合規定値に照らして、計測のために気圧データを取り込む間隔を選択設定することを特徴とする電子線描画方法。
2. 電子ビームにより試料に描画を行なう電子線描画方法において、
   前回の描画較正時に計測された気圧との気圧差および前回の描画較正時からの経過時間を逐次計測し、
   前記経過時間に対する前記気圧差の割合が、気圧変動割合規定値以上のときには、描画精度の較正を実行し、
   前記気圧変動割合規定値を複数設け、
   前記気圧差の割合を前記複数の気圧変動割合規定値に照らして、描画較正の実行内容を選択することを特徴とする電子線描画方法。
3. 電子ビームにより試料に描画を行なう電子線描画方法において、
   定期的に描画精度の較正を行う定期描画較正メニューと、
   時間に対する気圧変動の割合に応じて描画精度の較正を行う気圧変動描画較正メニューとを有し、
   前記定期描画較正メニューと前記気圧変動描画較正メニューの実行時期が重なったときには、前記気圧変動描画較正メニューの実行を優先することを特徴とする電子線描画方法。

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