JP4476773B2 - 電子ビーム制御方法および電子ビーム描画装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電子ビームの軌道を制御する電子ビーム制御方法および電子ビーム描画装置に関する。
電子ビーム描画装置のスループットを向上するために、複数の形状のパターン開口をアパーチャマスクに形成しておき、これらパターン開口に選択的に電子ビームを照射し、パターン開口を通過して生成されるビームパターンを半導体ウエハ等の試料上に縮小投影する方式（いわゆる、キャラクタプロジェクション方式）の電子ビーム描画装置が提案されている（特許文献１参照）。
キャラクタプロジェクション方式では、描画パターンに含まれる繰り返しパターンに対応するパターン開口をアパーチャマスクに予め形成しておき、CP選択偏向器により電子ビームを偏向させて、任意のパターン開口を通過させながら、試料面上を走査する。
しかしながら、キャラクタプロジェクション方式は、従来の可変成形方式に比べて、CP選択偏向器で電子ビームを偏向させる量が大きいため、電子ビームが理想的な光軸からずれやすくなり、ビーム漏れが発生するおそれがある。
このようなビーム漏れが発生すると、試料上に精度よくパターンを描画できなくなり、歩留まりが低下してしまう。
特開平11-54396号公報
本発明は、電子ビームの軌道を精度よく制御できる電子ビーム制御方法および電子ビーム描画装置を提供する。
本発明の一態様によれば、電子ビームが試料に照射されないようにブランキング電極により電子ビームの軌道を制御し、複数のパターン開口が形成されたアパーチャマスク上のいずれかのパターン開口を電子ビームが通過するように、複数の電極部からなるキャラクタビーム電極によりパターン開口の選択を行い、前記複数の電極部のそれぞれが行う電子ビームの偏向動作の同期誤差が所定の許容値以下か否かを判定し、前記ブランキング電極を駆動させた状態で、前記キャラクタビーム電極にて前記複数のパターン開口を順次選択して、試料に電子ビームが照射されるか否かを判定し、前記ビーム照射判定部により試料に電子ビームが照射されると判定されると、前記許容値を小さくする。
本発明によれば、電子ビームの軌道を精度よく制御できる。
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。
図１は本発明の一実施形態による電子ビーム描画装置の全体構成を示すブロック図である。図１の電子ビーム描画装置は、試料室１と、試料室１内への試料（ウエハなど）の出入を制御する搬送器２と、試料室１内の各部を制御する試料室制御装置３と、試料室１の上方に設けられる電子光学系４と、電子光学系４内のレンズを制御するレンズ制御装置５と、電子光学系４内の各種電極を制御する偏向制御装置６と、描画回路７と、全体を制御する制御計算機８とを備えている。
試料室１は、半導体ウエハ等の試料１１を載置するステージ１２と、試料面の高さを検出するＺ検出器１３と、真空装置１４とを有する。
試料室制御装置３は、ステージ１２の上方に配置される不図示の電子検出器で検出した反射電子、散乱電子または２次電子の信号処理を行う信号処理部２１と、試料面の高さを検出するＺ検出器１３を制御するＺ検出制御装置２２と、ステージ１２の位置を検出するレーザ測長器２３と、ステージ１２の位置を制御する位置回路２４と、ステージ１２を移動させるモータ駆動装置２５と、ステージ１２の移動を制御するステージ制御装置２６と、試料室１の温度をモニタする温度モニタ部２７と、試料室１の真空度を制御する真空制御装置２８と、試料１１（試料１１）の搬送を制御する搬送制御装置２９とを有する。
電子光学系４は、電子ビームが試料１１に照射されないように電子ビームの軌道を制御するブランキング偏向器３１と、アパーチャマスク基板内のいずれかのパターン開口に電子ビームを導く複数の電極部からなるCP選択偏向器３２と、電子ビームの偏向方向を粗調整する主偏向器３３と、電子ビームの偏向方向を微調整する副偏向器３４と、電子ビームを屈折させるレンズ３５と、各偏向器の動作をモニタするモニタ部３６と、アパーチャ４０と、試料１１に電子ビームが照射されたときに反射電子、散乱電子または２次電子を検出する不図示の電子検出器とを有する。
レンズ制御装置５は、レンズ電源３７と、電子レンズ制御系３８と、モニタ部３９とを有する。
制御計算機８（EWS）は、制御ソフトウェア４１に従って動作し、演算結果を磁気ディスク装置に記憶する。また、制御計算機８には、外部から描画データが供給される。
本実施形態の電子ビーム描画装置は、キャラクタプロジェクション方式を採用している。制御計算機８に接続された磁気ディスク４２には、試料１１に描画すべき描画データが格納されている。制御計算機８は、制御ソフトウェア４１に従って、磁気ディスク４２から読み出された描画データを描画回路７に送る。描画回路７内のパターン発生器４３は、描画データに対応する描画パターンを生成する。描画回路７内の偏向制御回路４４は、描画パターンに応じて、主偏向器３３、副偏向器３４、CP選択偏向器３２（キャラクタビーム電極）およびブランキング偏向器３１（ブランキング電極）に印加する電圧を制御する。CP選択偏向器３２は、複数の電極部を有し、各電極部に印加される電圧は個別に制御される。
図１では省略しているが、CP選択偏向器３２と主偏向器３３の間にはアパーチャマスク基板（以下、マスク基板）が配置されている。このマスク基板には、種々の形状のキャラクタ開口が形成されている。偏向制御回路４４は、マスク基板内のいずれかのキャラクタ開口を電子ビームが通過するように各偏向器を制御する。
図２は電子ビームの軌跡の一例を示す図である。図示のように、CP選択偏向器３２は、複数の電極部３２ａ，３２ｂで構成されている。電子ビームは、CP選択偏向器３２にて偏向されて、マスク基板３０内のいずれかのキャラクタ開口３０ａを通過した後、試料１１上に結像する。電子ビームが通過するキャラクタ開口３０ａを切り換える際には、いったん電子ビームを試料１１外にそらす必要がある。そこで、図２の点線で示すように、ブランキング偏向器３１を用いて、電子ビームの方向を大きく切り換える。このように、ブランキング偏向器３１は、マスク基板３０上のキャラクタ開口３０ａの切替を行う場合にも利用する。
図３は本実施形態に係る電子ビーム描画装置の処理動作の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、例えば偏向制御装置６により実行されるものである。まず、CP選択偏向器３２の同期誤差の許容値を初期設定する（ステップＳ１）。次に、CP選択偏向器３２を制御することにより、マスク基板３０上の少なくとも２つのキャラクタ開口３０ａ，３０ｂを連続して選択して、選択したキャラクタ開口３０ａ，３０ｂに電子ビームを導く（ステップＳ２）。
次に、ステップＳ２の選択動作を行った場合のCP選択偏向器３２の同期誤差が許容値以下か否かを判定する（ステップＳ３）。ここでは、CP選択偏向器３２内の複数の電極部それぞれの偏向感度を用いて偏向量を換算し、偏向量の同期誤差が許容値以下か否かを判定する。許容値以下であれば、ブランキング偏向器３１を用いて、電子ビームを試料１１の外側にそらすビームブランク動作を行う（ステップＳ４）。
ビームブランク動作を行っている最中に、ステップＳ２と同様に、マスク基板３０上の少なくとも２つのキャラクタ開口３０ａ，３０ｂを連続して選択して、選択したキャラクタ開口３０ａ，３０ｂに電子ビームを導く（ステップＳ５）。次に、試料１１またはステージ１２に電子ビームが到達したか否かを判定する（ステップＳ６）試料１１に電子ビームが到達していなければ、ビームブランク動作が正しく行われたと判断して処理を終了し、試料１１に電子ビームが到達した場合には、同期誤差の許容値を狭める（ステップＳ７）。
ステップＳ３で同期誤差が許容値より大きいと判定された場合、またはステップＳ７の処理が終了した場合には、図１の装置の調整を行い（ステップＳ８）、その後にステップＳ２に戻る。
図３の処理は、ステージ１２上にダミー試料１１（ダミー試料１１など）を載置した状態で行ってもよい。この場合、ダミー試料１１の試料面に、電子ビームに感光するレジストを塗布しておき、上述したステップＳ５の処理を行った後に、ダミー試料１１を現像処理する。そして、光学顕微鏡、電子顕微鏡または位置測定装置で試料面を観察し、電子ビームが照射されたか否かを判断する。
あるいは、ステージ１２上に配置したファラデーカップで電流を検出することにより、電子ビームが試料１１からそれたか否かを検出してもよい。ここで、ファラデーカップとは、カップ状の検出器であり、電子ビームに対応する電流値を測定するものである。
あるいは、ステージ１２の上方に配置した電子検出器により、試料１１からの反射電子、散乱電子または二次電子を検出することにより、試料１１に電子ビームが到達したか否かを判定してもよい。
このように、本実施形態では、CP選択偏向器３２の複数の電極部の同期誤差が許容値以下となるように、ビームブランク期間内に同期誤差の調整を行うため、ビームブランク期間に確実に電子ビームを試料面からそらすことができ、ビーム漏れによるパターニング不良を確実に防止できる。これにより、電子ビーム描画装置を用いて作製した半導体デバイスの歩留まり向上が図れる。
本実施形態によれば、マスク基板３０に多数のキャラクタ開口３０ａが形成されている場合に、ビーム漏れのないキャラクタ開口３０ａだけを利用して描画を行うことが可能となる。また、ダミー試料１１を用いてCP選択偏向器３２の同期誤差の調整を行えば、デバイスの世代ごとに適切な基準を設定することができる。さらに、電子検出器を用いてビーム漏れの検出を行えば、実際のデバイス作製時と同じ条件で同期誤差の調整を行うことができ、同調整を精度よく行うことができる。また、ファラデーカップを用いてビーム漏れの検出を行えば、ビーム漏れがあるか否かを簡易に検出できる。
本発明の一実施形態による電子ビーム描画装置の全体構成を示すブロック図。 電子ビームの軌跡の一例を示す図。 本実施形態に係る電子ビーム描画装置の処理動作の一例を示すフローチャート。
符号の説明
１ 試料室
６ 偏向制御装置
３１ ブランキング偏向器
３２ CP選択偏向器
３３ 主偏向器
３４ 副偏向器

Claims (5)

  1. 電子ビームが試料に照射されないようにブランキング電極により電子ビームの軌道を制御し、
    複数のパターン開口が形成されたアパーチャマスク上のいずれかのパターン開口を電子ビームが通過するように、複数の電極部からなるキャラクタビーム電極によりパターン開口の選択を行い、
    前記複数の電極部のそれぞれが行う電子ビームの偏向動作の同期誤差が所定の許容値以下か否かを判定し、
    前記ブランキング電極を駆動させた状態で、前記キャラクタビーム電極にて前記複数のパターン開口を順次選択して、試料に電子ビームが照射されるか否かを判定し、
    前記ビーム照射判定部により試料に電子ビームが照射されると判定されると、前記許容値を小さくすることを特徴とする電子ビーム制御方法。
  2. 試料に電子ビームが照射されると判定されると、前記複数の電極部それぞれの偏向感度を用いて偏向量を換算し、該偏向量の同期誤差が前記許容値以下か否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム制御方法。
  3. 電子ビームを、レジストを塗布したダミー試料からそらした状態で、前記キャラクタビーム電極にて前記複数のパターン開口を順次選択して、前記ダミー試料に電子ビームが照射されるか否かを判定し、その後に前記ダミー試料を現像処理して、電子ビームの照射の有無を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の電子ビーム制御方法。
  4. 試料または試料を載置するステージに照射された電子ビームの反射電子、散乱電子または２次電子を検出するか、または前記ステージ上に配置されたファラデーカップにより電子ビームを検出することにより、試料に電子ビームが照射されたか否かを判定することを特徴とする請求項１または２に記載の電子ビーム制御方法。
  5. 電子ビームが試料に照射されないように電子ビームの軌道を制御するブランキング電極と、
    複数の電極部からなり、複数のパターン開口が形成されたアパーチャマスク上のいずれかのパターン開口を電子ビームが通過するようにパターン開口の選択を行うキャラクタビーム電極と、
    前記ブランキング電極および前記キャラクタビーム電極に供給する電圧または電流を制御する偏向制御部と、を備え、
    前記偏向制御部は、
    前記複数の電極部のそれぞれによる電子ビームの偏向動作の同期誤差が所定の許容値以下か否かを判定する同期誤差判定部と、
    前記ブランキング電極を駆動させた状態で、前記キャラクタビーム電極にて前記複数のパターン開口を順次選択して、試料に電子ビームが照射されるか否かを判定するビーム照射判定部と、
    前記ビーム照射判定部により試料に電子ビームが照射されると判定されると、前記許容値を小さくする許容値制御部と、を有することを特徴とする電子ビーム描画装置。
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