JP5280064B2 - 電子ビーム描画装置 - Google Patents

Description

本発明は、マスクを固定して載置し、Ｘ方向とＹ方向とＺ方向とに駆動可能なステージを備えた電子ビーム描画装置に関し、特に、前記ステージの位置測定及び移動の際に基準となるXY方向の測定方向によって決まる描画の座標系を別の基準座標系に合せるための変換係数あるいは差分を示す数値データをパラメータとして記憶し、パターンを描画する際にこのパラメータに伴って電子ビームの偏向量を補正する電子ビーム描画装置に関する。

電子ビーム描画装置は、ステージに載置したマスク上に、パターンを所望の精度で描画する必要がある。通常、電子ビームは数百μｍ〜数ｍｍ程度のエリア内を偏向走査することが可能である。さらに、ステージをＸ方向に移動することで、この偏向量で決まる幅の領域内に描画することが可能である。この帯状の描画された領域を、ステージがＹ方向にステップ移動して、再度上記帯状のエリアに描画をすることで、マスク全面の描画が可能となる（ステップアンドスキャン方式）。この際、マスクに正確に描画するために、描画装置にはステージ移動中においても、位置を正確に読み取ることが要請される。

通常、上記ステージの移動は、Ｘ方向及びＹ方向に走行可能な案内手段とモータ等の駆動手段によって行われ、上記位置の読取りは、レーザ干渉計が使用される。

図５は、上記ステージの位置読取り機構の構成を示す図である。５は、電子ビーム描画装置の描画室であり、図示しない真空排気系により、真空引きされている。

描画室５には、Ｘ方向及びＹ方向に走行自在なステージ５１が設置され、このステージ５１上に所定の方法によって固定されたマスクＭが載置されている。ステージ５１のＸ方向の一端面からＹ方向の一端面に亘って、Ｌ字状に形成された反射ミラー５２が立設されている。また、前記レーザ干渉計による位置の読み取りには、参照点として固定された場所にもミラーを設置する必要があるが、図５では、描画室５の内壁面に固定ミラー５３ｘと５３ｙを設置した。

レーザヘッド（光源）５４ｘ及び５４ｙから放出されたレーザ光は、レーザ干渉計５５ｘおよび５５ｙを通して分岐されて、そのうちの半分の光が、描画室５内の反射ミラー５２に対して、上記Ｘ方向とＹに方向から照射される。レーザ干渉計で分岐した残りの半分の光は、固定ミラー５３ｘ及び５３ｙに導かれる。

反射ミラー５２と固定ミラー５３ｘ及び５３ｙで反射したレーザ光は、レーザ干渉計５５ｘ及び５５ｙで干渉させて得られる干渉光を、受光器５６ｘ及び５６ｙで受光し、この受光データから得られる固定ミラーに対する相対的な差分情報として、位置情報が読取られる。

この位置測定では、たとえば、反射ミラー５２の形状精度、表面の粗さ、前記案内手段などの機械的な加工誤差による走行精度及びその再現精度が誤差として計測されるおそれがある。

従前、上記誤差の影響を小さくするために、描画されるパターンの位置座標と該誤差との関係をあらかじめ別の基準となる座標測定機で計測し、これを補正データとして記憶し、描画時に電子ビーム描画装置の偏向器を駆動させるための偏向量データにこの補正データを加算することにより、補正していた。

図６は、上記補正のプロセスの概念を示す図である。図６（a）は、描画しようとするパターンの設計上の位置座標をグリッド状に示したものである。これに対して、図６（ｂ）では、位置を実測した場合に、上記誤差が生じた状態を示したものである。前記補正は、図６（a）の位置座標に対して、図６（ｂ）の誤差が生じた実測データの逆形状となるように、パラメータを設定し（図６（ｃ）参照）、このパラメータを使って、補正データを算出し、ステージの位置に対してオフセットを付与することで上記誤差が補正されていた。

ところで、高精度に上記補正を実施するためには、マスクを反射ミラー５２に対して再現性良く保持する必要がある。このマスクを再現性良く保持する方法として、マスク裏面を３点の支持部材でのみ支えて保持する方法が基準となる前記座標測定機では主流となってきている。

マスク裏面を３点の支持部材で支える保持方法をマスク描画装置で採用する場合、パターンが描画されるマスク表面の高さが、現状±１００μｍである基板の厚さ公差によって変化することが予想される。この焦点面の高さが変わると、電子ビームが偏向される領域が回転して、結果的に境界部分でのパターンのつなぎ精度が劣化することが予想される。

そこでマスク裏面を３点の支持部材で支える保持方法を電子ビーム描画装置で採用するためには、ステージをX方向とY方向に駆動させるほか、マスク表面の高さが厚さ公差によってずれても、ステージを上下方向、すなわち、Z方向に駆動させることが可能な機構を備えているものが必要となる。

ところが、ステージをZ方向に駆動すると、図５で説明したレーザ干渉計５５ｘ、５５ｙで計測する反射ミラー５２の高さも変わるため、前記反射ミラー５２の形状精度、表面の粗さが、Z方向の高さに応じて変わる可能性があり、図６で説明した補正の精度に影響を与えるという問題があった。

従来、ステージが姿勢変化した場合でも、電子ビームの照射位置の精度を向上させるために、この姿勢変化によって生じるアッベ誤差を算出し、算出したアッベ誤差を補正しながら電子ビームを照射する描画装置が提案されていた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−２５０７７２（請求項１の記載）

しかし、上記従来技術では、基板の厚さ公差によって生じる前記ずれをステージのＺ方向に駆動させて調整する場合に生じる誤差の補正を目的とするものではなかった。

そこで、本発明は、前記問題点に鑑み、基板の厚さ公差によって変化するマスク表面の高さを調整するためにステージがZ方向に移動しても、簡易かつ低コストで高精度に描画されるパターンの位置を補正することが可能な電子ビーム描画装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明にかかる電子ビーム描画装置は、試料室内で、マスクを固定して載置し、マスク載置面に対して水平なXY方向と垂直なZ方向とに駆動可能なステージと、レーザ光を前記ステージの端面に立設させた反射ミラーと所定の参照点に固設させた固定ミラーとに分岐させて照射し、各々反射した光を干渉させて、前記ステージの位置データを検出するＸＹ方向の測定手段と、このＸＹ方向の測定手段により定義される描画の座標系を別の基準座標系に合せるための変換係数、あるいは差分を示す数値データをパラメータとして記憶し、描画時に変換係数あるいは差分を示す数値データに従って描画の座標系を補正するために、このパラメータを使用して、電子ビームの偏向量の補正値を算出する補正値算出手段とを有する電子ビーム描画装置であって、この補正値算出手段は、前記ステージをＺ方向に駆動させた場合に、ステージの高さに応じて、前記パラメータを変更して補正値を算出するものであることを特徴とする。

この構成によれば、描画位置のX、Y方向の位置決めで生じる誤差の補正に使用するパラメータは、Ｚ方向の移動に応じて変更することができる。

前記補正値算出手段は、前記Ｚ方向に駆動させるステージの高さデータを取得すると、高さデータに対応させて、前記変更するパラメータをあらかじめ登録したパラメータ記憶手段から、取得した高さデータに対応するパラメータを読み出して、補正値の算出を行うようにしてもよい。

前記パラメータは、１枚のテストパターン用マスクに、前記高さデータを所定のピッチ単位で変更して順次テスト用のパターンを描画し、この各パターンからマップ又は係数のデータを算出することによって生成すればよい。

このように、１枚のテストパターン用マスクに順次パターンを描画することにより、プロセス変動による誤差やプロセスに依存した誤差を排除することができるため、高精度にパラメータを設定することができる。

前記パラメータは、前記Ｚ方向のストロークの中心をデフォルト値とすればよい。Ｚ方向の位置に応じて、前記パターンの測定値の測定点を３次あるいは４次の多項式で近似し、この各多項式の係数データを登録するようにすればよい。

前記ステージのZ方向の移動距離は、ステージのXY方向の数倍のストロークの移動によって行われるため、Z方向の移動の所要時間は、所望のXまたはY方向への移動の所要時間に比べて時間がかかる。

そこで、前記高さデータは、前記テストパターン用マスクの中心で測定したものであればよい。

以上の説明から明らかなように、本発明にかかる電子ビーム描画装置は、ステージがZ方向に移動しても、描画されるパターンの誤差を簡易かつ低コストで補正することが可能になるという効果を奏する。

図１を参照して、１は、本発明にかかる電子ビーム描画装置本体である。電子ビーム描画装置本体は、描画室１１と電子鏡筒１２から構成され、内部は、図示しない真空排気系により真空引きされている。

描画室１１内には、X方向、Y方向及びZ方向に移動可能なステージ１１１と、ステージ１１１表面でマスクMの裏面で点接触して支持する支持部材１１２と、ステージ１１１の側端面に立設させた反射ミラー１１３と、反射ミラー１１３に対向する描画室１１内壁面に設置されたレーザ干渉計１１５が設置されている。このレーザ干渉計１１５を使って、ＸＹ方向の位置が読み取られる。

描画室１１外に設置されたレーザヘッド１１４は、レーザ光Ｌｘｙを反射ミラー１１３に照射するとともに、レーザ光Ｌｘｙを分岐させて、参照点として固定された場所に設置された固定ミラー（図示せず）にも照射する。反射ミラー１１３及び上記固定ミラーから反射したレーザ光Ｌｘｙは、レーザ干渉計１１５で干渉させ、この干渉させたレーザ光Ｌｘｙをレシーバ１１６で受光し、この受光データをX、Y位置情報読取回路２１で位置情報として読み取って、機械制御計算機２を介して描画制御計算機４に転送される。

なお、反射ミラー１１３及び上記固定ミラーは、Ｘ方向とＹ方向との各々について、位置情報を読取るために使用されるため、上記反射ミラー１１３は、ステージ１１１のＸ方向及びＹ方向の端面に沿ってＬ字に形成して立設させればよい。

マスクMの高さ測定は、描画室１１外でマスクMの斜め上方に設置した投光部１１７aから、マスクMにレーザを照射し、反射光を受光部（例えば、ＰＳＤなど）１１７ｂで受光し、この受光データをＺ位置読取回路２２で高さ情報として読み取ることによって行われる。この高さ情報は、機械制御計算機２を介して描画制御計算機４に転送される。

電子鏡筒１２内には、電子銃１２１と偏向器１２２a及び偏向器１２２ｂが配置され、電子銃１２１で射出された電子ビームBは、この偏向器１２２a及び１２２ｂによって制御することにより、第１、第２のアパーチャ（図示せず）を介して所望の形状に成形されて、かつ所望の位置に位置決めされる。

マスクの設計データは、データ前処理計算機３によって、電子ビーム描画装置１で描画可能なデータとして各種変換処理が行われる。変換処理された描画データは、描画制御計算機４に転送され、DACアンプ１２１a、１２１ｂを介して、偏向器１２２ａ及び偏向器１２２ｂを駆動させるために、偏向量算出部４４で偏向量が算出される。

前記描画データに基づき、マスクＭ上の所望に位置に、電子ビームＢを照射して描画を行うために、ステージ駆動制御部２３によってモータ１１９を駆動させ、駆動軸１１８を介してステージ１１１をＸ方向及びＹ方向に移動させる。

ステージ１１１を所定の位置に移動させるためには、上記レーザ干渉計１１５を使用した位置測定が必要になるが、基板Ｍの高さに応じてステージがＺ方向に移動すると、反射ミラー１１３の形状精度、表面の粗さなどがパターンの描画される位置の誤差として計測されるおそれがある。

そこで、前記マスクMの高さ測定によって、マスクMの高さが基板の厚さ公差により変わったことが認知された場合に、ステージ駆動制御部２３によってステージ１１１をZ方向に駆動させて高さ調節を行う必要が生じる。

そこで、本発明にかかる電子ビーム描画装置のステージの駆動機構は、ステージをX方向とY方向に駆動させるほか、マスク表面の高さが所定の基準値から一定以上ずれた場合に、ステージを上下方向、すなわち、Z方向に駆動させる機構を備えている。

図２は、図１で説明したステージ１１１の駆動機構を詳細に説明した図である。ステージ１１１は、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に個別に移動可能な機構になっている。本実施の形態では、ステージ１１１の駆動部は、ベース１１１ｂの上に、Z方向に駆動させるZ駆動テーブル１１１ｚを配置し、Z駆動テーブル１１１ｚの上に、X方向に駆動させるX駆動テーブル１１１ｘを配置し、Y方向に駆動させるY駆動テーブル１１１ｙを配置した。

ステージ１１１をＸ，Ｙ，Ｚ方向に個別に移動させるため、図１で説明したモータ１１９は、実際には、Ｘ駆動テーブル１１１ｘ、Ｙ駆動テーブル１１１ｙ、Ｚ駆動テーブルｚに各々接続されたモータ１１９ｘ、１１９ｙ、１１９ｚから構成されている。

ステージをＺ方向に駆動させるＺ駆動テーブル１１１ｚは、モータ１１９ｚによって駆動される主駆動ステージ１１１ｚａと、Ｘ駆動ステージ１１１ｘと主駆動ステージ１１１ｚａとの間に介在する楔ステージ１１１ｚｂとから構成されている。

主駆動ステージ１１１ｚａの上面及び楔ステージ１１１ｚｂの下面には、各々傾斜ガイド面が形成され、この２つの傾斜ガイド面は、同一方向に傾斜して対向している。両傾斜ガイド面の間に、ベアリングなどのガイド手段１１１ｚｃを介在させることによって、主駆動ステージ１１１ｚａの上面と楔ステージ１１１ｚｂとが連動するように構成されている。すなわち、ステージ１１を上昇させるためには、モータ１１９ｚにより、主駆動ステージ１１１ｚａを主駆動ステージ１１１ｚａの傾斜ガイド面の下降方向に移動させ、ガイド手段１１１ｚｃの作用により、楔ステージ１１１ｚｂを上昇させればよい。また、ステージ１１を下降させるためには、モータ１１９ｚにより、主駆動ステージ１１１ｚａを主駆動ステージ１１１ｚａの傾斜ガイド面の上昇方向に移動させ、ガイド手段１１１ｚｃの作用により、楔ステージ１１１ｚｂを下降させればよい。

ステージ１１１は、ベース１１１ｂの上に、Ｙ方向に駆動させるＹ駆動テーブル１１１ｙを配置し、Ｙ駆動テーブル１１１ｙの上に、X方向に駆動させるX駆動テーブル１１１ｘを配置し、X駆動テーブル１１１ｘの上に、Z方向に駆動させるZ駆動テーブル１１１ｚを配置する構成とすることも可能である。その場合、Z駆動テーブル１１１ｚを駆動するモータは、ステージ１１１に組み込まれてステージ１１１と一緒にXＹ方向に移動することになるため、電子ビームの軌道に影響を与えないために非磁性であることが望ましい。そのため、モータ１１９ｚは、超音波モータを利用するのが好ましい。

ところで、Ｚ駆動テーブル１１１ｚでステージ１１１を移動させると、レーザーヘッド１１４から照射するレーザ光Ｌｘｙが反射する反射ミラー１１３の面の高さも変わるため、反射ミラー１１３の形状精度、表面の粗さが、Z方向の高さに応じて変わる可能性があり、補正量算出部４１で使用される座標系を表す係数パラメータから算出される補正値で表現される座標系の形状と、実際の位置計測結果から表現される座標系の形状との間に差が生じて、前記ステージをＸＹ方向に移動させる際の位置精度に影響を与える可能性がある。

本発明は、ステージ１１１をＺ方向に駆動させた場合、補正量算出部４１で使用される前記パラメータをステージ１１１のＺ方向の位置（高さ）に応じて、相当するパラメータを選択・変更するようにしたものである。

本実施の形態では、描画制御計算機４に、前記Ｚ方向に駆動させるステージの高さに対応させて、あらかじめ少なくとも一つの前記パラメータを登録するパラメータデータベース４２を設け、ステージ１１１の高さが確定し、高さデータをＺ位置読取回路２２から取得すると、パラメータデータベース４２から取得した高さデータに対応するパラメータを読み出し、読み出したパラメータを使用して前記補正値の算出を行う構成にした。

図３は、本発明にかかるマスクの高さ移動を伴う電子ビーム描画装置の処理フローを示したものである。

まず、描画対象となるマスクを所定の場所にセットし、さらに描画されるパターンと描画方法を指定したジョブを登録する（Ｓ１）。すると、描画対象となるマスクは図示されていない基板の搬送システムによってステージ上に搬送されて、ステージ上の支持部材にセットされる。

電子ビーム描画装置の高さ測定部により、マスク表面の高さを計測し（Ｓ２）、マスク基板の厚さ誤差（公差）の分だけ高さが所定の基準値から一定以上ずれている場合に、ステージをＺ方向に駆動させて高さ調整を行う（Ｓ３）。

Ｓ３で駆動させた高さに対応するパラメータをパラメータデータベースから読み出し（Ｓ４）、Ｘ、Ｙステージ位置補正値（補正係数）に、この読みだしたパラメータを加算することによって（Ｓ５）、高さに対応した補正値の算出を行う。

このパラメータデータベースは、Ｚ方向に駆動させるステージの高さデータに対応させて、各パラメータをあらかじめ登録することにより構築すればよい。この各パラメータは、たとえば、１枚のテストパターン用マスクに、下記のような手順で生成すればよい。

まず、上記１枚のテストパターン用マスクに、図示されていない基準となる座標測定機でパターンの位置を計測するための位置計測用マークを描画する。これは、例えば数μｍ〜数百μｍ程度の簡単な十字、Ｌ字あるいはボックスマークなどが挙げられる。このマークをある間隔で前記一枚のテストパターン用マスクの全面に順次描画し、テストパターン群を形成する。続いて、所定のピッチ単位でステージをZ方向に駆動させてから、すでに描画された上記位置計測用マークから、例えば数百μｍ〜数ｍｍだけ離れた場所にテストパターンの開始点を移動させて、同じように位置計測用マークを上記テストパターン用マスクの全面に描画し、別のテストパターン群を形成する。以後、所定のピッチ間隔（例えば、10μｍ間隔）でステージをＺ方向に移動させながら、各高さごとにテストパターンの開始点を移動させて上記テストパターン群を形成する。

こうして描画されたテストパターン用マスクには、複数のテストパターン群を有し、それぞれのテストパターン群の位置計測用マークの位置を前記標準となる座標測定機で計測することで、それぞれのテストパターン群から上記ピッチ間隔の各Ｚ方向の位置に対応するパラメータを得ることができる。このように、１枚のテストパターン用マスクに順次テストパターン群を描画すれば、複数のテストパターン用マスクにテストパターンを描画する場合に比べて、プロセス変動による誤差やプロセスに依存した誤差を排除することができるため、座標測定機による位置計測により高精度にパラメータを得ることができる。

このパラメータは、上述の通り前記Ｚ方向のストロークの中心をデフォルト値とし、このデフォルト値を基準として、各高さデータに応じて、前記各パターンの測定値の測定点を下記のような多項式（数式１）で近似し、この各多項式の係数データを登録すればよい。

（数１）
X=ｆ（x,y）=a₀+a₁x+a₂y+a₃x²+a₄xy+a₅y²+a₆x³+a₇x²y+a₈xy²+a₉y³…（１−１）
Y=g（x,y）=b₀+b₁x+b₂y+b₃x²+b₄xy+b₅y²+b₆x³+b₇x²y+b₈xy²+b₉y³…（１−２）

なお、前記ステージのZ方向の移動距離は、Z駆動テーブルのXY方向への数倍のストロークの移動によって行われる（減速されている）ため、Z方向に移動させるには時間がかかる。

そこで、前記高さデータは、前記Z方向のストロークの中心に当たる前記テストパターン群を使ったパラメータをデフォルトとして、Z方向のストロークの中心に当たる位置をZ方向移動の原点とすれば、どのような厚さ公差を持った基板であっても最短の時間で基板表面の高さ測定ができるため、効率よく前記各テストパターン群から得られる係数パラメータを算出することができる。なお、上記係数パラメータは、予めステージ移動の座標系に設定されたグリッドにおけるXY方向の変位データからなるマップデータでも良い。

図４に、Z方向にステージを所定のピッチ単位で移動させて得られた係数パラメータを登録したパラメータデータベーステーブルを示した。本実施の形態では、７０μｍ〜１００μｍの間で高さデータ（Ｚ値）を１０μｍ単位に変更し、高さデータごとに上記数式で求めた係数データを登録したものである。

上記Z方向のステージの高さに応じて算出された補正値を上記登録された描画ジョブの偏向量に足し込んで、誤差を補正した偏向量を算出する（Ｓ６）。算出された偏向量に基づき、静電偏向器を駆動し（Ｓ７）、描画を開始する（Ｓ８）。

本発明にかかる電子ビーム描画装置の構成を示す概念図 ステージの駆動機構を示す図 本発明にかかる電子ビーム描画装置の処理フロー図 パラメータデータテーブルを示す図 ステージのＸ、Ｙ方向の位置読取り機構の構成を示す図 補正のプロセスの概念を示す図

符号の説明

１ 電子ビーム描画装置本体
２ 機械制御計算機
３ データ前処理計算機
４ 描画制御計算機
４１ 補正量算出部
４２ パラメータデータベース
４３ 加算部
４４ 偏向量算出部

Claims (5)

1. 試料室内で、マスクを固定して載置し、マスク載置面に対して水平なＸＹ方向と垂直なＺ方向とに駆動可能なステージと、レーザ光を前記ステージの端面に立設させた反射ミラーと所定の参照点に固設させた固定ミラーとに分岐させて照射し、各々反射した光を干渉させて、前記ステージの位置データを検出するＸＹ方向の測定手段と、このＸＹ方向の測定手段により定義される描画の座標系を別の基準座標系に合せるための変換係数、あるいは差分を示す数値データをパラメータとして記憶し、描画時に変換係数あるいは差分を示す数値データに従って描画の座標系を補正するために、このパラメータを使用して、電子ビームの偏向量の補正値を算出する補正値算出手段とを有する電子ビーム描画装置であって、
   この補正値算出手段は、前記ステージをＺ方向に駆動させた場合に、ステージの高さに応じて、前記パラメータを変更して前記補正値を算出し、
   前記ステージの高さに応じたパラメータの変更は、前記高さに応じた前記描画の座標系に対する前記反射ミラーの形状精度及び表面粗さの変化の計測に基づいたものであり、
   前記補正値は、前記変更されたパラメータが加算されて算出されることを特徴とする電子ビーム描画装置。
2. 前記Ｚ方向に駆動させるステージの高さデータに対応させて、前記変更するパラメータをあらかじめ登録するパラメータ記憶手段を備え、前記補正値算出手段は、ステージの高さデータを取得すると、前記パラメータ記憶手段から取得された高さデータに対応するパラメータを読み出して、前記補正値の算出を行うものであることを特徴とする請求項１記載の電子ビーム描画装置。
3. 前記パラメータは、１枚のテストパターン用マスクに、前記高さデータを所定のピッチ単位で変更して順次テスト用のパターンを描画し、この各パターンのマップ又は係数のデータを算出することによって生成されるものであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電子ビーム描画装置。
4. 前記パラメータは、前記Ｚ方向のストロークの中心をデフォルト値とすることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の電子ビーム描画装置。
5. 前記高さデータは、前記テストパターン用マスクの中心で測定したものであることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の電子ビーム描画装置。

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