JP5362297B2 - Charged particle beam drawing apparatus and charged particle beam drawing method - Google Patents
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Description
本発明は、例えばカソードフィラメントを用いた荷電粒子ビーム描画装置、荷電粒子ビーム描画方法に関する。 The present invention relates to a charged particle beam writing apparatus and a charged particle beam writing method using, for example, a cathode filament.
近年、半導体デバイスの微細化に伴い、LSI等のマスクパターンの微細化が要求されている。そして、この微細なマスクパターンの形成に、優れた解像度を有する荷電粒子ビーム描画装置が利用されている。このような荷電粒子ビーム描画装置には、荷電粒子銃としてカソードフィラメントを用いた熱電子放射型の電子銃が用いられる。熱電子放射型の電子銃により、フィラメント電力によりカソードを加熱することにより放出される電子を、バイアス電圧により集束させ、加速電圧により加速させた所定のエミッション電流の電子ビームが照射される(例えば特許文献1など参照)。 In recent years, with the miniaturization of semiconductor devices, miniaturization of mask patterns such as LSIs has been required. A charged particle beam drawing apparatus having an excellent resolution is used for forming this fine mask pattern. In such a charged particle beam drawing apparatus, a thermionic emission electron gun using a cathode filament is used as a charged particle gun. A thermionic emission gun irradiates an electron beam with a predetermined emission current focused by a bias voltage and accelerated by an accelerating voltage. Reference 1 etc.).
このような電子銃の動作条件は、通常、エミッション電流を所定の値に設定し、フィラメント電力とバイアス電圧の関係より決定される。例えば、エミッション電流を所定の値としたときのフィラメント電力とバイアス電圧との関係(バイアス飽和特性)を測定する。そして、温度制限領域と空間電荷制限領域の境界、すなわちフィラメント電力の変化に対してバイアス電圧が飽和する点(バイアス飽和点)におけるフィラメント電力を求め、このフィラメント電力に所定のマージンを持たせて最適動作点に設定する。 Such an operating condition of the electron gun is usually determined from the relationship between the filament power and the bias voltage with the emission current set to a predetermined value. For example, the relationship (bias saturation characteristic) between the filament power and the bias voltage when the emission current is set to a predetermined value is measured. Then, the filament power at the boundary between the temperature limited region and the space charge limited region, that is, the point at which the bias voltage saturates (bias saturation point) with respect to the change in filament power is obtained, and this filament power is optimally given a predetermined margin Set to operating point.
フィラメント電力とカソード温度には相関があり、これらの関係は、個々のカソードにおいて測定され、設定されたフィラメント電力におけるカソード温度を求めることができる。通常、カソード温度は約1450〜1470Kで、若干のばらつきがある。カソード温度が高いと、カソードの蒸発が早まるとともに、カソードの劣化、接触状態の変化など、熱による変化が生じ、カソード寿命を縮める原因となる。従って、カソード温度は低いほど長寿命化が可能となる(例えば特許文献2など参照)。
照射される電子ビームの電流密度Jは、カソード温度に依存し、カソード温度が低下すると、電流密度Jも低下する。従って、所望の電流密度Jを得るために、適切なカソード温度に制御する必要がある。 The current density J of the irradiated electron beam depends on the cathode temperature. When the cathode temperature decreases, the current density J also decreases. Therefore, in order to obtain a desired current density J, it is necessary to control to an appropriate cathode temperature.
カソード温度を決定するフィラメント電力は、経験的に所定値に設定されたエミッション電流におけるバイアス飽和特性により求められている。このようにしてフィラメント電力を求めることにより、カソード温度が約1450〜1470Kでばらついても、カソードの温度特性のばらつきは吸収され、所望の電流密度Jを得ることができる。しかしながら、微細化の要求に伴い、電流密度Jが増加している。それに従って、カソード温度が上昇するため、カソード温度のばらつきにより、カソードの寿命が大きく変動してしまう。 The filament power that determines the cathode temperature is empirically determined by the bias saturation characteristic at the emission current set to a predetermined value. By obtaining the filament power in this manner, even if the cathode temperature varies from about 1450 to 1470 K, variations in the temperature characteristics of the cathode are absorbed, and a desired current density J can be obtained. However, with the demand for miniaturization, the current density J is increasing. Accordingly, the cathode temperature rises, so that the life of the cathode greatly fluctuates due to variations in the cathode temperature.
そこで、本発明は、所望の電流密度Jを得るために最適なフィラメント電力(カソード温度)を求める機能を有する荷電粒子ビーム描画装置、および所望の電流密度Jを得るために最適なフィラメント電力を求めることが可能な荷電粒子ビーム描画方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention seeks a charged particle beam drawing apparatus having a function of obtaining an optimum filament power (cathode temperature) for obtaining a desired current density J, and an optimum filament power for obtaining a desired current density J. An object of the present invention is to provide a charged particle beam writing method capable of performing the above.
本発明の一態様の荷電粒子ビーム描画装置は、フィラメント電力によりカソードを加熱することにより放出される電子を、バイアス電圧により集束し、加速電圧により加速することにより所定のエミッション電流の荷電粒子ビームを照射する荷電粒子銃と、荷電粒子ビームの光軸に設置され、荷電粒子ビームの電流密度を測定するための検出器と、検出器と接続され、フィラメント電力およびエミッション電流を制御するための制御部と、制御部と接続され、バイアス電圧がフィラメント電力に対して飽和するバイアス飽和点における電流密度とエミッション電流との関係と、フィラメント電力とエミッション電流との関係を記憶し、設定電流密度より描画のためのエミッション電流値とフィラメント電力値を算出するための記憶演算部と、パターンが描画される試料を載置するステージと、試料上の所定の位置に、所定のパターンを形成するために荷電粒子ビームを制御する荷電粒子ビーム制御系備えることを特徴とするものである。 The charged particle beam drawing apparatus according to one embodiment of the present invention focuses electrons emitted by heating a cathode with filament power by using a bias voltage and accelerating using an acceleration voltage to generate a charged particle beam having a predetermined emission current. A charged particle gun for irradiation, a detector installed on the optical axis of the charged particle beam, a detector for measuring the current density of the charged particle beam, and a control unit for controlling the filament power and emission current connected to the detector And the relationship between the current density and the emission current at the bias saturation point where the bias voltage is saturated with respect to the filament power, and the relationship between the filament power and the emission current. A storage calculation unit for calculating an emission current value and a filament power value for A stage for mounting a sample turn is drawn, in a predetermined position on the sample and is characterized by comprising a charged particle beam control system to control the charged particle beam to form a predetermined pattern.
本発明の一態様の荷電粒子ビーム描画装置において、設定電流密度と、検出器により検出される電流密度を比較する判断部を備え、判断部は、検出器および制御部と接続されることが好ましい。 The charged particle beam drawing apparatus of one embodiment of the present invention preferably includes a determination unit that compares the set current density with the current density detected by the detector, and the determination unit is preferably connected to the detector and the control unit. .
また、本発明の一態様の荷電粒子ビーム描画方法は、フィラメント電力によりカソードを加熱することにより放出される電子を、バイアス電圧により集束させ、加速電圧により加速させ、所定のエミッション電流で荷電粒子ビームを試料上に照射することにより描画を行う荷電粒子ビーム描画方法であって、予め、バイアス電圧、フィラメント電力、およびエミッション電流との関係より、バイアス電圧がフィラメント電力に対して飽和するバイアス飽和点におけるフィラメント電力と前記エミッション電流との関係を求めるとともに、バイアス飽和点となるバイアス電圧、フィラメント電力、およびエミッション電流において荷電粒子ビームの電流密度を測定することにより、荷電粒子ビームの電流密度とエミッション電流との関係を求め、電流密度とエミッション電流との関係より、設定電流密度に対応する第1のエミッション電流値を求め、フィラメント電力とエミッション電流との関係より、第1のエミッション電流値に対応する第1のフィラメント電力値を求めることを特徴とするものである。 Further, in the charged particle beam drawing method of one embodiment of the present invention, electrons emitted by heating a cathode with filament power are focused by a bias voltage, accelerated by an acceleration voltage, and charged particle beam is generated with a predetermined emission current. Is a charged particle beam writing method in which writing is performed by irradiating a sample on a specimen, and a bias saturation point at which the bias voltage saturates with respect to the filament power is preliminarily determined based on the relationship between the bias voltage, the filament power, and the emission current. Rutotomoni obtained relation between put that off Iramento power and the emission current, the bias voltage as a bias saturation point, by measuring the current density of the charged particle beam in the filament power, and emission current, the current density of the charged particle beam The relationship between emission current and emission current From the relationship between the current density and the emission current, obtains a first emission current values corresponding to the set current density, the relationship between the filament power and emission current, the first filament power value corresponding to the first emission current value It is characterized by calculating | requiring.
本発明の一態様の荷電粒子ビーム描画方法において、第1のエミッション電流値および第1のフィラメント電力値としたときの電流密度を測定し、測定された電流密度が、設定電流密度に達していない場合、エミッション電流を第2のエミッション電流値となるように調整し、フィラメント電力とエミッション電流との関係より、第2のエミッション電流値に対応する第2のフィラメント電力値を求めることが好ましい。 In the charged particle beam writing method of one embodiment of the present invention, the current density when the first emission current value and the first filament power value are measured is measured, and the measured current density does not reach the set current density In this case, it is preferable to adjust the emission current to be the second emission current value, and obtain the second filament power value corresponding to the second emission current value from the relationship between the filament power and the emission current.
また、本発明の一態様の荷電粒子ビーム描画方法において、照射された荷電粒子ビームに対するレンズの励磁量を制御することにより、電流密度を微調整することが好ましい。 In the charged particle beam drawing method of one embodiment of the present invention, it is preferable to finely adjust the current density by controlling the amount of lens excitation with respect to the irradiated charged particle beam.
本発明によれば、荷電粒子ビーム描画装置および荷電粒子ビーム描画方法において、所望の電流密度を得るために最適なフィラメント電力を求めることが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in a charged particle beam drawing apparatus and a charged particle beam drawing method, it becomes possible to obtain | require optimal filament electric power in order to obtain a desired current density.
以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に、本実施形態の荷電粒子ビーム描画装置である熱電子放射型の電子ビーム描画装置の概念図を示す。図に示すように、電子銃10において、電子が放射されるカソード11は、フィラメント12を介して、カソード11を加熱するためのフィラメント供給電源13と接続され、フィラメント回路が構成されている。
FIG. 1 shows a conceptual diagram of a thermionic emission type electron beam drawing apparatus which is a charged particle beam drawing apparatus of the present embodiment. As shown in the drawing, in the
カソード11とフィラメント12を囲むように、カソード11の下方に開口部を有し、カソード11から放出される電子を収束・制御するためのウェネルト14が配置されている。このウェネルト14には、カソード11との間にバイアス電圧を印加するためのバイアス電源15が接続され、バイアス回路が構成されている。
A Wehnelt 14 having an opening below the
ウェネルト14の下方には、アノード16が配置され、接地されている。そして、フィラメント回路およびバイアス回路には、カソード11とアノード16との間に加速電圧が印加され、エミッション電流を供給するための加速電源17が接続されている。
An
フィラメント供給電源13、バイアス電源14は、フィラメント電力およびエミッション電流を制御するための制御部18と接続されている。さらに、制御部18は、各パラメータの関係を記憶し、設定電流密度Jよりエミッション電流値とフィラメント電力値を算出するための記憶演算部19と接続されている。
The filament
電子銃10の下方には、照射される電子ビーム20を制御するための励磁レンズなどを含む電子ビーム制御系21が設置されており、さらに描画に供される試料が載置されるステージ(図示せず)が設置されている。ステージには、併せて電流密度Jを測定するための検出器22が設置されている。検出器22は、測定された電流密度Jがスペックに入るかどうかを判断する判断部23を介して、制御部18と接続されている。
Below the
このような電子ビーム描画装置を用いて、描画に先立ち、用いられるカソード11における最適なエミッション電流とフィラメント電力を設定する。
Using such an electron beam drawing apparatus, the optimum emission current and filament power in the
図2にフローチャートを示すように、先ず、エミッション電流を例えば120〜150μAとし、それぞれフィラメント電力とバイアス電圧の関係(バイアス飽和特性)を測定する。フィラメント電力は、フィラメント供給電源13より印加される印加電圧と電流値より求められる。そして、これらをそれぞれ図3に示すようにプロットし、各エミッション電流におけるバイアス飽和点を求める(ステップ1)。このとき、バイアス飽和点は、バイアス電圧がフィラメント電力を無限大としたときのバイアス電圧の99.6%となる点とする。そして、このバイアス飽和点におけるエミッション電流とフィラメント電力の関係をプロットする(ステップ2)。
As shown in the flowchart in FIG. 2, first, the emission current is set to 120 to 150 μA, for example, and the relationship between the filament power and the bias voltage (bias saturation characteristics) is measured. The filament power is obtained from the applied voltage and current value applied from the filament
次いで、各バイアス飽和点における条件で、電子ビーム20を検出器22に照射して電流密度Jを測定し、エミッション電流と電流密度Jの関係を、図4に示すようにプロットする(ステップ3)。
Next, the current density J is measured by irradiating the
そして、図5に示すように、各バイアス飽和点におけるフィラメント電力と電流密度Jを、エミッション電流をパラメータにして重ね合わせる(ステップ4)。これら各パラメータの関係データは、記憶演算部21において記憶される。
Then, as shown in FIG. 5, the filament power and the current density J at each bias saturation point are superimposed using the emission current as a parameter (step 4). The relational data of these parameters is stored in the
次いで、電流密度Jの目標値を設定し(ステップ5)、記憶された各パラメータの関係データに基づき、記憶演算部19において設定電流密度Jにおけるエミッション電流値を求め(ステップ6)、求められたエミッション電流値に対応するフィラメント電力値を求める(ステップ7)。 Next, a target value of the current density J is set (step 5), and based on the stored relational data of each parameter, an emission current value at the set current density J is obtained in the storage calculation unit 19 (step 6). A filament power value corresponding to the emission current value is obtained (step 7).
このようにして求められたエミッション電流値とフィラメント電力値で、再度電子ビーム20を検出器22に照射して電流密度Jを実測する(ステップ8)。測定された電流密度Jが、例えば目標値の±10%といったスペックに収まっているかどうかを、判断部23で判断する(ステップ9)。スペックに収まっていなければ、エミッション電流を調整し(ステップ10)、再度フィラメント電力を求める(ステップ7)。なお、このとき、制御系21におけるレンズの励磁量を調整することにより、電流密度Jを微調整してもよい。一方、スペックに収まっていれば、その条件で実描画を開始する(ステップ11)。
The
先ず、電子銃10を含む電子ビーム描画装置内部を10−6Pa程度まで減圧する。カソード11にフィラメント供給電源13より、フィラメント電力が供給され、カソード11より電子が放射される。
First, the inside of the electron beam drawing apparatus including the
カソード11から放射された電子は、バイアス電源15によりウェネルト14に印加された所定のバイアス電圧により制御され、ウェネルト14直下のクロスオーバーポイントに集束されて電子ビーム20が形成される。カソード11とアノード16との間には、加速電源17により例えば50kVの加速電圧が印加されており、電子ビーム20は、アノード18に向かって加速される。
Electrons radiated from the
さらに、加速された電子ビーム20を、電子ビーム制御系21により、ステージに載置され、パターンが描画される試料上の所定の位置に照射されるように、成形、調整する。成形、調整された電子ビーム20は、ステージ駆動系で制御されて、試料上に照射され、所定のパターンが描画される。
Further, the accelerated
このようにして、最適なエミッション電流値とフィラメント電力値を求めることができる。そして、フィラメント電力値が最適化されることにより、カソードの寿命を20%程度長くすることが可能となる。 In this way, the optimum emission current value and filament power value can be obtained. Then, by optimizing the filament power value, the life of the cathode can be extended by about 20%.
本実施形態において、荷電粒子ビームとして電子ビームを用いたが、電子ビームに限定されるものではなく、イオンビームなど、他の荷電粒子ビームを用いることも可能である。イオンビームを用いる場合、カソードで発生した熱電子がイオン銃内に導入されたArガスなどと衝突することにより、Ar+イオンが形成される。形成されたAr+イオンは、電子ビームと同様に加速され、試料上に照射され、所定のパターンが描画される。その際、同様にして、所望の電流密度Jを得るために最適なフィラメント電力に調整することができる。 In this embodiment, an electron beam is used as a charged particle beam, but the present invention is not limited to an electron beam, and other charged particle beams such as an ion beam can also be used. In the case of using an ion beam, Ar + ions are formed by collision of thermoelectrons generated at the cathode with Ar gas or the like introduced into the ion gun. The formed Ar + ions are accelerated in the same manner as the electron beam, irradiated onto the sample, and a predetermined pattern is drawn. At that time, the filament power can be adjusted to an optimum value in order to obtain a desired current density J.
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。その他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。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above. Various other modifications can be made without departing from the scope of the invention.
10…電子銃
11…カソード
12…フィラメント
13…フィラメント供給電源
14…ウェネルト
15…バイアス電源
16…アノード
17…加速電源
18…制御部
19…記憶演算部
20…電子ビーム
21…電子ビーム制御系
22…検出器
23…判断部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記荷電粒子ビームの光軸に設置され、前記荷電粒子ビームの電流密度を測定するための検出器と、
前記検出器と接続され、前記フィラメント電力および前記エミッション電流を制御するための制御部と、
前記制御部と接続され、前記バイアス電圧が前記フィラメント電力に対して飽和するバイアス飽和点における前記電流密度と前記エミッション電流との関係と、前記フィラメント電力と前記エミッション電流との関係を記憶し、設定電流密度より描画のためのエミッション電流値とフィラメント電力値を算出するための記憶演算部と、
パターンが描画される試料を載置するステージと、
前記試料上の所定の位置に、所定のパターンを形成するために前記荷電粒子ビームを制御する荷電粒子ビーム制御系を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。 A charged particle gun that irradiates a charged particle beam of a predetermined emission current by focusing electrons emitted by heating the cathode with a filament power with a bias voltage and accelerating with an acceleration voltage;
A detector installed on the optical axis of the charged particle beam for measuring the current density of the charged particle beam;
A controller connected to the detector for controlling the filament power and the emission current;
Connected to the controller, stores the relationship between the current density and the emission current at a bias saturation point where the bias voltage is saturated with respect to the filament power, and stores the relationship between the filament power and the emission current. A memory calculation unit for calculating an emission current value and a filament power value for drawing from the current density;
A stage on which a sample on which a pattern is drawn is placed;
A charged particle beam drawing apparatus comprising: a charged particle beam control system that controls the charged particle beam to form a predetermined pattern at a predetermined position on the sample.
予め、前記バイアス電圧、前記フィラメント電力、および前記エミッション電流との関係より、前記バイアス電圧が前記フィラメント電力に対して飽和するバイアス飽和点における前記フィラメント電力と前記エミッション電流との関係を求めるとともに、前記バイアス飽和点となる前記バイアス電圧、前記フィラメント電力、および前記エミッション電流において前記荷電粒子ビームの電流密度を測定することにより、前記荷電粒子ビームの電流密度と前記エミッション電流との関係を求め、
前記電流密度と前記エミッション電流との前記関係より、設定電流密度に対応する第1のエミッション電流値を求め、
前記フィラメント電力と前記エミッション電流との前記関係より、前記第1のエミッション電流値に対応する第1のフィラメント電力値を求めることを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。 Electron emitted by heating cathode with filament power is focused by bias voltage, accelerated by acceleration voltage, and charged particle beam writing is performed by irradiating the sample with a charged particle beam with a predetermined emission current A method,
Previously, the bias voltage, the filament power, and the relationship between the emission current, obtain the relation of the bias voltage is said filament power before Symbol filament power that put the bias saturation point to be saturated with respect to the said emission current And measuring the current density of the charged particle beam at the bias voltage, the filament power, and the emission current that become the bias saturation point, thereby obtaining a relationship between the current density of the charged particle beam and the emission current. Seeking
From the relationship between the current density and the emission current, a first emission current value corresponding to a set current density is obtained,
A charged particle beam drawing method, wherein a first filament power value corresponding to the first emission current value is obtained from the relationship between the filament power and the emission current.
測定された前記電流密度が、前記設定電流密度に達していない場合、前記エミッション電流を第2のエミッション電流値となるように調整し、
前記フィラメント電力と前記エミッション電流との前記関係より、前記第2のエミッション電流値に対応する第2のフィラメント電力値を求めることを特徴とする請求項3に記載の荷電粒子ビーム描画方法。 Measure the current density when the first emission current value and the first filament power value,
If the measured current density does not reach the set current density, the emission current is adjusted to a second emission current value,
4. The charged particle beam writing method according to claim 3, wherein a second filament power value corresponding to the second emission current value is obtained from the relationship between the filament power and the emission current.
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