JP5879234B2 - マスク描画装置、電子ビームの補正方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、マスク描画装置及び電子ビームの補正方法に関する。

マスク描画装置は、基板（主にガラス基板）及び該基板上に成膜された遮光膜（例えば、クロム（Ｃｒ））からなるマスク基板（ブランク）に電子ビームを照射して所定のパターンを描画する。所定のパターンが描画されたマスク基板は、その後、現像、エッチング等の処理が行われ、半導体装置や液晶パネルを製造する際の露光用マスクなどとして使用される。

ところで、マスク描画装置では、電子ビームの照射位置が周囲の環境変化（例えば、温度、気圧）により本来の位置からずれる、いわゆるドリフトが生じることが知られている。マスク描画装置では、非常に微細なパターンを描画するため、電子ビームのずれが問題となる。

このため、マスク描画装置では、装置に温度計、気圧計を備え、測定される温度、気圧に基づいて、電子ビームの照射位置を補正している。しかしながら、近年では、より微細なパターンを描画することが求められており、電子ビームのドリフトをさらに抑制することが求められている。

特開２００４−２２８８２号公報 特許第４５２０４２６号公報 特許第３５６９２５４号公報

本実施形態は、電子ビームのドリフトを抑制できるマスク描画装置及び電子ビームの補正方法を提供することを目的とする。

実施形態に係るマスク描画装置は、マスク基板に電子ビームを照射する電子鏡筒と、電子鏡筒内に配置された冷却対象物へ冷却媒体を供給する配管と、冷却媒体を温調する温調手段と、冷却対象物の直近で、配管の往路上に設けられた温度計と、温度計で測定される温度に応じて、電子ビームの照射位置を補正する補正手段と、を具備する。

実施形態に係るマスク描画装置の平面図である。 実施形態に係るマスク描画装置の断面図である。 温度計の配置位置を示す図である。 制御機構のドリフト補正に関する構成を示す図である。 実施形態に係るマスク描画装置の動作を示すフローチャートである。 室温と電子ビームのドリフト量と関係を示した図である。 対物レンズに供給される冷却水の温度と、電子ビームのドリフト量との関係を示すグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

（実施形態）
図１は、マスク描画装置１０の平面図である。図２は、マスク描画装置１０の断面図である。図３は、温度計７００の配置位置を示した図である。以下、図１〜図３を参照して、マスク描画装置１０の構成について説明する。なお、図１では、電子鏡筒５００の図示を省略している。また、図１，図２において、破線は、データや制御信号の流れを、実線は、冷却水の流れを示している。

（マスク描画装置１０の構成）
図１〜３に示すように、マスク描画装置１０は、インターフェース（Ｉ／Ｆ）１００と、搬入出（Ｉ／Ｏ）チャンバ２００と、ロボットチャンバ（Ｒチャンバ）３００と、ライティングチャンバ（Ｗチャンバ）４００と、電子鏡筒５００と、熱交換装置（温調手段）６００と、温度計７００と、制御機構８００と、ゲートバルブＧ１〜Ｇ３と、を備える。

Ｉ／Ｆ１００は、ガラス基板上に遮光膜（例えば、クロム（Ｃｒ））とレジスト膜とが積層されたマスク基板Ｗが収容された容器Ｃを載置する載置台１１０と、マスク基板Ｗを搬送する搬送ロボット１２０とを備える。

Ｉ／Ｏチャンバ２００は、Ｒチャンバ３００内を高真空（低気圧）状態でマスク基板Ｗを搬入出するためのいわゆるロードロックチャンバである。Ｉ／Ｏチャンバ２００には、Ｉ／Ｆ１００との間にゲートバルブＧ１が設けられており、真空ポンプ２１０と、ガス供給系２２０とを備える。真空ポンプ２１０は、例えば、ドライポンプやターボ分子ポンプ等であり、Ｉ／Ｏチャンバ２００内を真空引きする。ガス供給系２２０は、Ｉ／Ｏチャンバ２００を大気圧とする際にＩ／Ｏチャンバ２００内へベント用ガス（例えば、窒素ガスやＣＤＡ）を供給する。

Ｉ／Ｏチャンバ２００内を真空引きする際は、Ｉ／Ｏチャンバ２００に接続された真空ポンプ２１０を用いて真空引きする。また、Ｉ／Ｏチャンバ２００内を大気圧に戻す際には、ガス供給系２２０からベント用ガスが供給され、Ｉ／Ｏチャンバ２００内が大気圧となる。なお、Ｉ／Ｏチャンバ２００内を真空引きする際及び大気圧とする際には、ゲートバルブＧ１，Ｇ２はＣｌｏｓｅ（閉）した状態となる。

Ｒチャンバ３００は、真空ポンプ３１０と、アライメント室３２０と、アース体収容室３３０と、搬送ロボット３４０とを備える。Ｒチャンバ３００は、ゲートバルブＧ２を介してＩ／Ｏチャンバ２００と接続されている。

真空ポンプ３１０は、例えば、Ｃｒｙｏポンプやターボ分子ポンプ等である。真空ポンプ３１０は、Ｒチャンバ３００に接続されており、Ｒチャンバ３００内を真空引きして高真空を保つ。アライメント室３２０は、マスク基板Ｗを位置決め（アライメント）するためのチャンバである。アース体収容室３３０は、アース体Ｈを収容するチャンバである。

アース体Ｈは、複数（例えば、３本）のアースピンＨａと、額縁形状の枠体Ｈｂとを備える。アース体Ｈは、マスク基板Ｗ上に載置された状態で、マスク基板Ｗ上に電子ビームによる描画が行われる。この際、アース体Ｈは、図示しないアースと接続された状態となり、電子ビームの照射によるマスク基板Ｗへの電荷の蓄積（チャージ）を防止する。搬送ロボット３４０は、Ｉ／Ｏチャンバ２００、アライメント室３２０、アース体収容室３３０及びＷチャンバ４００間で、マスク基板Ｗを搬送する。

Ｗチャンバ４００は、真空ポンプ４１０と、Ｘ−Ｙステージ４２０と、駆動機構４３０Ａ，４３０Ｂと、レーザ干渉測定器４４０Ａ，４４０Ｂとを備える。Ｗチャンバ４００は、ゲートバルブＧ３を介してＲチャンバ３００と接続されている。

真空ポンプ４１０は、例えば、Ｃｒｙｏポンプやターボ分子ポンプ等である。真空ポンプ４１０は、Ｗチャンバ４００に接続されており、Ｗチャンバ４００内を真空引きして高真空を保つ。Ｘ−Ｙステージ４２０は、マスク基板Ｗを載置するための台である。駆動機構４３０Ａは、Ｘ−Ｙステージ４２０をＸ方向に駆動する。駆動機構４３０Ｂは、Ｘ−Ｙステージ４２０をＹ方向に駆動する。レーザ干渉測定器４４０Ａ，４４０Ｂは、Ｘ−Ｙステージ４２０上に設けられた測定用ミラーＭ１，Ｍ２との距離を測定する。

電子鏡筒５００は、電子銃５１０と、アパーチャ５２１，５２２と、偏向器５３１，５３２と、レンズ５４１〜５４３（照明レンズ（ＣＬ）５４１、投影レンズ（ＰＬ）５４２、対物レンズ（ＯＬ）５４３）等から構成される電子ビーム照射手段を備え、Ｘ−Ｙステージ４２０上に載置されたマスク基板Ｗに電子ビームを照射する。

熱交換装置６００は、マスク描画装置１０の温度を一定に保つため、Ｒチャンバ３００、Ｗチャンバ４００、電子鏡筒５００等に冷却水を供給する。

図３に示すように、温度計７００は、冷却水を供給する配管Ｐの往路、つまり、対物レンズ５４３（ＯＬ）に冷却水を供給する側に配置される。さらに、温度計７００は、往路の電子鏡筒５００外側で、対物レンズ（ＯＬ）５４３に最も近い位置に配置される。温度計７００は、測定される温度を所定の期間ごとに制御機構８００へ出力する。

この実施形態では、温度計７００に起因する電子鏡筒５００内の電場及び磁場の乱れを防止するため、電子鏡筒５００外に温度計７００を配置している。しかし、電子鏡筒５００内に温度計７００を配置しても、温度計７００による電場及び磁場の影響を許容できる場合には、電子鏡筒５００内の対物レンズ（ＯＬ）５４３に最も近い位置に温度計７００を配置することが好ましい。なお、温度計７００を、配管Ｐの往路側で対物レンズ（ＯＬ）５４３に最も近い位置に配置する理由については、後述の実施例において説明する。

制御機構８００は、例えば、コンピュータ等であり、マスク描画装置１０を制御する。また、制御機構８００は、温度計７００で測定される温度に基づいて、電子ビームの照射位置を補正する。

図４は、制御機構８００のドリフト補正に関する構成を示す図である。制御機構８００は、描画制御手段８０１、温度取得手段８０２、記憶手段８０３及び補正手段８０４を有する。

描画制御手段８０１は、上述の電子ビーム照射手段及び駆動機構４３０Ａ，４３０Ｂを制御して、所望のパターンをマスク基板Ｗ上に描画する。

温度取得手段８０２は、温度計７００から所定の期間ごとに出力される温度を取り込む。

記憶手段８０３は、例えば、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリである。記憶手段８０３には、電子ビームのドリフトを補正するためのデータ（以下、補正データ）が記憶されている。この補正データは、予め温度計７００で測定される温度と電子ビームのドリフト量との関係を所定の温度ごとに予め測定し、各温度における電子ビームのドリフトを打ち消すのに必要な補正量を近似式の形でデータ化したものである。なお、電子ビームのドリフトは、図１のＸ方向及びＹ方向に対して生じる。このため、記憶手段８０３には、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれに対する近似式が補正データとして記憶されている。

なお、上述のようにして得た補正データを近似式の形式だけでなく、所定の温度ごと（例えば、０．０１℃ごと）に、Ｘ方向の補正量及びＹ方向の補正量を対応づけたテーブルデータの形式で、補正データを記憶手段８０３に記憶するようにしてもよい。

補正手段８０４は、温度取得手段８０２により取り込まれる温度を、記憶手段８０３に記憶されているＸ方向及びＹ方向の近似式にそれぞれ代入し、温度取得手段８０１により取り込まれる温度に対応するＸ方向及びＹ方向の補正量を算出する。

補正手段８０４は、算出したＸ方向及びＹ方向の補正量に基づいて、描画制御手段８０１により制御される電子ビームの照射位置を補正する。具体的には、補正手段８０４は、算出した補正量を、描画制御手段８０１による電子ビームの偏向量に加算する。なお、補正量が大きい場合には、電子ビームの偏向量だけでなく、Ｘ−Ｙステージ４２０の位置を補正するようにしてもよい。

（マスク描画装置１０の補正動作）
図５は、マスク描画装置１０のドリフト補正の際の動作を示すフローチャートである。以下、図５を参照して、マスク描画装置１０のドリフト補正について説明する。なお、描画対象物であるマスク基板Ｗが、すでにＸ−Ｙステージ４２０上に載置されている状態から説明する。

Ｘ−Ｙステージ４２０上にマスク基板Ｗが載置されると、マスク基板Ｗの描画が開始される。初めに、描画制御手段８０１は、レーザ干渉測定器４４０Ａ，４４０Ｂにより、Ｘ−Ｙステージ４２０上の測定用ミラーＭ１，Ｍ２との距離を計測してマスク基板Ｗの位置を求める（ステップＳ１０１）。

次に、描画制御手段８０１は、求めたマスク基板Ｗの位置から電子ビームの偏向量、Ｘ−Ｙステージ４２０の移動量をそれぞれ求める（ステップＳ１０２）。次に、温度取得手段８０２は、温度計７００で測定される温度を取り込む（ステップＳ１０３）。

補正手段８０４は、温度取得手段８０２で取り込まれた温度を、記憶手段８０３に記憶されている近似式に代入し、電子ビームのドリフト補正に必要な補正量を算出する（ステップＳ１０４）。補正手段８０４は、算出した補正量を電子ビームの偏向量に加算し、描画制御手段８０１により制御される電子ビームの照射位置を補正する（ステップＳ１０５）。

次に、描画制御手段８０１は、ステップＳ１０５で補正された位置に電子ビームを照射し、マスク基板Ｗに所望のパターンを描画する（ステップＳ１０６）。描画制御手段８０１は、マスク基板Ｗへの描画が完了したかどうかを判定し（ステップＳ１０７）、 描画が完了していない場合は（ステップＳ１０７のＮｏ）、ステップＳ１０１へ戻り、描画が完了している場合は（ステップＳ１０７のＹｅｓ）、描画動作を終了する。

以上のように実施形態に係るマスク描画装置１０は、冷却対象物（本実施形態では、対物レンズ（ＯＬ）５４３）に供給される冷却水の温度を、冷却対象物の手前で測定しているので、室温の変化による冷却水の温度の変化を測定することができる。そして、測定される温度に基づいて、電子ビームの照射位置（ドリフト量）を補正しているので、電子ビームのドリフトを抑制することができる。

（その他の実施形態）
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、上記実施形態は、例示であり、本発明を上記実施形態に限定することを意図するものではない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。

例えば、上記実施形態では、電子ビームのドリフトへの影響が大きい対物レンズ（ＯＬ）５４３に供給される冷却水の温度を、対物レンズ（ＯＬ）５４３の手前で測定しているが、他の冷却水についても、冷却対象物の手前で温度を測定することが好ましい。冷却対象物の手前で温度を測定することにより、室温変動による冷却水の温度変化を検出することができるので、より効果的に電子ビームのドリフトを抑制することができる。

この実施例では、図１を参照して説明したマスク描画装置１０において、温度計７００を、配管Ｐの往路側で対物レンズ（ＯＬ）５４３に最も近い位置に配置する理由について説明する。

従来から、マスク描画装置の周囲環境に起因して、電子ビームにドリフトが生じることが知られている。従来のマスク描画装置では、周囲環境（例えば、圧力や温度）を測定し、測定結果に基づいて電子ビームのドリフトを補正している。しかしながら、すでに述べたように、マスク描画装置に求められる描画のパターン寸法が年々微細化している。このため、電子ビームのドリフトをさらに抑制できる手法が求められている。

発明者は、電子ビームのドリフトをさらに抑制するために、電子ビームのドリフトの原因について調べた。その結果、マスク描画装置が設置された部屋の温度（室温）と、電子ビームのドリフト量との間に相関関係があることを見出した。

図６は、マスク描画装置が設置された部屋の温度と、Ｘ方向及びＹ方向の電子ビームのドリフト量と関係を示した図である。図６の実線は、Ｘ方向の電子ビームのドリフト量（変化量）を示している。図６の破線は、Ｙ方向の変化量を示している。また、菱形は、マスク描画装置が設置された部屋の温度の変化量を示している。

図６に示すように、マスク描画装置が設置された部屋の温度が変化すると、電子ビームの照射位置が変化する、すなわちドリフトすることがわかる。図６に示す例では、特にＸ方向において、部屋の温度と電子ビームのドリフトとの間に相関関係が存在することがわかる。

次に、発明者は、マスク描画装置１０が設置された部屋の温度と、電子ビームにドリフト量との間に相関関係がある理由について調べた。その結果、室温の変動により、冷却水の温度が変動していることがわかった。

熱交換装置６００からの冷却水は、通常、樹脂（例えば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ））を材料とする配管により熱交換装置６００から冷却対象物まで供給される。配管は、断熱性材料（例えば、ウレタンフォーム、ポリスチレンフォーム、発泡ゴム）で被覆されているが配管を完全に断熱することは難しいために、室温の変動により冷却水の温度が変動していると考えられる。

そこで、発明者は、周囲の温度変化（室温変化）による影響を受けて、配管内を流れる冷却水の温度が変化するのではないかと推測した。つまり、発明者は、室温の変化により冷却水の温度が変化し、該温度変化の影響により電子ビームのドリフトが生じるのではないかと推測した。

通常、マスク描画装置では、熱交換装置から複数の箇所に冷却水が供給される。そこで、発明者は、熱交換装置の配管に温度計を配置し、各箇所へ供給される冷却水の温度変化と、電子ビームのドリフト量との関係をひとつひとつ調べた。その結果、発明者は、対物レンズ（ＯＬ）５４３に供給される冷却水の温度変化と、電子ビームのドリフト量との相関が最も高いことを見出した。

図７は、対物レンズ（ＯＬ）５４３に供給される冷却水の温度と、電子ビームのドリフト量との相関を示すグラフである。図７の実線は、Ｘ方向の電子ビームのドリフト量（変化量）を示している。図７の破線は、Ｙ方向の変化量を示している。

図７は、対物レンズ（ＯＬ）５４３に供給される冷却水の温度を、時間Ｔ１で変化させた後、時間Ｔ２でもとの温度（冷却水の温度を変化させる前の温度）に戻し、時間Ｔ３で再度冷却水の温度を変化させた後、時間Ｔ４でもとの温度に戻したときに、Ｘ方向及びＹ方向における電子ビームの照射位置のずれ量（ドリフト量）を測定した結果である。

図７に示すグラフからわかるように、対物レンズ（ＯＬ）５４３に供給される冷却水の温度を変化させると、電子ビームのドリフト量が変化することがわかる。このことから、対物レンズ（ＯＬ）５４３に供給される冷却水の温度と、電子ビームのドリフト量との間に相関関係があることがわかる。

上記実施例の結果から、マスク描画装置が設置される部屋の温度が変化すると、熱交換装置から供給される冷却水の温度が変化するため、冷却対象物の温度も変化することがわかった。その結果、電子ビームのドリフトが生じることがわかった。

また、冷却対象物のうち、対物レンズ（ＯＬ）５４３の温度変化が、電子ビームのドリフトと最も相関性が高いことがわかった。以上のことから、対物レンズ（ＯＬ）５４３に供給される冷却水の温度を、対物レンズ（ＯＬ）５４３の手前で測定し、該温度に基づいて、電子ビームの照射位置（ドリフト量）を補正することで、電子ビームのドリフトを効果的に抑制できることがわかった。

従来のマスク描画装置では、冷却水の温度を測定する場合、熱交換装置内に温度計を配置することが多く、室温の変化による冷却水の温度の変化を検出することができなかった。このため、室温の変化に起因する電子ビームのドリフトを抑制することができていなかった。

これに対して、本実施形態に係るマスク描画装置１０では、冷却対象物である対物レンズ（ＯＬ）５４３に供給される冷却水の温度を、対物レンズ（ＯＬ）５４３の手前で測定している。このため、室温の変化による冷却水の温度の変化を検出し、測定される温度に基づいて、電子ビームの照射位置（ドリフト量）を補正しているので、電子ビームのドリフトを効果的に抑制することができる。

１０…マスク描画装置、１１０…載置台、１２０…搬送ロボット、２００…Ｉ／Ｏチャンバ、２１０…真空ポンプ、２２０…ガス供給系、３００…Ｒチャンバ、３１０…真空ポンプ、３２０…アライメント室、３３０…アース体収容室、３４０…搬送ロボット、４００…Ｗチャンバ、４１０…真空ポンプ、４２０…Ｘ−Ｙステージ、４３０Ａ，４３０Ｂ…駆動機構、４４０Ａ，４４０Ｂ…レーザ干渉測定器、５００…電子鏡筒、５１０…電子銃、５２１，５２２…アパーチャ、５３１，５３２…偏向器、５４３…対物レンズ、６００…熱交換装置、７００…温度計、８００…制御機構、８０１…描画制御手段、８０２…温度取得手段、８０３…記憶手段、８０４…補正手段、Ｇ１〜Ｇ３…ゲートバルブ、Ｈ…アース体、Ｍ１，Ｍ２…測定用ミラー、Ｐ…配管、Ｗ…マスク基板。

Claims (5)

1. マスク基板に電子ビームを照射する電子鏡筒と、
   前記電子鏡筒内に配置された冷却対象物へ冷却媒体を供給する配管と、
   前記冷却媒体を温調する温調手段と、
   前記冷却対象物の直近で、前記配管の往路上に設けられた温度計と、
   前記温度計で測定される温度に応じて、前記電子ビームの照射位置を補正する補正手段と、
   を具備するマスク描画装置。
2. 前記冷却対象物は、
   前記電子鏡筒内に設けられた対物レンズである請求項１に記載のマスク描画装置。
3. 前記補正手段は、
   予め取得した前記温度計で測定される温度と前記電子ビームのドリフト量との関係から算出した近似式に基づいて前記電子ビームの照射位置を補正する請求項１又は請求項２に記載のマスク描画装置。
4. 前記補正手段は、
   予め取得した前記温度計で測定される温度と前記電子ビームのドリフト量との関係を記述したテーブルデータを参照して前記電子ビームの照射位置を補正する請求項１又は請求項２に記載のマスク描画装置。
5. マスク基板に電子ビームを照射する電子鏡筒と、前記電子鏡筒内の冷却対象物へ冷却媒体を供給する配管と、前記冷却媒体を温調する温調手段と、を備えたマスク描画装置の電子ビームの補正方法であって、
   前記冷却対象物の直近で、前記配管の往路上に設けられた温度計で、前記冷却媒体の温度を測定する工程と、
   前記温度計で測定される温度に応じて、前記電子ビームの照射位置を補正する工程と、
   を有する電子ビームの補正方法。

Images