JP6484431B2 - 荷電粒子ビーム露光装置及び荷電粒子ビーム露光方法 - Google Patents

荷電粒子ビーム露光装置及び荷電粒子ビーム露光方法 Download PDF

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Description

本発明は、荷電粒子ビーム露光装置及び荷電粒子ビーム露光方法に関する。
半導体装置の高集積化の進展に伴い、より微細なパターンを形成できる露光技術が求められており、新たな露光技術の開発が進められている。現在用いられている光露光技術ではＡｒＦ光源からの光が用いられているが、その波長が長いため種々の高解像化技術を使っても、線幅が２０ｎｍ以下のパターンの形成は困難である。
電子ビームを含む荷電粒子ビームを用いた露光技術は、荷電粒子ビームの回折波長が極めて短いため、本質的に解像度が高いという利点がある。一方で、荷電粒子ビームを用いた露光技術では、処理速度の向上が課題となっている。
そこで、光露光技術と、荷電粒子ビーム露光技術とを相補的に利用するコンプリメンタリ・リソグラフィが提案さていている。
コンプリメンタリ・リソグラフィでは、光露光を利用して、単純なラインアドスペースパターンを作製する。ダブルパターニング等の高解像化技術を併用すれば、線幅１０ｎｍ以下のラインアンドスペースパターンを光露光で形成できる。
次いで、荷電粒子ビーム露光により、そのラインパターンを切断するためのカットパターンや、ラインパターンを別の層のラインパターンと接続するためのビアパターンの露光を行う。
このコンプリメンタリ・リソグラフィでは、荷電粒子ビームを用いた露光を行うレジストパターンの面積が、パターン全体の面積の数％程度に限定される。そのため、荷電粒子ビームのみを用いてパターンの全域を露光する場合よりも、ウェハあたりでは圧倒的に少ない荷電粒子ビームの照射量で露光を終えることができる。これにより、荷電粒子ビーム露光の処理速度を飛躍的に向上できる可能性がある。
米国特許第７２７６７１４号明細書 特開２０１３−０９３５６７号公報
ラインパターン上のカットパターンやビアパターンを効率的に露光するためには、複数本の荷電粒子ビームを用いることが考えられる。
しかし、ラインパターン上の任意の位置に配置されたカットパターンやビアパターンを複数のビームを用いて効率よく露光する方法は知られていない。
そこで、本発明はコンプリメンタリ・リソグラフィにおいて、ラインパターン上の任意の位置に配置されたカットパターンやビアパターンを複数のビームを用いて効率よく露光できる荷電粒子ビーム露光装置及び荷電粒子ビーム露光方法を提供することを目的とする。
下記の開示の一観点によれば、一定のピッチで配置された複数のラインパターンを表面に有する基板に、荷電粒子ビームを照射して前記ラインパターン上にパターンの露光を行う荷電粒子ビーム露光装置であって、前記基板を保持しつつ前記基板を前記ラインパターンの延在方向に移動させるステージ部と、前記ラインパターン上を照射する複数の荷電粒子ビームが、ラインパターンと交差する方向に並んだアレービームを発生させるカラム部と、前記カラム部に含まれ、ブランキング動作信号に基づいて前記アレービームに含まれる各々の荷電粒子ビームをＯＮ又はＯＦＦさせるブランカーアレーと、前記アレービームに含まれる荷電粒子ビームの露光位置が前記ラインパターン上に沿って移動するように前記アレービームの露光位置を制御するとともに、前記荷電粒子ビームがパターン形成位置に到達したタイミングで前記荷電粒子ビームをＯＮ及びＯＦＦさせる露光制御部と、を備えた荷電粒子ビーム露光装置が提供される。
上記観点の荷電粒子ビーム露光装置によれば、荷電粒子ビームがパターン形成位置に到達したタイミングで前記荷電粒子ビームをＯＮ及びＯＦＦさせることで、ラインパターン上の任意の位置に配置されたカットパターンやビアパターンを複数のビームを用いて効率よく露光できる
図１は、第１実施形態に係る電子ビーム露光装置のブロック図である。 図２は、図１の電子ビーム露光装置のステージの動作を示す平面図である。 図３は、図２の露光位置付近の拡大図である。 図４は、図３の個々のビームに対するブランキング信号を示すタイミングチャートである。 図５は、ブランキング信号の制御方法を示すタイミングチャートである。 図６は、基板上に載置されたチップの位置ずれを示す平面図である。 図７は、ラインパターンの傾きによる位置ずれを示す平面図である。 図８は、ラインパターンの傾きに応じたディレー時間の補正方法を示す図である。 図９は、アレービームが傾いている場合の照射位置を示す平面図である。 図１０（ａ）、（ｂ）は、アレービームの傾きの測定方法を示す図である。 図１１は、パターン位置が露光範囲の境界に位置する場合の問題を示す図である。 図１２は、第４実施形態に係る電子ビーム露光方法におけるブランキングタイミングの制御方法を示す図である。 図１３は、第５実施形態に係る電子ビーム露光方法を示すフローチャートである。 図１４は、アレービームの各電子ビームに強度差がある場合の問題を示す図である。 図１５は、第６実施形態に係るディレー時間の補正方法を示すタイミングチャートである。 図１６は、電子ビームの強度に応じて照射時間を変化させたときの露光量分布を示すグラフである。 図１７は、第７実施形態に係る電子ビーム露光装置のカラム部及びステージを示す図である。 図１８は、第７実施形態に係る電子ビーム露光装置のカラム部の配置とカラム担当領域との関係を示す平面図である。
以下、添付の図面を参照しつつ実施形態について説明する。なお、以下の説明では電子ビームを用いた電子ビーム露光装置を例に説明するが、実施形態はこれに限定されるものではなく、種々の荷電粒子ビームを用いた露光装置にも同様に適用できる。
図１は、第１実施形態に係る電子ビーム露光装置のブロック図である。
図１に示す電子ビーム露光装置１００は、１つのカラム部１０を備えたシングルカラムタイプの電子ビーム露光装置であり、カラム部１０にはその制御を行う露光制御部３０が接続され、カラム部１０の下方にはステージ部２０が設けられている。カラム部１０及びステージ部２０は、真空チャンバー内に設けられている。
カラム部１０は、電子銃１１を備え、電子銃１１からは、所定の加速電圧（例えば、５０ＫｅＶ）の電子ビームを放出される。電子銃１１の下方には、第１アパーチャ１２が設けられており、カラム部１０の光軸ｃから所定角度範囲内の電子ビームが切り出される。第１アパーチャ１２の下にはビーム断面形状変形素子１３が配置されている。ビーム断面形状変形素子１３は、例えば複数段の静電四重極電極で構成され、第１アパーチャ１２で成形された断面が円形の電子ビームを、一方向に長く伸びた細長い断面形状に変換する。そして、その一方向に長く伸びた細長い断面形状の電子ビームがアパーチャアレー１４に照射される。
アパーチャアレー１４には、複数の開口１４ａが一定のピッチで一列に並んで形成されている。この１次元方向に並んだ開口群の上に細長い断面形状の電子ビームが照射される。そして、アパーチャアレー１４の開口１４ａよって電子ビームが切り取られることで、複数本の電子ビームとなる。
このように、本実施形態の電子ビーム露光装置１００では、ビーム変形素子１３で電子ビームを細長い断面形状に絞り込んだ上で一次元方向に伸びたアパーチャアレーに照射する。これにより、電子銃１１から放出された電子ビームを無駄なく電子ビームアレーに変換することができ、電子ビームの利用効率が高まり、高い電流密度の電子ビームが得られる。
このようにしてアパーチャアレー１４によって生成された複数本の電子ビームは、一次元方向にアレー状に並んでおり、以下この電子ビーム群をアレービームと呼ぶ。
アパーチャアレー１４の下方には、ブランカーアレー１５が設けられている。ブランカーアレー１５には、通過したアレービームを構成する各電子ビームの位置に対応した部分に開口１５ａが設けられ、その開口１５ａの横にそれぞれ電極対１５ｂが形成されている。そして、電極対１５ｂからの電場によって、開口１５ａを通過する各電子ビームの軌道を個別に変えることができる。
ブランカーアレー１５の下には、開口１６ａを有する最終アパーチャ１６が設けられている。
ブランカーアレー１５によって偏向された電子ビームは、最終アパーチャ１６によって阻止される（ＯＦＦ状態）。また、ブランカーアレー１５で偏向されなかった電子ビームは最終アパーチャ１６の開口１６ａを通過して、ステージ部２０に導かれる（ＯＮ状態）。
このようにして、ブランカーアレー１５により、アレービームに含まれる個々の電子ビームのＯＮ及びＯＦＦの切り替えが行われる。
最終アパーチャ１６を通過した電子ビームは、その下に配置されたフィードバック偏向器１７によって照射位置の微調整が行われる。また、フィードバック偏向器１７の上下に配置された電磁レンズ群１８の収束作用を受けて、ステージ部２０の試料９０の所定位置に結像されて照射される。
なお、電磁レンズ群１８は、そのレンズ強度（電磁コイルで発生させる磁場の強度）の組み合わせ適宜調整することにより、フォーカス調整の他に、一次元上に並んだアレービームの回転角度を調整することができる。通常は、電子ビーム露光装置１００の起動時や露光前の調整作業により、アレービームの長手方向がステージの移動方向と直交する向き設定される。
カラム部１０の下には、ステージ部２０が設けられている。
ステージ部２０には、駆動機構を備えたステージ装置２１が設けられており、試料９０を保持しつつ電子ビームの照射位置を移動させることができる。また、ステージ装置２１の横には、ステージ装置２１の変位を検出するレーザー検出器２２が設けられている。
レーザー検出器２２の出力は、ステージ部２０に設けられたステージ制御ユニット２３に送られる。ステージ制御ユニット２３は、レーザー検出器２２の信号をもとに、試料９０の上のアレービームの照射位置を検出し、露光制御部３０に出力する。また、ステージ制御ユニット２３は、ステージ装置２１の移動速度を一定に保つべく、ステージ駆動回路２４へのフィートバック制御信号を出力する。フィードバック制御信号に基づいて、ステージ駆動回路２４は、ステージ装置２１に所定の駆動信号を出力する。
図２は、図１の電子ビーム露光装置１００のステージ装置２１の移動経路を示す平面図である。
図２に示す矩形状のカラム担当領域５１は、試料（半導体ウェハ）９０上において１つのカラム部１０が露光を行う領域を示している。そのカラム担当領域５１のサイズは、特に限定されるものではないが、例えばカラム部１０の直径（３０ｍｍ）と同程度の縦横がそれぞれ３０ｍｍの正方形状とすることができる。
露光の際には、矢印に示すように、ステージ装置２１を一定速度に保ちながらカラム担当領域５１の左端と右端との間を往復移動させる。このステージ装置２１の移動に伴って、アレービームの露光位置５１ｂが移動してゆき、１回の往路又は復路の移動によって帯状の露光済み領域５１ｃの露光が行われる。一回の往路又は復路の移動によって露光される領域は、アレービームの長さｆｗ（例えば、３０μｍ）に等しい帯状の領域となり、本明細書ではこの帯状の領域をフレーム５１ａと呼ぶ。
その後、１フレーム分（例えば３０μｍ）だけ、ステージ装置２１を上に移動させた後、再び折り返すようにステージ装置２１を移動させて、次のフレーム５１ａの露光が行われる。
このような往復移動を繰り返すことにより、カラム担当領域５１の露光を行う。
以下、上記のステージ装置２１の動作を踏まえて、図１の電子ビーム露光装置１００の制御系統の主要な構成について説明する。
露光制御部３０は、１本のカラム部１０に対して１台設けられており、カラム部１０の各部の制御を担う。その露光制御部３０は、バス４２を介して送られる中央制御ユニット４１からの制御信号と外部露光データ蓄積部４３からの露光データとに基づいて動作する。
外部露光データ蓄積部４３からの露光データは露光制御部３０のパターン位置記憶ユニット３１に送られる。このパターン位置記憶ユニット３１は、フレーム内をステージの移動方向に更に細かく区分けした一定の長さの露光領域の単位ごとに外部露光データ蓄積部４３に格納されたパターンの位置データを読み出して格納する。そして、所定のタイミングでディレー時間演算ユニット３２にそのパターンの位置データを送信する。
ディレー時間演算ユニット３２は、パターンの位置データとステージ装置２１の移動速度から電子ビームをＯＮ又はＯＦＦさせるタイミング（ディレー時間）を求める。そして、アレービームが露光領域と露光領域の境界に設定された基準位置を通過した時間を起点としたディレー時間として、各電子ビームをＯＮ又はＯＦＦさせる時間を計算する。
また、ディレー時間演算ユニット３２は、アレービームを構成する各電子ビームの強度に応じた露光補正時間データ及びパターンの傾きに基づくパターンの位置補正データを補正用データ記憶ユニット３５から受け取る。そして、上記の電子ビームの強度やアレービームの傾きなどの補正を、ディレー時間に反映させる処理を行う。
ディレー時間演算ユニット３２で算出されたディレー時間はブランカーアレー駆動ユニット３３に送られる。ブランカーアレー駆動ユニット３３にはブラキングタイミング制御部３４が含まれている。ブランキングタイミング制御部３４は、ステージ制御ユニット２３を介してステージ装置２１の現在位置を取得する。そして、アレービームが基準点を通過したタイミングを検出し、そのタイミングを基準にしたディレー時間から各電子ビームのブランキングのＯＮ又はＯＦＦのタイミングの制御を行う。このようにして、ブランカーアレー駆動ユニット３３は、各電子ビームに設定されたディレー時間にブランキング制御の信号を出力する。
ブランカーアレー駆動ユニット３３から出力された信号は、ブランキングアンプ３７によって増幅されてブランカーアレー１５の各電極１５ａに出力される。
偏向量決定ユニット３６は、ステージ装置２１の移動方向と直交する方向の位置ずれ成分の補正を担う。この偏向量決定ユニット３６によって、アレービームの照射位置５１ｂをステージ装置２１の移動方向と直交する方向（図２の縦方向）に微調整され、アレービームに含まれる各電子ビームをラインパターンの上を追随するように制御される。
上記の制御を実現するべく、偏向量決定ユニット３６は、ステージ装置２１の位置ずれ及び予め位置決めマーカーの観察によって求めた試料９０の位置を補正用データ記憶ユニット３５から取得する。そして、露光対象となるラインパターンの上にアレービームを合わせこむための補正量を算出する。また、試料９０の傾きからアレービームの傾きを算出し、ステージ装置２１の移動に応じてアレービームをラインパターン上に追随させるための偏向量を決定する。
さらに、偏向量決定ユニット３６は、決定された偏向量を所定の偏向制御信号に変換した上で、偏向器駆動回路３８を介してフィードバック偏向器１７に出力する。
露光制御部３０のレンズ制御ユニット３９は、電磁レンズ群１８のレンズ強度の組み合わせを調整することで、アレービームの回転角及びフォーカスの調整を行う。
以下、上記の電子ビーム露光装置１００を用いたカットパターンの露光について説明する。
図３は、図２の露光位置５１ｂ付近の拡大図である。
図３において、矩形５２は、アレービームを構成する電子ビームＢ１〜Ｂｎの照射位置を示している。図示のように、各電子ビームＢ１〜Ｂｎの照射位置５２は、フィードバック偏向器１７による制御の下で、ラインパターン９１の上を移動してゆく。なお、ラインパターン９１と、電子ビームとの位置合わせは、露光対象となる半導体ウェハの位置決めマークの観察結果を基に行われる。
そして、アレービームを構成する各電子ビームの照射位置５２が所定のカットパターンの描画位置９２に到達したタイミングで、個々の電子ビームを所定時間ＯＮ状態することで、カットパターンの露光を行う。
描画対象となるパターンの位置精度はプロセスノードにもよるが、例えば数ｎｍ程度で管理する必要がある。したがって、１フレームの長さである約３０ｍｍ程度の長さで一括してパターンの位置座標を管理しようとすると、膨大なビット数が必要となってしまい制御ユニット３０に多大な負担が掛かる。
そこで、本実施形態の電子ビーム露光装置１００では、パターン位置記憶ユニット３１及びディレー時間演算ユニット３２において、１つのフレーム内を、一定の長さの複数個の露光範囲、すなわち第１露光範囲、第２露光範囲、…第Ｋ露光範囲…に分ける。各露光範囲の長さは、露光データのビット数がそれほど大きくならない長さとすればよく、例えば０．２μｍ程度とすればよい。
また、各露光範囲での露光タイミングの基準点として、露光基準位置を各露光範囲に設定する。すなわち、第１露光範囲、第２露光範囲、…第Ｋ露光範囲に対して、それぞれ、第１基準位置、第２基準位置、…第Ｋ基準位置を設定する。特に限定されないが、本実施形態では、露光基準位置を、各露光範囲の始端部であって、且つフレーム５１ａの幅方向の中央に設定する。この露光基準位置は、アレービームの中心が露光範囲に最初に到達する位置でもある。
なお、露光範囲の始端部とは、アレービームがフレーム５１ａ上を右向きに進行する場合には露光範囲の左端のことであり、アレービームがフレーム５１ａ上を左向きに進行する場合には露光範囲の右端となる。すなわち、アレービームが右向きに進行する場合と、左向きに進行する場合とで、露光範囲に対する基準位置の場所が変わる。
次に、パターン位置記憶ユニット３１(図１)が各露光範囲のパターン位置データを外部露光データ蓄積部４３から取得し、所定タイミングでディレー時間演算ユニット３２に供給する。
その後、ディレー時間演算ユニット３２は、電子ビームをＯＮ又はＯＦＦさせるディレー時間を算出する。そのディレー時間に基づいて、ブランカーアレー駆動ユニット３３及びブランキングアンプ３７が動作して電子ビームのＯＮ及びＯＦＦの制御が行われる。
以下、ディレー時間演算ユニット３２及びブランカレー駆動ユニット３３によるブランカーアレー１５の制御動作について更に説明する。
図４は、電子ビームのブランキング動作の一例を示すタイミングチャートである。ここでは、第Ｋ露光範囲の露光における、電子ビームＢｎ、Ｂｎ−１に着目して説明する。
図中の第Ｋ時間起点は、アレービームの中心が、第Ｋ露光範囲の露光基準位置を通過した時間を表している。
ディレー時間演算ユニット３２は、第Ｋ時間起点を起点として、アレービームに属する各ビームＢｎ−１、ＢｎがＯＮ又はＯＦＦ動作する時間（ディレー時間）を算出する。
このディレー時間は、ステージ装置の移動速度をＶ、図３の露光基準位置をＳ、露光すべきパターンの中心位置をＣｐ、パターンの幅をＷｐ（Ｘ方向の長さ）とすると、以下の関係式に基づいて求まる。
すなわち、電子ビームをＯＮする制御に対するディレー時間（ＴＤＬｏｎ）については、以下の関係式により求める。
ＴＤＬｏｎ＝（Ｃｐ−Ｗｐ／２−Ｓ）／Ｖ
また、電子ビームをＯＦＦする制御に対するディレー時間（ＴＤＬｏｆｆ）については、以下の関係式により求める。
ＴＬＤｏｆｆ＝（Ｃｐ＋Ｗｐ／２−Ｓ）／Ｖ
例えば、電子ビームＢｎについては、“１”、“７”で示す時間に、電子ビームＢｎをＯＮにする制御に関するディレー時間が設定される。また、“３”、“８”で示すディレー時間に、電子ビームＢｎをＯＦＦにする制御に関するディレー時間が設定される。
電子ビームＢｎ−１については、“２”、“５”、“９”で示す時間に、電子ビームＢｎ−１をＯＮにする制御に関するディレー時間が設定され、“４”、“６”、“１０”で示すディレー時間に、電子ビームをＯＦＦにする制御に関するディレー時間が設定される。
このようにして、ディレー時間演算ユニット３２は、アレービームを構成する全ての電子ビームＢ１〜Ｂｎについて第Ｋ露光範囲に属するパターンを露光するためのディレー時間を求める。
ディレー時間演算ユニット３２は、第Ｋ露光範囲に関する露光が行われる第Ｋ露光時間範囲が始まる前のタイミングで上記のディレー時間を求めておく。
次に、ディレー時間演算ユニット３２は、上記のようにして設定したディレー時間をブランカーアレー駆動ユニット３３に設定する。
以下、ブランカーアレー駆動ユニット３３におけるディレー時間の制御について説明する。
図５は、ブランカーアレー駆動ユニット３３における、ディレー時間の制御を示すタイミングチャートである。なお、図示の例では、時間分解能を決める基準クロック周期を１．２５ｎｓとしているが、特にこれに限定されるものではない。
図５に示すように、ブランカーアレー駆動ユニット３３のブランキングタイミング制御部３４は、１．２５ｎｓのクロック周期の基準クロック信号とストロボ信号を基に動作する。
ストロボ信号は、レーザー検出器２２の検出結果に基づいて、アレービームの中心が露光基準位置を通過したタイミングでＨｉ状態が出力される信号であり、時間起点を示している。
クロック周期は、所望とする位置分解能及びステージ速度に応じて適宜設定される。特に限定されるものではないが、例えば、露光位置のデータステップが０．１２５ｎｍの場合には、位置分解能をその半分の０．０６２５ｎｍとすることが好ましい。ステージの最大移動速度Ｖｍａｘを５０ｍｍ／ｓｅｃとすると、以下の式により、基準クロックの周期が求まる。
0.0625[nm]/50[mm/s]=1.25[ns]（=800MHz）
したがって、０．３２μｓのディレー時間を指定するのに必要なクロックは２５６クロックであり、１．２８μｓのディレー時間の設定に要するクロックは１０２４クロックとなる。
露光領域の長さ（０．２μｍ）から、最大でも４μｓのディレー時間を指定すればよいので、１つの時間範囲内のタイミングデータのサイズは１２ｂｉｔに収まることになる。
また、アレービームに属する電子ビームの数（４０００本程度）は、最大１２ｂｉｔ（＝４０９６）のビーム番号で識別することができる。ブランキング動作させない状態を保持する電子ビームについては、ブランキング動作信号を省略することが可能であり、ブランキング電極１５ｂのＯＮ／ＯＦＦを切り替える電子ビームに対してのみブランキング動作信号を転送すればよい。
０．２μｓ程度の時間間隔においては、アレービーム全体のビーム数の約１２％に対してブランキング動作信号を転送する。このとき、必要なデータレートは、１２×４０９６×０．１２／０．２＝２９．５Ｇｂｐｓ程度となる。
以上に説明したように、本実施形態の電子ビーム露光装置１００では、所定の長さの露光範囲に区切って、それらの露光範囲の境界の位置座標を電子ビームが通過した時点を基準に、電子ビームのＯＮ又はＯＦＦのタイミングの制御を行う。これにより、制御データのビット数を抑制でき、制御ユニットの動作速度の向上を図ることができる。
（第２実施形態）
本実施形態では、ラインパターンがステージの移動方向に対して傾いている場合の露光位置の補正方法について説明する。なお、露光に用いる電子ビーム露光装置１００の構成については本実施形態においても同様であるため、その説明は省略する。
図６は、１つのカラム担当領域５１に複数の半導体チップが配置され、１フレームの移動で複数の半導体チップに亘る露光を行う場合の問題を示す図である。
図６に示すように、露光対象とする半導体チップ５５が１つのカラム担当領域５１よりも小さい場合には、カラム担当領域５１内に複数の半導体チップ５５を配置して同時に露光を行うこともできる。
この場合は、半導体チップ５５の配置ずれによって、各半導体チップ５５毎にラインパターンの位置及び角度が異なっていることがあり、電子ビームの照射位置について補正を行う必要がある。
そこで、本実施形態では、露光に先立って、半導体チップ５５の周囲に形成されたチップマーク（位置決めマーク）５５ａの位置を検出することで、各チップの位置ずれ及び回転ずれの検出を行う。検出結果は、補正データ記憶ユニット３５（図１参照）に格納される。
次に、各チップの位置ずれ及び回転ずれに基づいて、電子ビーム露光装置１００の偏向量決定ユニット３６が、ステージ装置２１の移動方向と直交する方向への位置ずれ成分を求める。そして、その位置ずれの大きさに応じた偏向補正量を設定する。設定された偏向補正量は、偏向器駆動回路３８を介してフィードバック偏向器１７に出力されて、ステージ移動方向と直交する方向の位置ずれ成分の補正が行われる。これにより、アレービームを構成する各電子ビームの位置をラインパターン９１に追随させることができる。
次に、半導体チップの傾きによるステージ装置２１の移動方向の位置ずれ成分の補正を行う。この補正は、第１実施形態で求めたディレー時間に対する補正として行う。
図７は、ラインパターン９１の傾きによるステージ装置２１の移動方向の位置ずれを示す平面図である。
図７に示すように、ラインパターン９１がステージ移動方向に対して傾いていると、アレービームの下側のビームＢ１と、上側のビームＢｎとでパターン位置９２への到達時間に差が生じる。例えば、アレービームの長手方向の長さを３０μｍとしたときに、ラインパターン９１がステージ移動方向に対して１ｍｒａｄ傾いていると、アレービームの上端と下端とでは、ステージ装置２１の移動方向に１５ｎｍ程度の位置ずれが生じる。
本実施形態では、このラインパターン９１の傾きによる対するステージ移動方向への位置ずれの補正を、ディレー時間演算ユニット３２によるディレー時間に取り込むことで行う。
図８は、ラインパターン９１の傾きに起因する位置ずれを補正するために、アレービームの各電子ビームのディレー時間を補正する方法を示す図である。
図８に示すように、ビームＢ１、Ｂ２…Ｂｎのディレー時間を、ラインパターン９１の傾きデータに基づいて各ビームＢ１〜Ｂｎについて、アレービームの中心位置に対するステージ装置２１の移動方向の位置ずれの大きさを求める。そして、アレービームの移動速度でその位置ずれ量を除算することで、各ビームの到達時間の差分δTDL1、δTDL2、…δTDLnを求める。例えば、ビームアレーの移動速度が３０ｍｍ／ｓであり、アレービームの中心に対するビームＢ１での位置ずれが１５ｎｍである場合には、δTDL1は、−１５[ｎｍ]／３０[ｍｍ／s]＝０．５［μｓ］と求まる。
このようにして求めた補正量δを、ラインパターン９１に傾きがない場合のディレー時間に加算することにより、傾いたラインパターン９１に対して補正したディレー時間が求まる。
その後、補正したディレー時間で指定されたタイミングで各電子ビームをＯＮさせることで、傾いたラインパターン９１の上の所定の位置にカットパターンの露光を行うことができる。
このように、本実施形態によれば、傾いて配置された半導体チップ５５に対しても正確な位置にカットパターンの露光を行える。
（第３実施形態）
本実施形態では、アレービームが傾いている場合のディレー時間の補正方法について説明する。
図９は、アレービームが傾いている場合の照射位置を示す平面図である。
アレービームの長手方向の角度は、コラム部１０の電磁レンズ群１８のレンズ強度や、試料表面の高さに応じて変化してしまう。その結果、図９に示すように、アレービームの長手方向が、ステージ装置２１の移動方向に直交する方向からずれ、そのままではカットパターンの露光位置９２に正確な露光を行うことができなくなる。
そこで、本実施形態では、露光に先立ってアレービームの傾きの測定を行う。
図１０（ａ）は、アレービームの傾きの測定方法を示す図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の方法で検出される検出信号の強度の一例を示す図である。
図１０（ａ）に示すように、アレービームの傾きの測定には円形のマークパターン９９を用いる。マークパターン９９は、周囲よりも電子反射率が高くなっており、アレービームがマークパターン９９の上を通過すると、マークパターン９９とアレービームとの重なり具合に応じた反射電子信号が得られる。
ここでは、フィードバック偏向器１７を用いて、アレービームの露光位置（照射位置）５１ｂをその長手方向に走査させる。すると、図１０（ｂ）に示すような反射電子信号の波形８１が得られる。
アレービームの長手方向が、走査方向に対して傾いていると、走査位置と反射電子強度との関係を表す波形８１の上端８１ａにスロープが現れる。このスロープの傾きの大きさはアレービームの傾きを反映しており、このスロープの傾きに基づいてアレービームの傾きを求めることができる。
このようにして測定したアレービームの傾きは、補正用データ記憶ユニット３５に格納される。
その後、ディレー時間演算ユニット３２において、アレービームの傾きデータに基づいて、アレービームの各電子ビームの位置ずれ量を算出する。そして、その位置ずれ量に応じた補正時量δを各電子ビームについて求め、これをアレービームに傾きがない条件の下で求めたディレー時間に加算することで補正を行う。補正量δの求め方は、図８を参照しつつ説明したのと同様の方法で求めることができる。
以上のように、本実施形態によれば、アレービームの傾きに対する補正を行うことができる。
（第４実施形態）
本実施形態は、パターンの属する露光範囲と、露光時間範囲とが一致しない場合のディレー時間の制御方法について説明する。
図１１は、パターン位置が露光範囲の境界に位置する場合の問題を示す図である。
図１１では、カットパターンの位置９２が露光範囲の境界付近にある例を示している。図示のようにステージの移動方向に対してラインパターンが傾斜している場合には、一部の電子ビームの照射位置が、アレービームの中心よりも進行方向に前後した位置になる。
例えば、電子ビームＢｎ、Ｂｎ−１では、アレービームの中心が第Ｋ露光範囲にある間に第Ｋ＋１露光範囲に属するパターン９２の露光タイミングが来てしまう。
また、電子ビームＢ１、Ｂ２の照射位置は、アレービームの中心よりも進行方向に遅れた位置にある。そのため、第Ｋ露光範囲の最後尾付近にあるパターン９２の露光タイミングは、アレービームの中心が第Ｋ＋１露光範囲に入った後になる。
このような場合には、ディレー時間の処理に混乱が生じてしまう。
図１２は、本実施形態におけるディレー時間の制御方法を示す図である。
本実施形態では、ディレー時間演算ユニット３２において、アレービームの傾き又はラインパターンの傾きに対するディレー時間の補正の結果、ブランキング動作が別の時間範囲に属するか否かを判定する。この判定は、差分δTDLを加算した後のディレー時間が、負の値になっているか、又は露光時間範囲の最大値を超えているかを調べることで行うことができる。
その結果、ブランキング動作が別の時間範囲に属すると判定された場合には、ディレー時間演算ユニット３２は、そのディレー時間を隣接する時間範囲の時間起点に対するディレー時間に置き換える処理を行う。
例えば、図１２では、電子ビームＢｎ、Ｂｎ−１のパターンに対する補正後のディレー時間は、負の値となるため、一つ前の第Ｋ時間時間起点に対するディレー時間に換算する処理を行う。また、電子ビームＢ１のパターンについては、補正後のディレー時間が、負の値ではなく且つ露光時間範囲の最大値を超えるものでもないので、第Ｋ＋１時間起点に対するディレー時間で制御する。
本実施形態の処理を行うことにより、露光範囲の境界付近のパターンについてディレー時間の補正が行われた場合であっても、正確な時間起点からのディレー時間に基づいて、ブランキング動作の制御を行うことができる。
（第５実施形態）
本実施形態では、傾いたラインパターン９１に対する補正の別の一例について説明する。本実施形態では、ラインパターン９１の傾きに応じてアレービームの傾きを変化させてアレービームの長手方向をラインパターン９１と直交する向きに補正する。以下、その具体的な方法について説明する。
図１３は、本実施形態に係る補正方法を示すフローチャートである。
図示の、ステップＳ４１において、電子ビーム露光装置１００は、半導体チップの位置決めマークを検出する。これにより、半導体チップの配置ずれ及び傾きが判明し、その結果が補正用データ記憶ユニット３５に格納される。
次に、ステップＳ４２において、アレービームの傾きを検出する。アレービームの傾きの検出方法は、図１０（ａ）、（ｂ）を参照しつつ説明した方法で行うことができる。これにより、アレービームの傾き情報が判明し、その結果が、補正用データ記憶ユニット３５に格納される。
次に、ステップＳ４３に移行し、ステージ装置２１の往復移動を開始し、パターンの露光を開始する。
次に、ステップＳ４４に移行し、アレービームの傾き及び描画を行っているラインパターンの傾きの情報を記憶部３５から抽出する。そして、レンズ駆動ユニット３９がレンズ群１８のレンズ強度を調整してアレービームの角度補正を行ない、アレービームの長手方向を、ラインパターンと直交する方向に合わせる。
その後、ステップＳ４５において、アレービームの位置と半導体チップの傾き及び位置ずれ量に応じて、アレービームの位置（ステージ移動方向と直交する方向の位置）の補正を行いながら、パターンの露光を行う。
次に、ステップＳ４６において、ステージ制御ユニット２３において、１つのチップ領域を抜けたか否かを検出する。
ステップＳ４６において、チップ領域を抜けていないと判断された場合には（ＮＯ）、アレービームの角度を変更することなく、ステップＳ４５に移行し、そのまま露光をつつける。
一方、ステップＳ４６において、チップ領域を抜けたと判断された場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ４７に移行する。
ステップＳ４７では、ステージ制御ユニット２３が、カラム担当領域の全領域の露光が完了したか判断し、残りのチップ領域が存在する場合には（ＮＯ）、ステップＳ４４に移行し、次のチップ領域のラインパターンと直交する向きにアレービームの角度を回転させる。そして、次のチップ領域の露光を行う（ステップＳ４５−Ｓ４６）。
一方、ステップＳ４７において、カラム担当領域の全領域の露光が完了したと判断された場合には（ＹＥＳ）、露光処理を終了する。
以上のように、本実施形態では、アレービームの長手方向をラインパターンと直交する方向に合わせこむので、電子ビームＢ１〜Ｂｎの露光位置について、ラインパターン方向の位置ずれは生じない。そのため、電子ビームＢ１〜Ｂｎについて個別にディレー時間の補正を行う必要がなくなる。
このように、本実施形態によれば、補正処理が簡略化できるという利点がある。
（第６実施形態）
本実施形態は、アレービーム内の各電子ビームに強度差の補正方法について説明する。
図１４は、アレービームの各電子ビームに強度差がある場合に、電子ビームの照射時間を一定とした場合に描画されるパターンを示す図である。
図１４に示すように、電子光学系の特性により、アレービームの中心付近と端部付近とで、電子ビームの強度に差が生じることがある。
このような場合に、全ての電子ビームを一定の長さの照射時間で照射すると、ビーム強度の弱い端部付近の電子ビームで描画されるパターンでは露光量が小さく、意図していたよりも狭い幅のパターンしか得られない。
また、ビーム強度の強いアレービームの中心付近の電子ビームでは、露光量の増加により、パターンの幅が意図していた値よりも広くなってしまう。
図１５は、本実施形態に係るディレー時間の補正方法を示すタイミングチャートである。
本実施形態では、予め各電子ビームの電流値を測定することで、電子ビームの強度分布を求めておく。各電子ビームの強度データは、補正用データ記録ユニット３５に格納する。
次に、ディレー時間演算ユニット３２が、各電子ビームの強度データに基づいて、図１５に示すように、ディレー時間の補正を行なう。ここでは、電流値が小さな電子ビームでは、ＯＮタイミングのディレー時間に−δｔを加算し、ＯＦＦタイミングのディレー時間にδｔを加算する。なお、δｔは、電子ビームの強度に応じて決められるディレー時間の補正量である。これにより、カットパターンの位置から決まるＯＮ／ＯＦＦのディレー時間の平均位置を変えることなく、ビームの照射時間を延ばすことができる。
また、強度が強い電子ビームについては、δｔの値を適宜調整することで、照射時間を短くする処理を行う。
図１６は、電子ビームの強度に応じて照射時間を変化させたときの、露光量分布を示すグラフである。
図示の例では、電子ビームの強度の低下量に応じて電子ビームの照射時間を長くしており、露光量分布曲線の広がりは露光時間の長さを反映している。電子ビームの照射量が所定の現像レベルを超えた部分がパターンとして描画されるが、照射時間を適切にとることで、基準強度の４５％の電子ビームであっても、基準強度で露光するパターンと同じ仕上がり線幅のパターンが得られる。
（第７実施形態）
図１７は、第７実施形態に係る電子ビーム露光装置のカラム部及びステージを示す図である。
図１７に示すように、本実施形態の電子ビーム露光装置２００は、複数本のカラム部１０がステージ部２０の上に配置されたマルチカラム型の露光装置となっている。
図示の例では、直径３００ｍｍの半導体ウェハ（試料）９０を露光する例を示している。この例では、カラム部１０の直径が約３０ｍｍであり、半導体ウェハ９０の上方に８８本のカラム部１０が配置されている。カラム部１０の本数は、これに限定されるものではなく半導体ウェハ９０のサイズに応じて適宜増減させればよい。
個々のカラム部１０には、それぞれ露光制御部３０（図１参照）が設けられており、各露光制御部３０が対応するカラム部１０の制御を行う。ＣＰＵ４１及び外部露光データ記憶装置４３（図１参照）は、電子ビーム露光装置２００の全体に対して１つだけ設けられており、バス４２を介して各露光制御部３０に接続されている。
図１８は、カラム部１０の配置とカラム担当領域を示す平面図である。
図示のように、各カラム部１０が縦３０ｍｍ×横３０ｍｍのカラム担当領域の露光を行う。図中の番号は、その領域の露光を担当するカラム部１０の番号を示している。直径３００ｍｍの円形の半導体ウェハ９０については、８８個のカラム担当領域５１ａに分割して露光を行う。
本実施形態の電子ビーム露光装置２００では、カラム部１０の間でアレービームの強度や、回転角度及びアレービームの中心位置等が異なる場合がある。
そこで、本実施形態では、露光を行う前に、各カラム部１０のアレービームの強度や回転角度、中心位置の測定を行い、カラム部１０間で仕上がりパターンのバラつきが生じないように、露光制御部３０においての偏向量やディレー時間の補正を行う。
また、複数のカラム部１０が異なる半導体チップに属するカットパターンを露光するため、カラム部１０毎にアレービームをラインパターンに位置決めする。
このように、本実施形態の電子ビーム露光装置２００では、複数本のカラム部１０で平行して同時に露光を行うことができるため、露光のスループットを大幅に向上させることができる。
１０…コラム部、１１…電子銃、１２…第１アパーチャ、１３…ビーム断面形状変形素子、１４…アパーチャアレー、１４ａ…開口、１５…ブランカーアレー、１５ａ…開口、１５ｂ…電極対、１６…最終アパーチャ、１６ａ…開口、１７…フィードバック偏向器、１８…電磁レンズ群、２０…ステージ部、２１…ステージ装置、２２…レーザー検出器、２３…ステージ制御ユニット、２４…ステージ駆動回路、３０…露光制御部、３１…パターン位置記憶ユニット、３２…ディレー時間演算ユニット、３３…ブランカーアレー駆動ユニット、３４…ブランキングタイミング制御部、３５…補正予データ記憶ユニット、３６…偏向量決定ユニット、３７…ブランキングアンプ、３８…偏向器駆動回路、３９…電磁レンズ群制御ユニット３９、４１…中央制御ユニット（ＣＰＵ）、４２…バス、４３…外部露光データ蓄積部、５１…カラム担当領域、５１ａ…フレーム、５１ｂ…露光位置、５１ｃ…露光済み領域、５５…半導体チップ、８１…波形、８１ａ…スロープ、９０…試料、９１…ラインパターン、９２…パターン描画位置、９９…マークパターン、１００、２００…電子ビーム露光装置。

Claims (13)

  1. 一定のピッチで配置された複数のラインパターンを表面に有する基板に、荷電粒子ビームを照射して前記ラインパターン上にパターンの露光を行う荷電粒子ビーム露光装置であって、
    前記基板を保持しつつ前記基板を前記ラインパターンの延在方向に移動させるステージ部と、
    前記ラインパターン上を照射する複数の荷電粒子ビームが、ラインパターンと交差する方向に並んだアレービームを発生させるカラム部と、
    前記カラム部に含まれ、ブランキング動作信号に基づいて前記アレービームに含まれる各々の荷電粒子ビームをＯＮ又はＯＦＦさせるブランカーアレーと、
    前記アレービームに含まれる荷電粒子ビームの露光位置が前記ラインパターン上に沿って移動するように前記アレービームの露光位置を制御するとともに、前記荷電粒子ビームがパターン形成位置に到達したタイミングで前記荷電粒子ビームをＯＮ及びＯＦＦさせる露光制御部と、を備え、
    前記露光制御部は、前記基板の移動方向の露光領域を所定の長さの複数の露光範囲に区切って露光データを取得し、且つ、各露光範囲の境界に設定された基準位置を前記アレービームの中心が通過する時点からのディレー時間に基づいて前記荷電粒子ビームのそれぞれのＯＮ及びＯＦＦさせるタイミングを算出するディレー時間演算ユニットを備え、
    前記ディレー時間演算ユニットは、前記ラインパターンおよび前記アレービームの少なくとも一方の傾きに起因して、前記アレービームの中心が一の前記基準位置を通過する時点よりも、当該一の基準位置の次の前記露光範囲に対して少なくとも１つの前記荷電粒子ビームをＯＮ及びＯＦＦさせるタイミングが前に算出される場合に、当該少なくとも１つの前記荷電粒子ビームのＯＮ及びＯＦＦさせるタイミングを、前記一の基準位置の１つ手前の前記基準位置を前記アレービームの中心が通過する時点からのディレー時間に基づいて算出することを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置。
  2. 前記ディレー時間演算ユニットは、前記基準位置とパターンとの距離を、前記ステージ部の移動速度で除算することにより、前記ディレー時間を計算することを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム露光装置。
  3. 前記ディレー時間演算ユニットは、前記基板上のラインパターンと前記アレービームとの傾きに基づいて前記アレービームに含まれる個々の荷電粒子ビームのディレー時間の補正を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の荷電粒子ビーム露光装置。
  4. 前記ラインパターンの傾きは、前記基板上に配置されたデバイスチップのアライメントマークに基づいて決定されることを特徴とする請求項３に記載の荷電粒子ビーム露光装置。
  5. 前記アレービームの露光位置を補正するフィードバック偏向器と、
    該フィードバック偏向器により、前記ラインパターンに前記アレービームの露光位置を追随させるのに必要な前記フィードバック偏向器の偏向量を算出する偏向量決定ユニットとを、備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム露光装置。
  6. 前記カラム部に含まれ、前記アレービームの焦点位置を調整する複数の電磁レンズ群と、
    前記電磁レンズ群に与える駆動信号の組み合わせにより、前記アレービームの焦点位置と回転角度とを調整するレンズ駆動ユニットと、
    を備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム露光装置。
  7. 前記ディレー時間演算ユニットは、前記アレービームに含まれる個々の荷電粒子ビームの強度に応じてディレー時間の補正を行うことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム露光装置。
  8. 前記基板上における前記アレービームの照射位置を検出する検出器を備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム露光装置。
  9. 前記カラム部及び前記露光制御部を複数有し、複数のカラム部を用いて並行して露光を行うことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム露光装置。
  10. 一定のピッチで配置された複数のラインパターンを表面に有する基板を保持しつつ前記基板を前記ラインパターンの延在方向に移動させるステージ部と、前記ラインパターン上を照射する複数の荷電粒子ビームが、ラインパターンと交差する方向に並んだアレービームを発生させるカラム部と、前記カラム部に含まれ、ブランキング動作信号に基づいて前記アレービームに含まれる各々の荷電粒子ビームをON又はOFFさせるブランカーアレーと、前記カラム部の各部を制御する露光制御部と、を備えた荷電粒子ビーム露光装置において行われる荷電粒子ビーム露光方法であって、
    前記露光制御部は、前記アレービームに含まれる荷電粒子ビームの露光位置が前記ラインパターン上に沿って移動するように前記アレービームの露光位置を制御するとともに、前記荷電粒子ビームがパターン形成位置に到達したタイミングで前記荷電粒子ビームをＯＮ及びＯＦＦさせ、
    前記露光制御部は、前記基板の移動方向の露光領域を所定の長さの複数の露光範囲に区切って露光データを取得し、且つ、各露光範囲の境界に設定された基準位置を前記アレービームの中心が通過する時点からのディレー時間に基づいて前記荷電粒子ビームのそれぞれのＯＮ及びＯＦＦさせるタイミングを算出し、
    前記タイミングを算出する段階では、前記ラインパターンおよび前記アレービームの少なくとも一方の傾きに起因して、前記アレービームの中心が一の前記基準位置を通過する時点よりも、当該一の基準位置の次の前記露光範囲に対して少なくとも１つの前記荷電粒子ビームをＯＮ及びＯＦＦさせるタイミングが前に算出される場合に、当該少なくとも１つの前記荷電粒子ビームのＯＮ及びＯＦＦさせるタイミングを、前記一の基準位置の１つ手前の前記基準位置を前記アレービームの中心が通過する時点からのディレー時間に基づいて算出することを特徴とする荷電粒子ビーム露光方法。
  11. 前記露光制御部は、前記基準位置とパターンとの距離を、前記ステージ部の移動速度で除算することにより、前記ディレー時間を計算することを特徴とする請求項１０に記載の荷電粒子ビーム露光方法。
  12. 前記露光制御部は、前記基板上のラインパターンと前記アレービームとの傾きに基づいて前記アレービームに含まれる個々の荷電粒子ビームのディレー時間の補正を行うことを特徴とする請求項１０または１１に記載の荷電粒子ビーム露光方法。
  13. 前記露光制御部は、前記アレービームに含まれる個々の荷電粒子ビームの強度に応じてディレー時間の補正を行うことを特徴とする請求項１２に記載の荷電粒子ビーム露光方法。
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