JP6665809B2 - マルチ荷電粒子ビーム描画装置及びその調整方法 - Google Patents

マルチ荷電粒子ビーム描画装置及びその調整方法 Download PDF

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Description

本発明は、マルチ荷電粒子ビーム描画装置及びその調整方法に関する。
ＬＳＩの高集積化に伴い、半導体デバイスの回路線幅は年々微細化されてきている。半導体デバイスへ所望の回路パターンを形成するためには、縮小投影型露光装置を用いて、石英上に形成された高精度の原画パターン（マスク、或いは特にステッパやスキャナで用いられるものはレチクルともいう。）をウェーハ上に縮小転写する手法が採用されている。高精度の原画パターンは、電子ビーム描画装置によって描画され、所謂、電子ビームリソグラフィ技術が用いられている。
例えば、マルチビームを使った描画装置がある。マルチビームを用いることで、１本の電子ビームで描画する場合に比べて、一度（１回のショット）に多くのビームを照射できるので、スループットを大幅に向上させることができる。マルチビーム方式の描画装置では、例えば、電子銃から放出された電子ビームを、複数の穴を持った成形アパーチャアレイに通してマルチビームを形成し、ブランキングアパーチャアレイで各ビームのブランキング制御を行い、遮蔽されなかったビームが光学系で縮小され、移動可能なステージ上に載置された基板に照射される。
電子銃と成形アパーチャアレイとの間には、アライメントコイル及びアパーチャを有し、電子ビームの光軸を調整するアライメント機構が設けられている。アライメントコイルにより光軸が調整され、アパーチャを通過した電子ビームが、成形アパーチャアレイを照明する。成形アパーチャアレイには、複数の穴が所定の配列ピッチでマトリクス状に形成されており、これらの複数の穴を電子ビームが通過することで、マルチビームが形成される。基板に照射されるビームアレイ（マルチビーム）は、理想的には、成形アパーチャアレイの複数の穴の配列ピッチに所望の縮小率を乗じたピッチで並ぶことになる。
アライメント機構における電子ビームの光軸調整では、電子ビームがアパーチャに垂直に入射するように入射角を調整することが特に重要である。入射角の調整が不十分であると、基板に照射されるビームアレイに欠けが発生し、ビーム形状の測定・評価に影響を与え、描画精度向上の妨げとなる。
特開２０１５−１５３６３０号公報 特開２００７−３２４１７４号公報 特開２００６−２８７０１３号公報 特開２００１−２０２９１２号公報 特開２０１３−２５１２２５号公報 特開２０１２−１０４４２６号公報 特開２００５−３０２３５９号公報
本発明は、マルチビーム光学系設定時に光軸を精度良く調整できるマルチ荷電粒子ビーム描画装置及びその調整方法を提供することを課題とする。
本発明の一態様によるマルチ荷電粒子ビーム描画装置は、荷電粒子ビームを放出する放出部と、複数の開口部が形成され、前記複数の開口部を前記荷電粒子ビームが通過することによりマルチビームを形成する成形アパーチャアレイと、前記マルチビームのうち、それぞれ対応するビームのブランキング偏向を行う複数のブランカが配置されたブランキングアパーチャアレイと、前記複数のブランカによってビームＯＦＦの状態になるように偏向された各ビームを遮蔽する制限アパーチャ部材と、前記マルチビームが照射される基板を載置するステージと、前記放出部と前記成形アパーチャアレイとの間に配置され、アパーチャ、該アパーチャに設けられ荷電粒子を検出する検出器、及び該アパーチャへの前記荷電粒子ビームの入射角を調整するアライメントコイルを有するアライメント部と、前記検出器の検出値に基づくアライメントスキャン像から、前記荷電粒子ビームの前記アパーチャへの入射角の垂直度合を示す特徴量を計算する特徴量計算部と、前記特徴量に基づいて前記アライメントコイルの励磁値を制御するコイル制御部と、を備えるものである。
本発明の一態様によるマルチ荷電粒子ビーム描画装置において、前記特徴量計算部は、前記アライメントスキャン像の輝度の均一さを示す値を前記特徴量として計算する。
本発明の一態様によるマルチ荷電粒子ビーム描画装置において、前記特徴量計算部は、前記アライメントスキャン像の輝度の重心と、該アライメントスキャン像の中心との位置ずれ量を前記特徴量として計算し、前記コイル制御部は、前記位置ずれ量が小さくなるように前記アライメントコイルの励磁値を制御する。
本発明の一態様によるマルチ荷電粒子ビーム描画装置において、前記特徴量計算部は、前記アライメントスキャン像の面積を前記特徴量として計算し、前記コイル制御部は、前記面積が大きくなるように前記アライメントコイルの励磁値を制御する。
本発明の一態様によるマルチ荷電粒子ビーム描画装置の調整方法は、荷電粒子ビームを放出する工程と、前記荷電粒子ビームがアパーチャを通過する工程と、前記アパーチャを通過した前記荷電粒子ビームが、成形アパーチャアレイの複数の開口部を通過してマルチビームを形成する工程と、ステージ上に載置された基板に前記マルチビームを照射する工程と、前記アパーチャに設けられた検出器で検出した荷電粒子からアライメントスキャン像を作成する工程と、前記アライメントスキャン像から、前記荷電粒子ビームの前記アパーチャへの入射角の垂直度合を示す特徴量を計算する工程と、前記特徴量に基づいて前記アパーチャへの前記荷電粒子ビームの入射角を調整する工程と、を備えるものである。
本発明によれば、マルチビーム光学系設定時に光軸を精度良く調整できる。
本発明の実施形態によるマルチ荷電粒子ビーム描画装置の概略図である。 成形アパーチャアレイの概略図である。 （ａ）〜（ｃ）はアライメントスキャン像の例を示す図である。 各コイル値でのアライメントスキャン像の例を示す図である。 特徴量（輝度の均一さ）の変化を等高線で示した図である。 各コイル値でのアライメントスキャン像の面積を示す模式図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の実施形態に係るマルチ荷電粒子ビーム描画装置の概略図である。本実施形態では、荷電粒子ビームの一例として、電子ビームを用いた構成について説明する。但し、荷電粒子ビームは、電子ビームに限るものではなく、イオンビーム等の他の荷電粒子ビームでもよい。
この描画装置は、描画対象の基板２４に電子ビームを照射して所望のパターンを描画する描画部Ｗと、描画部Ｗの動作を制御する制御部Ｃとを備える。
描画部Ｗは、電子ビーム鏡筒２及び描画室２０を有している。電子ビーム鏡筒２内には、電子銃４、照明レンズ系６、成形アパーチャアレイ８、ブランキングアパーチャアレイ１０、縮小レンズ１２、制限アパーチャ部材１４、対物レンズ１６、偏向器１８、及びアライメント機構（アライメント部）４０が配置されている。
照明レンズ系６は、電子レンズ６ａ及び６ｂを有する。電子レンズ６ｂは、電子銃４から放出される電子ビーム３０のビーム進行方向において、電子レンズ６ａよりも後側（下流側）に配置される。
アライメント機構４０は、電子銃４と成形アパーチャアレイ８との間に設けられ、アライメントコイル４２，４４及び４６と、中央部に円形の穴が形成されたアパーチャ４８とを有する。
アライメントコイル４２は、電子ビーム３０の電子レンズ６ａへの入射位置を調整する。アライメントコイル４４は、電子ビーム３０のアパーチャ４８への入射角を調整する。アライメントコイル４６は、電子ビーム３０のアパーチャ４８への入射位置を調整する。
アパーチャ４８には、中央部の穴を通過せずにアパーチャ４８で遮蔽される電子（ビーム電流）を検出する検出器が設けられている。
描画室２０内には、ＸＹステージ２２が配置される。ＸＹステージ２２上には、描画対象の基板２４が載置されている。描画対象の基板２４は、例えば、ウェーハや、ウェーハにエキシマレーザを光源としたステッパやスキャナ等の縮小投影型露光装置や極端紫外線露光装置（ＥＵＶ）を用いてパターンを転写する露光用のマスクが含まれる。
電子銃４（放出部）から放出された電子ビーム３０は、アライメント機構４０により光軸が調整され、アパーチャ４８を通過し、ほぼ垂直に成形アパーチャアレイ８を照明する。図２は、成形アパーチャアレイ８の構成を示す概念図である。成形アパーチャアレイ８には、縦（ｙ方向）ｍ列×横（ｘ方向）ｎ列（ｍ，ｎ≧２）の穴（開口部）８０が所定の配列ピッチでマトリクス状に形成されている。各穴８０は、共に同じ寸法形状の矩形又は円形で形成される。
電子ビーム３０は、成形アパーチャアレイ８のすべての穴８０が含まれる領域を照明する。これらの複数の穴８０を電子ビーム３０の一部がそれぞれ通過することで、図１に示すようなマルチビーム３０ａ〜３０ｅが形成されることになる。
穴８０の配列の仕方は、図２に示すように、縦横が格子状に配置される場合に限るものではない。例えば、縦方向に隣接する穴同士が、千鳥状に互い違いに配置されてもよい。
ブランキングアパーチャアレイ１０には、成形アパーチャアレイ８の各穴８０の配置位置に合わせて貫通孔が形成され、各貫通孔には、対となる２つの電極からなるブランカが、それぞれ配置される。各貫通孔を通過する電子ビーム３０ａ〜３０ｅは、それぞれ独立に、ブランカが印加する電圧によって偏向される。この偏向によって、各ビームがブランキング制御される。このように、ブランキングアパーチャアレイ１０により、成形アパーチャアレイ８の複数の穴８０を通過したマルチビームの各ビームに対してブランキング偏向が行われる。
ブランキングアパーチャアレイ１０を通過したマルチビーム３０ａ〜３０ｅは、縮小レンズ１２によって、各々のビームサイズと配列ピッチが縮小され、制限アパーチャ部材１４に形成された中心の穴に向かって進む。
ブランキングアパーチャアレイ１０のブランカにより偏向された電子ビームは、その軌道が変位し制限アパーチャ部材１４の穴から位置がはずれ、制限アパーチャ部材１４によって遮蔽される。一方、ブランキングアパーチャアレイ１０のブランカによって偏向されなかった電子ビームは、制限アパーチャ部材１４の穴を通過する。
このように、制限アパーチャ部材１４は、ブランキングアパーチャアレイ１０の電極によってビームＯＦＦの状態になるように偏向された各ビームを遮蔽する。そして、ビームＯＮになってからビームＯＦＦになるまでに制限アパーチャ部材１４を通過したビームが、１回分のショットのビームとなる。
制限アパーチャ部材１４を通過したマルチビーム３０ａ〜３０ｅは、対物レンズ１６により焦点が合わされ、所望の縮小率のパターン像となる。制限アパーチャ部材１４を通過した各ビーム（マルチビーム全体）は、偏向器１８によって同方向にまとめて偏向され、基板２４に照射される。
一度に照射されるマルチビームは、理想的には成形アパーチャアレイ８の複数の穴８０の配列ピッチに上述した所望の縮小率を乗じたピッチで並ぶことになる。この描画装置は、ショットビームを連続して順に照射していくラスタースキャン方式で描画動作を行い、所望のパターンを描画する際、パターンに応じて必要なビームがブランキング制御によりビームＯＮに制御される。ＸＹステージ２２が連続移動している時、ビームの照射位置がＸＹステージ２２の移動に追従するように偏向器１８によって制御される。
制御部Ｃは、制御計算機５０、記憶装置５２、コイル制御回路５４、制御回路５６、及び信号取得回路５８を有している。制御計算機５０は、記憶装置５２から描画データを取得し、描画データに対し複数段のデータ変換処理を行って装置固有のショットデータを生成し、制御回路５６に出力する。ショットデータには、各ショットの照射量及び照射位置座標等が定義される。
制御回路５６は、描画部Ｗの各部を制御して描画処理を行う。例えば、制御回路５６は、各ショットの照射量を電流密度で割って照射時間ｔを求め、対応するショットが行われる際、照射時間ｔだけビームＯＮするように、ブランキングアパーチャアレイ１０の対応するブランカに偏向電圧を印加する。
また、制御回路５６は、ショットデータが示す位置（座標）に各ビームが偏向されるように偏向量を演算し、偏向器１８に偏向電圧を印加する。これにより、その回にショットされるマルチビームがまとめて偏向される。
アライメント機構４０では、電子ビーム３０がアパーチャ４８に垂直に入射されるように、アライメントコイル４４で調整を行う。アパーチャ４８への電子ビーム３０の入射角の調整が不十分であると、成形アパーチャアレイ８のすべての穴８０を電子ビーム３０で照明できず、基板２４に照射されるマルチビーム（ビームアレイ）に欠けが生じることがある。
そこで、本実施形態では、電子ビーム３０のアパーチャ４８への入射角の垂直度合を示す特徴量を計算し、算出した特徴量に基づいて光軸を調整する。
この描画装置では、制御計算機５０は、アパーチャ４８に設けられた検出器の検出値を、信号取得回路５８を介して取得し、アパーチャ４８の穴部分を電子ビーム３０が通過する状態を画像化したアライメントスキャン像を生成することができる。このアライメントスキャン像は、電子ビーム３０がアパーチャ４８にほぼ垂直に入射する場合は、図３（ａ）に示すように、アパーチャ４８の穴部分に相当する箇所が、ほぼ輝度が均一な円形となる。一方、電子ビーム３０の入射角の垂直度合が小さい場合は、図３（ｂ）に示すように、アパーチャ４８の穴部分に相当する箇所の輝度分布に偏りが生じる。
このような特徴に着目し、本実施形態では、制御計算機５０の特徴量計算部５１が、得られたアライメントスキャン像の輝度（濃淡）の重心と、アライメントスキャン像の中心との位置ずれ量を、輝度の均一さを示す特徴量として計算する。例えば、図３（ａ）のアライメントスキャン像では、輝度の重心とアライメントスキャン像の中心とはほぼ同じ位置にあり、位置ずれ量は極めて小さい。図３（ｃ）は、図３（ｂ）のアライメントスキャン像に輝度の重心Ｐ１と、アライメントスキャン像の中心Ｐ２とを追加した図である。図３（ｃ）に示すように、電子ビーム３０の入射角の垂直度合が小さい場合、輝度の重心Ｐ１とアライメントスキャン像の中心Ｐ２との位置ずれ量が大きい。
アライメントコイル４４に励磁する励磁値（コイル値）を変えることで、水平面内で直交する第１方向及び第２方向（例えばｘ方向及びｙ方向）に電子ビームの光軸の傾きを調整できる。図４は、光軸をｘ方向及びｙ方向に変えていった場合の各コイル値でのアライメントスキャン像の例を示す。図４の例では、右上のアライメントスキャン像の輝度が最も均一になっている。図５は、光軸をｘ方向及びｙ方向に変えていった場合の特徴量の変化を等高線で示した図である。
光軸調整においては、まず、特徴量計算部５１が、現時点の設定における特徴量（第１特徴量）を計算する。次に、コイル制御回路５４がコイル値を制御し、光軸をｘ方向に一定量変化させ、特徴量計算部５１が特徴量（第２特徴量）を計算し、特徴量の変化量（第１特徴量と第２特徴量の差）を算出する。
続いて、コイル制御回路５４がコイル値を制御し、光軸をｙ方向に一定量変化させ、特徴量計算部５１が特徴量（第３特徴量）を計算し、特徴量の変化量（第２特徴量と第３特徴量の差）を算出する。
特徴量計算部５１は、特徴量の変化量から、コイル値の変化量を決定し、コイル制御回路５４に通知する。コイル制御回路５４は、通知された変化量に基づいて、アライメントコイル４４のコイル値を制御する。例えば、特徴量計算部５１は、特徴量が増加した場合は、光軸を逆方向に変化させる。また、特徴量計算部５１は、特徴量の変化量に比例して、コイル値の変化量を決定する。
特徴量の変化量が所定値以下になるまで、又は特徴量が所定値以下になるまで、特徴量の計算及びコイル値の制御を繰り返す。これにより、特徴量が小さくなる、すなわちアライメントスキャン像の中心と輝度の重心とがほぼ同じ位置になり、電子ビーム３０がアパーチャ４８に垂直に入射されるように調整することができる。
このように、本実施形態によれば、アパーチャ４８でのアライメントスキャン像の輝度の均一さを示す特徴量を計算し、この特徴量に基づいて光軸を調整するため、電子ビーム３０がアパーチャ４８に垂直に入射されるように光軸を精度良く調整することができる。これにより、基板２４に照射されるビームアレイに欠けが発生することを防止し、描画精度を向上させることができる。
上記実施形態では、アライメントスキャン像の輝度の均一さを特徴量としていたが、特徴量はこれに限定されない。例えば、アライメントスキャン像の面積（アライメントスキャン像における一定以上の濃さを持つ領域の面積）を特徴量としてもよい。
例えば、図４に示す各アライメントスキャン像における面積は、図６に示す斜線部分となる。電子ビーム３０がアパーチャ４８にほぼ垂直に入射する場合は面積が大きく、電子ビーム３０の入射角の垂直度合が小さい場合は面積が小さくなる。
上記実施形態と同様に、光軸調整においては、特徴量（面積）の計算及びコイル値の制御を、特徴量の変化量が所定値以下になるまで、又は特徴量が所定値以上になるまで、繰り返す。これにより、アライメントスキャン像の面積が大きくなり、電子ビーム３０がアパーチャ４８に垂直に入射されるように調整することができる。
また、アライメントスキャン像の輝度（アライメントスキャン像における一定以上の濃さを持つ領域の輝度の合計値）を特徴量としてもよい。
特徴量計算部５１を含む制御計算機５０の各機能は、ハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。ソフトウェアで構成する場合には、制御計算機５０の少なくとも一部の機能を実現するプログラムをＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に収納し、コンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
２ 電子ビーム鏡筒
４ 電子銃
６ 照明レンズ系
８ 成形アパーチャアレイ
１０ ブランキングアパーチャアレイ
１２ 縮小レンズ
１４ 制限アパーチャ部材
１６ 対物レンズ
１８ 偏向器
２０ 描画室
２２ ＸＹステージ
４０ アライメント機構（アライメント部）
４２，４４，４６ アライメントコイル
４８ アパーチャ
５０ 制御計算機
５１ 特徴量計算部
５４ コイル制御回路
５６ 制御回路
５８ 信号取得回路

Claims (5)

  1. 荷電粒子ビームを放出する放出部と、
    複数の開口部が形成され、前記複数の開口部を前記荷電粒子ビームが通過することによりマルチビームを形成する成形アパーチャアレイと、
    前記マルチビームのうち、それぞれ対応するビームのブランキング偏向を行う複数のブランカが配置されたブランキングアパーチャアレイと、
    前記複数のブランカによってビームＯＦＦの状態になるように偏向された各ビームを遮蔽する制限アパーチャ部材と、
    前記マルチビームが照射される基板を載置するステージと、
    前記放出部と前記成形アパーチャアレイとの間に配置され、アパーチャ、該アパーチャに設けられ荷電粒子を検出する検出器、及び該アパーチャへの前記荷電粒子ビームの入射角を調整するアライメントコイルを有するアライメント部と、
    前記検出器の検出値に基づくアライメントスキャン像から、前記荷電粒子ビームの前記アパーチャへの入射角の垂直度合を示す特徴量を計算する特徴量計算部と、
    前記特徴量に基づいて前記アライメントコイルの励磁値を制御するコイル制御部と、
    を備えるマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
  2. 前記特徴量計算部は、前記アライメントスキャン像の輝度の均一さを示す値を前記特徴量として計算することを特徴とする請求項１に記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
  3. 前記特徴量計算部は、前記アライメントスキャン像の輝度の重心と、該アライメントスキャン像の中心との位置ずれ量を前記特徴量として計算し、
    前記コイル制御部は、前記位置ずれ量が小さくなるように前記アライメントコイルの励磁値を制御することを特徴とする請求項２に記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
  4. 前記特徴量計算部は、前記アライメントスキャン像の面積を前記特徴量として計算し、
    前記コイル制御部は、前記面積が大きくなるように前記アライメントコイルの励磁値を制御することを特徴とする請求項１に記載のマルチ荷電粒子ビーム描画装置。
  5. 荷電粒子ビームを放出する工程と、
    前記荷電粒子ビームがアパーチャを通過する工程と、
    前記アパーチャを通過した前記荷電粒子ビームが、成形アパーチャアレイの複数の開口部を通過してマルチビームを形成する工程と、
    ステージ上に載置された基板に前記マルチビームを照射する工程と、
    前記アパーチャに設けられた検出器で検出した荷電粒子からアライメントスキャン像を作成する工程と、
    前記アライメントスキャン像から、前記荷電粒子ビームの前記アパーチャへの入射角の垂直度合を示す特徴量を計算する工程と、
    前記特徴量に基づいて前記アパーチャへの前記荷電粒子ビームの入射角を調整する工程と、
    を備えるマルチ荷電粒子ビーム描画装置の調整方法。
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