JP7070033B2 - 荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画方法 - Google Patents

Description

本発明は、荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画方法に関する。

ＬＳＩの高集積化に伴い、半導体デバイスに要求される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。

気圧変化等の外乱によって電子ビームの軌道が変化することが知られている。従来、気圧変化とビーム照射位置変動の関係式を事前測定により算出し、その関係式を使用して照射位置を補正しながら描画を行っていた。

描画装置のカラム（鏡筒）は複数段の筒状ブロックを積み重ねて構成されている。各ブロックの接合部の状態は気圧によって変化するため安定しておらず、事前測定により算出した関係式を使用して照射位置を補正しても補正残差が発生し、描画精度を向上させることが困難であった。

特開２００７－４３０８３号公報 特開２００３－１２４０９６号公報 特開２００５－２２８８６１号公報 特開２０１６－９６１４２号公報 特開２００６－３２６１６号公報 特開２００９－４９１１２号公報 特開２００９－１６４３２３号公報

本発明は、上記従来の実状に鑑みてなされたものであり、気圧変化によるビーム照射位置のずれを精度良く補正する荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画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荷電粒子ビーム描画装置は、描画データから、ショット毎の位置及びビーム照射時間を含むショットデータを生成するショットデータ生成部と、気圧に応じたビーム照射位置の補正量を算出するための計算式の補正係数を格納する記憶部と、気圧を測定する気圧センサと、前記気圧センサの測定値と、前記補正係数を用いた前記計算式とから、ビーム照射位置の補正量を算出する補正量算出部と、前記ショットデータ及び前記補正量に基づいてビーム照射位置が調整された荷電粒子ビームを用いて基板にパターンを描画する描画部と、前記基板が載置されたステージ上に設けられたマークを前記荷電粒子ビームで走査する偏向器と、前記マークから反射された反射電子を検出する検出部と、前記検出部による検出結果を用いて、前記荷電粒子ビームの照射位置の補正残差を算出する補正残差算出部と、前記補正残差の変化と前記気圧の変化との相関係数の絶対値が所定値以上の場合に、前記補正係数を更新する更新部と、を備えるものである。

本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画装置において、前記相関係数の絶対値が前記所定値未満の場合、前記記憶部に格納されている前記補正係数の値を維持する。

本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画装置において、前記補正係数は、第１補正係数及び第２補正係数を含み、前記補正量算出部は、気圧上昇時に前記第１補正係数を用いて補正量を算出し、気圧下降時に前記第２補正係数を用いて補正量を算出する。

本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画方法は、描画データから、ショット毎の位置及びビーム照射時間を含むショットデータを生成する工程と、気圧センサで気圧を測定する工程と、前記気圧の測定値と、予め求められた気圧に応じたビーム照射位置の補正量を算出するための計算式とから、ビーム照射位置の補正量を算出する工程と、前記ショットデータ及び前記補正量に基づいてビーム照射位置が調整された荷電粒子ビームを用いて基板にパターンを描画する工程と、前記基板が載置されたステージ上に設けられたマークを前記荷電粒子ビームで走査し、前記マークから反射された反射電子を検出する工程と、前記反射電子の検出結果を用いて、前記荷電粒子ビームの照射位置の補正残差を算出する工程と、前記補正残差の変化と前記気圧の変化との相関係数を算出し、前記相関係数の絶対値が所定値以上の場合に、前記計算式の係数を更新する工程と、を備えるものである。

本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画方法は、気圧上昇時に係数を第１補正係数とした前記計算式を用いてビーム照射位置の補正量を算出し、気圧下降時に係数を第２補正係数とした前記計算式を用いてビーム照射位置の補正量を算出する工程と、前記ショットデータ及び前記補正量に基づいてビーム照射位置が調整された荷電粒子ビームを用いて基板にパターンを描画する工程と、を備える。

本発明によれば、気圧変化によるビーム照射位置のずれを精度良く補正できる。

本発明の実施形態に係る電子ビーム描画装置の概略図である。 第１成形アパーチャ及び第２成形アパーチャの斜視図である。 実施形態に係る補正係数の更新方法を説明するフローチャートである。

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電子ビーム描画装置の概略図である。図１に示す電子ビーム描画装置は、制御部１００と描画部２００とを備えた可変成形型の描画装置である。

描画部２００は、電子鏡筒２２０と描画室２３０を備えている。電子鏡筒２２０内には、電子銃２０１、照明レンズ２０２、ブランカ２０３、第１成形アパーチャ２０４、投影レンズ２０５、成形偏向器２０６、第２成形アパーチャ２０７、対物レンズ２０８、主偏向器２０９、副偏向器２１０、及び検出器２５０が配置されている。

描画室２３０内には、ＸＹステージ２１１が配置されている。ＸＹステージ２１１上には、描画対象の基板２４０が載置される。ＸＹステージ２１１上には、基板２４０が載置される位置とは異なる位置にマークＭが配置されている。マークＭは例えば金属製の十字形状のマークである。

電子鏡筒２２０内に設けられた電子銃２０１（放出部）から放出された電子ビームＢは、ブランカ（ブランキング偏向器）２０３内を通過する際にブランカ２０３によって、電子ビームを基板に照射するか否か切り替えられる。

電子ビームＢは、照明レンズ２０２により、矩形の開口３２（図２参照）を有する第１成形アパーチャ２０４全体に照射される。第１成形アパーチャ２０４の開口３２を通過することで、電子ビームＢは矩形に成形される。

第１成形アパーチャ２０４を通過した第１アパーチャ像の電子ビームＢは、投影レンズ２０５により、可変成形開口３４（図２参照）を有した第２成形アパーチャ２０７上に投影される。その際、偏向器２０６によって、第２成形アパーチャ２０７上に投影される第１アパーチャ像が偏向制御され、可変成形開口３４を通過する電子ビームの形状と寸法を変化させる（可変成形を行う）ことができる。

第２成形アパーチャ２０７の可変成形開口３４を通過した第２アパーチャ像の電子ビームＢは、対物レンズ２０８により焦点を合わせ、主偏向器２０９及び副偏向器２１０によって偏向され、連続的に移動するＸＹステージ２１１上に載置された基板２４０に照射される。

図２は、第１成形アパーチャ２０４及び第２成形アパーチャ２０７によるビーム成形を説明するための概略図である。第１成形アパーチャ２０４には、電子ビームＢを成形するための矩形の開口３２が形成されている。

また、第２成形アパーチャ２０７には、第１成形アパーチャ２０４の開口３２を通過した電子ビームＢを所望の形状に成形するための可変成形開口３４が形成されている。第１成形アパーチャ２０４の開口３２と第２成形アパーチャ２０７の可変成形開口３４との両方を通過したビーム形状が、連続的に移動するＸＹステージ２１１上に搭載された基板２４０の描画領域に描画される。

図１に示すように、制御部１００は、制御計算機１１０、制御回路１２０、記憶部１３０、１３２、検出回路１４０及び気圧センサ１５０を有する。気圧センサ１５０は、描画装置が設置された場所の気圧を測定する。記憶部１３０には、レイアウトデータとなる描画データが外部から入力され、格納されている。記憶部１３２には、気圧に応じたビーム照射位置の補正量を算出するための計算式の係数（補正係数）のデータが格納されているる。補正係数でなく計算式が格納されていてもよい。

制御計算機１１０は、ショットデータ生成部１１１、補正量算出部１１２、補正残差算出部１１３、判定部１１４及び更新部１１５を有する。制御計算機１１０の各部は、電気回路等の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１１０の少なくとも一部の機能を実現するプログラムを記録媒体に収納し、電気回路を含む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。

ショットデータ生成部１１１は、記憶部１３０から描画データを読み出し、複数段のデータ変換処理を行ってショットデータを生成する。ショットデータには、ショット形状、ショットサイズ、ショット位置等の情報が含まれている。

補正量算出部１１２は、気圧センサ１５０から取得した気圧の値と、記憶部１３２に格納されている補正係数を用いた計算式とから、気圧の影響によるビーム照射位置の変動量（補正量）を算出する。

制御回路１２０は、生成されたショットデータを用いて、ブランカ２０３、偏向器２０６、主偏向器２０９及び副偏向器２１０の偏向量を制御し、描画処理を行う。制御回路１２０は、ショットデータに含まれるショット位置に、補正量算出部１１２が算出した補正量を加算してショット位置を補正する。制御回路１２０は、補正後のショット位置に基づいて、主偏向器２０９及び副偏向器２１０の偏向量を制御する。

描画装置の電子鏡筒２２０は、複数段の筒状ブロックを積層した構成となっており、ブロックの接合部の状態が気圧によって変化し、同じ補正係数を使用し続けていると、ビーム照射位置の変動を補正しきれず、補正残差が生じることがある。

そこで、本実施形態では、描画処理中、ビーム照射位置のずれ量（補正残差）を定期的に測定し、補正残差の変化と気圧の変化との相関を確認する。相関係数（相関係数の絶対値）が所定の閾値以上の場合、記憶部１３２内の補正係数を更新する。以後、補正量算出部１１２は、更新後の補正係数を用いて、ショット位置の補正量を算出する。

補正係数の更新方法を図３に示すフローチャートに沿って説明する。定期診断等の所定のタイミングにおいて（ステップＳ１０１＿Ｙｅｓ）、補正残差の測定を行う（ステップＳ１０２）。まず、マークＭが対物レンズ２０８の中心位置に合うようにＸＹステージ２１１を移動させる。そして、マークＭの十字を電子ビームＢで走査する。マークＭからの反射電子を検出器２５０で検出し、検出回路１４０で増幅してデジタルデータに変換した上で、測定データを制御計算機１１０へ出力する。補正残差算出部１１３は、マークＭを走査して計測したマーク位置と、現在の補正係数を用いて偏向器に設定した偏向位置とに基づいて、補正残差を算出する。算出した補正残差は図示しない記憶部に格納される。また、気圧センサ１５０により測定された気圧も記憶部に格納される。

判定部１１４が、一定期間内での補正残差の変化と気圧の変化との相関係数を算出し、相関係数の絶対値が所定の閾値以上か否かを判定する（ステップＳ１０３）。相関係数が閾値以上である場合（ステップＳ１０３＿Ｙｅｓ）、更新部１１５が記憶部１３２内の補正係数を更新する（ステップＳ１０４）。更新部１１５は、補正残差が小さくなるように補正係数を更新する。相関係数が閾値未満の場合（ステップＳ１０３＿Ｎｏ）、現在の補正係数が維持される。

このように、本実施形態によれば、補正残差の変化と気圧変化とに相関がある場合に補正係数を更新（変更）することで、気圧変化によるビーム照射位置のずれを精度良く補正できる。

ところで、本発明者は、気圧によるビーム照射位置のずれを補正すべく鋭意検討を重ねた結果、気圧上昇時と気圧下降時とで、気圧変化に対するビーム照射位置のずれの挙動が異なるという知見を得た。そのため、記憶部１３２に気圧上昇時用の第１の補正係数と、気圧下降時用の第２の補正係数とを格納しておき、気圧が上昇しているか、又は下降しているかによって、補正係数を使い分けてもよい。

例えば、補正量算出部１１２は、気圧が上昇している時、第１の補正係数を用いて補正量を算出する。一方、気圧が下降している時、補正量算出部１１２は、第２の補正係数を用いて補正量を算出する。

また、上記実施形態で説明したのと同様の方法を用いて、補正残差の変化と気圧変化とに相関がある場合に、第１の補正係数及び第２の補正係数を更新してもよい。

上記実施の形態では、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したが、荷電粒子ビームは電子ビームに限るものではなく、イオンビーム等の荷電粒子を用いたビームでも構わない。

上記実施形態ではシングルビームを用いた描画装置の例について説明したが、マルチビームを使った描画装置にも適用できる。

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。

１００ 制御部
１１０ 制御計算機
１１１ ショットデータ生成部
１１２ 補正量算出部
１１３ 補正残差算出部
１１４ 判定部
１１５ 更新部
１４０ 検出器
１５０ 気圧センサ
２５０ 検出器

Claims (5)

1. 描画データから、ショット毎の位置及びビーム照射時間を含むショットデータを生成するショットデータ生成部と、
   気圧に応じたビーム照射位置の補正量を算出するための計算式の補正係数を格納する記憶部と、
   気圧を測定する気圧センサと、
   前記気圧センサの測定値と、前記補正係数を用いた前記計算式とから、ビーム照射位置の補正量を算出する補正量算出部と、
   前記ショットデータ及び前記補正量に基づいてビーム照射位置が調整された荷電粒子ビームを用いて基板にパターンを描画する描画部と、
   前記基板が載置されたステージ上に設けられたマークを前記荷電粒子ビームで走査する偏向器と、
   前記マークから反射された反射電子を検出する検出部と、
   前記検出部による検出結果を用いて、前記荷電粒子ビームの照射位置の補正残差を算出する補正残差算出部と、
   前記補正残差の変化と前記気圧の変化との相関係数の絶対値が所定値以上の場合に、前記補正係数を更新する更新部と、
   を備える荷電粒子ビーム描画装置。
2. 前記相関係数の絶対値が前記所定値未満の場合、前記記憶部に格納されている前記補正係数の値を維持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描画装置。
3. 前記補正係数は、第１補正係数及び第２補正係数を含み、
   前記補正量算出部は、気圧上昇時に前記第１補正係数を用いて補正量を算出し、気圧下降時に前記第２補正係数を用いて補正量を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の荷電粒子ビーム描画装置。
4. 描画データから、ショット毎の位置及びビーム照射時間を含むショットデータを生成する工程と、
   気圧センサで気圧を測定する工程と、
   前記気圧の測定値と、予め求められた気圧に応じたビーム照射位置の補正量を算出するための計算式とから、ビーム照射位置の補正量を算出する工程と、
   前記ショットデータ及び前記補正量に基づいてビーム照射位置が調整された荷電粒子ビームを用いて基板にパターンを描画する工程と、
   前記基板が載置されたステージ上に設けられたマークを前記荷電粒子ビームで走査し、前記マークから反射された反射電子を検出する工程と、
   前記反射電子の検出結果を用いて、前記荷電粒子ビームの照射位置の補正残差を算出する工程と、
   前記補正残差の変化と前記気圧の変化との相関係数を算出し、前記相関係数の絶対値が所定値以上の場合に、前記計算式の係数を更新する工程と、
   を備える荷電粒子ビーム描画方法。
5. 気圧上昇時に係数を第１補正係数とした前記計算式を用いてビーム照射位置の補正量を算出し、気圧下降時に係数を第２補正係数とした前記計算式を用いてビーム照射位置の補正量を算出する工程と、
   前記ショットデータ及び前記補正量に基づいてビーム照射位置が調整された荷電粒子ビームを用いて基板にパターンを描画する工程と、
   を備える請求項４に記載の荷電粒子ビーム描画方法。

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