JP7524730B2 - セトリング時間決定方法及びマルチ荷電粒子ビーム描画方法 - Google Patents

Description

本発明は、セトリング時間決定方法及びマルチ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の作製には、電子ビーム描画装置によってレジストを露光してパターンを形成する、所謂、電子ビームリソグラフィ技術が用いられている。

電子ビーム描画装置は、電子ビームの光路に沿って配置された主偏向器及び副偏向器に所定の電圧を印加することにより電子ビームを偏向し、ステージ上の基板にパターンを描画する。ＤＡＣ（デジタルアナログコンバータ）アンプからの出力電圧で偏向器を駆動する際には、その負荷に応じた出力電圧のセトリング時間（整定時間）が必要になる。ここで、セトリング時間が足りないと、電子ビームの偏向移動量に誤差が生じ、描画精度を低下させる。一方、セトリング時間が長すぎると、スループットが低下する。そのため、描画精度が低下しない範囲で、できるだけ短いセトリング時間を設定することが望ましい。

従来、主偏向セトリング時間（主偏向器に電圧を印加するＤＡＣアンプに設定されるセトリング時間）を変えながら複数の評価パターンを描画し、評価パターンの位置ずれ量を測定し、位置ずれ量が所定範囲内に収まるセトリング時間を最適な主偏向セトリング時間として決定していた。

例えば、位置ずれ量と主偏向セトリング時間との関係は、図９に示すようなものとなる。位置ずれ量が上限閾値と下限閾値との範囲内に収まる主偏向セトリング時間のうち、最も短い主偏向セトリング時間を最適な主偏向セトリング時間とする。例えば、主偏向セトリング時間Ｔ１の位置ずれ量がばらつきによるものである場合、最適な主偏向セトリング時間はＴ２となる。しかし、主偏向セトリング時間Ｔ１の位置ずれ量がセトリングエラーによるものである場合、最適な主偏向セトリング時間はＴ３となる。

このように、最適な主偏向セトリング時間を決定するには、位置ずれ量測定結果におけるばらつきの影響を十分に排除する必要がある。しかし、ばらつきの影響を排除するためには、主偏向セトリング時間を細かく変えながら多数の評価パターンを描画する必要があり、膨大な描画時間、測定時間がかかるという問題があった。

また、高い描画精度を実現するためにはセトリングエラーを極めて小さくする必要があり、最適な主偏向セトリング時間を一度決定した後も、定期的に評価パターンを描画し、描画結果から最適な主偏向セトリング時間を新たに決定しているため、コストがかかっていた。

特開２０１４－４１９５２号公報 特開２０１３－５８６９９号公報 特開２０１０－２６７８４２号公報

本発明は、最適な偏向セトリング時間を効率良く求めることができるセトリング時間決定方法及びマルチ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セトリング時間決定方法は、偏向セトリング時間を変えながら、第１偏向器にアンプから出力される電圧を印加することにより荷電粒子ビームを偏向させて評価パターンを描画する工程と、前記評価パターンの位置を測定し、測定した位置の設計位置からの位置ずれ量を求める工程と、前記アンプの第１出力波形に対し、前記偏向セトリング時間毎の前記位置ずれ量をフィッティングし、前記位置ずれ量が所定範囲内となる偏向セトリング時間を決定する工程と、を備えるものである。

本発明の一態様によるセトリング時間決定方法において、新たに前記アンプの第２出力波形を取得し、前記偏向セトリング時間毎の位置ずれ量がフィッティングされた前記第１出力波形と、新たに取得した前記第２出力波形との時間軸を合わせ、前記第２出力波形に基づいて前記偏向セトリング時間を更新する。

本発明の一態様によるセトリング時間決定方法において、所定方向に隣接する前記第１偏向器より小さい領域を偏向する第２偏向器による偏向領域に順に前記評価パターンを描画し、前記所定方向へ前記荷電粒子ビームを移動するために前記第１偏向器に電圧を印加するアンプが複数のとき、前記複数のアンプの出力波形を合成した出力波形に対し、前記偏向セトリング時間毎の前記位置ずれ量をフィッティングする。

本発明の一態様によるセトリング時間決定方法において、前記評価パターンの描画時、前記第２偏向器の偏向量を所定値に固定する。

本発明の一態様によるマルチ荷電粒子ビーム描画方法は、偏向器により荷電粒子ビームを偏向させて試料にパターンを描画する荷電粒子ビーム描画方法であって、本発明のセトリング時間決定方法により決定された前記偏向セトリング時間を用いて前記試料に描画処理を行うものである。

本発明によれば、最適な偏向セトリング時間を効率良く求めることができる。

本発明の実施形態による荷電粒子ビーム描画装置の概略図である。 主偏向領域と副偏向領域とを示す概念図である。 セトリング時間決定方法を説明するフローチャートである。 アンプ出力波形の合成を説明する図である。 アンプ出力波形の合成を説明する図である。 （ａ）は位置ずれ量測定結果を示す図であり、（ｂ）はアンプ出力波形を示す図であり、（ｃ）はフィッティング例を示す図である。 セトリング時間決定方法を説明するフローチャートである。 アンプ出力波形の例を示す図である。 位置ずれ量測定結果の例を示す図である。 時間軸オフセットとフィッティング残差との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。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する。但し、荷電粒子ビームは電子ビームに限るものでなく、イオンビーム等でもよい。

図１は、本発明の実施形態に係る描画装置の概略構成図である。図１の通り、描画装置１００は、描画部１５０と制御部１６０を備えている。描画装置１００は、電子ビーム描画装置の一例である。描画部１５０は、電子鏡筒１０２と描画室１０３を備えている。電子鏡筒１０２内には、電子銃２０１、照明レンズ２０２、ブランキング偏向器（ブランカ）２１２、ブランキングアパーチャ２１４、第１成形アパーチャ２０３、投影レンズ２０４、成形偏向器２０５、第２成形アパーチャ２０６、対物レンズ２０７、主偏向器２０８及び副偏向器２０９が配置されている。主偏向器２０８の下方に副副偏向器がさらに設けられていてもよい。

描画室１０３内には、少なくともＸＹ方向に移動可能なＸＹステージ１０５が配置される。ＸＹステージ１０５上には、描画対象となる基板１０１が配置される。基板１０１は、例えばマスクブランクスや半導体基板（シリコンウェハ）である。

電子銃２０１（放出部）から放出された電子ビーム２００は、ブランキング偏向器２１２内を通過する際にブランキング偏向器２１２によって、ビームＯＮの状態では、ブランキングアパーチャ２１４を通過するように制御され、ビームＯＦＦの状態では、ビーム全体がブランキングアパーチャ２１４で遮蔽されるように偏向される。ビームＯＦＦの状態からビームＯＮとなり、その後ビームＯＦＦになるまでにブランキングアパーチャ２１４を通過した電子ビーム２００が１回の電子ビームのショットとなる。

ブランキング偏向器２１２は、ビームＯＮの状態とビームＯＦＦの状態とを交互に生成するように、通過する電子ビーム２００の偏向有無を制御する。各ショットの照射時間で基板１０１に照射される電子ビーム２００のショットあたりの照射量が調整されることになる。

ブランキング偏向器２１２とブランキングアパーチャ２１４を通過することによって生成された各ショットの電子ビーム２００は、照明レンズ２０２により矩形の穴を持つ第１成形アパーチャ２０３を照明する。ここで、電子ビーム２００をまず矩形に成形する。

そして、第１成形アパーチャ２０３を通過したアパーチャ像の電子ビーム２００は、投影レンズ２０４により第２成形アパーチャ２０６上に投影される。成形偏向器２０５によって、第２成形アパーチャ２０６上でのアパーチャ像は偏向制御され、ビーム形状と寸法を変化させることができる。このような可変成形はショット毎に行われ、通常、ショット毎に異なるビーム形状と寸法に成形される。

第２成形アパーチャ２０６を通過した電子ビーム２００は、対物レンズ２０７により焦点を合わせ、主偏向器２０８及び副偏向器２０９によって偏向され、連続的に移動するＸＹステージ１０５に配置された基板１０１の所望する位置に照射される。以上のように、各偏向器によって、電子ビーム２００の複数のショットが順に基板１０１上へと偏向される。

図２は、主偏向領域と副偏向領域とを示す概念図である。図２に示すように、例えば、描画装置１００にてステップアンドリピート方式で所望のパターンを描画する場合には、基板１０１の描画領域は、主偏向器２０８により偏向可能な幅で例えばＹ方向にストライプ状の複数の描画領域１（ストライプ１）に分割される。そして、各ストライプ１は、ストライプのＹ方向の幅と同じ幅でＸ方向にも区切られる。この区切られた領域が、主偏向器２０８により偏向可能な主偏向領域２となる。この主偏向領域２をさらに細分化した領域が副偏向領域３となる。

副偏向器２０９は、ショット毎の電子ビーム２００の位置を高速かつ高精度に制御するために用いられる。そのため、偏向範囲は副偏向領域３に限定され、その領域を超える偏向は主偏向器２０８で副偏向領域３の位置を移動することによって行う。一方、主偏向器２０８は、副偏向領域３の位置を制御するために用いられ、複数の副偏向領域３が含まれる範囲（主偏向領域２）内で移動する。また、描画中はＸＹステージ１０５がＸ方向に連続的に移動しているため、主偏向器２０８で副偏向領域３の描画原点を随時移動（トラッキング）することでＸＹステージ１０５の移動に追従させることができる。

制御部１６０は、制御計算機１１０、偏向制御回路１２０、デジタルアナログ変換（ＤＡＣ）アンプユニット１３２、１３４、１３６、１３８、記憶装置１４０、１４２等を有している。

制御計算機１１０は、ショットデータ生成部５０、セトリング時間設定部５２、及び描画制御部５４を備える。ショットデータ生成部５０、セトリング時間設定部５２、及び描画制御部５４の各機能は、ソフトウェアで構成されてもよいし、ハードウェアで構成されてもよい。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、ＣＰＵを有するコンピュータに読み込ませて実行させてもよい。

偏向制御回路１２０は各ＤＡＣアンプユニット１３２、１３４、１３６、１３８に接続されている。ＤＡＣアンプユニット１３２は副偏向器２０９に接続されている。ＤＡＣアンプユニット１３４は主偏向器２０８に接続されている。ＤＡＣアンプユニット１３６は成形偏向器２０５に接続されている。ＤＡＣアンプユニット１３８はブランキング偏向器２１２に接続されている。

偏向制御回路１２０からＤＡＣアンプ１３８に対して、ブランキング制御用のデジタル信号が出力される。ＤＡＣアンプ１３８では、デジタル信号をアナログ信号に変換し、増幅させた上で偏向電圧として、ブランキング偏向器２１２に印加する。この偏向電圧によって電子ビーム２００が偏向させられ、各ショットのブランキング制御が行われる。

偏向制御回路１２０からＤＡＣアンプユニット１３６に対して、成形偏向用のデジタル信号が出力される。ＤＡＣアンプユニット１３６では、デジタル信号をアナログ信号に変換し、増幅させた上で偏向電圧として、成形偏向器２０５に印加する。この偏向電圧によって電子ビーム２００が第２成形アパーチャ２０６の特定の位置に偏向され、所望の寸法及び形状の電子ビームが形成される。

偏向制御回路１２０からＤＡＣアンプ１３４に対して、主偏向制御用のデジタル信号が出力される。ＤＡＣアンプ１３４は、デジタル信号をアナログ信号に変換し、増幅させた上で偏向電圧として、主偏向器２０８に印加する。この偏向電圧によって、電子ビーム２００が偏向させられ、各ショットのビームが副偏向領域３の描画原点に偏向される。また、ＸＹステージ１０５が連続移動しながら描画する場合、この偏向電圧には、ステージ移動に追従するトラッキング用の偏向電圧も含まれる。

偏向制御回路１２０からＤＡＣアンプ１３２に対して、副偏向制御用のデジタル信号が出力される。ＤＡＣアンプ１３２は、デジタル信号をアナログ信号に変換し、増幅させた上で偏向電圧として、副偏向器２０９に印加する。この偏向電圧によって、電子ビーム２００は副偏向領域３内のショット位置に偏向される。

記憶装置１４０，１４２は、磁気ディスク装置や半導体メモリである。記憶装置１４０は、基板１０１にパターンを描画するための描画データを記憶する。この描画データは、設計データ（レイアウトデータ）が描画装置１００用のフォーマットに変換されたデータであり、外部装置から記憶装置１４０に入力されて保存されている。

記憶装置１４２には、後述する方法で求められた最適な主偏向セトリング時間が格納されている。

ショットデータ生成部５０は、記憶装置１４０に格納されている描画データに対して、複数段のデータ変換処理を行い、描画対象となる各図形パターンを１回のショットで照射可能なサイズのショット図形に分割し、描画装置固有のフォーマットとなるショットデータを生成する。ショットデータには、ショット毎に、例えば、各ショット図形の図形種を示す図形コード、図形サイズ、ショット位置、照射時間等が含まれる。生成されたショットデータはメモリ（図示略）に一時的に記憶される。

描画制御部５４は、ショットデータを偏向制御回路１２０に転送する。偏向制御回路１２０は、ショットデータに設定された照射時間になる偏向データ（ブランキング信号）をブランキング偏向器２１２用のＤＡＣアンプ１３８に出力する。

偏向制御回路１２０は、ショットデータに設定された図形種及び図形サイズになる偏向データ（成形偏向用の信号）をＤＡＣアンプユニット１３６に出力する。また、偏向制御回路１２０は、ショットデータに設定されたショット位置となる偏向データをＤＡＣアンプユニット１３２，１３４に出力する。

セトリング時間設定部５２は、記憶装置１４２から最適主偏向セトリング時間を取り出し、偏向制御回路１２０に通知する。偏向制御回路１２０は、主偏向のセトリング時間が最適主偏向セトリング時間となるよう、各ＤＡＣアンプに適宜信号を出力する。例えば、偏向制御回路１２０は、ＤＡＣアンプ１３４に主偏向用の信号を出力した後、最適主偏向セトリング時間の経過後にビームＯＮとなるようにＤＡＣアンプ１３８にブランキング信号を出力する。

次に、最適主偏向セトリング時間の決定方法を図３に示すフローチャートに沿って説明する。

まず、主偏向セトリング時間を変化させて、主偏向器２０８により電子ビームを移動させて、試料に評価パターンを描画する（ステップＳ１）。ここで、主偏向により位置決めされる副偏向領域３の例えば中央に電子ビームが照射されるように、副偏向器２０９の偏向量を所定値に固定する。これにより、副偏向に起因するパターンの位置ずれを排除できる。ＸＹステージ１０５は停止している。

そして、描画した評価パターンの位置を公知の位置測定器（図示略）で測定し、主偏向セトリング時間毎の設計位置からの位置ずれ量を求める（ステップＳ２）。

例えば、任意の主偏向セトリング時間に設定し、主偏向により電子ビームをｙ方向に隣接する第１副偏向領域に電子ビームを偏向させて評価パターンを描画する。次に、同じ主偏向セトリング時間で主偏向により、第１副偏向領域から、ｙ方向に隣接する第２副偏向領域に電子ビームを偏向させて評価パターンを描画する。このように、同じ主偏向セトリング時間で主偏向により電子ビームをｙ方向に隣接する副偏向領域に順次移動させ、各副偏向領域に評価パターンを描画する。そして、各副偏向領域に描画された評価パターンの位置を測定し、位置ずれ量の平均値を求める。複数の主偏向セトリング時間について、このような位置ずれ量の平均値を求める。主偏向セトリング時間に対して位置ずれ量をプロットすると、図６（ａ）に示すような関係が得られる。

主偏向器２０８に電圧を印加するＤＡＣアンプ１３４の出力波形を取得する（ステップＳ３）。例えば、アンプ出力波形は、ＤＡＣアンプ１３４を描画装置１００に組み込む前に予め測定しておく。主偏向器２０８は複数の電極（偏向板）を有し、ＤＡＣアンプ１３４は各電極に電圧を印加する複数のアンプを有する。取得する出力波形は、複数のアンプのうち、電子ビームの移動に関与するアンプが、評価パターン描画時の偏向動作を模擬した出力を行う際の出力波形を合成したものである。図６（ｂ）は、合成したアンプ出力波形の例を示す。

例えば、図４に示すように主偏向器２０８が４つの電極２１～２４を有し、評価パターンを描画する際の電子ビームの移動方向がｙ方向である場合、電極２１，２３に電圧を印加するアンプの出力波形を合成する。電極２１に電圧を印加するアンプの出力をＡ２１、電極２３に電圧を印加するアンプの出力をＡ２３とすると、Ａ２３－Ａ２１の計算により合成した出力波形が得られる。

図５に示すように主偏向器２０８が８つの電極３１～３８を有し、評価パターンを描画する際の電子ビームの移動方向がｙ方向である場合、電極３１，３４，３５，３８に電圧を印加するアンプの出力波形を合成する。電極３１，３４，３５，３８に電圧を印加するアンプの出力をそれぞれＡ３１，Ａ３４，Ａ３５，Ａ３８とすると、（Ａ３４＋Ａ３５）／２－（Ａ３１＋Ａ３８）／２の計算により合成した出力波形が得られる。

次に、ステップＳ２で得られた主偏向セトリング時間毎の位置ずれ量と、ステップＳ３で得られたアンプ出力波形とをフィッティングする（ステップＳ４）。主偏向セトリング時間毎の位置ずれ量とアンプ出力波形とは、それぞれ時間軸に対してプロットされているが、両者の時間軸にはずれがあるため、フィッティングで合わせる。また、縦軸（位置ずれ量とアンプ出力）は計算でスケールを合わせる。状況に応じてスケールにフィッティングをかけてもよい。図６（ｂ）に示すアンプ出力波形に対して図６（ａ）に示す位置ずれ量をフィッティングした例を図６（ｃ）に示す。

主偏向セトリング時間毎の位置ずれ量と、アンプ出力波形とは共に０に収束する。従って、フィッティングする際は、時間軸（Ｘ軸）のみを合わせればよい。例えば、図１０に示すように、アンプ出力波形の時間軸にオフセットを入れながら位置ずれ量の分布に重ね合わせて、フィッティング残差を算出する。フィッティング残差は、位置ずれ量の各点とアンプ出力波形との差分の二乗和とすることができる。各オフセットのフィッティング残差をプロットする。フィッティング残差が最小となる最適オフセットが求まれば、フィッティング完了となる。

フィッティング残差が最小となるオフセットは、補間により求めてもよい。

位置ずれ量が安定して所定範囲（下限閾値ＬＣＬと上限閾値ＵＣＬとの間の範囲）に入る最小の主偏向セトリング時間を、最適な主偏向セトリング時間として算出する（ステップＳ５）。例えば、図６（ｃ）に示す例では、最適な主偏向セトリング時間はＴ２となる。算出した最適な主偏向セトリング時間は、記憶装置１４２に格納される。

上述した図９に示す例では、主偏向セトリング時間Ｔ１の位置ずれ量がセトリングエラーによるものか、ばらつきによるものか判別が困難であった。しかし、本実施形態では、位置ずれ量とアンプ出力波形とをフィッティングすることで、主偏向セトリング時間Ｔ１の位置ずれ量がばらつきによるものと判断できる。そのため、主偏向セトリング時間を細かく変えながら多数の評価パターンを描画する必要がなく、最適主偏向セトリング時間を効率良く求めることができる。

最適な主偏向セトリング時間は、所定時間経過する毎に再度計算し、更新する。最適主偏向セトリング時間の更新方法を図７に示すフローチャートに沿って説明する。

ＤＡＣアンプの出力波形を新たに取得する（ステップＳ１１）。ここで取得する出力波形は、ステップＳ１で評価パターンを描画した際の電子ビーム移動方向に対応するアンプの出力波形である。

ステップＳ４で得られた前回のフィッティングデータ（前回の出力波形）に、ステップＳ１１で取得した新たな出力波形（今回の出力波形）を重ね合わせて比較し、新たな最適主偏向セトリング時間を算出する（ステップＳ１２，Ｓ１３）。

図８は、前回のアンプ出力波形と、今回のアンプ出力波形とを時間軸を合わせて重ね合わせたグラフである。前回のアンプ出力波形において出力が下限閾値ＬＣＬ以下となる時間が前回測定時の最適主偏向セトリング時間Ｔ２とした場合、新たなアンプ出力波形において出力が下限閾値ＬＣＬ以下となるＴ４が新たな最適主偏向セトリング時間として算出される。新たな最適主偏向セトリング時間が記憶装置１４２に格納され、最適主偏向セトリング時間が更新される。

評価パターンの位置ずれ量とアンプ出力波形とのフィッティングを１度行っておくことで、新たに最適主偏向セトリング時間を算出する際は、アンプ出力波形同士を比較すればよく、評価パターンを再度描画する必要がないため、最適主偏向セトリング時間を効率良く求めることができる。

新たに算出した最適主偏向セトリング時間と、前回算出した最適主偏向セトリング時間との差が所定値以下である場合、最適主偏向セトリング時間を変更しなくてもよい。

本実施形態において、主偏向の最適セトリング時間を決定しているが、主偏向器より小さい領域を偏向する副偏向器の最適セトリング時間を決定するために用いることもできる。その場合、副偏向領域より小さい副副偏向器による偏向領域に順に評価パターンを描画すればよい。

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。

５０ ショットデータ生成部
５２ セトリング時間設定部
５４ 描画制御部
１００ 描画装置
１１０ 制御計算機
１５０ 描画部
１６０ 制御部
２０８ 主偏向器

Claims (5)

1. 偏向セトリング時間を変えながら、第１偏向器にアンプから出力される電圧を印加することにより荷電粒子ビームを偏向させて評価パターンを描画する工程と、
   前記評価パターンの位置を測定し、測定した位置の設計位置からの位置ずれ量を求める工程と、
   前記アンプの第１出力波形に対し、前記偏向セトリング時間毎の前記位置ずれ量をフィッティングし、前記位置ずれ量が所定範囲内となる偏向セトリング時間を決定する工程と、
   を備えるセトリング時間決定方法。
2. 新たに前記アンプの第２出力波形を取得し、
   前記偏向セトリング時間毎の位置ずれ量がフィッティングされた前記第１出力波形と、新たに取得した前記第２出力波形との時間軸を合わせ、前記第２出力波形に基づいて前記偏向セトリング時間を更新することを特徴とする請求項１に記載のセトリング時間決定方法。
3. 所定方向に隣接する前記第１偏向器より小さい領域を偏向する第２偏向器による偏向領域に順に前記評価パターンを描画し、
   前記所定方向へ前記荷電粒子ビームを移動するために前記第１偏向器に電圧を印加するアンプが複数のとき、前記複数のアンプの出力波形を合成した出力波形に対し、前記偏向セトリング時間毎の前記位置ずれ量をフィッティングすることを特徴とする請求項１又は２に記載のセトリング時間決定方法。
4. 前記評価パターンの描画時、前記第２偏向器の偏向量を所定値に固定することを特徴とする請求項３に記載のセトリング時間決定方法。
5. 偏向器により荷電粒子ビームを偏向させて試料にパターンを描画する荷電粒子ビーム描画方法であって、
   請求項１乃至４のいずれかに記載のセトリング時間決定方法により決定された前記偏向セトリング時間を用いて前記試料に描画処理を行うことを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。

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