JP2003188075A - 電子ビーム描画装置 - Google Patents
電子ビーム描画装置Info
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Abstract
精度の低下を防ぐ。 【解決手段】電子ビーム描画装置の試料ステージ106
の温度変動と試料105の位置ずれ量との関係をデータ
として求めておき、補正量演算器110の記憶手段に記
憶しておく。パターン描画時に、試料ステージの温度変
動をもとに、予め記憶しておいたデータから試料の位置
ずれ量を求め、偏向制御系115またはレーザ測定系1
09、電子レンズ制御系117で位置ずれ量の補正を行
う。
Description
の少ない高精度な電子ビーム描画装置に関する。
スマスクやシリコンウェハなどを、所定の位置に移動可
能な試料ステージ上に乗せて描画を行っている。このと
き、試料やステージの温度が変動すると熱膨張による伸
縮が起こり、描画パターンの位置ずれの原因となる。
試料ステージの描画時の総移動距離が長くなり、摩擦熱
による温度変化量が増加している。この問題に対して、
たとえば特開昭56−15041号公報では、試料の温
度を非接触で測定し、ステージの移動量や電子ビームの
照射位置の補正を行っている。
る冷却装置を設ける場合もあるが、その応答性は悪く、
また試料ステージ全体を均一温度に保つのが困難であ
る。
化に伴い高精度な位置精度の描画が必要とされ、試料や
試料ステージの温度変化に伴う部材の伸縮による位置誤
差の減少及び補正が課題となっている。しかし、試料を
ガラスマスクプレートに限定すれば、試料ステージの材
質である金属に比べて熱伝導率と熱膨張係数が小さいた
め、試料の温度変化量は少ない。また、温度変化による
ガラスマスクプレート自身の伸縮による位置誤差は無視
し得るほど少ない。従って、温度上昇に起因する位置誤
差は、主に試料ステージの伸縮に伴うものである。
測長用ミラーと試料位置との間の距離変動を引き起こ
す。電子ビームの制御は、試料ステージ位置からパター
ン描画位置を算出しているため、パターン描画中の上記
距離の変動は、パターン位置誤差の原因となる。
空内で使用されることや試料の上下動を一定の許容範囲
内に納めるため、可動部分を摺動させる方式が用いられ
ている。摺動部分は摩擦係数とごみの発生の点から、面
積が小さくかつ熱伝導率の小さい物質に限られる。その
ため、摺動方式で長時間のステージの移動を行うと摺動
部分から発生した熱が逃げにくく、また、放射による熱
伝導も少ないため、試料ステージの温度はステージの移
動量に応じて上昇する。その場合の試料ステージの温度
分布は、熱源である摺動部位付近の温度が高く、試料付
近では低いといった不均一な温度分布となっている。
いる場合が多いため、材質の熱膨張係数などから、その
変形量を単純モデル化して補正を行うことは困難であ
る。
点に鑑み、試料ステージの温度変化による試料の位置誤
差を補正して高精度に描画を行う方法および装置を提供
することにある。
明は、電子銃と電子ビームを収束する電子レンズと、電
子ビームを偏向する偏向器と、試料を機械的に移動可能
な試料ステージと、前記試料ステージを駆動する機構
と、前記試料ステージの温度を少なくとも1点以上測定
する機構と、その試料ステージの位置を測定する機構
と、試料ステージ上に測定用ミラーとを具備する電子ビ
ーム描画装置において、前記試料ステージの温度と、測
定用ミラーと試料間の距離変動量を記録する手段を備え
たことを特徴とする。
と、前記電子銃と試料間の距離変動量を記録する手段を
備えたことを特徴とする。
ジ上の複数点の温度変化量から、実験や有限要素解析な
どのシミュレーションによって作成された、試料ステー
ジの温度上昇に伴う熱膨張による、試料ステージ上のレ
ーザ測長用ミラーの鏡面と試料との距離の変化量を求
め、この値に基づいた補正データを電子線描画装置内の
記憶装置に記録しておく。また、同時に試料ステージの
熱膨張に伴う鉛直方向の変化量に応じた補正データを記
録しておく。そして、パターン描画時には、試料ステー
ジに取り付けた複数の温度センサにより、試料ステージ
の各点の温度を測定し、記憶されている補正データか
ら、その温度値に対応する補正データを求め、そのデー
タを電子ビーム偏向制御系又は、ステージ位置測定系も
しくはその両方に反映させることによって、試料ステー
ジの温度変化による試料の位置誤差を打ち消し、位置精
度の高い描画を行う。
制御系に反映させることにより、試料の描画面鉛直方向
の変動によるフォーカスずれを補正し、位置精度と線幅
精度の高い描画を行う。
いて説明する。図1は、本発明の一実施例を示す電子ビ
ーム描画装置の概略図である。電子銃101から放射さ
れた電子ビーム102は、電子レンズ103で収束さ
れ、偏向器104で偏向されて、試料105上にパター
ンを描画する。電子ビーム102の収束量、つまり試料
105の描画点でのフォーカスの調整は、制御計算機1
08から出力される電子ビーム収束制御量をレンズ制御
用DA変換器117(以下、DACと略す)によりアナ
ログ信号へ変換し、レンズ制御用アンプ118により増
幅された電流を電子レンズ102に与え、発生する磁場
により制御される。
計算機108から出力される制御量を偏向制御用DAC
115(以下、DACと略す)によりアナログ信号へ変
換し、偏向制御用アンプ116により増幅された電圧を
偏向器104に印加することで静電偏向により制御され
る。
描画では、制御計算機108から試料ステージ106の
移動制御量をステージ制御系112へ与え、モータと駆
動ロッド等で構成されるステージ駆動系111によっ
て、試料105のパターン描画位置が偏向領域内に収ま
るように、試料ステージ106を移動させて描画を行
う。
ている測定用ミラー113と干渉計114の距離Mをレ
ーザ干渉測定器109によって計測し、その計測値を制
御計算機108に入力する。そして、制御計算機108
の中で計測データと、予め測定してある既知の測定用ミ
ラー113と試料105との距離Lを加算して、試料1
05の位置を求め、これを偏向器104の制御量とステ
ージ制御系112にフィードバックし、電子ビーム10
2の偏向制御と試料ステージ106の位置制御を行う。
り、試料105へのパターンの描画前に、試料の描画面
の高さKを測定しておく。実際にパターン描画をすると
きには、測定したデータに基づき制御計算機108にお
いて電子レンズ103の電子ビーム収束制御量を決定す
る。
度センサ107によって測定される。予め、予備実験や
有限要素解析などのシミュレーションにより、試料ステ
ージ106の温度変化による熱膨張量を算出し、温度セ
ンサ107を取り付けた位置の温度と、その温度による
熱膨張量を打ち消すような補正量を補正量演算器110
に記録しておく。試料105に、パターンを描画する場
合には、補正量演算器110により、温度センサ107
で測定した試料ステージ106の温度に対応する補正量
を算出し、この補正量を制御計算機108で、各制御量
に加算して、試料ステージ106の熱膨張による位置誤
差、またはフォーカスずれを補正する。
の流れを示すフローチャートである。ステップ201
で、制御計算機108により描画が開始される。ステッ
プ202ではレーザ干渉測定器により、試料ステージ1
06上の測定用ミラー113と干渉計114の距離Mを
計測し、制御計算機108で距離Mと測定ミラー113
と試料105の距離Lを加算し、試料105の位置を求
める。次に、求めた位置情報をもとに、ステップ203
で電子ビーム102の偏向制御量を、ステップ204で
電子ビーム102の収束制御量を、ステップ205で試
料ステージ106の移動制御量をそれぞれ制御計算機1
08で求める。
06上に取り付けられている温度センサ107により、
試料ステージ106の各部の温度を測定し、その測定し
たデータを補正量演算器110へ入力する。ステップ2
07では、入力された温度データに対応するビーム偏向
補正量を補正量演算器110で算出し、制御計算機10
8へ入力する。ステップ208では、制御計算機108
がステップ203で求めたビーム偏向制御量と入力され
たビーム偏向補正量を加算する。
209でステップ208で加算されたビーム偏向制御量
を偏向制御用DACへ出力し、ステップ210で電子ビ
ーム収束制御量をレンズ制御用DACへ出力し、ステッ
プ211で試料ステージ106の移動制御量をステージ
制御系112へ出力し、偏向器104、電子レンズ10
3、試料ステージ106の少なくとも一つを駆動する。
2を試料105へ照射し、試料105上にパターンを描
画する。そして、ステップ213で試料105全体の描
画が終了したかを制御計算機108で確認し、未終了で
あれば再びステップ202へ戻り、上記ステップ202
〜212の処理を繰り返す。終了していれば、試料の描
画終了となる。
れを示すフローチャートである。図示のように、ステッ
プ202でレーザ干渉測定器109によって測定された
試料ステージ106の位置のデータを求め、次にステッ
プ206で温度データを測定し、ステップ301におい
て測定した温度に対応する試料ステージ位置補正データ
を補正量演算器110で求める。その後、ステップ30
2で試料ステージ位置データと試料ステージ位置補正デ
ータを制御計算機108内で加算し、その位置情報を元
に、ステップ203からステップ205において各制御
量を算出し、ステップ209からステップ211で図2
と同様の各制御を実行している。
を示すフローチャートである。図2のステップのうち、
変更箇所はステップ207,208である。
では、補正量演算器110により、温度センサ情報を元
にその温度に対応するステージ制御量補正データを求
め、ステップ208を変更したステップ402におい
て、試料ステージ移動制御量に加算している。この実施
例では、試料ステージ106の移動制御量を補正するこ
とによって、試料ステージ106の熱膨張による試料1
05の位置誤差を低減することができる。
を示すフローチャートである。試料ステージ106の熱
膨張量が電子ビーム102の偏向可能領域より大きい場
合の例である。図示のように、ステップ206後のステ
ップ501で、ビーム偏向補正データとステージ制御量
補正データを取得し、ステップ208でビーム変更制御
量へ加算し、またステップ402で試料ステージ移動制
御量へ加算して、制御を行う。
2の偏向可能量は小さい。また、試料ステージ106の
移動可能最小距離は、電子ビーム102の偏向可能量に
比較して大きいため、上記のようにビーム変更制御量と
試料ステージ移動制御量の補正を組み合わせた方法は、
微小な補正量から大きな量の補正に幅広く対応すること
が可能となる。
フローを示している。試料ステージ106の熱膨張によ
る試料105のパターン描画面の鉛直方向、つまり電子
銃への方向の位置変動は、電子ビームのフォーカスずれ
の要因となり、線幅精度の悪化を招く。これを回避する
ためにステップ601において、補正量演算器110に
温度センサ107によって測定した試料ステージ106
の温度データを入力し、補正量演算器110から温度デ
ータに対応する電子レンズ制御補正データを求め、ステ
ップ602において、求めた補正データを制御計算機1
08内で電子ビーム収束制御量に加算して、以下ステッ
プ209からステップ214の処理を行う。
束制御量を補正して、フォーカスずれを防ぐことが出来
る。
ることにより、偏向制御量と収束制御量の両方に補正デ
ータを加算して、位置精度及び線幅精度を向上させるも
のである。
合わせることで、偏向制御量と収束制御量および試料ス
テージ106の制御量に補正を加え、大きな補正量にも
対応させている。
て発生する位置誤差について説明する。描画面積が大き
く、描画時間も長いガラスマスクの描画では、通常金属
製であるステージ材料に比べて、試料の熱伝導率と熱膨
張率の両方共に小さい。ガラスマスクの温度変化は小さ
く、また、温度変化による位置誤差も少ない。従って、
試料ステージの温度変化による位置誤差の主たる原因は
ステージを構成する金属の伸縮である。ステージの温度
変化量をdT、ステージ材質の熱膨張率をα、ステージ
位置測定点から試料固定点までの距離をLとすると、補
正量dLは式(1)によって算出される。
ーンの描画を行うと、試料ステージ9Aの摺動部分から
の摩擦熱で、試料ステージ9Aの温度が上昇する。この
温度上昇は描画するパターンの種類や、密度、試料ステ
ージの材質に依存して変化するが、時間的な変化は緩や
かで、パターンの1ショット中の時間においては試料ス
テージの各温度の変動がないとみなせる。
用ミラー9Bと9Cがあり、レーザ光によって位置を計
測する。試料9Dはカセット9Eに実装されて、試料ス
テージ9A上に固定されている。カセット9Eでは、試
料9Dを試料固定部材9Fと9Gにこれらとは逆側のば
ね9Hにより押圧して、支持している。このため、試料
ステージ9Aまたは、カセット9Eの温度変化により伸
縮が起こった場合にも、常に試料9Dに対して、試料固
定部材9F、9G側の2辺が基準位置となる。
9Bと9Cの鏡面で測定される。試料9Dとの位置関係
は、測長用ミラー9Bと9Cの鏡面と試料9Dとの距離
Lx、Lyで規定されている。試料ステージ9Aの温度
が上昇すれば、試料9Dは相対的に図示の矢印Aの方向
に動き、LxとLyが長くなる。逆に温度が下降すれば
矢印Bの方向に動いてLxとLyが短くなる。例えば、
試料ステージ9Aの熱膨張係数αが10×10−6/
℃、Lx、Lyが30mmであるとき、試料ステージの
温度が0.1℃上昇すると、Lx、Lyの変化量は30
nmとなる。このように、温度が0.1℃上昇しただけ
でも、30nmの位置誤差を発生する。従って、この温
度変化による距離Lx、Lyの変動を正確に知ることが
出来れば、試料9Dの位置誤差をなくすことが可能であ
る。
すように、試料ステージ106の温度変動は試料105
の描画面水平方向の位置誤差だけでなく、描画面鉛直方
向の位置Lzにも変動を発生させる。パターン描画時に
鉛直方向の位置変動が生じると、電子ビームのフォーカ
スずれが発生し、線幅精度の悪化を引き起こす。また、
同時に位置誤差を生じる。従って、試料ステージ106
の温度変動による試料105の描画面鉛直方向の位置変
動を求めておけば、線幅精度の悪化を低減することがで
きる。
定点数、更に試料ステージ9Aの材質や構造等の複雑な
相関を含むため、試料ステージ9Aと試料9D、カセッ
ト9Eを、Lx、Lyの変化量を単純モデル化または関
数化することが困難である。
熱膨張量が不均一となり、図11に示すように測定用ミ
ラー9B、9Cの鏡面に対し試料9Dが回転してしまう
ことも考えられる。また、試料ステージ106の描画面
鉛直方向についてみれば、試料105が傾いた状態にな
ることも考えられる。
変形解析や感度解析、もしくは試料ステージの温度と変
形との関係を多点で計測する予備実験などにより、試料
ステージ9Aの温度測定点の各温度状態における、試料
ステージ9A上の測長用ミラー9Bと9Cの鏡面と試料
9Dの距離の変動量から補正量を求め、補正データとし
て補正量演算器110に記録しておく。
xb,Lya,Lybの変動量dLxa,dLxb,d
Lya,dLybに基づいて作成すると、試料9Aの回
転も補正できる。
する際には、試料ステージ9Aに取り付けた温度センサ
からの試料ステージ各点の温度情報を元に、補正量演算
器110で補正データを算出する。制御計算機108は
その補正データを用いて、温度変動による位置誤差を打
ち消すように偏向器104の制御や、レーザ干渉測長器
109の出力を補正する。また、試料ステージ106の
温度変動による描画面鉛直方向の位置変動dLzは、電
子ビームのフォーカス位置を補正データにより電子レン
ズ制御系117及び108へフィードバックして補正す
ることにより、線幅精度、位置誤差をなくすことが可能
になる。
は有限要素解析、感度解析などにより、試料9Dと測長
用ミラー9B、9Cの距離の変動との相関性が高い位置
を求め、温度センサを配置するとよい。例えば、図12
に示すように、測長用ミラー9B、9Cと試料9Dとの
間に温度センサ12Aを配置してもよい。また、描画面
鉛直方向については、温度のばらつきが大きいため、図
13に示すように試料ステージ106の摺動面から、試
料105までの間に複数点の温度センサ13Aを設ける
とよい。
テージに取り付けた温度センサの情報をキーとして、補
正データを記録している。キーとなる温度の分解能は、
補正の精度によるが、例えば0.01℃程度、つまり前
述の例で考えると3nmの分解能で位置誤差の補正が可
能であるように、分解能を設定すればよい。更に高精度
な補正を行うのであれば、温度の分解能を高分解能化す
ればよいが、記録する補正データ量が膨大になるため、
補正量演算器110の記録容量と必要な補正精度から、
適切な温度の分解能を設定すればよい。
正用マーク14Aを用いて、ビーム補正を行う場合に
は、マーク位置が測長用ミラー9Bと9Cの鏡面とは別
の位置にあることがある。このときには、図示のように
LxとLyをとって補正データを作成し、上述のような
補正を行えばよい。
ンサ107の温度変化量が、温度の分解能の最小単位を
超えたときに行えばよいが、より簡便には一定の時間間
隔、または試料ステージ106の移動ごとに行ってもよ
い。
マスクを想定しているが、別の実施例として、図16に
示すように、シリコンウェハ15Aでもよい。ただし、
ウェハ直接描画では、チップ単位でビーム位置補正を行
うので、描画面積がガラスマスクに比べて小さく補正の
効果は少なくなる。
化に起因する試料ステージと試料の位置変動、及び試料
描画面鉛直方向の位置変動を補正することが出来るた
め、試料上の描画パターンの位置誤差及び線幅精度の悪
化を低減できる効果がある。
概略図。
描画処理のフロー図。
図。
ー図。
ー図。
ー図。
ー図。
ー図。
示す試料ステージの平面図。
ージの平面図。
ージの側面図。
す平面図。
造を示す平面図。
ンズ、104…偏向系、105,9D…試料、106,
9A…試料ステージ、107,12A,13A…温度セ
ンサ、108…制御計算機、109…レーザ干渉測長
器、110…補正量演算器、111…ステージ駆動機
構、112…ステージ制御系、113,9B,9C…測
長用ミラー、114…干渉計、115…偏向制御用デジ
タル/アナログ変換器(DAC)、116…偏向制御用
アンプ、117…レンズ制御用デジタル/アナログ変換
器(DAC)、118…レンズ制御用アンプ、119…
試料描画面高さ測定器、9E…カセット、9F,9G…
試料固定部材、9H…ばね、14A…ビーム位置補正用
マーク、15A…シリコンウェハ。
Claims (8)
- 【請求項1】 電子銃と電子ビームを収束する電子レン
ズと、電子ビームを偏向する偏向器と、試料を機械的に
移動可能な試料ステージと、前記試料ステージを駆動す
る機構と、前記試料ステージの温度を少なくとも1点以
上測定する機構と、その試料ステージの位置を測定する
機構と、試料ステージ上に測定用ミラーとを具備する電
子ビーム描画装置において、 前記試料ステージの温度と、測定用ミラーと試料間の距
離変動量を記録する記憶手段を備えたことを特徴とする
電子ビーム描画装置。 - 【請求項2】 電子銃と電子ビームを収束する電子レン
ズと、電子ビームを偏向する偏向器と、試料を機械的に
移動可能な試料ステージと、前記試料ステージを駆動す
る機構と、前記試料ステージの温度を少なくとも1点以
上測定する機構とを具備する電子ビーム描画装置におい
て、 前記試料ステージの温度と、前記電子銃と試料間の距離
変動量を記録する記憶手段を備えたことを特徴とする電
子ビーム描画装置。 - 【請求項3】 請求項1において、 前記試料は試料ステージに保持されており、前記試料ス
テージの温度と前記記憶手段が記憶している前記データ
に基づいて、偏向器により電子ビームの照射位置の補正
を行うことを特徴とする電子ビーム描画装置。 - 【請求項4】 請求項1において、 前記試料は試料ステージに保持されており、前記試料ス
テージの温度と前記記憶手段が記憶している前記データ
に基づいて、試料ステージ駆動機構により、前記試料ス
テージ位置の補正を行うことを特徴とする電子ビーム描
画装置。 - 【請求項5】 請求項1において、 前記試料は試料ステージに保持されており、前記試料ス
テージの温度と前記記憶手段が記憶している前記データ
に基づいて、前記試料ステージの位置を測定する機構の
出力の補正を行うことを特徴とする電子ビーム描画装
置。 - 【請求項6】 請求項2において、 前記試料は試料ステージに保持されており、前記試料ス
テージの温度と前記記憶手段が記憶している前記データ
に基づいて、前記試料位置の補正を電子レンズの制御に
より行うことを特徴とする電子ビーム描画装置。 - 【請求項7】 請求項1において、 請求項3と請求項4に記載の両方の補正を行うことを特
徴とする電子ビーム描画装置。 - 【請求項8】 請求項1と請求項2の両方を具備してい
ることを特徴とする電子ビーム描画装置。
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JP2001385910A JP3569254B2 (ja) | 2001-12-19 | 2001-12-19 | 電子ビーム描画装置 |
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