JP2017228650A

JP2017228650A - 荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画方法

Info

Publication number: JP2017228650A
Application number: JP2016123732A
Authority: JP
Inventors: 義則小島; Yoshinori Kojima
Original assignee: Nuflare Technology Inc
Current assignee: Nuflare Technology Inc
Priority date: 2016-06-22
Filing date: 2016-06-22
Publication date: 2017-12-28

Abstract

【課題】描画対象基板の表面の高さを精度良く算出し、描画精度を向上させる。【解決手段】本実施形態による荷電粒子ビーム描画方法は、基板の複数点について表面の高さの初回測定を行う工程と、初回測定の結果から第１近似曲面を作成する工程と、初回測定の結果と第１近似曲面との差分が所定値以上となる測定点を含む再測定領域で表面高さの再測定を行う工程と、再測定の結果から第２近似曲面を作成する工程と、前記第１近似曲面と前記第２近似曲面とを結合する工程と、を備える。描画時は、前記第１近似曲面と前記第２近似曲面とを結合した近似曲面から、描画位置の基板表面高さを算出し、荷電粒子ビームの焦点位置を調整する。【選択図】図１

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。

電子ビーム描画装置では、電子ビームの焦点がずれると寸法精度が低下するため、試料面の高さを正確に把握する必要がある。従来、電子ビーム描画装置の高さ測定部により、描画前に、試料面内の複数点の高さを測定し、測定結果に基づいて試料面の高さを近似する近似曲線（曲面）を算出していた。そして、描画処理時は、この近似曲線から試料面の高さを求め、レンズの調整を行っていた。

しかし、試料の表面形状によっては、局所的に近似曲線からの乖離の大きい箇所が存在する場合があり、そのような箇所では、電子ビームの焦点がずれて、描画パターンの設計寸法からのずれが大きくなるという問題があった。

特開２０１０−１９２５３８号公報特開２０１０−２１３３９号公報特開平９−２２８５９号公報特開２０１２−２３２７９号公報特許第５７９７８１２号公報

本発明は、描画対象基板の表面の高さを精度良く算出し、描画精度を向上させることができ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、荷電粒子ビームを用いて、ステージ上に載置される基板の表面にパターンを描画する描画部と、前記基板の表面の高さを測定する高さ測定部と、前記高さ測定部による測定結果に基づいて、前記表面の近似曲面を作成する近似処理部と、前記近似処理部により作成される第１近似曲面と前記高さ測定部により測定される初回測定結果との差分が所定値以上となる測定点がある場合、該測定点を含む再測定領域を設定し、前記高さ測定部に該再測定領域での表面高さの再測定を指示する再測定指示部と、前記高さ測定部による再測定結果に基づいて前記近似処理部により作成される前記再測定領域での前記表面の第２近似曲面と、前記第１近似曲面とを結合する結合部と、前記第１近似曲面と前記第２近似曲面とを結合した近似曲面から、描画位置の基板表面高さを算出し、算出した基板表面高さに基づいて、前記荷電粒子ビームの焦点位置を調整する制御部と、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、前記再測定領域は初回測定領域より小さく、再測定の測定間隔は、初回測定の測定間隔よりも短い。

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、前記結合部は、前記第１近似曲面の変曲点で前記第１近似曲面と前記第２近似曲面とを結合する。

本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画方法は、荷電粒子ビームを用いて、ステージ上に載置される基板の表面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、前記基板の複数点について表面の高さの初回測定を行う工程と、前記初回測定の結果から、前記表面の第１近似曲面を作成する工程と、前記複数点での前記初回測定の結果と前記第１近似曲面との差分を算出する工程と、前記差分が所定値以上となる測定点を含む再測定領域を設定する工程と、前記再測定領域で前記基板の表面の高さの再測定を行う工程と、前記再測定の結果から、前記再測定領域での前記表面の第２近似曲面を作成する工程と、前記第１近似曲面と前記第２近似曲面とを結合する工程と、前記第１近似曲面と前記第２近似曲面とを結合した近似曲面から、描画位置の基板表面高さを算出し、算出した基板表面高さに基づいて、前記荷電粒子ビームの焦点位置を調整する工程と、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において、前記再測定領域は初回測定領域より小さく、再測定の測定間隔は、初回測定の測定間隔よりも短い。

本発明によれば、描画対象基板の表面の高さを精度良く算出し、描画精度を向上させることができる。

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。描画領域を説明するための概略図である。実施形態に係るマスク表面高さの近似曲面の算出方法を説明するフローチャートである。マスク表面高さの測定結果の一例を示す図である。（ａ）〜（ｃ）はマスク表面高さの近似曲面の算出処理の例を示す図である。（ａ）（ｂ）はマスク表面高さの近似曲線の算出処理の例を示す図である。（ａ）〜（ｃ）はマスク表面高さの近似曲面の算出処理の例を示す図である。

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、及び副偏向器２１０が配置されている。

描画室２３０内には、ＸＹステージ２１１及び高さ測定部２４０が配置されている。ＸＹステージ２１１上には、描画対象基板のマスク２５０が載置される。マスク２５０は、例えば、半導体装置を製造する際の露光用マスクやマスクブランクス等である。描画対象基板はウェーハであってもよい。

高さ測定部２４０は、マスク２５０の表面の高さを測定するものであり、光源２４１と、光源２４１から照射される光をマスク２５０上で収束させる投光レンズ２４２と、マスク２５０上で反射した光を受けて収束させる受光レンズ２４３と、受光レンズ２４３によって収束された光を受光して光の位置を検出する受光素子２４４とを有する。受光素子２４４には、位置検出素子（ＰＳＤ：Position Sensitive Detector）を用いることができる。

受光素子２４４は、光の位置を検出すると、検出信号を信号処理部１４０へ出力する。信号処理部１４０は、信号を電流値から電圧値に変換し、適切な電圧レベルに増幅し、デジタルデータに変換して、後述する高さデータ取得部１１２へ送信する。

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アパーチャ像は偏向制御され、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上に載置されたマスク２５０に照射される。

図３は、マスク２５０の描画領域を説明するための概略図である。図３において、マスク２５０の描画領域２０は、主偏向器２０９の偏向可能幅で、例えばｙ方向に向かって短冊状に複数のストライプ領域２２に仮想分割される。また、各ストライプ領域２２は、副偏向器２１０の偏向可能サイズで、メッシュ状に複数のサブフィールド（ＳＦ）２４に仮想分割される。そして、各ＳＦ２４の各ショット位置２６にショット図形が描画される。

描画装置は、マスク２５０の表面高さに基づいて、対物レンズ２０８を制御し、焦点位置を調整する。焦点位置の調整は、例えばＳＦ２４毎に行われる。マスク２５０の表面高さは、マスク表面高さを近似する曲面（関数）を用いて算出される。

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、及び信号処理部１４０を有する。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、マスク表面高さを近似する曲面（関数）のデータが格納されている。

制御計算機１１０は、ショットデータ生成部１１１、高さデータ取得部１１２、近似処理部１１３、差分算出部１１４、再測定指示部１１５、結合部１１６、及び描画制御部１１７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。このショットデータは、描画制御部１１７により、制御回路１２０へ出力される。

制御回路１２０は、描画部２００の各部の制御を行う。例えば、制御回路１２０は、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。また、制御回路１２０は、近似曲面から求まるマスク２５０の表面高さに基づいて、対物レンズ２０８を制御して焦点位置を調整する。例えば、対物レンズ２０８は電磁レンズであり、制御回路１２０は対物レンズ２０８の電流量を制御する。

マスク２５０の表面高さを近似する曲面（関数）の算出方法を図４に示すフローチャートを用いて説明する。

まず、マスク２５０の表面の複数点で高さを測定する（ステップＳ１）。例えば、光源２４１から光を照射し、マスク２５０で反射した光を受光素子２４４が受光して光の位置を検出する。高さデータ取得部１１２が、受光素子２４４の検出信号を、信号処理部１４０を介して受信し、この信号を受光素子２４４で検出した光の位置に応じたマスク２５０の表面の高さに変換し、高さデータを取得する。マスク２５０の表面の全体にわたって、ｘ方向、ｙ方向に所定間隔で複数点のマスク表面高さを測定する。これにより、図５に示すような、マスク表面の複数点での高さ測定結果が取得される。

次に、近似処理部１１３が、高さ測定結果から、公知の方法により、近似曲面（関数）を算出する（ステップＳ２）。例えば、測定したマスク表面の高さｚを、以下のような関数で近似し、係数ａ_０〜ａ_１４を決定する。

ｚ＝ａ_０＋ａ_１ｘ＋ａ_２ｙ＋ａ_３ｘ^２＋ａ_４ｘｙ＋ａ_５ｙ^２＋ａ_６ｘ^３＋ａ_７ｘ^２ｙ＋ａ_８ｘｙ^２＋ａ_９ｘｙ^３＋ａ_１０ｘ^４＋ａ_１１ｘ^３ｙ＋ａ_１２ｘ^２ｙ^２＋ａ_１３ｘｙ^３＋ａ_１４ｙ^４

次に、差分算出部１１４が、ステップＳ１での測定結果と、ステップＳ２で求めた近似曲面との差分を算出する（ステップＳ３）。差分が所定値以上となる測定点が無い場合（ステップＳ４＿Ｎｏ）、ステップＳ２で求めた近似曲面は、マスク２５０の表面高さを精度良く表現できたものであるため、この近似曲面の関数データを記憶部１３２に格納する。

差分が所定値以上となる測定点がある場合（ステップＳ４＿Ｙｅｓ）、この測定点を含む周辺の小領域を表面高さの再測定領域として決定し（ステップＳ５）、表面高さの再測定を行う（ステップＳ６）。

マスク表面高さの再測定では、測定間隔を、表面高さ初回測定時（ステップＳ１）よりも短くする。再測定指示部１１５が、再測定領域と測定間隔（測定位置）とを決定し、制御回路１２０に表面高さの再測定を指示する。制御回路１２０は、再測定指示部１１５からの指示に基づいて、マスク表面高さの再測定を行うように、ＸＹステージ２１１や高さ測定部２４０等を制御する。

図６（ａ）は、ｙ座標を固定した場合の近似曲線Ｋ１と、マスク表面高さの初回測定結果の一例を示すグラフである。初回測定では、ｘ方向に間隔Ｐ１で表面高さを測定している。この例では、座標ｘ１の測定点において、測定結果と近似曲線Ｋ１との差分が所定値以上となっている。

図６（ｂ）に示すように、座標ｘ１を中心に座標ｘ２から座標ｘ３までを再測定領域として決定する。例えば、再測定領域は、座標ｘ１から−ｘ方向、＋ｘ方向それぞれにＰ１以上となる範囲とする。再測定時の測定間隔Ｐ２は、初回測定時の測定間隔Ｐ１よりも小さくする。例えば、図６（ｃ）に示すように、測定間隔Ｐ２を測定間隔Ｐ１の半分とする。

図８（ａ）は、マスク表面高さの初回測定結果と近似曲面との差分を二次元マップ化した例を示す。マスク表面をｘ方向及びｙ方向に沿ってメッシュ状に区切り、各メッシュ領域の中心を測定点としている。再測定を行う差分（絶対値）の閾値を０．３［μｍ］とした場合、図８（ｂ）に示すような再測定領域Ｒが決定される。

図８（ｃ）に示すように、再測定領域Ｒでは、ｘ方向及びｙ方向に沿ってさらに細かいメッシュ状に区切り、各メッシュ領域の中心を再測定点とする。

近似処理部１１３が、再測定領域での表面高さの測定結果から、近似曲面（関数）を算出する（ステップＳ７）。例えば、図６（ｂ）（ｃ）のような再測定領域及び再測定間隔の場合、図７（ａ）に示すような測定結果が得られ、近似曲線Ｋ２が算出される。

次に、結合部１１６が、ステップＳ２で算出された近似曲面（関数Ｆ１）と、ステップＳ７で算出された近似曲面（関数Ｆ２）とを結合する（ステップＳ８）。結合部１１６は、再測定領域では関数Ｆ２、再測定を行わなかった領域では関数Ｆ１となるように、関数を結合する。

結合部１１６は、２つの関数Ｆ１、Ｆ２が連続するように結合する。例えば、再測定領域の境界部では、再測定領域の中心に近付く程、関数Ｆ２の値に近付くようにし、再測定領域の中心から遠ざかる程、関数Ｆ１の値に近付くようにして、関数Ｆ１，Ｆ２を結合する。

あるいはまた、結合部１１６は、関数Ｆ１の変曲点で関数Ｆ１と関数Ｆ２とを結合してもよい。

図７（ｂ）は、図６（ａ）に示す近似曲線Ｋ１と、図７（ａ）に示す近似曲線Ｋ２との結合例を示す。座標ｘ２〜ｘ３の再測定領域は近似曲線Ｋ２、それ以外の領域は近似曲線Ｋ１となるように結合される。

座標ｘ２は、近似曲線Ｋ１から求まる値と、近似曲線Ｋ２から求まる値との中間値とする。座標ｘ２より再測定領域の中心に近付く程、近似曲線Ｋ２から求まる値に近付き、再測定領域の中心から遠ざかる程、近似曲線Ｋ１の値に近付くようにする。同様に、座標ｘ３は、近似曲線Ｋ１から求まる値と、近似曲線Ｋ２から求まる値との中間値とする。座標ｘ３より再測定領域の中心に近付く程、近似曲線Ｋ２から求まる値に近付き、再測定領域の中心から遠ざかる程、近似曲線Ｋ１の値に近付くようにする。これにより、近似曲線Ｋ１と、近似曲線Ｋ２とをシームレスに結合できる。

結合部１１６により結合された関数（近似曲面）のデータが記憶部１３２に格納される。

描画制御部１１７は、このようにして算出された関数データを記憶部１３２から取り出し、描画位置（ＳＦ２４）におけるマスク２５０の表面高さを算出し、表面高さに対応した焦点位置を制御回路１２０に通知する。制御回路１２０は、対物レンズ２０８を制御し、電子ビームＢの焦点位置を調整する。

このように、本実施形態によれば、マスク２５０の全面の表面高さの測定値から第１近似曲面（第１関数）を作成する。第１近似曲面と測定値との差分が所定値以上となる測定点に対しては、該測定点を含む小領域（再測定領域）で測定間隔を狭めて表面高さを再測定し、再測定結果に基づいて、再測定領域における第２近似曲面（第２関数）を作成する。そして、描画処理時は、第１近似曲面と第２近似曲面とを結合した近似曲面から、マスク２５０の表面高さを算出し、電子ビームの焦点を調整する。マスク２５０の表面の高さを精度良く算出できるため、描画精度を向上させることができる。

上記実施形態では、マスク表面高さの再測定間隔を、初回測定間隔の１／２とする例について説明したが、再測定間隔はこれに限定されず、初回測定間隔より短ければよい。

上記実施形態では、電子ビームを照射する描画装置について説明したが、イオンビーム等の他の荷電粒子ビームを照射するものであってもよい。

上記実施形態では、１本の電子ビームで描画するシングルビーム方式の描画装置について説明したが、マルチビーム方式の描画装置であってもよい。

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。

１００制御部
１１０制御計算機
１１１ショットデータ生成部
１１２高さデータ取得部
１１３近似処理部
１１４差分算出部
１１５再測定指示部
１１６結合部
１１７描画制御部
１２０制御回路
２００描画部
２０８対物レンズ
２４０高さ測定部
２５０マスク

Claims

荷電粒子ビームを用いて、ステージ上に載置される基板の表面にパターンを描画する描画部と、
前記基板の表面の高さを測定する高さ測定部と、
前記高さ測定部による測定結果に基づいて、前記表面の近似曲面を作成する近似処理部と、
前記近似処理部により作成される第１近似曲面と前記高さ測定部により測定される初回測定結果との差分が所定値以上となる測定点がある場合、該測定点を含む再測定領域を設定し、前記高さ測定部に該再測定領域での表面高さの再測定を指示する再測定指示部と、
前記高さ測定部による再測定結果に基づいて前記近似処理部により作成される前記再測定領域での前記表面の第２近似曲面と、前記第１近似曲面とを結合する結合部と、
前記第１近似曲面と前記第２近似曲面とを結合した近似曲面から、描画位置の基板表面高さを算出し、算出した基板表面高さに基づいて、前記荷電粒子ビームの焦点位置を調整する制御部と、
を備える荷電粒子ビーム描画装置。
前記再測定領域は初回測定領域より小さく、再測定の測定間隔は、初回測定の測定間隔よりも短い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。
前記結合部は、前記第１近似曲面の変曲点で前記第１近似曲面と前記第２近似曲面とを結合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。
荷電粒子ビームを用いて、ステージ上に載置される基板の表面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、
前記基板の複数点について表面の高さの初回測定を行う工程と、
前記初回測定の結果から、前記表面の第１近似曲面を作成する工程と、
前記複数点での前記初回測定の結果と前記第１近似曲面との差分を算出する工程と、
前記差分が所定値以上となる測定点を含む再測定領域を設定する工程と、
前記再測定領域で前記基板の表面の高さの再測定を行う工程と、
前記再測定の結果から、前記再測定領域での前記表面の第２近似曲面を作成する工程と、
前記第１近似曲面と前記第２近似曲面とを結合する工程と、
前記第１近似曲面と前記第２近似曲面とを結合した近似曲面から、描画位置の基板表面高さを算出し、算出した基板表面高さに基づいて、前記荷電粒子ビームの焦点位置を調整する工程と、
を備える荷電粒子ビーム描画方法。
前記再測定領域は初回測定領域より小さく、再測定の測定間隔は、初回測定の測定間隔よりも短いことを特徴とする請求項４に記載の荷電粒子ビーム描画方法