JP3889743B2

JP3889743B2 - 荷電ビーム描画方法及び描画装置

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Publication number: JP3889743B2
Application number: JP2003407369A
Authority: JP
Inventors: 宗博小笠原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-12-05
Filing date: 2003-12-05
Publication date: 2007-03-07
Anticipated expiration: 2023-12-05
Also published as: JP2005167133A; US20050133739A1; US7122809B2

Description

本発明は、荷電ビームを用いてＬＳＩパターンを描画する荷電ビーム描画技術に係わり、特に成形アパーチャの熱変形に伴う試料面上でのビーム位置ずれを補正するようにした荷電ビーム描画方法及び描画装置に関する。

近年、電子ビーム描画装置において、ウェハ上の繰り返しパターンに対し、予め用意したキャラクタパターンを露光する、いわゆるキャラクタプロジェクション方式が採用されている。この方式では、第１成形アパーチャに矩形開口を設け、第２成形アパーチャに様々なパターンの開口（キャラクタパターン）を設けておき、第１成形アパーチャの像を第２成形アパーチャ上で成形偏向器により移動させることにより、所望のパターンを選択することができる。ここで、キャラクタパターンにより断面形状を得たビームも成形ビームに含めるものとする。

ところで、第２成形アパーチャ上に電子ビームが照射されている状態において、開口を通過しない電子ビームのエネルギーは殆どが第２成形アパーチャに吸収される。アパーチャの材料には例えばシリコンが用いられているが、その熱膨張係数は２．４×１０^-6／度程度あり、対称的に膨張するとしても、中心から１ｍｍ離れた位置にある開口は温度が４０度上昇すると、約１００ｎｍ移動する。電子光学系の縮小率を１５分の１とすると、試料面上では７ｎｍ程度の位置ずれとなり、この位置ずれ量は無視できないものである。また、描画中の熱流入は時間的に位置，熱量共に変化するから、熱膨張による開口位置の移動を予測することは困難である。

これに対して従来、試料台上に設けたマーク上を電子ビームで走査することにより、試料上のビームの位置ずれを測定して補正を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、試料台上のマークに電子ビームを照射するためには、試料に電子ビームが照射されないように、ステージ移動により試料を退避させる必要がある。ステージ移動は電子ビームの偏向などに比べて遙かに遅いため、位置ずれの補正に長時間を要する。そして、描画の途中で何回も位置ずれ補正を行う場合、上記のようなマーク測定の実施は装置稼働率の低下を招くことになる。
特開２００２−３７３８５６号公報

このように従来、第２成形アパーチャの熱変形に伴う試料面上でのビーム照射位置のずれは高精度描画では無視できないものであり、ステージ上のマークを用いてこの位置ずれを測定するのでは、ステージを大きく動かす必要があり、測定に多大な時間がかかり装置稼働率を低下させるという問題があった。

本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、成形アパーチャの熱変形に伴う試料面上でのビーム照射位置のずれを短時間で測定し、補正することができ、装置稼働率の向上に寄与し得る荷電ビーム描画方法及び描画装置を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。

即ち本発明は、荷電ビームを成形するためにビーム軸方向に離間配置された第１，第２の成形アパーチャ及び第１，第２の成形アパーチャ間に配置された成形偏向器と、第１，第２の成形アパーチャ及び成形偏向器により成形された成形ビームを試料面上の所望の位置に照射する対物偏向器と、第１の成形アパーチャの上流側に設けられたブランキング偏向器と、第２の成形アパーチャの下流側に設けられ、前記ブランキング偏向器の駆動により前記成形ビームを遮断するブランキングアパーチャと、第２の成形アパーチャ若しくは前記ブランキングアパーチャヘの流入電流、又は第２の成形アパーチャ若しくは前記ブランキングアパーチャからの反射粒子を検出する検出手段と、を備えた荷電ビーム描画装置を用い、試料面上に所望パターンを描画する荷電ビーム描画方法であって、描画の途中で描画を一時的に停止し、前記ブランキング偏向器を駆動して成形ビームを試料面上から遮断した状態で、第１の成形アパーチャで成形された成形ビームを第２の成形アパーチャ上で走査させることにより、前記検出手段で得られる信号から第２の成形アパーチャの所定の開口の位置ずれ量を測定し、該測定された位置ずれ量に応じて前記対物偏向器の偏向量を補正し、次いで前記ブランキング偏向器の駆動を停止した後に描画を再開することを特徴とする。

また本発明は、荷電ビーム描画装置において、荷電ビーム源から発生された荷電ビームを成形する第１の成形アパーチャと、第１の成形アパーチャを通して成形された第１の成形ビームが投影される第２の成形アパーチャと、第１及び第２の成形アパーチャ間に配置され、第２の成形アパーチャ上における第１の成形ビームの投影位置を可変する成形偏向器と、第２の成形アパーチャを通して成形された第２の成形ビームを試料面上の所望の位置に照射する対物偏向器と、第１の成形アパーチャの上流側に設けられたブランキング偏向器と、第２の成形アパーチャの下流側に設けられ、前記ブランキング偏向器の駆動により第２の成形ビームを遮断するブランキングアパーチャと、第２の成形アパーチャ若しくは前記ブランキングアパーチャヘの流入電流、又は第２の成形アパーチャ若しくは前記ブランキングアパーチャからの反射粒子を検出する検出手段と、前記ブランキング偏向器を駆動して第２の成形ビームを試料面上から遮断した状態において、第１の成形ビームを第２の成形アパーチャ上で走査させることにより前記検出手段で得られる信号から第２の成形アパーチャの所定の開口の位置ずれ量を測定する位置ずれ測定手段と、前記測定された位置ずれ量に応じて前記対物偏向器の偏向量を補正する補正手段と、を具備してなることを特徴とする。

本発明によれば、荷電ビームのブランキング状態で成形アパーチャの開口部の位置ずれを測定することができるので、ステージを動かす必要はなく、測定を短時間で行うことができる。即ち、試料上に精度良くパターンを照射するために必要な補正量の測定に有する時間を最小限にできる。従って、ビーム位置ずれを補正するための時間が短くなり、装置稼働率の向上をはかることが可能となる。

以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる電子ビーム描画装置を示す概略構成図である。

電子源としての電子銃１０から、例えば加速電圧５０ｋＶで放出された電子ビームは、コンデンサレンズ１１，１２により集束され、第１成形アパーチャ１３上に照射される。第１成形アパーチャ１３はシリコンで形成され、このアパーチャ１３には矩形の開口が設けられており、このアパーチャ１３を透過した第１の成形ビームは矩形断面形状を有するものとなる。第１の成形ビームは投影レンズ１４により集束され、シリコンで形成された第２成形アパーチャ１５上に投影結像される。

第１成形アパーチャ１３と第２成形アパーチャ１５との間には成形偏向器１６が設けられており、この成形偏向器１６により第２成形アパーチャ１５上の第１の成形ビームの照射位置を変更できるようになっている。なお、コンデンサレンズ１１，１２は、クロスオーバ像が成形偏向器１６の偏向不動点に一致するように励磁されている。

第２成形アパーチャ１５上には、図２に示すように様々の開口が設けてあり、第１の成形ビームを第２成形アパーチャ１５の所望の位置を透過させることにより、所望の断面形状を有する電子ビームを得ることができる。図２では、可変成形用開口を１５ａで示し、キャラクタ開口を１５ｂ〜１５ｅで示した。また、第２成形アパーチャ１５の厚さは２０μｍ程度に形成されている。

第２成形アパーチャ１５を透過した第２の成形ビームは、縮小レンズ１７及び対物レンズ１８により集束され、ステージ３１上に載置されたウェハ等の試料３２の表面（試料面）上に結像されるようになっている。縮小レンズ１７は、第２の成形ビームのクロスオーバ像が対物レンズ１８の主面位置に結像するように励磁される。対物レンズ１８の主面位置には対物偏向器１９が設置されており、この対物偏向器１９により試料面上での第２の成形ビームの位置が可変されるようになっている。

コンデンサレンズ１２と第１成形アパーチャ１３との間にはブランキング偏向器２１が設置され、第２成形アパーチャ１５と縮小レンズ１７との間の投影レンズ１４によるクロスオーバの結像位置には、中央に開口を設けたブランキングアパーチャ２２が設けられている。そして、ブランキング偏向器２１を駆動することにより、ブランキングアパーチャ２２上のクロスオーバ像位置を開口から移動させることにより、電子ビームが遮断される。なお、ブランキング偏向器２１は２段あり、ブランキング時にも第１成形アパーチャ１３上のビーム中心位置が変動しないようにしてある。

ブランキングアパーチャ２２の上流側にはブランキングアパーチャ２２からの反射電子を検出するための電子検出器２５が設けられている。この電子検出器２５としては、半導体検出器やマイクロチャンネルプレート等の応答速度の速いもの使用が望ましい。また、第２成形アパーチャ１５はレーザ干渉計等により位置測定の可能な成形アパーチャステージ（図示せず）に搭載されており、光軸方向と直交する方向に移動可能となっている。

また、試料ステージ３１の周辺部には、ビーム寸法及び形状を測定するためのマーク３３が設けられている。さらに、試料ステージ３１と対物レンズ１８との間には、マーク３３からの反射電子を検出するための反射電子検出器３４が設けられている。

次に、本装置によるビーム位置ずれ補正の方法について、図３を参照して説明する。

描画前調整においてはまず、ブランキング偏向器２１を動作させない状態にし、電子ビームを試料面側に到達させる。このとき、ビーム測定用のマーク３３がビーム照射位置或いはその近傍に位置するように、試料ステージ３１を移動させておく。

次いで、成形偏向器１６を用いて第２成形アパーチャ１５上の１つの開口に第１の成形ビームを照射する。この状態で、試料ステージ３１上にあるマーク３３上で第２の成形ビームを走査し、そのときの反射電子を電子検出器３４で検出することにより、ビーム形状を測定する。そして、所望の位置に所望のパターンが得られるように成形偏向器１６の偏向量及び対物偏向器１９の振り戻し偏向量を調節する。

次いで、ブランキング偏向器２１を動作させて、第２の成形ビームがブランキングアパーチャ２２で遮断されるようにする。この状態で、成形偏向器１６を用いて第２の成形ビームを第２成形アパーチャ１５上で走査させて、ブランキングアパーチャ２２からの反射電子を電子検出器２５で測定する。このとき得られる検出信号波形は、第２成形アパーチャ１５の選択した開口に対応するものであり、更に該開口の位置ずれ量を含むものとなる。

そこで、電子検出器２５で得られる検出信号波形と、先に得た偏向器１６，１９の各偏向量と、成形アパーチャステージの位置とをメモリ等に記憶しておく。即ち、位置ずれがないときの状態における検出信号波形，偏向量，及び成形アパーチャステージの位置の関係をテーブル化しておく。さらに、第２成形アパーチャ１５上の他の開口についても上記と同様の操作を繰り返す。また、第２成形アパーチャ１５の異なる温度で上記の操作を行ってそれぞれテーブル化しておけば、後述するビーム位置ずれの補正をより正確に行うことが可能となる。

次に、試料３２への描画を開始する。試料３２の表面にはレジストが塗付されている。描画データに基づいて偏向制御回路により偏向アンプに所定の電圧を発生させ、成形偏向器１６を駆動することで所望のパターン断面形状を有する電子ビームを発生させ、対物偏向器１９により試料３２上の所望の位置に照射する。

試料３２に描画するパターンのうち、繰り返し使われるパターンについては予め第２成形アパーチャ１５上にそのパターンを発生させるための開口（キャラクタ開口と呼ぶ）１５ｂ〜１５ｅが設けてあり、成形偏向器１６により電子ビームを該開口を透過させることにより、該パターン形状を有する電子ビームを発生し一度にパターンを形成することができる。また、第２成形アパーチャ１５に開口が用意されていないパターンについては、第２成形アパーチャ１５の中央部に設けた可変成形用開口１５ａを用いて任意寸法の矩形或いは直角三角形のビームを発生させて描画する。

このような描画に際して、背景技術の項でも述べたように、第２成形アパーチャ１５の温度が上昇すると、該アパーチャ１５の熱膨張に伴い試料面上でのビーム位置が移動することがある。そこで本実施形態では、一定時間おきに次のようにしてビーム位置ずれの補正を行う。

まず、キャラクタ開口を選択した場合には、ブランキング偏向器２１に電圧を印加して第２の成形ビームをブランキングアパーチャ２２により遮断する。この状態で成形偏向器１６に偏向電圧を印加して所望のキャラクタ開口に第１の成形ビームが照射されるようにする。さらに、成形偏向器１６の駆動電圧を変化させて第１の成形ビームをキャラクタ開ロ上で走査する。このとき得られる反射電子信号と先にメモリに記憶してある反射電子信号と対応するステージ位置とを比較し、得られるずれ量に応じて対物偏向器１９での振り戻し偏向量を補正して、所望の試料位置に第２の成形ビームが照射されるようにする。

同じキャラクタ開口に電子ビームを長時間照射する場合には、この測定は例えば１分おきに行うようにする。この場合でも、ステージ移動を伴わないため、上記の１回の測定は短時間で行うことが可能であり、描画時間の増加は僅かである。

ここで、熱膨張による第２成形アパーチャ１５のキャラクタ開口の位置ずれは、試料面上での位置ずれとなり、これは上記のように対物偏向器１９で補正することができる。一方、第１成形のビームはキャラクタ開口よりも大きいため、キャラクタ開口の多少の位置ずれは吸収できる。しかし、キャラクタ開口の位置ずれが大きい場合、該開口が第１の成形ビームの照射エリアをはみ出すことになるので、キャラクタ開口の位置ずれ分だけ成形偏向器１６の偏向量を補正する。

また、可変成形用開口を用いる場合、該開口の位置ずれは試料面での位置ずれと共にビーム形状の変化となる。この場合は、対物偏向器１９と共に成形偏向器１６の偏向電圧を補正することによりビーム形状の変化を無くすことができる。

このように本実施形態によれば、ブランキング偏向器２１を駆動することにより第２の成形ビームを試料面から遮断し、この状態で第２成形アパーチャ１５上の所望の開ロ上で第１の成形ビームを走査し、このとき得られるブランキングアパーチャ２２からの反射電子を検出することにより、開口位置のずれ量を測定することができる。さらに、このずれ量に応じて対物偏向器１９の偏向電圧を補正することにより、試料面上でのビーム位置のずれを抑制することができ、これにより描画精度の向上をはかることができる。

そしてこの場合、ステージ３１上のマーク３３を検出するのではなく、ビームをブランキングした状態で第１の成形ビームの走査によるブランキングアパーチャ２２からの反射電子を検出するのみでよいため、ステージ３１を移動させる必要はなく、開口位置のずれ測定を極めて短時間で行うことができる。従って、第２成形アパーチャ１５の熱変形に伴う試料面上でのビーム照射位置のずれを短時間で測定することができ、装置稼働率の向上に寄与することができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態のようにブランキング状態にしてビーム位置ずれを補正する場合でも、若干の漏れ電子或いは散乱電子がブランキングアパーチャ２２の開口を通って試料面の上に到達するおそれがある。この漏れ電子或いは散乱電子は、ブランキング偏向器２１を動作しない場合に電子ビームが照射される位置の周辺に照射される。この量は僅かであるが、測定を行う時間は描画時にレジストを感光させる時間に比べると遥かに長いため、試料面に高感度レジストが塗布されている場合にはレジストを若干感光させることが起こり得る。

本実施形態ではこの現象を避けるために、図４に示すように、ブランキング状態で第２成形アパーチャ１５の開口位置ずれの測定を行う間、対物偏向器１９を動作させて、試料面上の漏れ電子或いは散乱電子の照射位置を変動させる。このようにすれば、レジストヘの照射量を空間的に分散させることにより、上記のレジスト感光の問題を大幅に緩和できる。

従って本実施形態によれば、先の第１の実施形態と同様の効果が得られるのは勿論のこと、ビーム位置ずれ補正の際にレジストが感光するのをより確実に防止することができ、より信頼性の高い描画が可能となる。

（変形例）
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。実施形態では、成形アパーチャにおける開ロの位置ずれ量を求めるためにブランキングアパーチャからの反射電子を検出したが、この代わりに、ブランキングアパーチャヘの流入電流を検出するようにしてもよい。さらに、第２成形アパーチャからの反射電子、又は第２成形アパーチャヘの流入電流を検出するようにしてもよい。

また、描画装置の基本構成は前記図１に何ら限定されるものではなく、仕様に応じて適宜変更可能である。実施形態では、成形アパーチャは２段としたが、これ以上の段数の成形アパーチャを用いることも勿論可能である。さらに、ブランキング偏向器の設置は第１成形アパーチャの上流側、ブランキングアパーチャの設置位置は第２成形アパーチャの下流側であればよく、図１に限らず適宜変更可能である。

また、ブランキングアパーチャ２２からの反射電子検出のための成形ビーム走査の対象となる第２成形アパーチャ１５上の所望の開ロは、前述の例では所望の断面形状を有する電子ビームを得るものを、位置ずれ補正の測定にも利用したが、補正の測定専用のマークを設けてこれを測定に使用することも可能である。それによって、測定座標の管理が容易になる。

また、本発明は電子ビーム描画装置に限らず、イオンビーム描画装置に適用することも可能である。イオンビーム描画装置の場合、電子源がイオン源となるだけで、他の実質的構成は同じである。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。

第１の実施形態に係わる電子ビーム描画装置を示す概略構成図。図１の電子ビーム描画装置に用いた第２成形アパーチャの例を示す平面図。第１の実施形態におけるビーム位置ずれ測定方法を示す模式図。第２の実施形態におけるビーム位置ずれ測定方法を示す模式図。

符号の説明

１０…電子銃（荷電粒子源）
１１，１２…コンデンサレンズ
１３…第１成形アパーチャ
１４…投影レンズ
１５…第２成形アパーチャ
１６…成形偏向器
１７…縮小レンズ
１８…対物レンズ
１９…対物偏向器
２１…ブランキング偏向器
２２…ブランキングアパーチャ
２５…反射電子検出器
３１…試料ステージ
３２…ウェハ（試料）
３３…反射電子検出器

Claims

荷電ビームを成形するためにビーム軸方向に離間配置された第１，第２の成形アパーチャ及び第１，第２の成形アパーチャ間に配置された成形偏向器と、第１，第２の成形アパーチャ及び成形偏向器により成形された成形ビームを試料面上の所望の位置に照射する対物偏向器と、第１の成形アパーチャの上流側に設けられたブランキング偏向器と、第２の成形アパーチャの下流側に設けられ、前記ブランキング偏向器の駆動により前記成形ビームを遮断するブランキングアパーチャと、第２の成形アパーチャ若しくは前記ブランキングアパーチャヘの流入電流、又は第２の成形アパーチャ若しくは前記ブランキングアパーチャからの反射粒子を検出する検出手段と、
を備えた荷電ビーム描画装置を用い、試料面上に所望パターンを描画する荷電ビーム描画方法であって、
描画の途中で描画を一時的に停止し、前記ブランキング偏向器を駆動して成形ビームを試料面上から遮断した状態で、第１の成形アパーチャで成形された成形ビームを第２の成形アパーチャ上で走査させることにより、前記検出手段で得られる信号から第２の成形アパーチャの所定の開口の位置ずれ量を測定し、該測定された位置ずれ量に応じて前記対物偏向器の偏向量を補正し、次いで前記ブランキング偏向器の駆動を停止した後に描画を再開することを特徴とする荷電ビーム描画方法。
前記測定された位置ずれ量に応じて、前記成形偏向器の偏向量を補正することを特徴とする請求項１記載の荷電ビーム描画方法。
前記位置ずれ量の測定を行う間、試料面上の成形アパーチャの像の位置が常時移動するように前記対物偏向器を駆動することを特徴とする請求項１記載の荷電ビーム描画方法。
荷電ビーム源から発生された荷電ビームを成形する第１の成形アパーチャと、
第１の成形アパーチャを通して成形された第１の成形ビームが投影される第２の成形アパーチャと、
第１及び第２の成形アパーチャ間に配置され、第２の成形アパーチャ上における第１の成形ビームの投影位置を可変する成形偏向器と、
第２の成形アパーチャを通して成形された第２の成形ビームを試料面上の所望の位置に照射する対物偏向器と、
第１の成形アパーチャの上流側に設けられたブランキング偏向器と、
第２の成形アパーチャの下流側に設けられ、前記ブランキング偏向器の駆動により第２の成形ビームを遮断するブランキングアパーチャと、
第２の成形アパーチャ若しくは前記ブランキングアパーチャヘの流入電流、又は第２の成形アパーチャ若しくは前記ブランキングアパーチャからの反射粒子を検出する検出手段と、
前記ブランキング偏向器を駆動して第２の成形ビームを試料面上から遮断した状態において、第１の成形ビームを第２の成形アパーチャ上で走査させることにより前記検出手段で得られる信号から第２の成形アパーチャの所定の開口の位置ずれ量を測定する位置ずれ測定手段と、
前記測定された位置ずれ量に応じて前記対物偏向器の偏向量を補正する補正手段と、
を具備してなることを特徴とする荷電ビーム描画装置。
前記測定された位置ずれ量に応じて、前記成形偏向器の偏向量を補正する補正手段を設けたことを特徴とする請求項４記載の荷電ビーム描画装置。