JP4939076B2 - 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方法に係り、例えば、荷電粒子ビームを可変成形させながら試料に荷電粒子ビームを照射する描画方法に関する。

半導体デバイスの微細化の進展を担うリソグラフィ技術は半導体製造プロセスのなかでも唯一パターンを生成する極めて重要なプロセスである。近年、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。これらの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、高精度の原画パターン（レチクル或いはマスクともいう。）が必要となる。ここで、電子線（電子ビーム）描画技術は本質的に優れた解像性を有しており、高精度の原画パターンの生産に用いられる。

図９は、従来の可変成形型電子線描画装置の動作を説明するための概念図である。
可変成形型電子線描画装置（ＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ）描画装置）における第１のアパーチャ４１０には、電子線３３０を成形するための矩形例えば長方形の開口４１１が形成されている。また、第２のアパーチャ４２０には、第１のアパーチャ４１０の開口４１１を通過した電子線３３０を所望の矩形形状に成形するための可変成形開口４２１が形成されている。荷電粒子ソース４３０から照射され、第１のアパーチャ４１０の開口４１１を通過した電子線３３０は、偏向器により偏向され、第２のアパーチャ４２０の可変成形開口４２１の一部を通過して、所定の一方向（例えば、Ｘ方向とする）に連続的に移動するステージ上に搭載された試料３４０に照射される。すなわち、第１のアパーチャ４１０の開口４１１と第２のアパーチャ４２０の可変成形開口４２１との両方を通過できる矩形形状が、Ｘ方向に連続的に移動するステージ上に搭載された試料３４０の描画領域に描画される。第１のアパーチャ４１０の開口４１１と第２のアパーチャ４２０の可変成形開口４２１との両方を通過させ、任意形状を作成する方式を可変成形方式という。

ここで、上述したステージ上に搭載された試料３４０に電子ビームが照射される際に、対物レンズにより焦点が調整される。かかる対物レンズの磁場の一部が、ステージ上に漏れている場合、ステージ上の導電性部品内に渦電流が生じる。かかる渦電流によりステージ上に磁場が発生し、描画位置に誤差が生じてしまう。かかる渦電流に関する電磁力学について、文献に記載がされている（例えば、非特許文献１参照）。
北海道大学 本間利久他"「数値電磁力学」基礎と応用"，日本シミュレーション学会／編，２００２年６月

上述したように、対物レンズの磁場の一部が、ステージ上に漏れている場合、ステージ上の導電性部品内に生じる渦電流によりステージ上に磁場が発生し、ビームの描画位置のずれによる誤差が生じてしまうといった問題があった。

そこで、本発明は、かかる問題点を克服し、ビームの描画位置のずれを低減する描画方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様の荷電粒子ビーム描画方法は、
試料が載置されたステージを連続移動させながら荷電粒子ビームを用いて試料に描画する荷電粒子ビーム描画方法において、
一方向に描画してパターンの誤差寸法を測定し、次に、前記一方向逆向きに描画してまたパターンの誤差寸法を測定し、前記一方向の誤差寸法と前記一方向逆向きの誤差寸法の差分を演算して渦電流による磁場が生じる領域を特定し、
特定された渦電流による磁場が生じる領域を、前記磁場により生じる誤差寸法に反比例した速度以下になるように低下させた前記ステージの移動速度で描画することを特徴とする。

後述するように、渦電流による磁場はステージの移動速度に比例する。よって、かかる領域の速度を下げることで磁場の磁束密度（強度）を弱めることができる。磁場を弱めることで、照射される荷電粒子ビームが磁場から受ける影響を小さくすることができる。

ここで、かかるステージの移動速度は、磁場により生じる誤差寸法に反比例した速度以下になるように低下させると好適である。

位置ずれ量は、荷電粒子ビームが磁場から受ける影響（磁場の磁束密度）に比例する。よって、位置ずれ量は、ステージの移動速度に比例する。したがって、ステージの移動速度を誤差寸法に反比例した速度以下に設定することで、磁場から受ける影響を排除することができる。

そして、低下させるステージの移動速度は、磁場が生じない場合のステージの移動速度に、許容誤差寸法を磁場により生じる誤差寸法で除した値を乗じた速度以下になるように設定すると好適である。

本発明の他の態様の荷電粒子ビーム描画方法は、
試料が載置されたステージを一定速度で連続移動させながら荷電粒子ビームを用いて試料に描画する荷電粒子ビーム描画方法において、
試料の描画領域の端部を一定速度で描画する場合のステージの移動速度を描画領域の中央部を一定速度で描画する場合の移動速度より遅くすることを特徴とする。

後述するように、渦電流による磁場が生じる領域は、描画領域の端部に集中していることを発明者は見出した。そこで、描画領域の端部を一定速度で描画する場合のステージの移動速度を描画領域の中央部を一定速度で描画する場合の移動速度より遅くすることで、かかる渦電流による磁場の影響を排除することができる。

本発明の他の態様の荷電粒子ビーム描画方法は、
試料が載置されたステージをパターン密度に応じて可変速で連続移動させながら荷電粒子ビームを用いて試料に描画する荷電粒子ビーム描画方法において、
試料の描画領域の端部を描画する場合のステージの移動速度を、描画領域の中央部における同等のパターン密度の領域におけるステージの移動速度より遅くすることを特徴とする。

可変速でステージを連続移動させる場合には、パターン密度によってステージの移動速度が設定される。そこで、渦電流による磁場が生じる描画領域の端部を描画する場合には、端部を描画する場合のステージの移動速度を描画領域の中央部における同等のパターン密度の領域におけるステージの移動速度より遅くすることで、かかる渦電流による磁場の影響を排除することができる。

本発明によれば、渦電流による磁場の影響を排除することができるので、ビームの描画位置のずれを低減することができる。

以下、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はなく、イオンビーム等の他の荷電粒子を用いたビームでも構わない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１における描画装置の構成を示す概念図である。
図１において、荷電粒子ビーム描画装置の一例である描画装置１００は、照射部の一例となる描画部１５０を構成する電子鏡筒１０２、描画室１０３、ＸＹステージ１０５、電子銃２０１、照明レンズ２０２、第１のアパーチャ２０３、投影レンズ２０４、偏向器２０５、第２のアパーチャ２０６、対物レンズ２０７、偏向器２０８、支持ピン２２２、台座３１２、反射ミラー３１４、参照ミラー２１６、支柱３３２、駆動部１０６を備え、制御部１６０として、描画制御回路１１０、偏向制御部の一例となる偏向制御回路１１２、ステージ駆動回路１１４、ＣＰＵ１２０、メモリ１２２、レーザー干渉計１３２、レーザー干渉計１３４を備えている。コンピュータとなるＣＰＵ１２０には、描画制御回路１１０、偏向制御回路１１２、ステージ駆動回路１１４、メモリ１２２、レーザー干渉計１３２、レーザー干渉計１３４が図示していないバスを介して接続されている。描画制御回路１１０、偏向制御回路１１２、ステージ駆動回路１１４は、ＣＰＵ１２０から出力される制御信号により制御される。また、ＣＰＵ１２０で演算される入力データ或いは出力データ等はメモリ１２２に記憶される。そして、ＣＰＵ１２０内には、微分演算部１２４といった機能を有している。

そして、電子鏡筒１０２内には、電子銃２０１、照明レンズ２０２、第１のアパーチャ２０３、投影レンズ２０４、偏向器２０５、第２のアパーチャ２０６、対物レンズ２０７、偏向器２０８が配置されている。描画室１０３内には、ＸＹステージ１０５、台座３１２、反射ミラー３１４、参照ミラー２１６、支持ピン２２２、支柱３３２が配置されている。図１では、本実施の形態１を説明する上で必要な構成部分以外については記載を省略している。描画装置１００にとって、通常、必要なその他の構成が含まれることは言うまでもない。

また、図１では、コンピュータとなるＣＰＵ１２０で、微分演算部１２４といった機能の処理を実行するように記載しているがこれに限るものではなく、電気的な回路によるハードウェアにより実施させても構わない。或いは、電気的な回路によるハードウェアとソフトウェアとの組み合わせにより実施させても構わない。或いは、かかるハードウェアとファームウェアとの組み合わせでも構わない。

電子銃２０１から出た荷電粒子ビームの一例となる電子ビーム２００は、照明レンズ２０２により矩形例えば長方形の穴を持つ第１のアパーチャ２０３全体を照明する。ここで、電子ビーム２００をまず矩形例えば長方形に成形する。そして、第１のアパーチャ２０３を通過した第１の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のアパーチャ２０６上に投影される。かかる第２のアパーチャ２０６上での第１のアパーチャ像の位置は、描画制御回路１１０により制御された偏向器２０５によって偏向制御され、ビーム形状と寸法を変化させることができる。そして、第２のアパーチャ２０６を通過した第２のアパーチャ像の電子ビーム２００は、対物レンズ２０７により焦点を合わせ、偏向制御回路１１２に制御された偏向器２０８により偏向され、ステージ駆動回路１１４に制御された駆動部１０６により連続移動するＸＹステージ１０５上の試料１０１の所望する位置に照射される。

図２は、実施の形態１におけるステージ移動の様子を説明するための図である。
試料１０１に描画する場合には、ＸＹステージ１０５を例えばＸ方向に連続移動させながら、描画（露光）面を電子ビーム２００が偏向可能な短冊状の複数のストライプ領域に仮想分割された試料１０１の１つのストライプ領域上を電子ビーム２００が照射する。ＸＹステージ１０５のＸ方向の移動は、連続移動とし、同時に電子ビーム２００のショット位置もステージ移動に追従させる。連続移動させることで描画時間を短縮させることができる。そして、１つのストライプ領域を描画し終わったら、ＸＹステージ１０５をＹ方向にステップ送りしてＸ方向（今度は逆向き）に次のストライプ領域の描画動作を行なう。各ストライプ領域の描画動作を蛇行させるように進めることでＸＹステージ１０５の移動時間を短縮することができる。

図３は、実施の形態１におけるステージ速度分布の一例を示す図である。
図３では、ＸＹステージ１０５が一定速度で連続移動しながら電子ビーム２００を用いて試料１０１に描画する電子ビーム描画方法を示している。渦電流による磁場はステージの移動速度に比例する。よって、図３に示すように、試料１０１の描画領域上における渦電流発生領域を描画する際のＸＹステージ１０５の移動速度を下げることで磁場の磁束密度（強度）を弱めることができる。磁場を弱めることで、照射される電子ビームが磁場から受ける影響を小さくすることができる。

図４は、実施の形態１における渦電流の発生メカニズムについて説明するための概念図である。
描画装置１００内では、対物レンズ２０７等の電子レンズの磁場１０の一部がＸＹステージ１０５上に漏れている場合、ＸＹステージ１０５上の導電性部品に渦電流（ｅｄｄｙ ｃｕｒｒｅｎｔ）２０が生じる。ここで、渦電流密度をＪ、材質等で決まる電気伝導率をσ、形状等の境界条件によって決まる電場をＥ、ステージ速度をｖ、対物レンズからの磁場（磁束密度）をＢとすると、渦電流密度Ｊは、以下の式（式１）にて表すことができる。
式１：Ｊ＝σ（Ｅ＋ｖ×Ｂ）

ここで、渦電流密度Ｊを位置（ｘ，ｙ，ｚ）で偏微分すると、以下の式（式２）のように表すことができる。
式２：ｄｉｖＪ＝∂Ｊ_ｘ／∂ｘ＋∂Ｊ_ｙ／∂ｙ＋∂Ｊ_ｚ／∂ｚ＝０

式２は、０以外では発散してしまうので、値「０」をとることになる。よって、式１を微分した場合には、以下の式（式３）のように表すことができる。
式３：ｄｉｖＪ＝σｄｉｖＥ＋σｄｉｖ（ｖ×Ｂ）＝０

よって、ｄｉｖ（ｖ×Ｂ）＝−ｄｉｖＥとなり、Ｅはｖに比例する（Ｅ∝ｖ）ことがわかる。また、（ｖ×Ｂ）もｖに比例する｛（ｖ×Ｂ）∝ｖ｝ことになるので、（Ｅ＋ｖ×Ｂ）もｖに比例する｛（Ｅ＋ｖ×Ｂ）∝ｖ｝ことになる。よって、渦電流密度Ｊは、ステージ速度ｖに比例する（Ｊ∝ｖ）ことになる。

図５は、実施の形態１における渦電流によるステージ上の磁場の様子を示す概念図である。
図５に示すように、ＸＹステージ１０５上に渦電流２０が発生すると、かかる渦電流２０による磁場３０がＸＹステージ１０５上に発生する。そして、かかる磁場３０の磁束密度をＢ’とすると、式１における磁場１０の磁束密度Ｂを磁場３０の磁束密度Ｂ’に置き換えた式となり、渦電流密度Ｊは、磁場３０の磁束密度Ｂ’に比例する（Ｊ∝Ｂ’）ので、やはり、磁場３０の磁束密度をＢ’もステージ速度ｖに比例する（Ｂ’∝ｖ）ことになる。照射される電子ビーム２００は、磁場３０の磁束密度をＢ’によって曲げられるので、それによって生じるビーム位置のずれ量（誤差寸法ｘ）は、ステージ速度ｖに比例する（ｘ∝ｖ）ことになる。

よって、試料１０１上に渦電流２０による磁場３０が生じる場合に、渦電流２０による磁場３０が生じる領域を描画する際のＸＹステージ１０５の移動速度を低下させることで、ビーム位置のずれ量（誤差寸法ｘ）をその分、低減させることができる。よって、ＸＹステージ１０５の移動速度は、磁場３０により生じる誤差寸法ｘに反比例した速度以下になるように低下させると好適である。これにより磁場３０から受ける影響を排除することができる。

ここで、許容する許容誤差寸法をｘ’、低下後のＸＹステージ１０５の移動速度をｖ’とすると、ｘ’／ｘ＝ｖ’／ｖの関係が成り立つので、低下後のＸＹステージ１０５の移動速度をｖ’＝ｖ・ｘ’／ｘとなる。よって、かかる移動速度をｖ’以下でより遅い速度でＸＹステージ１０５を移動させれば、磁場３０から受ける影響を排除することができる。すなわち、低下させるステージの移動速度ｖ’は、磁場３０が生じない場合のステージの移動速度ｖに、許容誤差寸法ｘ’を磁場３０により生じる誤差寸法ｘで除した値を乗じた速度以下になるように設定すると好適である。

図６は、実施の形態１における渦電流による位置ずれ領域を示す図である。
電子ビーム描画において描画したバターンの位置ずれの要因としては、かかる渦電流による位置ずれとそもそもの位置に依存した位置ずれとが考えられる。よって、例えばＸ方向にＸＹステージ１０５を連続移動させながら描画する場合には、まず、Ｘ方向（正方向）に描画してパターンの位置ずれ量を測定し、次に、Ｘ方向逆向き（負方向）に描画してまたパターンの位置ずれ量を測定する。そして、得られた位置ずれ量の差分をとれば、位置に依存しない位置ずれ量の分布を得ることができる。渦電流による位置ずれは、位置に依存しないため、差分で得られた領域に渦電流による位置ずれ領域が存在することになる。図６では、かかる位置に依存しない位置ずれ量の分布を示している。図６によれば、試料１０１の描画領域の中央部ではなく、試料１０１の描画領域の端部（両端部）に位置ずれ領域４０が集中していることがわかる。

図７は、実施の形態１における速度制限領域の一例を示す図である。
図７において、位置ずれ領域４０を渦電流発生領域４２として、かかる渦電流発生領域４２を取り囲む領域を速度制限領域５０にする。そして、かかる速度制限領域５０を描画する場合のＸＹステージ１０５の移動速度を低下させることにより渦電流の磁場３０から受ける影響を排除することができる。

よって、ＸＹステージ１０５を一定速度で連続移動させながら描画する描画方法では、試料１０１の描画領域の速度制限領域５０、すなわち端部を一定速度で描画する場合のステージの移動速度ｖ’を図３に示したように描画領域の中央部を一定速度で描画する場合の移動速度ｖより遅くすることにより渦電流の磁場３０から受ける影響を排除する。その結果、渦電流２０による位置ずれを低減することができる。

描画装置１００では、ＣＰＵ１２０においてレーザー干渉計１３２とレーザー干渉計１３４とから入力されたステージの位置となる反射ミラー３１４の位置の変位量を微分演算部１２４において時間ｔで微分することでＸＹステージ１０５の速度ｖを計測する。そして、所定の係数ｋ_１と速度ｖの積に基づいて、偏向器２０８が偏向すべき位置を制御する。

図８は、実施の形態１におけるステージ速度分布の他の例を示す図である。
図８では、ＸＹステージ１０５が可変速で連続移動しながら電子ビーム２００を用いて試料１０１に描画する電子ビーム描画方法を示している。ＸＹステージ１０５の移動速度は、描画するパターンのパターン密度によって変化させる。図８の例では、パターン密度Ａ〜Ｄの４種類のグループに分けた場合を示している。実線で記載された分布が渦電流が生じていない場合の速度である。上述したように、渦電流発生領域４２は、試料１０１の描画領域の中央部ではなく、試料１０１の描画領域の端部（両端部）に集中している。よって、試料１０１の描画領域の端部を描画する場合のステージの移動速度ｖ’を、描画領域の中央部における同等のパターン密度の領域におけるステージの移動速度より遅くすることにより渦電流の磁場３０から受ける影響を排除する。その結果、渦電流２０による位置ずれを低減することができる。図８の例では、試料１０１の端部のパターン密度がＡグループに属している場合に、試料１０１の中央部でパターン密度が同じＡグループに属している領域の速度より遅い速度（点線）にすることで渦電流２０による位置ずれを低減することができる。例えば、描画装置１００にパターン密度を設定する場合に、予め、実際よりも大きい（密）な値を設定しておくことで、速度計算プログラム等を改良せずに効果を発揮させることができる。

ここで、ステージ上部の構造、材質を制限することは、必要な機能実現のために限界がある。そこで、以上のように、試料１０１の描画領域を描画する際のＸＹステージ１０５の移動速度を、試料１０１の描画領域上における渦電流発生領域について部分的に下げることで磁場の磁束密度（強度）を弱めることができる。磁場を弱めることで、照射される電子ビームが磁場から受ける影響を小さく、或いは排除することができる。よって、ステージ機能を維持したままで対応することができる。

以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。上述した実施の形態では、パターン密度をステージ速度比較領域の判定のパラメータとしたが、これに限るものではなく、ステージ速度を決定する他のパラメータを用いて、ステージ速度比較領域を判定してもよい。また、実際にステージ速度を低下させる手法として、パターン密度を予め高めに設定しておくことを説明したが、これに限るものではなく、ステージ速度を決定する他のパラメータの値を予め変更させてもよい。

また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。例えば、描画装置１００を制御する制御部構成については、記載を省略したが、必要とされる制御部構成を適宜選択して用いることは言うまでもない。

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての荷電粒子ビーム描画方法及び装置は、本発明の範囲に包含される。

実施の形態１における描画装置の構成を示す概念図である。 実施の形態１におけるステージ移動の様子を説明するための図である。 実施の形態１におけるステージ速度分布の一例を示す図である。 実施の形態１における渦電流の発生メカニズムについて説明するための概念図である。 実施の形態１における渦電流によるステージ上の磁場の様子を示す概念図である。 実施の形態１における渦電流による位置ずれ領域を示す図である。 実施の形態１における速度制限領域の一例を示す図である。 実施の形態１におけるステージ速度分布の他の例を示す図である。 従来の可変成形型電子線描画装置の動作を説明するための概念図である。

符号の説明

１０，３０ 磁場
２０ 渦電流
４０ 位置ずれ領域
４２ 渦電流発生領域
５０ 速度制限領域
１００ 描画装置
１０１，３４０ 試料
１０２ 電子鏡筒
１０３ 描画室
１０５ ＸＹステージ
１０６ 駆動部
１０７ 移動部
１１０ 描画制御回路
１１２ 偏向制御回路
１１４ ステージ駆動回路
１２０ ＣＰＵ
１２２ メモリ
１２４ 微分演算部
１３２，１３４ レーザー干渉計
１５０ 描画部
１６０ 制御部
２００ 電子ビーム
２０１ 電子銃
２０２ 照明レンズ
２０３，４１０ 第１のアパーチャ
２０４ 投影レンズ
２０５，２０８ 偏向器
２０６，４２０ 第２のアパーチャ
２０７ 対物レンズ
２１４，３１４ 反射ミラー
２１６ 参照ミラー
２２２ 支持ピン
３１２ 台座
３３０ 電子線
３３２ 支柱
４１１ 開口
４２１ 可変成形開口
４３０ 荷電粒子ソース

Claims (4)

1. 試料が載置されたステージを連続移動させながら荷電粒子ビームを用いて試料に描画する荷電粒子ビーム描画方法において、
   一方向に描画してパターンの誤差寸法を測定し、次に、前記一方向逆向きに描画してまたパターンの誤差寸法を測定し、前記一方向の誤差寸法と前記一方向逆向きの誤差寸法の差分を演算して渦電流による磁場が生じる領域を特定し、
   特定された渦電流による磁場が生じる領域を、前記磁場により生じる誤差寸法に反比例した速度以下になるように低下させた前記ステージの移動速度で描画することを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
2. 前記低下させるステージの移動速度は、前記磁場が生じない場合のステージの移動速度に、許容誤差寸法を前記磁場により生じる誤差寸法で除した値を乗じた速度以下になるように設定することを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム描画方法。
3. 試料が載置されたステージを一定速度で連続移動させながら荷電粒子ビームを用いて試料に描画し、
   前記試料の描画領域の端部を一定速度で描画する場合の前記ステージの移動速度を前記描画領域の中央部を一定速度で描画する場合の移動速度より遅くすることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム描画方法。
4. 試料が載置されたステージをパターン密度に応じて可変速で連続移動させながら荷電粒子ビームを用いて試料に描画し、
   前記試料の描画領域の端部を描画する場合の前記ステージの移動速度を、前記描画領域の中央部における同等のパターン密度の領域におけるステージの移動速度より遅くすることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム描画方法。

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