JP6743787B2 - 荷電粒子ビーム描画装置及びブランキング回路の故障診断方法 - Google Patents

荷電粒子ビーム描画装置及びブランキング回路の故障診断方法 Download PDF

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Description

本発明は、荷電粒子ビーム描画装置及びブランキング回路の故障診断方法に関する。
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（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は、電子ビームを偏向器で偏向させて描画を行う。偏向器によるビーム偏向の役割には、例えばビームショットの形状やサイズの制御、ショット位置の制御、ビームのＯＮ／ＯＦＦを切り替えるブランキング制御等がある。
ブランキング偏向器に印加されるブランキング電圧が第１所定値（例えば５Ｖ）の場合、ビーム全体がブランキングアパーチャで遮蔽されるように偏向され、ビームＯＦＦの状態となる。ブランキング電圧が第２所定値（例えば０Ｖ）の場合、ビームがブランキングアパーチャの開口を通過し、ビームＯＮの状態となる。
ブランキング偏向器に電圧を印加するブランキング回路は、ＤＡＣ（デジタル・アナログコンバータ）アンプ等のアナログ回路を有する。このアナログ回路に異常が生じると、ブランキング電圧を所定値に整定できず、誤差が生じる。ブランキング電圧の誤差は、照射量不足やビーム軸の傾きを生じさせ、描画精度を低下させる。アナログ回路の異常は発見が遅れることが多く、例えば、電子ビーム描画装置で異常を発見できず、描画したマスクの欠陥検査や、次工程以降（例えば、ウェハ工程）で数週間後に異常が発覚する場合もある。その場合、異常発覚までの間に大量の不良マスクが生産されていた。
照射量不足は描画パターンの寸法を変化させる。パターン寸法からブランキング回路の異常発生有無を検知することが考えられるが、ビームショットのサイズを制御する成形偏向回路が故障した場合も同様のパターン寸法変化が生じるため、ブランキング回路での異常発生を把握することは困難であった。
特開２００４−１１１７０８号公報 特開２００７−６７１９２号公報 特開２０１２−４４０５１号公報 特開２０１３−５１２２９号公報 特開２０１２−１０９４８２号公報
本発明は、ブランキング回路の故障を速やかに検出することができる荷電粒子ビーム描画装置及びブランキング回路の故障診断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、荷電粒子ビームを放出する放出部と、ブランキング電圧の印加により前記荷電粒子ビームを偏向し、ビームのブランキング制御を行うブランキング偏向器と、前記ブランキング偏向器に前記ブランキング電圧を印加するブランキング回路と、前記荷電粒子ビームが照射される基板が載置されるステージと、前記ステージ上に設けられたマークと、前記マークに対する前記荷電粒子ビームの照射により、前記荷電粒子ビームの照射位置を検出する検出器と、前記マークに対して前記荷電粒子ビームを所定のデフォーカス状態とし、第１照射条件で前記マークを前記荷電粒子ビームで走査した場合に前記検出器で検出される第１照射位置と、該第１照射条件から照射時間およびセトリング時間の少なくともいずれかを変動させた第２照射条件で前記マークを前記荷電粒子ビームで走査した場合に前記検出器で検出される第２照射位置との差分を比較し、該差分が所定値以上である場合に前記ブランキング回路に故障が発生していると診断する診断部と、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は、前記基板又は前記マークに照射される前記荷電粒子ビームの焦点位置を調整するレンズをさらに備える。
本発明の一態様によるブランキング回路の故障診断方法は、ブランキング回路を用いてブランキング偏向器にブランキング電圧を印加し、荷電粒子ビームのオンオフを切り替えるブランキング制御を行う工程と、描画対象の基板が載置されるステージ上に設けられたマークに対して前記荷電粒子ビームを所定のデフォーカス状態とし、第１照射条件で前記マークを前記荷電粒子ビームで走査し、前記荷電粒子ビームの第１照射位置を検出する工程と、前記所定のデフォーカス状態で、前記第１照射条件から照射時間およびセトリング時間の少なくともいずれかを変動させた第２照射条件で前記マークを前記荷電粒子ビームで走査し、前記荷電粒子ビームの第２照射位置を検出する工程と、前記第１照射位置と前記第２照射位置との差分を比較し、該差分が所定値以上である場合に前記ブランキング回路に故障が発生していると診断する工程と、を備えるものである。
本発明の一態様によるブランキング回路の故障診断方法は、前記マークを前記荷電粒子ビームで走査する前に、対物レンズを用いて前記荷電粒子ビームの焦点位置を変える。
本発明の一態様によるブランキング回路の故障診断方法は、描画処理の途中で、前記ブランキング回路の故障発生有無の診断を行い、前記差分が所定値未満である場合、前記ブランキング回路に故障は発生していないと診断し、診断後、前記基板の表面高さに前記荷電粒子ビームの焦点位置を合わせて描画処理を再開する。
本発明によれば、ブランキング回路の故障を速やかに検出することができる。
本発明の実施形態による電子ビーム描画装置の概略図である。 電子ビームの可変成形を説明する図である。 （ａ）は正常時のビーム軌道を示す図であり、（ｂ）はブランキング電圧に誤差が生じる場合のビーム軌道を示す図である。 ビーム軌道の例を示す図である。 同実施形態によるブランキング回路の故障診断方法を説明するフローチャートである。
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電子ビーム描画装置の概略図である。図１に示す描画装置１は、描画対象の基板５６に電子ビームを照射して所望のパターンを描画する描画部３０と、描画部３０の動作を制御する制御部１０とを備えた可変成形型の描画装置である。
描画部３０は、電子鏡筒３２及び描画室３４を有している。電子鏡筒３２内には、電子銃４０、ブランキングアパーチャ４１、第１成形アパーチャ４２、第２成形アパーチャ４３、ブランキング偏向器４４、成形偏向器４５、対物偏向器４６、照明レンズ４７、投影レンズ４８、及び対物レンズ４９が配置されている。対物レンズ４９は、焦点位置をＺ軸方向で調整可能なダイナミックフォーカスレンズである。
描画室３４内には、移動可能に配置されたステージ５０が配置される。ステージ５０は、水平面内で互いに直交するＸ方向及びＹ方向に移動する。ステージ５０上には、基板５６が載置される。基板５６は、例えば、半導体装置を製造する際の露光用マスク、マスクブランクス、半導体装置が製造される半導体基板（シリコンウェハ）等である。また、ステージ５０上には、マーク５４が設けられている。マーク５４は、十字形状やドット形状をなし、シリコン基板上にタンタルやタングステン等の重金属が形成されたものである。
ステージ５０の上方には、マーク５４に対する電子ビームＢの照射により、電子ビームＢの照射位置（ビーム位置）を検出する照射位置検出器５２が設けられている。照射位置検出器５２として、例えば、マーク５４が電子ビームＢにより走査され、マーク５４により反射された反射電子を電流値として検出する電子検出器を用いることができる。検出されたビーム位置は、後述する制御計算機１１の異常診断部１４に通知される。
制御部１０は、制御計算機１１、記憶装置１８、ブランキング回路２０、レンズ制御回路２２等を有している。制御計算機１１は、ショットデータ生成部１２、描画制御部１３、及び異常診断部１４を有する。制御計算機１１の各部の入出力データや演算中のデータはメモリ（図示略）に適宜格納される。
制御計算機１１の各部は、ハードウェアで構成してもよく、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、少なくとも一部の機能を実現するプログラムをＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に収納し、電気回路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。
記憶装置１８（記憶部）は、設計上の図形パターンが配置されたレイアウトデータを描画装置１に入力可能なフォーマットに変換した描画データを格納する。
ショットデータ生成部１２が記憶装置１８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装置固有のショットデータを生成する。ショットデータには、例えば、図形種、図形サイズ、照射位置、照射時間等が定義される。描画制御部１３は、ショットデータに基づき、描画部３０を制御して描画処理を行う。
ブランキング回路２０は、制御計算機１１から出力されたブランキング信号をデジタルアナログ変換し、増幅して、ブランキング偏向器４４にブランキング電圧を印加する。このブランキング電圧により、電子ビームのブランキング偏向が行われ、ビームのオン／オフが切り替えられ、各ショットの照射時間（ショット時間）が制御される。
レンズ制御回路２２は、対物レンズ４９の励磁電流を制御し、電子ビームＢのフォーカス位置を調整する。
図１では、実施の形態を説明する上で必要な構成を記載している。描画装置１にとって、通常、必要なその他の構成を備えていても構わない。
電子鏡筒３２内に設けられた電子銃４０から放出された電子ビームＢは、ブランキング偏向器４４内を通過する際に、ブランキング偏向器４４によって、ビームオンの状態ではブランキングアパーチャ４１を通過し、ビームオフの状態では、ビーム全体がブランキングアパーチャ４１で遮蔽されるように偏向される。ビームオフの状態からビームオンとなり、その後ビームオフになるまでにブランキングアパーチャ４１を通過した電子ビームＢ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４４とブランキングアパーチャ４１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Ｂは、照明レンズ４７により、矩形の開口４２ａ（図２参照）を有する第１成形アパーチャ４２に照射される。第１成形アパーチャ４２の開口４２ａ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４２を通過した第１成形アパーチャ像の電子ビームは、投影レンズ４８により第２成形アパーチャ４３上に投影される。第２成形アパーチャ４３上での第１アパーチャ像の位置は、成形偏向器４５によって制御される。これにより、第２成形アパーチャ４３の開口４３ａ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４３を通過した電子ビームは、対物レンズ４９により焦点が合わされ、対物偏向器４６により偏向されて、ＸＹステージ５０上の基板５６の所望する位置に照射される。
ビームオン時のブランキング偏向器４４に印加されるブランキング電圧が正常値（例えば０Ｖ）である場合、図３（ａ）に示すように、ビームＢ１は基板５６に対し（ほぼ）垂直に照射される。一方、ブランキング回路２０のアナログ部に故障・異常が発生した場合、ブランキング電圧に誤差が生じ、図３（ｂ）に示すように、ビームＢ２のビーム軸が傾く。
図４に示すように、ビームがフォーカスされた基板５６の表面位置（Ｚ＝０）では、ビーム軸の傾きの有無によらず、ビーム位置は同じになるため、ブランキング回路２０の故障を検知することはできない。しかし、デフォーカスした状態（Ｚ≠０）では、ビーム軸の傾きの有無によってビーム位置が変わる。また、ブランキング電圧が異なると、ビーム軸の傾きが異なり、ビーム位置が変わる。図４は、ブランキング電圧αの場合のビームＢαと、ブランキング電圧βの場合のビームＢβを示している。
ブランキング回路２０に故障が発生している場合、照射時間比率（＝ショット時間／（ショット時間＋セトリング時間））を変えると、ブランキング電圧の誤差も変わる。本実施形態では、デフォーカスした状態で、照射時間比率の条件を変えてビーム位置を測定し、ビーム位置に所定値以上の差がある場合、ブランキング回路２０に故障が発生していると判定する。
ブランキング回路２０の故障診断方法を図５に示すフローチャートを用いて説明する。なお、この故障診断は、描画処理中に定期的に行われる。ブランキング回路２０の故障には様々な要因があり、例えばＤＡＣアンプの異常や、接触抵抗の発生等である。
対物レンズ４９の焦点位置をずらし、マーク５４の表面とは異なる位置に焦点位置を設定する（ステップＳ１）。
照射条件を変動させ、電子ビームでマーク５４をスキャン（走査）する。照射条件は、ショット時間（描画時間）とセトリング時間との比率を変化させることで変動させる。先ず、照射条件を第１条件としてマーク５４を電子ビームでスキャンする（ステップＳ２）。第１条件は、例えば、ショット時間４００ｎｓ、セトリング時間４００ｎｓである。照射位置検出器５２が、反射電子を検出し、ビーム位置ａを測定する（ステップＳ３）。
照射条件を第２条件としてマーク５４を電子ビームでスキャンする（ステップＳ４）。第２条件は、例えば、ショット時間２５６ｎｓ、セトリング時間６４ｎｓである。照射位置検出器５２が、反射電子を検出し、ビーム位置ｂを測定する（ステップＳ５）。
本実施形態では、ショット時間とセトリング時間との比率を変動させたが、ショット時間およびセトリング時間の少なくともいずれかを変動させることで照射条件を変動させることができる。
異常診断部１４が、ビーム位置ａとビーム位置ｂとの差分（誤差）を求める。差分が所定値以上である場合（ステップＳ６＿Ｙｅｓ）、ビーム軸に傾きがあることを意味するため、ブランキング回路に故障が発生したと判定する（ステップＳ７）。異常診断部１４は、故障発生を報知する。
ビーム位置ａとビーム位置ｂとの差分が所定値未満の場合（ステップＳ６＿Ｎｏ）、異常診断部１４はブランキング回路に故障は無いと判定する（ステップＳ８）。対物レンズ４９の焦点位置を基板５６の表面の高さに合わせて描画処理を継続・再開する（ステップＳ９）。
このように本実施形態によれば、デフォーカスした状態で、異なる照射条件（照射時間比率）でマーク５４をスキャンしてビーム位置の差分を求めることで、ビーム軸の傾きの有無、すなわちブランキング回路２０の故障の有無を容易かつ速やかに検出することができる。
上記実施形態では、対物レンズ４９の焦点位置をずらしてマーク５４をスキャンする例について説明したが、ステージ５０がＺ軸方向（高さ方向）に移動可能な場合は、ステージ高さを変えてデフォーカスした状態を実現してもよい。
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。
１ 描画装置
１０ 制御部
１１ 制御計算機
１２ ショットデータ生成部
１３ 描画制御部
１４ 異常診断部
１８ 記憶装置
２０ ブランキング回路
２２ レンズ制御回路
３０ 描画部
３２ 電子鏡筒
３４ 描画室
４０ 電子銃
４１ ブランキングアパーチャ
４２ 第１成形アパーチャ
４３ 第２成形アパーチャ
４４ ブランキング偏向器
４５ 成形偏向器
４６ 対物偏向器
４７ 照明レンズ
４８ 投影レンズ
４９ 対物レンズ
５０ ステージ
５２ 照射位置検出器
５４ マーク

Claims (5)

  1. 荷電粒子ビームを放出する放出部と、
    ブランキング電圧の印加により前記荷電粒子ビームを偏向し、ビームのブランキング制御を行うブランキング偏向器と、
    前記ブランキング偏向器に前記ブランキング電圧を印加するブランキング回路と、
    前記荷電粒子ビームが照射される基板が載置されるステージと、
    前記ステージ上に設けられたマークと、
    前記マークに対する前記荷電粒子ビームの照射により、前記荷電粒子ビームの照射位置を検出する検出器と、
    前記マークに対して前記荷電粒子ビームを所定のデフォーカス状態とし、第１照射条件で前記マークを前記荷電粒子ビームで走査した場合に前記検出器で検出される第１照射位置と、該第１照射条件から照射時間およびセトリング時間の少なくともいずれかを変動させた第２照射条件で前記マークを前記荷電粒子ビームで走査した場合に前記検出器で検出される第２照射位置との差分を比較し、該差分が所定値以上である場合に前記ブランキング回路に故障が発生していると診断する診断部と、
    を備える荷電粒子ビーム描画装置。
  2. 前記基板又は前記マークに照射される前記荷電粒子ビームの焦点位置を調整するレンズをさらに備える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。
  3. ブランキング回路を用いてブランキング偏向器にブランキング電圧を印加し、荷電粒子ビームのオンオフを切り替えるブランキング制御を行う工程と、
    描画対象の基板が載置されるステージ上に設けられたマークに対して前記荷電粒子ビームを所定のデフォーカス状態とし、第１照射条件で前記マークを前記荷電粒子ビームで走査し、前記荷電粒子ビームの第１照射位置を検出する工程と、
    前記所定のデフォーカス状態で、前記第１照射条件から照射時間およびセトリング時間の少なくともいずれかを変動させた第２照射条件で前記マークを前記荷電粒子ビームで走査し、前記荷電粒子ビームの第２照射位置を検出する工程と、
    前記第１照射位置と前記第２照射位置との差分を比較し、該差分が所定値以上である場合に前記ブランキング回路に故障が発生していると診断する工程と、
    を備えるブランキング回路の故障診断方法。
  4. 前記マークを前記荷電粒子ビームで走査する前に、対物レンズを用いて前記荷電粒子ビームの焦点位置を変えることを特徴とする請求項３に記載のブランキング回路の故障診断方法。
  5. 描画処理の途中で、前記ブランキング回路の故障発生有無の診断を行い、前記差分が所定値未満である場合、前記ブランキング回路に故障は発生していないと診断し、診断後、前記基板の表面高さに前記荷電粒子ビームの焦点位置を合わせて描画処理を再開することを特徴とする請求項３又は４に記載のブランキング回路の故障診断方法。
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