JP7397238B1 - 電子ビーム描画装置及び電子ビーム描画方法 - Google Patents

電子ビーム描画装置及び電子ビーム描画方法 Download PDF

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Abstract

本発明の一態様の電子ビーム描画装置は、電子ビームを放出する放出源と、電子ビームを用いてパターンが描画される試料を載置するステージと、ステージに試料が載置されたときに試料の上流となるように配置され、試料に対して正の固定電位に設定される電位規定部材と、電位規定部材が上述した固定電位となるように試料若しくは電位規定部材に電圧を印加する電位印加回路と、電位規定部材が上述した固定電位の状態で、試料が電子ビームで照射された場合に生じる試料面上での電子ビームの位置ずれを補正する補正回路と、を備えたことを特徴とする。

Description

本発明は、電子ビーム描画装置及び電子ビーム描画方法に係り、例えば、マルチビーム描画で生じる位置ずれの補正手法に関する。
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、ウェハ等へ電子線を使って描画することが行われている。
例えば、マルチビームを使った描画装置がある。1本の電子ビームで描画する場合に比べて、マルチビームを用いることで一度に多くのビームを照射できるのでスループットを大幅に向上させることができる。かかるマルチビーム方式の描画装置では、例えば、電子銃から放出された電子ビームを複数の穴を持ったマスクに通してマルチビームを形成し、各々、ブランキング制御され、遮蔽されなかった各ビームが光学系で縮小され、偏向器で偏向され試料上の所望の位置へと照射される。
ここで、電子ビームを用いた描画では、電子ビームが照射されることにより試料から反射電子や2次電子が放出される。かかる2次電子等が試料に戻ると試料面が帯電し、電子ビームの照射位置がずれてしまうといった問題があった。かかる試料面から放出された2次電子等を試料面に戻さないように、環状の3段電極で構成される静電レンズの、2段目の電極に正の電位を可変に印加し、1段目の電極に2段目の電極に印加する可変電位よりも高い正の固定電位を印加する手法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。しかし、静電レンズは、描画中に、試料面上あるいはその近辺で2段目の電極に印加する正の電位を数10V~数100V程度変化させる。これに伴い、描画中に、試料面での電位分布が変動し、位置ずれ補正の妨げとなっていた。
また、試料が帯電する場合に、帯電現象に起因した位置ずれに対して、帯電量分布を求めてビーム照射位置の補正量を算出し、該補正量に基づいて補正された位置にビームを照射する帯電効果補正の手法を用いた描画装置が提案されている(例えば、特許文献2,3参照)。
特開2018-170435号公報 特開2009-260250号公報 特開2011-040450号公報
本発明の一態様は、電子ビーム描画において、放出された2次電子等の試料への戻りを抑制しながら、高精度な位置ずれを補正可能な装置及び方法を提供する。
本発明の一態様の電子ビーム描画装置は、
電子ビームを放出する放出源と、
電子ビームを用いてパターンが描画される試料を載置するステージと、
ステージに試料が載置されたときに試料の上流となるように配置され、試料に対して正の固定電位に設定される電位規定部材と、
電位規定部材が上述した固定電位となるように試料若しくは電位規定部材に電圧を印加する電位印加回路と、
電位規定部材が上述した固定電位の状態で、試料が電子ビームで照射された場合に生じる試料面上での電子ビームの位置ずれを補正する補正回路と、
を備えたことを特徴とする。
本発明の一態様の電子ビーム描画方法は、
ステージに載置された試料の上流に配置された電位規定部材が、試料に対して正の固定電位となるように、試料若しくは電位規定部材に定電圧を印加し、
電位規定部材が上述した固定電位の状態で、試料が電子ビームで照射された場合に生じる試料面上での電子ビームの位置ずれを補正し、
電子ビームを用いて試料にパターンを描画する、
ことを特徴とする
本発明の一態様によれば、電子ビーム描画において、放出された2次電子等の試料への戻りを抑制しながら、高精度な位置ずれを補正できる。
実施の形態1における描画装置の要部構成の一例を示す概念図である。 実施の形態1における可変成形型の描画装置の動作を説明するための概念図である。 実施の形態1における基板カバーの構成の一例を示す上面図である。 実施の形態1における電極基板と試料との間の電場の一例を説明するための図である。 実施の形態1における電極基板と試料との間の電場の他の一例を説明するための図である。 実施の形態1における描画方法の要部工程を示すフローチャート図である。 実施の形態1における評価パターンの一例を示す図である。 実施の形態1における位置ずれマップの一例を示す図である。 実施の形態1の変形例における描画装置の構成の一部を示す図である。 実施の形態1の変形例における電位規定部材の一例を示す図である。 実施の形態1の変形例における電位規定部材の他の一例を示す上面図である。 実施の形態1の変形例における電位規定部材の他の一例と試料とを示す断面図である。 実施の形態1の変形例における電位規定部材の他の一例を示す上面断面図である。 実施の形態1の変形例における電位規定部材の他の一例と試料とを示す正面断面図である。 実施の形態1の変形例における電位規定部材の他の一例と試料とを示す断面図である。 実施の形態1の変形例における電位規定部材の他の一例と試料とを示す断面図である。 実施の形態1の変形例における電極基板と試料との間の電場の一例を説明するための図である。 実施の形態2における描画装置の構成の一例を示す構成図である。 実施の形態2における描画方法の要部工程の一例を示すフローチャート図である。 実施の形態2におけるマークの一例を示す図である。 実施の形態2における偏向感度の一例を示す図である。 実施の形態3における描画装置の構成の一例を示す構成図である。 実施の形態3における描画方法の要部工程の一例の一部を示すフローチャート図である。 実施の形態3における描画方法の要部工程の一例の一部を示すフローチャート図である。 実施の形態3における評価パターンの一例を示す図である。 実施の形態3における位置ずれ分布の一例を示す図である。 実施の形態4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4におけるマルチビームの照射領域と描画対象画素との一例を示す図である。 実施の形態4における描画方法の要部工程の一例の残部を示すフローチャート図である。 実施の形態4における位置ずれ補正方法の一例を説明するための図である。 実施の形態4における位置ずれ補正方法の一例を説明するための図である。 実施の形態5における描画装置の構成の一例を示す構成図である。 実施の形態5における描画方法の要部工程の一例を示すフローチャート図である。 実施の形態5におけるアレイ形状の一例を示す図である。
[実施の形態1]
図1は、実施の形態1における描画装置の要部構成の一例を示す概念図である。図1において、描画装置100は、描画機構150および制御系回路160を備えている。描画装置100は、電子ビーム描画装置の一例である。図1の例では、描画装置100として、シングルビームを用いた可変成形型の描画装置の一例を示している。描画機構150は、電子鏡筒1と描画室14を有している。電子鏡筒1内には、電子銃5、照明レンズ7、第1の成形アパーチャ基板8、投影レンズ9、偏向器10、第2の成形アパーチャ基板11、対物レンズ12、偏向器13、電極基板20(電位規定部材の一例)、及び検出器19が配置される。
また、描画室14内には、XYステージ3が配置される。XYステージ3上には、描画対象となる試料2が配置される。試料2には、半導体製造の露光に用いるフォトマスクや半導体装置を形成する半導体ウェハ等が含まれる。また、描画されるフォトマスクには、まだ何も描画されていないマスクブランクスが含まれる。描画される際には、試料2上には電子ビームにより感光するレジスト膜が形成されている。また、XYステージ3上には、試料2が配置される位置とは異なる位置にステージ位置測定用のミラー4が配置される。また、XYステージ3上には、試料2が配置される位置とは異なる位置にマーク18が配置される。マーク18表面は、試料2面と同一の高さ位置に配置される。
また、XYステージ3上には、試料2の外周部分を覆う基板カバー22が配置される。基板カバー22には、試料2の外周部分を上方からレジスト膜を貫通するように突き刺し、レジスト膜下に配置される、例えば、クロム等で形成される導電性の遮光膜に導通する複数のピンが配置される。
制御系回路160は、制御計算機110、ステージ位置検出機構45、ステージ制御機構46、電位印加回路48、偏向制御回路130、メモリ141、磁気ディスク装置等の記憶装置140、及び外部インターフェース(I/F)回路146と、を有している。制御計算機110、ステージ位置検出機構45、ステージ制御機構46、電位印加回路48、偏向制御回路130、メモリ141、記憶装置140、及び外部I/F回路146は、図示しないバスにより互いに接続されている。偏向制御回路130は、偏向器10,13に接続される。
制御計算機110内には、描画制御部30、位置ずれ補正マップ作成部40、ショットデータ生成部41、及び位置ずれ補正部42が配置される。描画制御部30、位置ずれ補正マップ作成部40、ショットデータ生成部41、及び位置ずれ補正部42といった各部は、処理回路を有し、その処理回路には、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等が含まれる。また、各部は、共通する処理回路(同じ処理回路)を用いてもよい。或いは、異なる処理回路(別々の処理回路)を用いても良い。描画制御部30、位置ずれ補正マップ作成部40、ショットデータ生成部41、及び位置ずれ補正部42に必要な入力データ或いは演算された結果はその都度メモリ141に記憶される。
偏向制御回路130内には、成形偏向器制御部43および対物偏向器制御部44といった機能が配置される。成形偏向器制御部43および対物偏向器制御部44といった各制御部は、処理回路を含み、その処理回路には、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等が含まれる。また、各制御部は、共通する処理回路(同じ処理回路)を用いてもよい。或いは、異なる処理回路(別々の処理回路)を用いても良い。成形偏向器制御部43および対物偏向器制御部44内に必要な入力データ或いは演算された結果はその都度図示しないメモリに記憶される。
描画制御部30は、描画装置100全体を制御する。偏向器10は、例えば、4極以上の静電電極により構成され、成形偏向器制御部43により制御される。また、静電電極毎に図示しないDACアンプに接続される。成形偏向器制御部43により各DACアンプに印加する電位が制御されることにより偏向器10の偏向量が制御される。
偏向器13は、例えば、4極以上の静電電極により構成され、対物偏向器制御部44により制御される。また、静電電極毎に図示しないDACアンプに接続される。対物偏向器制御部44により各DACアンプに印加する電位が制御されることにより偏向器13の偏向量が制御される。
XYステージ3はステージ制御機構46によって駆動される。そして、XYステージ3の位置は、ステージ位置検出機構45によって検出される。ステージ位置検出機構45には、例えば、ミラー4にレーザを照射して、ミラー4への入射光と反射光の干渉に基づいて位置を測定するレーザ干渉法の原理によりステージ位置を測長するレーザ測長装置が含まれる。
また、描画されるための複数の図形パターンが定義される描画データ(レイアウトデータ)が描画装置100の外部から入力され、記憶装置140に格納される。
図1の例において、電極基板20は、XYステージ3に試料2が載置されたときに試料2の上流に配置される。電極基板20は、中央部に電子ビームが通過するための開口部が形成される。また、電極基板20は、試料2面と対向する面を有する。電極基板20の下面は、試料2表面と平行が望ましいが、これに限るものではない。電極基板20の下面は、試料2表面に対して斜めに形成されても構わない。電極基板20の下面は、中心部の開口部を除いて、試料2表面の電子ビームが照射される位置から所定の範囲の領域を覆うサイズで形成される。電極基板20の下面は、試料2表面を覆うサイズに形成されるとなお好適である。
また、電極基板20と基板カバー22の少なくとも一方は、電位印加回路48に接続される。
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。
図2は、実施の形態1における可変成形型の描画装置の動作を説明するための概念図である。図2において、電子銃5(放出源)から放出された電子ビーム6は、照明レンズ7により矩形の穴を持つ第1の成形アパーチャ基板8全体を照明する。なお、図示しないブランキング機構により、電子ビーム6は、ビームON及びビームOFFに制御される。ビームOFFの状態では第1の成形アパーチャ基板8によって電子ビーム6全体が遮蔽される。ビームONの状態では電子ビーム6の一部が第1の成形アパーチャ基板8の矩形の開口部411を通過する。これにより、電子ビーム6をまず矩形に成形する。ビームONからビームOFFになるまでに開口部411を通過する電子ビームによって1ショット分のビームが形成される。
そして、第1の成形アパーチャ基板8の矩形の開口部411を通過した第1のアパーチャ像の電子ビーム6は、投影レンズ9により第2の成形アパーチャ基板11上に投影される。かかる第2の成形アパーチャ基板11上での第1のアパーチャ像の位置は、成形偏向器制御部43により制御された偏向器10によって偏向され、ショット毎にビーム形状と寸法を可変に変化させることができる。そして、対物レンズ12(電磁レンズの一例)は、磁場を生じさせ、開口部421を通過した電子ビーム6を試料2面に結像する。言い換えれば、第2の成形アパーチャ基板11の開口部421を通過した第2のアパーチャ像の電子ビーム6は、対物レンズ12により焦点を合わせ、対物偏向器制御部44に制御された例えば静電型の偏向器13により偏向され、移動可能に配置されたXYステージ3上の試料2の所望する位置に照射される。
描画処理を行う際、試料2においてパターンが描画される描画領域を例えばy方向に所定の幅でストライプ状に分割した複数のストライプ領域が設定される。そして、ストライプ領域毎に描画処理が実施される。XYステージ3を例えば-x方向に連続移動させながら相対的にx方向に描画を進めていく。1つのストライプ領域の描画が終了すると、y方向に隣接する次のストライプ領域の描画処理が実施される。同様の処理を繰り返すことによって、すべてのストライプ領域の描画が完了する。
図3は、実施の形態1における基板カバーの構成の一例を示す上面図である。図3において、試料2の外周を点線で示す。基板カバー22は、環状のフレーム24と複数のピン23とを有する。フレーム24は、試料2と同じ形状に形成される。試料2が矩形であれば、フレーム24も矩形に形成される。フレーム24は、内周サイズが試料2の外周サイズよりも小さく、外周サイズが試料2の外周サイズより大きく形成される。そして、フレーム24は、試料2の外周部分と重なり合うように配置される。図3の例では、例えば、3つのピン23が配置される。基板カバー22の中心位置から例えば120°程度ずつ位相をずらした位置に3つのピン23が配置される。各ピン23は、フレーム24から内側に飛び出すように配置されたサポート板の裏面に配置され、試料面側に先の尖った先端部が向く。基板カバー22を試料2面上に配置することで、各ピン23が試料2の表面側から突き刺さり、レジスト膜の下層に配置される導電膜に接触することにより試料2と導通する。各ピン23には、図示しない配線が接続される。かかる配線は、例えば、電位印加回路48に接続される。或いは、かかる配線は、アース接続される。アース接続は、電位印加回路48の内部で行っても良いし、電位印加回路48の外部で行っても良い。
実施の形態1では、電極基板20が試料2に対して正の固定電位に設定され、電極基板20と試料2間に変動しない電場が形成される。そのために、電位印加回路48は、所定の電圧を試料2若しくは電極基板20に印加する。ここで、固定電位は可変に制御されるものではなく、以下同様である。例えば、以下のように電圧を印加する。
図4は、実施の形態1における電極基板20と試料2との間に形成される電場の一例を説明するための図である。電極基板20が、試料2に対して正の固定電位となるように、電位印加回路48から正の定電圧が印加されるとともに、試料2は、グランド(GND)電位となるように、図示しない基板カバー22のピン23を介してアース接続される。また、電子鏡筒1は、アース接続される。これにより、電極基板20と試料2との間の空間には試料2に対して電極基板20が正電位になる変動しない電場が形成される。或いは、以下のように構成しても好適である。
図5は、実施の形態1における電極基板と試料との間の電場の他の一例を説明するための図である。図5の例において、電極基板20はアース接続され、GND電位となる。そして、試料2には、図示しない基板カバー22のピン23を介して電位印加回路48から一定の値に設定された負電圧が印加され負電位となる。また、電子鏡筒1は、アース接続される。これにより、電極基板20と試料2との間の空間には試料2に対して電極基板20が正電位になる変動しない電場が形成される。
図4及び図5に示すように、電極基板20と試料2との間には、部材が配置されることなく一定の電場が形成される。例えば、描画中に可変する電位が印加される電極を電極基板20の上流のみに設け、電極基板20と試料2との間には、静電レンズの制御電極等が配置されないように構成される。これにより、電極基板20と試料2との間の空間には試料2に対して電極基板20が正電位になる変動しない電場を形成できる。
よって、電子銃5から放出された電子ビームで試料2面が照射された場合に、試料2面から放出される反射電子或いは/及び2次電子が正電位の電極基板20側に引き寄せられる。そのため、2次電子等が試料2表面に戻らなくなる。ここで、試料2表面には、基板カバー22のピン23がフレーム24から内側に飛び出て配置される。ここで、電極基板20と試料2との間に構造物が配置されたとき、電場が形成された状態で、試料2表面の電位は一定にはならず、試料2面上に電位分布を生じさせる場合がある。例えば、かかるピン23等の試料2の外周部の一部と重なる試料2表面上の構造物に起因して、試料2表面の電位は一定にはならず、電位分布が生じる。しかしながら、実施の形態1では、電極基板20と試料2との間は、変動しない電場が形成される。よって、描画処理中、試料2表面の電位分布を安定させることができる。
かかる安定した電位分布が試料2面上に存在する状態で、試料2が電子ビームで照射された場合、電子ビームの照射位置に位置ずれが生じ得る。そこで、試料2面上に形成される電位分布に起因する位置ずれを補正する。
図6は、実施の形態1における描画方法の要部工程を示すフローチャート図である。図6において、実施の形態1における描画方法は、固定電位印加工程(S202)と、評価パターン描画工程(S204)と、位置ずれ分布測定工程(S206)と、位置ずれ補正マップ作成工程(S208)と、ショットデータ生成工程(S210)と、位置ずれ補正工程(S212)と、固定電位印加工程(S214)と、描画工程(S216)と、いう一連の工程を実施する。
固定電位印加工程(S202)として、電位印加回路48は、試料2に対して電極基板20が正の固定電位となるように、試料2若しくは電極基板20に電圧を印加する。ここでは、例えば、試料2がアース接続された状態で、電極基板20に正の定電圧を印加する。これにより、試料2に対して電極基板20が正電位になる変動しない電場が形成される。
評価パターン描画工程(S204)として、描画制御部30の制御のもと、描画機構150は、試料2に対して電極基板20が正電位となる電場が形成された状態で、レジストが塗布された、図示しない評価基板に評価パターンを描画する。
図7は、実施の形態1における評価パターンの一例を示す図である。図7において、評価パターンとして、例えば、所定のピッチでアレイ配列される複数のグリッドパターンが用いられる。各グリッドパターンは、パターン位置を測定し易い、矩形或いは十字パターンが好適である。図7の例では、各グリッドパターンとして、十字パターンが示されている。
位置ずれ分布測定工程(S206)として、評価パターンが描画された評価基板を描画装置100から搬出して、アッシングを行う。これにより、評価パターンに対応したレジストパターンを得ることができる。そして、図示しない位置測定装置により、評価パターン(レジストパターン)の各グリッドパターンの位置を測定する。測定された位置データは、外部から描画装置100に入力され、記憶装置140に格納される。
図8は、実施の形態1における位置ずれマップの一例を示す図である。図8の例では、設計上の各グリッドパターンの位置からの位置ずれ量をマップで示している。図8に示すように、基板カバー22の3つのピン23が配置された位置(点線で囲まれた箇所)に特に位置ずれ量が大きく生じていることがわかる。かかる位置ずれは、電位が試料2若しくは電極基板20に印加されることにより試料2面に形成される電位分布に起因する。
位置ずれ補正マップ作成工程(S208)として、位置ずれ補正マップ作成部40は、記憶装置140から位置データを読み出し、設計上の各グリッドパターンの位置からの位置ずれ量を補正する補正量を定義した位置ずれ補正マップを作成する。位置ずれ補正マップには、例えば、設計上の各グリッドパターンの位置から位置ずれ方向とは逆方向にその位置の位置ずれ量と同じ量だけずらした位置が定義される。作成された位置ずれ補正マップは、記憶装置140に格納される。かかる工程までが、描画処理の前処理として実施される。次に、実際にパターンを描画するための試料2がXYステージ3に配置される。そして、描画処理が開始される。
ショットデータ生成工程(S210)として、ショットデータ生成部41は、例えば、試料2の図示しないストライプ領域毎に、記憶装置140から描画データを読み出す。そして、描画データに対して複数段のデータ処理を行うことでショット毎のショットデータを生成する。描画データに定義される図形パターンのサイズは、通常、描画装置100が1回のショットで形成できるショットサイズよりも大きい。そのため、描画装置100内では、描画装置100が1回のショットで形成可能なサイズになるように、各図形パターンを複数のショット図形に分割する。各ショットデータには、例えば、ショット図形を示す図形コード、ショット図形の基準位置の座標、及びショット図形のサイズが定義される。
位置ずれ補正工程(S212)として、位置ずれ補正部42(補正回路)は、電極基板20が試料2に対して正の固定電位の状態で、試料2が電子ビーム6で照射された場合に生じる試料2面上での電子ビームの位置ずれを補正する。ここでは、位置ずれ補正部42は、電極基板20が試料2に対して正の固定電位の状態で、試料2面に形成される電位分布に起因する位置ずれを補正する。具体的には、以下のように動作する。位置ずれ補正部42は、記憶装置140から位置ずれ補正マップを読み出す。そして、位置ずれ補正部42は、位置ずれ補正マップを参照して、ショット毎に、ショットデータに定義された座標に対応する位置の位置ずれ補正マップに定義された補正量をショットデータに定義された座標に加算する。これにより、各ショットの電子ビームの照射位置の位置ずれが補正できる。
固定電位印加工程(S214)として、電位印加回路48は、試料2に対して電極基板20が正の固定電位となるように、試料2若しくは電極基板20に電圧を印加する。ここでは、例えば、試料2がアース接続された状態で、電極基板20に正の定電圧を印加する。これにより、試料2に対して電極基板20が正電位になる変動しない電場が形成できる。
描画工程(S216)として、描画制御部30による制御のもと、描画機構150は、位置ずれが補正された電子ビームを用いて試料2にパターンを描画する。
以上のように、電位分布に起因する位置ずれをショットデータ上で補正することで、実際の描画処理では、精度よく所望の位置を電子ビームで照射できる。
なお、上述した例では、ショットデータを補正することにより位置ずれを補正する場合を示しているが、これに限るものではない。例えば、偏向制御回路130において、偏向器13の偏向量を位置ずれ分だけ補正することで、ショット毎の実際のビームの照射位置を補正しても好適である。
図9は、実施の形態1の変形例における描画装置の構成の一部を示す図である。図9の例では、電子鏡筒1内に、さらに、静電レンズ25を配置する。また、さらに、静電レンズ25を制御する静電レンズ制御回路49を配置する。その他の構成は図1と同様である。図9では、静電レンズ25を用いた場合の動作説明に直接必要な構成以外の図示を省略している。試料2の表面には自重による撓み等に起因する凹凸が存在する。静電レンズ25は、かかる凹凸による試料面の高さ位置の変化に応じてダイナミックに電子ビーム6の焦点位置を補正する。図9の例では、静電レンズ25が、2段の電極により構成される場合を示している。2段の電極のうち、上段電極には、静電レンズ制御回路49から可変する正電位が印加される。下段電極はアース接続される。ここで、上述したように、上段電極に印加される可変電位による電界の影響が試料2面上の電場に及ぶ場合、描画中に試料2面上の電位分布が変化してしまう。そこで、実施の形態1では、静電レンズ25の電界の影響範囲に電極基板20と試料2との間の電場が含まれない位置に、静電レンズ25を配置する。言い換えれば、電極基板20と試料2との間の電場に影響を与えない程度上流に静電レンズ25を配置する。さらに言い換えれば、静電レンズ25による電場が十分に減衰した位置に電極基板20が配置される。これにより、静電レンズ25を使ってダイナミックフォーカスを実施しても、試料2表面の電位分布の影響を十分小さく抑えることができる。
図10は、実施の形態1の変形例における電位規定部材の一例を示す図である。対物レンズ12は、電子ビーム6の軌道中心を取り囲むコイル26と、コイル26を取り囲む強磁性体のポールピース(ヨークともいう)20a(電位規定部材の他の一例)を有する。ポールピース20aは、コイル26の内周側、外周側、上面側、及び下面側にわたってコイル26を覆う。よって、ポールピース20aは、中央部に電子ビームが通過する開口部が形成される。ポールピース20aの内周側には、ギャップが形成される。コイル26を励磁することにより、ポールピース20a内を通過する磁束により磁場が生じ、ギャップから磁場を外部に放出する。これにより、対物レンズ12は、電子ビーム軌道上に磁場を形成する。
ポールピース20aの材料として、例えば、鉄を用いる。ポールピース20aは、強磁性体であると共に導電部材である。そこで、図10の例では、電極基板20の代わりに、対物レンズ12のポールピース20aを用いる。
ポールピース20aが、試料2に対して正の固定電位となるように、電位印加回路48から正の定電圧が印加されるとともに、試料2は、グランド(GND)電位となるように、図示しない基板カバー22のピン23を介してアース接続される。また、電子鏡筒1は、アース接続される。これにより、ポールピース20aと試料2との間の空間には試料2に対してポールピース20aが正電位になる変動しない電場が形成される。
或いは、ポールピース20aが、試料2に対して正の固定電位となるように、アース接続された状態で、試料2が、負電位となるように、図示しない基板カバー22のピン23を介して電位印加回路48から負の定電圧が印加される。また、電子鏡筒1は、アース接続される。これにより、ポールピース20aと試料2との間の空間には試料2に対してポールピース20aが正電位になる変動しない電場が形成される。
図10の例では、ポールピース20aの底面が、試料2表面と平行に形成されている場合を示しているが、これに限るものではない。ポールピース20aの底面が、中心に向かって斜め下方向にテーパ状に形成されている場合であっても構わない。
図11は、実施の形態1の変形例における電位規定部材の他の一例を示す上面図である。
図12は、実施の形態1の変形例における電位規定部材の他の一例と試料とを示す断面図である。図11及び図12の例では、電極基板20の代わりに、導電性の反射電子防止板20b(電位規定部材の他の一例)を配置する。反射電子防止板20bは、例えば試料2表面を覆うサイズ程度の外径寸法に形成され、中央部に電子ビームが通過する開口部が形成される。また、かかる中央部の開口部の周囲には、反射電子或いは2次電子の一部を上流に導くために、反射電子或いは2次電子の螺旋軌道に沿った複数の孔が形成される。かかる複数の孔は、上面から見る場合に例えば正6角形に形成されると好適である。これにより、ハニカム構造を構成でき、多くの孔を形成できる。これにより、試料2から放出された2次電子等を複数の孔に侵入させ易くでき、試料2に戻る2次電子等を低減させる効果を高めることができる。よって、中心の電子ビームが通過する開口部の開口面積を小さくできる。
反射電子防止板20bが、試料2に対して正の固定電位となるように、電位印加回路48から正の定電圧が印加される。また、試料2は、グランド(GND)電位となるように、図示しない基板カバー22のピン23を介してアース接続される。。また、電子鏡筒1は、アース接続される。これにより、反射電子防止板20bと試料2との間の空間には試料2に対して反射電子防止板20bが正電位になる変動しない電場が形成される。
或いは、反射電子防止板20bは、GND電位となるようにアース接続される。そして、試料2には、図示しない基板カバー22のピン23を介して電位印加回路48から負の定電圧が印加される。また、電子鏡筒1は、アース接続される。これにより、反射電子防止板20bと試料2との間の空間には試料2に対して反射電子防止板20bが正電位になる変動しない電場が形成される。
図13は、実施の形態1の変形例における電位規定部材の他の一例を示す上面断面図である。
図14は、実施の形態1の変形例における電位規定部材の他の一例と試料とを示す正面断面図である。図13及び図14の例では、電極基板20の代わりに、熱シールド機構20c(電位規定部材の他の一例)を用いても好適である。熱シールド機構20cは、導電性の均熱板27と導電性の冷却管28とを有する。均熱板27は、例えば試料2表面を覆うサイズ程度の外径寸法に形成され、中央に電子ビームが通過する開口部が形成される。冷却管28は、均熱板27上に配置され、均熱板27の周に沿って配置される。冷却管28は上下の部分に分割し、例えば下部分の上面側から外周部に沿って略一周し、略一周流れた位置で折り返し、外周部に沿って戻る流路17a~17hを彫り込み、それから上下の部分を貼り合わせることで形成できる。冷却管28には、流入口16から冷媒が流入し、均熱板27の外周部に沿って流れ、略一周流れた位置で折り返し、外周部に沿って流れ、流出口15から排出される。冷媒として、冷却水が用いられる。熱シールド機構20cを配置することにより、対物レンズ12の励磁により発熱した熱が試料2に伝熱することを抑制できる。
熱シールド機構20cには、電位印加回路48から正の定電圧が印加されるとともに、試料2は、グランド(GND)電位となるように、図示しない基板カバー22のピン23を介してアース接続される。また、電子鏡筒1は、アース接続される。これにより、熱シールド機構20cと試料2との間の空間には試料2に対して熱シールド機構20cが正電位になる変動しない電場が形成される。
或いは、熱シールド機構20cが、試料2に対して正の固定電位となるように、熱シールド機構20cがアース接続された状態で、試料2が負電位となるように、図示しない基板カバー22のピン23を介して電位印加回路48から負の定電圧が印加される。また、電子鏡筒1は、アース接続される。これにより、熱シールド機構20cと試料2との間の空間には試料2に対して熱シールド機構20cが正電位になる変動しない電場が形成される。
図15は、実施の形態1の変形例における電位規定部材の他の一例と試料とを示す断面図である。図15の例では、電極基板20の代わりに、導電性の対物レンズ保持部材20d(電位規定部材の他の一例)を用いても好適である。対物レンズ保持部材20dは、外周枠と外周枠の裏面に配置された底面円板とを有する、底面円板の中央部の電子ビームが通過する開口部が形成される。対物レンズ保持部材20dは、外周枠内に対物レンズ12が納まり底面円板の上面で対物レンズ12を保持する。
対物レンズ保持部材20dが、試料2に対して正の固定電位となるように、電位印加回路48から正の定電圧が印加されるとともに、試料2は、グランド(GND)電位となるように、図示しない基板カバー22のピン23を介してアース接続される。また、電子鏡筒1は、アース接続される。これにより、対物レンズ保持部材20dと試料2との間の空間には試料2に対して対物レンズ保持部材20dが正電位になる変動しない電場が形成される。
或いは、対物レンズ保持部材20dには、試料2に対して正の固定電位となるように、対物レンズ保持部材20dがアース接続された状態で、試料2が、負電位となるように、図示しない基板カバー22のピン23を介して電位印加回路48から負の定電圧が印加される。また、電子鏡筒1は、アース接続される。これにより、対物レンズ保持部材20dと試料2との間の空間には試料2に対して対物レンズ保持部材20dが正電位になる変動しない電場が形成される。
図16は、実施の形態1の変形例における電位規定部材の他の一例と試料とを示す断面図である。図16の例では、電極基板20の代わりに、導電性の筒状電極20e(電位規定部材の他の一例)を用いても好適である。筒状電極20eは、筒状体の下部に筒状体の外周部から外側に広がる円板が配置される。円板は、例えば、試料2表面を覆うサイズの外径寸法で形成される。円板の中央部には筒状体の内径と同じサイズの開口部が形成される。筒状体の内部及び円板の開口部内を電子ビームが通過する。筒状電極20eは、対物レンズ12(電磁レンズ)の内周側において、対物レンズ12よりも試料2側の高さ位置から対物レンズ12の磁場の強度が閾値以下となる高さ位置まで延びる筒状体の面を有する。具体的には、筒状体は、対物レンズの磁場が閾値よりも弱くなり2次電子等のラーマ半径が小さくなるところまで上流に延びるように形成される。磁場の強い高さ位置では2次電子等が滞留し易い。そのため、筒状体を磁場が弱くなる高さ位置まで延ばすことにより、2次電子等の滞留を防ぎ1次電子ビームへの空間電荷効果を緩和できる。
筒状電極20eには、試料2に対して正の固定電位となるように、電位印加回路48から正の定電圧が印加されるとともに、試料2は、グランド(GND)電位となるように、図示しない基板カバー22のピン23を介してアース接続される。また、電子鏡筒1は、アース接続される。これにより、筒状電極20eと試料2との間の空間には試料2に対して筒状電極20eが正電位になる変動しない電場が形成される。
或いは、筒状電極20eが、試料2に対して正の固定電位となるように、筒状電極20eがアース接続された状態で、試料2が、負電位となるように、図示しない基板カバー22のピン23を介して電位印加回路48から負の定電圧が印加される。また、電子鏡筒1は、アース接続される。これにより、筒状電極20eと試料2との間の空間には試料2に対して筒状電極20eが正電位になる変動しない電場が形成される。
図17は、実施の形態1の変形例における電極基板と試料との間の電場の一例を説明するための図である。図17において、電極基板20と試料2との間に別の電位規定部材である電極基板29を配置する。電極基板29の外径サイズは、電極基板20以上のサイズに設定すると良い。また、電極基板29の中央部には電子ビームが通過する開口部が形成される。電極基板29の開口部のサイズは、電極基板20の開口部のサイズ以下のサイズに設定すると好適である。電極基板29の開口部のサイズは、電極基板20の開口部のサイズよりも小さいサイズに設定するとさらに好適である。電極基板29は、試料2と同電位になるように制御される。
電極基板20が、試料2に対して正の固定電位となるように、電位印加回路48から正の電圧が印加されるとともに、試料2は、グランド(GND)電位となるように、図示しない基板カバー22のピン23を介してアース接続される。同様に、電極基板29にはGND電位が印加される。すなわち、試料2及び電極基板29はアース接続される。また、電子鏡筒1は、アース接続される。これにより、電極基板20と電極基板29との間の空間には電極基板29に対して電極基板20が正電位になる変動しない電場が形成される。そして、電極基板29の開口部から、かかる電場が試料2側へと漏れ出す。これにより、電極基板20と試料2との間の空間には試料2に対して電極基板20が正電位になる変動しない電場が中心部付近に形成される。逆に外周部には電場が形成されない。これにより、試料2面上で、電界が中心部の小さい領域にしか分布しなくなり、試料2端での構造物による電界の乱れが小さくなり、位置ずれ量を小さくすることができる。
或いは、電極基板20が、試料2に対して正の固定電位となるように、アース接続された状態で、試料2が、負電位となるように、図示しない基板カバー22のピン23を介して電位印加回路48から負の電圧が印加される。同様に、電極基板29に電位印加回路48から電極基板20と同電位となるように負の電圧が印加される。また、電子鏡筒1は、アース接続される。これにより、電極基板20と試料2との間の空間には試料2に対して電極基板20が正電位になる変動しない電場が中心部付近に形成される。
以上のように、実施の形態1によれば、電子ビーム描画において、放出された2次電子等の試料への戻りを抑制しながら、高精度な位置ずれを補正できる。
[実施の形態2]
実施の形態2では、放出された2次電子等の試料への戻りを抑制しながら、電子ビームの偏向感度を補正する構成について説明する。以下、特に説明する点以外の内容は実施の形態1と同様である。
図18は、実施の形態2における描画装置の構成の一例を示す構成図である。図18において、位置ずれ補正マップ作成部40、及び位置ずれ補正部42の代わりに、偏向感度測定部50、及び偏向感度パラメータ取得部52を配置した点以外は、図1と同様である。描画制御部30、ショットデータ生成部41、偏向感度測定部50、及び偏向感度パラメータ取得部52といった各部は、処理回路を有し、その処理回路には、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等が含まれる。また、各部は、共通する処理回路(同じ処理回路)を用いてもよい。或いは、異なる処理回路(別々の処理回路)を用いても良い。描画制御部30、ショットデータ生成部41、偏向感度測定部50、及び偏向感度パラメータ取得部52に必要な入力データ或いは演算された結果はその都度メモリ141に記憶される。
図19は、実施の形態2における描画方法の要部工程の一例を示すフローチャート図である。図19において、実施の形態2における描画方法は、固定電位印加工程(S202)と、マークスキャン工程(S302)と、偏向感度測定工程(S304)と、偏向感度補正パラメータ取得工程(S306)と、ショットデータ生成工程(S308)と、固定電位印加工程(S310)と、描画工程(S312)と、いう一連の工程を実施する。
上述したように、電極基板20と試料2との間に電場が形成された状態で、試料2の一部と重なる構造物が存在する場合、試料2表面の電位は一定の値にはならず、試料2面上に電位分布を生じさせる。これにより、電子ビームの照射位置に位置ずれが生じ得る。かかる位置ずれは、電子ビームの偏向感度に起因して生じるものとして捉えることができる。そこで、実施の形態2では、電子ビーム6の偏向感度を補正することで、かかる位置ずれを補正する。
固定電位印加工程(S202)として、電位印加回路48は、試料2に対して電極基板20が正の固定電位となるように、電位印加回路48は、所定の電圧を試料2若しくは電極基板20に印加する。ここでは、例えば、試料2がアース接続された状態で、電極基板20に正の電圧を印加する。これにより、試料2に対して電極基板20が正電位になる変動しない電場が形成できる。
マークスキャン工程(S302)として、まず、マーク18の中心が偏向器13の偏向中心に位置するようにXYステージ3を移動させる。例えば、偏向器13で何ら電子ビーム6を偏向しない状態で電子ビーム6の軌道中心軸に沿って、電子ビーム6が照射される場合、偏向器13の偏向中心は電子ビーム6の軌道中心軸となる。かかる場合、マーク18の中心が電子ビーム6の軌道中心軸に位置するようにXYステージ3を移動させる。
図20は、実施の形態2におけるマークの一例を示す図である。図20の例では、マーク18上に複数の十字パターンが形成される場合を示している。複数の十字パターンとして、例えば、5×5の十字パターンが配置される。5×5の十字パターンの外周サイズは、電子ビーム6を試料2上へと偏向する偏向器13の偏向領域のサイズに設定されると好適である。言い換えれば、偏向器13の試料2面上の偏向領域内を5×5の複数のグリッド位置に分割して、マーク18には、偏向器13の偏向領域内の各位置に合わせて、十字パターンが形成される。
描画機構150は、偏向器13を用いて、マーク上の各十字パターンを順に電子ビーム6で走査(スキャン)する。その際、マーク18から放出された2次電子を検出器19で検出する。各位置で検出された情報は、図示しない検出回路を介して制御計算機110に出力される。
偏向感度測定工程(S304)として、偏向感度測定部50は、検出された複数の十字パターンの各位置を算出し、固定電位が試料2若しくは電極基板20に印加された状態での電子ビーム6の偏向感度を測定する。
図21は、実施の形態2における偏向感度の一例を示す図である。図21では、設計上の各位置に、測定された各位置(太線)を重ねて示している。試料2面上の電位分布により、図20に示すように、電子ビーム6の偏向感度に歪が生じることがわかる。
偏向感度補正パラメータ取得工程(S306)として、偏向感度パラメータ取得部52(補正回路の他の一例)は、電子ビームの偏向感度を補正することにより位置ずれを補正する。具体的には、偏向感度パラメータ取得部52(補正回路の他の一例)は、設計上の各位置と測定された偏向感度の各位置とのずれを補正する補正パラメータを算出する。かかる補正パラメータが偏向感度補正パラメータとなる。例えば、偏向されるための設計上の位置の座標(x,y)が、3次多項式によりずれ方向と反対方向にずれ量分だけ補正される。偏向感度補正パラメータは、かかる3次多項の各項の係数として求めると好適である。得られた偏向感度補正パラメータは、対物偏向器制御部44に出力され、対物偏向器制御部44に設定される。
かかる工程までが、描画処理の前処理として実施される。次に、実際にパターンを描画するための試料2がXYステージ3に配置される。そして、描画処理が開始される。
ショットデータ生成工程(S308)として、ショットデータ生成部41は、例えば、試料2の図示しないストライプ領域毎に、記憶装置140から描画データを読み出す。そして、描画データに対して複数段のデータ処理を行うことでショット毎のショットデータを生成する。各ショットデータには、例えば、ショット図形を示す図形コード、ショット図形の基準位置の座標、及びショット図形のサイズが定義される。
固定電位印加工程(S310)として、電位印加回路48は、試料2に対して電極基板20が正の固定電位となるように、試料2若しくは電極基板20に定電圧を印加する。ここでは、例えば、試料2がアース接続された状態で、電極基板20に正の電圧を印加する。これにより、試料2に対して電極基板20が正電位になる変動しない固定された電場が形成できる。
描画工程(S312)として、取得された偏向感度補正パラメータが対物偏向器制御部44に設定されているので、対物偏向器制御部44は、ショット毎に、偏向感度が補正された位置に電子ビーム6を偏向する。そして、描画制御部30による制御のもと、描画機構150は、位置ずれが補正された電子ビームを用いて試料2にパターンを描画する。
以上のように、実施の形態2によれば、電子ビーム描画において、放出された2次電子等の試料への戻りを抑制しながら、偏向感度を補正することにより、電子ビームの位置ずれを補正できる。
[実施の形態3]
実施の形態3では、電子ビームの照射により試料2上のレジスト表面に帯電した帯電量に起因する位置ずれを補正する構成について説明する。以下、特に説明する点以外の内容は、実施の形態1と同様である。
試料2に電子ビームを照射する場合に、過去に照射した電子ビームにより照射位置やその周囲が帯電してしまう。従来、かかる帯電現象に起因した位置ずれに対して、帯電量分布を求めてビーム照射位置の補正量を算出し、該補正量に基づいて補正された位置にビームを照射する帯電効果補正の手法が提案されている。しかしながら、試料2に対して電極基板20が正電位になる変動しない固定された電場が形成された状態は、従来の電場が形成されない状態とは帯電量の挙動が変化し得る。そこで、実施の形態3では、試料2に対して電極基板20が正電位になる変動しない固定された電場が形成された状態での帯電量の挙動を取得して、帯電量に起因する位置ずれ補正を行う。
図22は、実施の形態3における描画装置の構成の一例を示す構成図である。図22において、位置ずれ補正マップ作成部40の代わりに、パターン面積密度分布演算部31、ドーズ量分布算出部32、照射強度算出部33、かぶり電子量分布算出部34、帯電量分布算出部35、位置ずれ量分布演算部36、及び帯電パラメータ取得部37が配置される。その他の構成は図1と同様である。
描画制御部30、パターン面積密度分布演算部31、ドーズ量分布算出部32、照射強度算出部33、かぶり電子量分布算出部34、帯電量分布算出部35、位置ずれ量分布演算部36、帯電パラメータ取得部37、ショットデータ生成部41、及び位置ずれ補正部42といった各部は、処理回路を有し、その処理回路には、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等が含まれる。また、各部は、共通する処理回路(同じ処理回路)を用いてもよい。或いは、異なる処理回路(別々の処理回路)を用いても良い。描画制御部30、パターン面積密度分布演算部31、ドーズ量分布算出部32、照射強度算出部33、かぶり電子量分布算出部34、帯電量分布算出部35、位置ずれ量分布演算部36、帯電パラメータ取得部37、ショットデータ生成部41、及び位置ずれ補正部42に必要な入力データ或いは演算された結果はその都度メモリ141に記憶される。
図23は、実施の形態3における描画方法の要部工程の一例の一部を示すフローチャート図である。
図24は、実施の形態3における描画方法の要部工程の一例の一部を示すフローチャート図である。図23及び図24において、実施の形態3における描画方法は、固定電位印加工程(S90)と、評価パターン描画工程(S92)と、位置ずれ分布測定工程(S94)と、帯電パラメータ取得工程(S96)と、パターン面積密度分布ρ(x,y)演算工程(S100)と、ドーズ量分布D(x,y)算出工程(S102)と、照射強度分布E(x,y)算出工程(S104)と、かぶり電子量分布F(x,y,σ)算出工程(S106)と、帯電量分布C(x,y)算出工程(S109)と、位置ずれ量分布p(x,y)演算工程(S110)と、偏向位置補正工程(S112)と、固定電位印加工程(S114)と、描画工程(S116)と、いう一連の工程を実施する。
固定電位印加工程(S90)として、電位印加回路48は、試料2に対して電極基板20が正の固定電位となるように、試料2若しくは電極基板20にて定電圧を印加する。ここでは、例えば、試料2がアース接続された状態で、電極基板20に正の電圧を印加する。これにより、試料2に対して電極基板20が正電位になる変動しない固定された電場が形成できる。
次に、試料2に対して電極基板20が正電位になる変動しない固定された電場が形成された状態での帯電量を定義する多項式のパラメータ(帯電パラメータ)を取得する。以下、具体的に説明する。
評価パターン描画工程(S92)として、描画機構150は、帯電量に起因する位置ずれを評価するための評価パターンをレジストが塗布された評価基板上に描画する。
図25は、実施の形態3における評価パターンの一例を示す図である。図25に示すテストレイアウトTL(評価パターン)は、ピッチL1が1mmであり、1辺の長さL2が80mmであるグリッド(81×81グリッド)60上に第1ボックスアレイ62を例えば照射量12μC/cmで描画した後、当該レイアウトTLの中央に1辺の長さL3が40mmであるパターン密度100%の照射パッド63を例えば照射量21μC/cmで描画し、さらに、第1ボックスアレイ62と同じグリッド60上に第2ボックスアレイ64を照射量12μC/cmで描画することにより得られる。
第1ボックスアレイ62は、例えば、1辺の長さが4μmである正方形のパターンである。また、第2ボックスアレイ64は、例えば、1辺の長さが14μmであり、第1ボックスアレイ62よりも大きいサイズで中央がくり抜かれている枠状のパターンである。
ここで、照射パッド63のパターン密度を100%、75%、50%、25%のように変化させて、上記のテストレイアウトTLをそれぞれ形成する。
照射パッド63は、相互に離間する矩形状の複数のパターンによって構成されている。例えば、20μmの隙間を空けて配置される。
位置ずれ分布測定工程(S94)として、評価パターンの位置ずれを測定し、位置ずれ分布を作成する。具体的には、以下のように実施する。評価基板を描画装置100から搬出し、アッシングすることにより、レジストパターンを形成する。そして、図示しない位置測定装置により、得られたレジストパターンから第1及び第2ボックスアレイ62、64の位置をそれぞれ測定する。そして、第2ボックスアレイ64の位置から第1ボックスアレイ62の位置を差し引くことにより、照射パッド63の帯電効果による位置ずれを測定できる。なお、本実施の形態3では、測定時間を短縮するため、図25に示す81×81グリッドのうち、2mmピッチの41×41グリッド61上に描画された2つのボックスアレイ62、64の位置ずれを測定した。
図26は、実施の形態3における位置ずれ分布の一例を示す図である。図26の例では、所定のy方向位置における、例えば、x方向の位置ずれを示している。図26において、中央部に照射位置の位置ずれ量を示す。両サイドに非照射域の位置ずれ量を示す。中央部の2つの変曲点近傍にそれぞれ照射域と非照射域の境界が存在する。
ここで、従来の帯電効果補正の手法と同様、位置ずれ量分布p(x,y)は、帯電量分布C(x,y)に応答関数rを畳み込み積分することで定義できる。応答関数rは、従来の帯電効果補正の手法と同様の応答関数を用いればよい。或いはシミュレーション或いは実験等により設定すればよい。そこで、実施の形態3では、帯電量分布C(x,y)のモデルとした多項式の係数を帯電パラメータとして求める。
帯電パラメータ取得工程(S96)として、帯電パラメータ取得部37は、評価パターンの位置ずれ測定結果を用いて、帯電量分布C(x,y)の帯電パラメータを取得する。
まず、ドーズ量の分布D(x,y)を定義する。ドーズ量の演算には、後方散乱電子による近接効果補正を行うと好適である。ドーズ量Dは、以下の式(1)で定義できる。
(1) D=D×{(1+2×η)/(1+2×η×ρ)}
式(1)において、Dは基準ドーズ量であり、ηは後方散乱率である。
これらの基準ドーズ量D及び後方散乱率ηは、当該描画装置100のユーザにより設定される。後方散乱率ηは、電子ビーム6の加速電圧、試料2のレジスト膜厚や下地基板の種類、プロセス条件(例えば、PEB条件や現像条件)などを考慮して設定することができる。
次に、パターン密度分布ρ(x,y)の各値と、ドーズ量分布D(x,y)の対応する位置の値とを乗算することによって、メッシュ状のメッシュ領域毎の照射強度分布E(x,y)を定義する。照射強度分布E(x,y)は、次の式(2)で定義する。
(2) E(x,y)=ρ(x,y)D(x,y)
次に、かぶり電子の分布関数g(x,y)と、上述した照射強度分布E(x,y)とを畳み込み積分することによって、かぶり電子量分布F(x,y,σ)(かぶり荷電粒子量分布)(=E・g)を定義する。以下、具体的に説明する。
まず、かぶり電子の広がり分布を示す分布関数g(x,y)は、かぶり効果の影響半径σを用いて、以下の式(3)で定義できる。ここでは、一例としてガウス分布を用いている。
(3) g(x,y)=(1/πσ)×exp{-(x+y)/σ
かぶり電子量分布F(x,y,σ)は、以下の式(4)で定義できる。
(4) F(x,y,σ)
=∫∫g(x-x’,y-y’)E(x’,y’)dx’dy’
そして、帯電量分布C(x,y)を求めるための関数C(E,F)を仮定した。具体的には、照射電子が寄与する照射域の関数C(E)と、かぶり電子が寄与する非照射域の関数C(F)と、を用いたモデルで帯電量分布C(x,y)を定義する。帯電量分布C(x,y)は、例えば、以下の式(5)で定義する。
(5) C(x,y)=C(E,F)
=C(E)+C(F)
=d+d×ρ+d×D+d×E
+e×F+e×F+e×F
帯電量分布C(x,y)のモデルはこれに限るものではない。例えば、帯電量のピーク(極大点)を持ったピーク関数と、リニア関数と、帯電量が無限遠で収束する収束関数との少なくとも1つをさらに組み合わせた多項式モデルを用いても好適である。
そして、位置ずれ量分布p(x,y)が、帯電量分布C(x,y)に応答関数rを畳み込み積分するモデルで定義できると仮定して、帯電パラメータ取得部37は、試料2に対して電極基板20が正電位になる変動しない固定された電場が形成された状態で測定された位置ずれ量に最も合致するパラメータd,d,d,d、e,e,eの組み合わせを算出する。かかるパラメータd,d,d,d、e,e,eの組み合わせを帯電パラメータとして、記憶装置140に格納する。
かかる工程までが、描画処理の前処理として実施される。次に、実際にパターンを描画するための試料2がXYステージ3に配置される。そして、描画処理が開始される。
実際の描画対象の試料2に描画データに定義されるパターンを描画する場合において、帯電する帯電量に起因した位置ずれマップを作成する。具体的には、以下のように動作する。
パターン面積密度分布ρ(x,y)演算工程(S100)として、パターン面積密度分布演算部31は、記憶装置140から描画データを読み出し、描画領域が所定寸法でメッシュ状に仮想分割された複数のメッシュ領域のメッシュ領域毎に、描画データに定義される図形パターンの被覆率を示すパターン密度ρ(x,y)を演算する。そして、メッシュ領域毎のパターン密度の分布ρ(x,y)を作成する。
ドーズ量分布D(x,y)算出工程(S102)として、ドーズ量分布算出部32は、パターン密度分布ρ(x,y)を用いて、メッシュ領域毎のドーズ量の分布D(x,y)を算出する。ドーズ量の演算には、後方散乱電子による近接効果補正を行うと好適である。ドーズ量Dは、式(1)で定義できる。
照射強度分布E(x,y)算出工程(S104)として、照射強度算出部33は、パターン密度分布ρ(x,y)の各メッシュ値と、ドーズ量分布D(x,y)の対応メッシュ値とを乗算することによって、メッシュ領域毎の照射強度分布E(x,y)を演算する。照射強度分布E(x,y)は、式(2)で定義できる。
かぶり電子量分布F(x,y,σ)算出工程(S106)として、かぶり電子量分布算出部34(かぶり荷電粒子量分布演算部)は、かぶり電子の分布関数g(x,y)と、上述した照射強度分布E(x,y)算出工程により算出された照射強度分布E(x,y)とを畳み込み積分することによって、かぶり電子量分布F(x,y,σ)(かぶり荷電粒子量分布)(=E・g)を演算する。かぶり電子量分布F(x,y,σ)は、式(4)で定義できる。
帯電量分布C(x,y)算出工程(S109)として、帯電量分布算出部35は、照射強度分布E(x,y)と、かぶり電子量分布F(x,y,σ)と、を用いて、試料2に対して電極基板20が正電位になる変動しない固定された電場が形成された状態での帯電量分布C(x,y)を算出する。帯電量分布C(x,y)は、式(5)で定義できる。帯電量分布C(x,y)の計算には、取得された帯電パラメータが用いられる。
位置ずれ量分布p(x,y)演算工程(S110)として、位置ずれ量分布演算部36は、得られた帯電量分布C(x,y)を用いて、試料2に対して電極基板20が正電位になる変動しない固定された電場が形成された状態での帯電量に起因して生じる照射パターンの位置ずれ量を演算する。具体的には、位置ずれ量分布演算部36は、帯電量分布C(x,y)の各帯電量Cに応答関数r(x,y)を畳み込み積分することにより、帯電量分布C(x,y)の各位置(x,y)の帯電量に起因した描画位置(x,y)の位置ずれ量Pを演算する。この帯電量分布C(x,y)を位置ずれ量分布p(x,y)に変換する応答関数r(x,y)を仮定する。ここでは、帯電量分布C(x,y)の各位置で示される帯電位置を(x’,y’)で表し、現在、データ処理を行なっている該当するストライプ領域のビーム照射位置を(x,y)で表す。ここで、ビームの位置ずれは、ビーム照射位置(x,y)から帯電位置(x’,y’)までの距離の関数として表すことができるため、応答関数をr(x-x’,y-y’)のように記述することができる。応答関数r(x-x’,y-y’)は、予め実験を行い、実験結果と適合するように予め求めておけばよい。以下、実施の形態1において(x,y)は、現在、データ処理を行なっている該当するストライプ領域のビーム照射位置を示す。
そして、位置ずれ量分布演算部36は、該当するストライプ領域の描画しようとする各位置(x,y)の位置ずれ量Pから位置ずれ量分布Pi(x,y)(或いは、位置ずれ量マップPi(x,y)ともいう)を作成する。演算された位置ずれ量マップPi(x,y)は、記憶装置140に格納される。
一方、ショットデータ生成部41が、記憶装置140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、描画装置100固有のフォーマットのショットデータを生成する。描画データに定義される図形パターンのサイズは、通常、描画装置100が1回のショットで形成できるショットサイズよりも大きい。そのため、描画装置100内では、描画装置100が1回のショットで形成可能なサイズになるように、各図形パターンを複数のショット図形に分割する。そして、ショット毎に、図形種を示す図形コード、座標、及びサイズといったデータを定義する。
偏向位置補正工程(S112)として、位置ずれ補正部42は、位置ずれ量を用いて、照射位置を補正する。ここでは、各位置のショットデータを補正する。具体的には、ショットデータの各位置(x,y)に位置ずれ量マップPi(x,y)が示す位置ずれ量を補正する補正値を加算する。補正値は、例えば、位置ずれ量マップPi(x,y)が示す位置ずれ量の正負の符号を逆にした値を用いると好適である。これにより、電子ビーム6が照射される場合に、その照射先の座標が補正されるので、対物偏向器13によって偏向される偏向位置が補正されることになる。ショットデータはショット順に並ぶようにデータファイルに定義される。
固定電位印加工程(S114)として、電位印加回路48は、試料2に対して電極基板20が正の固定電位となるように、試料2若しくは電極基板20に定電圧を印加する。ここでは、例えば、試料2がアース接続された状態で、電極基板20に正の電圧を印加する。これにより、試料2に対して電極基板20が正電位になる変動しない固定された電場が形成できる。
描画工程(S116)として、偏向制御回路130内では、ショット順に、成形偏向器制御部43が、ショット図形毎に、ショットデータに定義された図形種及びサイズから電子ビーム6を可変成形するための成形偏向器10の偏向量を演算する。同時期に、対物偏向器制御部44が、当該ショット図形を照射する試料2上の位置に偏向するための偏向器13の偏向量を演算する。言い換えれば、対物偏向器制御部44が、補正された照射位置に電子ビームを偏向する偏向量を演算する。そして、電子鏡筒1は、補正された照射位置に電子ビームを照射する。具体的には、電子鏡筒1内に配置された偏向器13が、演算された偏向量に応じて電子ビームを偏向することで、補正された照射位置に電子ビームを照射する。これにより、描画機構150は、試料2に対して電極基板20が正電位になる変動しない固定された電場が形成された状態で、試料2の帯電補正された位置にパターンを描画する。
以上のように実施の形態3によれば、電子ビーム描画において、放出された2次電子等の試料2への戻りを抑制しながら、帯電量に起因した電子ビームの位置ずれを補正できる。
[実施の形態4]
上述した各実施の形態では、シングルビームを用いた描画装置に位置ずれ補正を適用した場合について説明したが、これに限るものではない。実施の形態4では、マルチビームを用いた描画装置に位置ずれ補正を適用した場合について説明する。例えば、実施の形態1の描画装置としてマルチビームを用いた描画装置を適用しても好適である。実施の形態4では、例えば、帯電効果補正を適用する場合について説明する。
図27は、実施の形態4における描画装置の構成を示す概念図である。図27において、描画装置300は、描画機構350と制御系回路360を備えている。描画装置300は、マルチ電子ビーム描画装置の一例であると共に、マルチ電子ビーム露光装置の一例である。描画機構350は、電子鏡筒102と描画室103を備えている。電子鏡筒102内には、電子銃201、照明レンズ202、成形アパーチャアレイ基板203、ブランキングアパーチャアレイ機構204、縮小レンズ205、制限アパーチャ部材206、対物レンズ207、及び偏向器208,209、電極基板220、及び検出器226が配置されている。
描画室103内には、XYステージ105が配置される。XYステージ105上には、描画時には描画対象基板となるマスク等の試料101が配置される。試料101には、半導体装置を製造する際の露光用マスク、或いは、半導体装置が製造される半導体基板等が含まれる。また、試料101には、レジストが塗布された、まだ何も描画されていないマスクブランクスが含まれる。XYステージ105上には、さらに、XYステージ105の位置測定用のミラー210が配置される。また、XYステージ105上には、試料101が配置される位置とは異なる位置にマーク224が配置される。マーク224表面は、試料101面と同一の高さ位置に配置される。
また、XYステージ105上には、試料101の外周部分を覆う基板カバー222が配置される。基板カバー222には、試料101の外周部分を上方からレジスト膜を貫通するように突き刺し、レジスト膜下に配置される、例えば、クロム等で形成される導電性の遮光膜に導通する複数のピンが配置される。
制御系回路360は、制御計算機110、メモリ112、偏向制御回路130、デジタル・アナログ変換(DAC)アンプユニット132,134、ステージ制御機構138、ステージ位置測定器139、外部インターフェース(I/F)回路146、電位印加回路48、及び磁気ディスク装置等の記憶装置140,142を有している。制御計算機110、メモリ112、偏向制御回路130、ステージ制御機構138、ステージ位置測定器139、外部I/F回路146、電位印加回路48、及び記憶装置140,142は、図示しないバスを介して互いに接続されている。記憶装置140には、描画データが描画装置300の外部から入力され、格納されている。偏向制御回路130には、DACアンプユニット132,134及びブランキングアパーチャアレイ機構204が図示しないバスを介して接続されている。ステージ位置測定器139は、レーザ光をXYステージ105上のミラー210に照射し、ミラー210からの反射光を受光。そして、かかる入射光と反射光の干渉の情報を利用してXYステージ105の位置を測定する。
制御計算機110内の構成は、位置ずれ補正部42の代わりに照射量変調部47(補正回路の他の一例)が配置された点以外は、図22と同様である。
描画制御部30、パターン面積密度分布演算部31、ドーズ量分布算出部32、照射強度算出部33、かぶり電子量分布算出部34、帯電量分布算出部35、位置ずれ量分布演算部36、帯電パラメータ取得部37、ショットデータ生成部41、及び照射量変調部47といった各部は、処理回路を有し、その処理回路には、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等が含まれる。また、各部は、共通する処理回路(同じ処理回路)を用いてもよい。或いは、異なる処理回路(別々の処理回路)を用いても良い。描画制御部30、パターン面積密度分布演算部31、ドーズ量分布算出部32、照射強度算出部33、かぶり電子量分布算出部34、帯電量分布算出部35、位置ずれ量分布演算部36、帯電パラメータ取得部37、ショットデータ生成部41、及び照射量変調部47に必要な入力データ或いは演算された結果はその都度メモリ141に記憶される。
ここで、図27では、実施の形態4を説明する上で必要な構成を記載している。描画装置300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。
成形アパーチャアレイ基板203には、y方向のp列×x方向のq列(p,q≧2)の穴が所定の配列ピッチでマトリクス状に形成されている。例えば、縦横(x,y方向)に512×512列の穴が形成される。各穴は、共に同じ寸法形状の矩形で形成される。ブランキングアパーチャアレイ機構204は、成形アパーチャアレイ基板203のマトリクス状に形成された複数の穴に対応する位置にマルチビームのそれぞれのビームの通過用の通過孔が開口される。そして、各通過孔の近傍位置に、該当する通過孔を挟んで、一単位としてブランカーと呼ばれる、ブランキング偏向用の制御電極と対向電極の組がそれぞれ配置される。また、各通過孔の近傍には、制御電極に偏向電圧を印加する制御回路が配置される。対向電極はグランド接続される。各通過孔を通過する電子ビームは、それぞれ独立に対となる制御電極と対向電極の組に印加される電圧によって偏向される。かかる偏向によってブランキング制御される。マルチビームのうちの対応ビームをそれぞれブランキング偏向する。通過孔毎に配置される制御電極と対向電極の組とその制御回路によって個別ブランキング機構が構成される。このように、複数のブランカーが、成形アパーチャアレイ基板203の複数の穴を通過したマルチビームのうち、それぞれ対応するビームのブランキング偏向を行う。
実施の形態4では、上述した個別ブランキング制御用の各制御回路によるビームON/OFF制御を用いて、各ビームのブランキング制御を行う。実施の形態4における描画動作は、上述したように、ストライプ領域毎に進められる。
電子銃201から放出された電子ビーム200は、照明レンズ202によりほぼ垂直に成形アパーチャアレイ基板203全体を照明する。成形アパーチャアレイ基板203には、矩形の複数の穴が形成され、電子ビーム200は、すべての複数の穴が含まれる領域を照明する。電子ビーム200で照射された複数の穴によって複数の電子ビーム(マルチビーム)21が形成される。マルチビーム21の各ビームは成形アパーチャアレイ基板203の各穴を通る電子によって形成される。穴は、かかる成形アパーチャアレイ基板203に形成され、各穴は例えば矩形形状である。かかるマルチビーム21は、ブランキングアパーチャアレイ機構204のそれぞれ対応するブランカー(個別ブランキング機構)内を通過する。かかるブランカーは、偏向制御回路130及び個別ブランキング機構の制御回路によって制御され、それぞれ、少なくとも個別に通過するマルチビーム21の対応ビームを設定された描画時間(照射時間)はビームON、OFFの状態を保つ。言い換えれば、ブランキングアパーチャアレイ機構204は、マルチビームの照射時間を制御する。
ブランキングアパーチャアレイ機構204を通過したマルチビーム21は、縮小レンズ205によって、縮小され、制限アパーチャ部材206に形成された中心の穴に向かって進む。ここで、マルチビーム21のうち、ブランキングアパーチャアレイ機構204のブランカーによって偏向されたビームは、制限アパーチャ部材206の中心の穴から位置がはずれ、制限アパーチャ部材206によって遮蔽される。一方、ブランキングアパーチャアレイ機構204のブランカーによって偏向されなかった残りのビームは、図27に示すように制限アパーチャ部材206の中心の穴を通過する。このように、制限アパーチャ部材206は、個別ブランキング機構によってビームOFFの状態になるように偏向された各ビームを遮蔽する。そして、ビームONになってからビームOFFになるまでに形成された、制限アパーチャ部材206を通過した各ビームにより、1回分のショットの各ビームが形成される。
制限アパーチャ部材206を通過したマルチビーム21は、対物レンズ207により焦点が合わされ、所望の縮小率のパターン像となり偏向器208及び偏向器209によって、一括して偏向され、各ビームの試料101上のそれぞれの照射位置に照射される。偏向器208は、DACアンプユニット134からの偏向電圧によって制御される。偏向器209はDACアンプユニット132からの偏向電圧によって制御される。制限アパーチャ部材206を通過した各ビーム(マルチビーム21全体)は、偏向器208及び偏向器209によって、同方向にまとめて偏向される。
また、例えばXYステージ105が連続移動している時、ビームの照射位置がXYステージ105の移動に追従するように偏向器208によって制御される。一度に照射されるマルチビーム21は、理想的には成形アパーチャアレイ基板203の複数の穴の配列ピッチに上述した所望の縮小率を乗じたピッチで並ぶことになる。このように、電子鏡筒102(カラム)は、マルチビームを試料101上に照射する。
XYステージ105はステージ制御機構138によって駆動される。そして、XYステージ105の位置は、ステージ位置測定器139によって検出される。ステージ位置測定器139には、例えば、ミラー210にレーザを照射して、入射光と反射光のレーザ干渉に基づいて位置を測定するレーザ測長装置が含まれる。
その他、図示しない静電レンズによって、試料101面の凹凸に対応して、動的にマルチビーム21の焦点位置を補正しても良い。
図28は、実施の形態4におけるマルチビームの照射領域と描画対象画素との一例を示す図である。図28において、ストライプ領域332は、例えば、マルチビームのビームサイズでメッシュ状の複数のメッシュ領域に分割される。かかる各メッシュ領域が、描画対象画素336となる。描画対象画素336のサイズは、ビームサイズに限定されるものではなく、ビームサイズとは関係なく任意の大きさで構成されるものでも構わない。例えば、ビームサイズの1/n(nは1以上の整数)のサイズで構成されても構わない。図12の例では、試料101の描画領域が、例えばy方向に、1回のマルチビーム21の照射で照射可能な照射領域334のサイズと実質同じ幅サイズで複数のストライプ領域332に分割された場合を示している。なお、ストライプ領域332の幅は、これに限るものではない。照射領域334のn倍(nは1以上の整数)のサイズであると好適である。そして、照射領域334内に、1回のマルチビーム21のショットで照射可能な複数の画素328が示されている。言い換えれば、隣り合う画素328間のピッチがマルチビームの各ビーム間のピッチとなる。図28の例では、画素328間のピッチは、マルチビームの試料101面上での各ピッチでもあり、例えば、画素の4倍の大きさである。画素328間のピッチを埋める画素のグループで1つのサブ照射領域329を構成する。図28の例では、各サブ照射領域329は、4×4画素で構成される場合を示している。
例えば、偏向器208によって、照射領域334が試料101上の1点に固定(トラッキング固定)されると、サブ照射領域329内の行或いは列を対応するビームが偏向器209によってシフトされながら各ショットを行う。そして、サブ照射領域329内の行或いは列の画素336群の照射が終了したら、トラッキングをリセットし、照射領域334を例えば1画素336分ずらして再び固定する。その際、サブ照射領域329を担当するビームは、前回のビームとは異なるビームが用いられるように制御される。かかる動作を繰り返すことで、ストライプ領域332内のすべての画素336が照射対象となる。そして、必要な画素336にマルチビームのうちのいずれかのビームを照射することで、全体として所望する図形パターンを描画することになる。
図29は、実施の形態4における描画方法の要部工程の一例の残部を示すフローチャート図である。図29において、偏向位置補正工程(S112)の代わりに照射量変調工程(S113)を実施する点以外は、図24と同様である。また、実施の形態4では、図23の描画方法の要部工程の一例の一部のフローチャート図を適用する。
固定電位印加工程(S90)から位置ずれ量分布p(x,y)演算工程(S110)までの各工程の内容は、試料2を試料101に読み替え、電極基板20を電極基板220に読み替えた上で、実施の形態3と同様である。
実施の形態3では、位置ずれを補正するために、ショットデータに定義される各ショット図形の照射位置を補正し、補正された位置に偏向するように偏向量を演算した。一方、実施の形態4では、マルチビーム21を用いて、必要な画素336へのビーム照射の有無及び照射量の調整によりパターン形成する。さらにビーム偏向は偏向器208,209を使ってマルチビーム全体で一括して偏向する。そのため、個別のビームの偏向位置を補正することは困難である。そこで、実施の形態4では、帯電に起因して位置ずれする画素336およびその画素336の周辺の画素の照射量を変調することで、照射後に形成される照射パターン(画素パターン)の位置を補正する。
ここで、ショットデータ生成部41は、各画素336への照射時間を演算する。照射時間は、ドーズ量分布D(x,y)に定義されるドーズ量を電流密度Jで割ることで求めることができる。
照射量変調工程(S113)として、照射量変調部47は、位置ずれ量分布(位置ずれマップ)が示す位置ずれ量を参照して、マルチビーム21が照射された結果、補正すべき照射位置に照射パターンが形成されるように、マルチビームのうちの対応ビームが照射される画素336とその周辺の画素とに照射するそれぞれの照射量を変調する。
図30と図31は、実施の形態4における位置ずれ補正方法の一例を説明するための図である。図30の例では、座標(x,y)の画素に照射されたビームa’が+x,+y方向に位置ずれを起こした場合を示している。かかる位置ずれが生じているビームa’によって形成されるパターンの位置ずれを図31のように座標(x,y)の画素に合う位置に補正するには、ずれた分の照射量を、ずれた周囲の画素の方向とは反対側の画素に分配することで補正できる。図30の例では、座標(x,y+1)の画素にずれた分の照射量は、座標(x,y-1)の画素に分配されればよい。座標(x+1,y)の画素にずれた分の照射量は、座標(x-1,y)の画素に分配されればよい。座標(x+1,y+1)の画素にずれた分の照射量は、座標(x-1,y-1)の画素に分配されればよい。
照射量変調部47は、当該画素(x,y)のビームの位置ずれによるずれた面積の比率に応じて、当該画素(x,y)のビームの変調率と当該画素(x,y)の周囲の画素(x,y-1)(x-1,y)(x-1,y-1)のビームの変調率とを演算する。具体的には、照射量変調部47は、周囲の画素毎にビーム面積全体で割ったずれた分の比率を演算し、該当する画素に照射される量から、前記分配量と同量の照射量を取り出して、重なった画素とは反対側に位置する画素へ割り当てる。
図30の例において、座標(x,y+1)の画素へとずれた面積比は、(x方向ビームサイズ-x方向ずれ量)×y方向ずれ量/(x方向ビームサイズ×y方向ビームサイズ)で演算できる。よって、補正のために座標(x,y-1)の画素へと分配するための分配量Uは、(x方向ビームサイズ-x方向ずれ量)×y方向ずれ量/(x方向ビームサイズ×y方向ビームサイズ)で演算できる。
図30の例において、座標(x+1,y+1)の画素へとずれた面積比は、x方向ずれ量×y方向ずれ量/(x方向ビームサイズ×y方向ビームサイズ)で演算できる。よって、補正のために座標(x-1,y-1)の画素へと分配するための分配量Vは、x方向ずれ量×y方向ずれ量/(x方向ビームサイズ×y方向ビームサイズ)で演算できる。
図30の例において、座標(x+1,y)の画素へとずれた面積比は、x方向ずれ量×(y方向ビームサイズ-y方向ずれ量)/(x方向ビームサイズ×y方向ビームサイズ)で演算できる。よって、補正のために座標(x-1,y)の画素へと分配するための分配量Wは、x方向ずれ量×(y方向ビームサイズ-y方向ずれ量)/(x方向ビームサイズ×y方向ビームサイズ)で演算できる。
その結果、分配されずに残った分となる、座標(x,y)の画素のビームの変調率Dは、1-U-V-Wで演算できる。
そして、照射量変調部47は、得られた変調率を対応する画素の照射量(照射時間)に乗じることで、画素336の照射量変調を行う。
固定電位印加工程(S114)として、電位印加回路48は、試料101に対して電極基板220が正の固定電位となるように、試料101若しくは電極基板220に定電圧を印加する。ここでは、例えば、試料101がアース接続された状態で、電極基板220に正の電圧を印加する。これにより、試料101に対して電極基板220が正電位になる変動しない固定された電場が形成できる。
描画工程(S116)として、電子鏡筒102(カラム)は、対象画素336と当該画素336の周辺の画素336とにそれぞれ変調された照射量のビームを照射する。これにより、描画機構350は、試料101に対して電極基板220が正電位になる変動しない固定された電場が形成された状態で、試料101の帯電補正された位置にパターンを描画する。
なお、上述した例では、電極基板220には、電位印加回路48から正の電圧が印加され、試料101がGND電位となるように図示しない基板カバー222のピンを介してアース接続される。
上述したように、電極基板220がGND電位となるようにアース接続され、試料101には、基板カバー222のピンを介して電位印加回路48から負の電圧が印加されるように構成しても良い。
また、図9で説明した場合と同様、静電レンズ25の電界の影響範囲に電極基板220と試料101との間の電場が含まれない位置に、静電レンズ25を配置しても良い。言い換えれば、電極基板220と試料101との間の電場に影響を与えない程度上流に静電レンズ25を配置する。さらに言い換えれば、静電レンズ25による電場が十分に減衰した位置に電極基板220が配置される。そして、試料101面の凹凸に沿って、静電レンズ25でダイナミックフォーカスを行っても好適である。
また、電極基板220の代わりに、上述した対物レンズのポールピース20a、上述した導電性の反射電子防止板20b、上述した導電性の熱シールド機構20c、上述した導電性の対物レンズ保持部材20d、或いは上述した導電性の筒状電極20eを用いても構わないことは言うまでもない。
また、図17で説明した場合と同様、電極基板220と試料101との間に試料101と同電位になるように制御された電極基板29を配置しても良い。
以上のように、実施の形態4によれば、マルチ電子ビーム描画において、放出された2次電子等の試料101への戻りを抑制しながら、帯電量に起因した電子ビームの位置ずれを補正できる。
[実施の形態5]
実施の形態5では、放出された2次電子等の試料への戻りを抑制しながら、マルチ電子ビームのアレイ形状を補正する構成について説明する。以下、特に説明する点以外の内容は実施の形態4と同様である。
図32は、実施の形態5における描画装置の構成の一例を示す構成図である。図32において、縮小レンズ205と対物レンズ207との間に、4極子レンズ212を配置した点、及び制御計算機110内にさらにアレイパラメータ取得部39を配置した点、以外は、図27と同様である。
描画制御部30、パターン面積密度分布演算部31、ドーズ量分布算出部32、照射強度算出部33、かぶり電子量分布算出部34、帯電量分布算出部35、位置ずれ量分布演算部36、帯電パラメータ取得部37、アレイパラメータ取得部39、ショットデータ生成部41、及び照射量変調部47といった各部は、処理回路を有し、その処理回路には、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等が含まれる。また、各部は、共通する処理回路(同じ処理回路)を用いてもよい。或いは、異なる処理回路(別々の処理回路)を用いても良い。描画制御部30、パターン面積密度分布演算部31、ドーズ量分布算出部32、照射強度算出部33、かぶり電子量分布算出部34、帯電量分布算出部35、位置ずれ量分布演算部36、帯電パラメータ取得部37、アレイパラメータ取得部39、ショットデータ生成部41、及び照射量変調部47に必要な入力データ或いは演算された結果はその都度メモリ141に記憶される。
4極子レンズ212は、4つの電極で構成される静電型の4極子レンズ、若しくは、それぞれコイルを有する4つの磁極で構成される磁界型の4極子レンズであっても好適である。
図33は、実施の形態5における描画方法の要部工程の一例を示すフローチャート図である。図33において、実施の形態5における描画方法は、固定電位印加工程(S90)と、ビーム選択工程(S120)と、マークスキャン工程(S122)と、アレイ形状測定工程(S124)と、アレイ形状補正パラメータ取得工程(S126)と、固定電位印加工程(S128)と、描画工程(S129)と、いう一連の工程を実施する。
上述したように、電極基板220と試料101との間に電場が形成された状態で構造物が存在し、特に構造物が試料101の一部と重なる場合、試料101表面の電位は一定の値にはならず、試料101面上に電位分布を生じさせる。これにより、マルチビーム21の照射位置に位置ずれが生じ得る。かかる位置ずれは、マルチビーム21のアレイ形状の歪に起因して生じるものとして捉えることができる。そこで、実施の形態5では、マルチビーム21のアレイ形状の歪を補正することで、かかる位置ずれを補正する。
固定電位印加工程(S90)として、電位印加回路48は、試料101に対して電極基板220が正電位になるための一定の値に設定された電位を試料101若しくは電極基板220に印加する。ここでは、例えば、試料101がアース接続された状態で、電極基板220に正電位を印加する。これにより、試料101に対して電極基板220が正電位になる電場が形成できる。
ビーム選択工程(S120)として、マルチビーム21を隣接する複数のビーム毎に複数のグループを設定し、使用するグループの複数のグループを選択する。例えば、512×512本のマルチビーム21が形成される場合、グループ毎に、例えば、32×32本のビーム群を設定する。ビーム数は適宜設定すればよい。例えば、ビームアレイ領域を5×5のグリッドに分割し、各グリッドを照射する位置のビームを中心にそれぞれグループを形成する。
ビーム選択は、ブランキングアパーチャアレイ機構204を用いて行う。選択するビーム群をビームONに、残りのビームをビームOFFに設定すればよい。
マークスキャン工程(S122)として、まず、マーク224の中心が偏向器209の偏向中心に位置するようにXYステージ105を移動させる。例えば、マーク224の中心がマルチビーム21の軌道中心軸に位置するようにXYステージ105を移動させる。
描画機構350は、試料101に対して電極基板220が正電位になる変動しない固定された電場が形成された状態で、偏向器209を用いて、マーク上の十字パターンを選択されたビーム群で走査(スキャン)する。その際、マーク224から放出された2次電子を検出器226で検出する。各位置で検出された情報は、図示しない検出回路を介して制御計算機110に出力される。
選択されるビーム群のグループを変えながら、ビーム選択工程(S120)とマークスキャン工程(S122)とを繰り返す。
アレイ形状測定工程(S124)として、描画制御部30は、検出された複数の十字パターンの各位置を算出し、固定電位が試料101若しくは電極基板220に印加された状態でのマルチビーム21のアレイ形状を測定する。
図34は、実施の形態5におけるアレイ形状の一例を示す図である。図34では、設計上の各位置に、測定された各位置(太線)を重ねて示している。試料101面上の電位分布により、図34に示すように、マルチビーム21のアレイ形状に歪が生じることがわかる。
アレイ形状補正パラメータ取得工程(S126)として、アレイパラメータ取得部39(補正回路の他の一例)は、マルチビーム21のビームアレイ形状のずれを補正することによりマルチビーム21の位置ずれを補正する。そのために、アレイパラメータ取得部39は、マルチビーム21のアレイ形状を設計上のアレイ形状(矩形)に補正するためのパラメータを算出する。具体的には、マルチビーム像の回転量の回転量とマルチビーム像のx、y方向伸縮量の調整を行うパラメータを算出する。マルチビーム21のアレイ形状の補正は、4極子レンズ212と対物レンズ207とのレンズ作用を調整することにより行われる。よって、4極子レンズ212と対物レンズ207との励磁値を補正するためのパラメータを算出する。
4極子レンズ212では、4つの電極のうち、例えば、x方向に並ぶ一方の対向する2つの電極の組が正極(或いは負極)になるように電圧を印加し、y方向に並ぶ他方の対向する2つの電極の組が負極(或いは正極)になるように電圧を印加することで、ビームアレイ形状のx、y方向サイズを調整する。ビームアレイが正極に引っ張られることでx方向に拡がり、負極により圧縮されることでy方向に縮まった形状に調整される。また、対物レンズ207或いは他の電磁レンズで像の回転量を調整する。取得されたパラメータは、図示しないレンズ制御回路に出力され、設定される。
かかる工程までが、描画処理の前処理として実施される。次に、実際にパターンを描画するための試料101がXYステージ105に配置される。そして、描画処理が開始される。
固定電位印加工程(S128)として、電位印加回路48は、試料101に対して電極基板220が正電位になるための一定の値に設定された電位を試料101若しくは電極基板220に印加する。ここでは、例えば、試料101がアース接続された状態で、電極基板220に正電位を印加する。これにより、試料101に対して電極基板220が正電位になる電場が形成できる。
ここで、ショットデータ生成部41は、各画素336への照射時間を演算する。
描画工程(S129)として、描画機構350は、試料101に対して電極基板220が正電位になる変動しない固定された電場が形成された状態で、ビームアレイ形状が補正されたマルチビーム21を用いて試料101にパターンを描画する。
以上のように、実施の形態5によれば、マルチ電子ビーム描画において、放出された2次電子等の試料への戻りを抑制しながら、ビームアレイ形状を補正することにより、マルチビーム21の位置ずれを補正できる。
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。
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100,300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電子ビーム描画装置及び電子ビーム描画方法は、本発明の範囲に包含される。
本発明の実施形態は、電子ビーム描画装置及び電子ビーム描画方法に係り、例えば、マルチビーム描画で生じる位置ずれの補正手法に利用できる。
1 電子鏡筒
2 試料
3 XYステージ
4 ミラー
5 電子銃
6 電子ビーム
7 照明レンズ
8 第1の成形アパーチャ基板
9 投影レンズ
10 偏向器
11 第2の成形アパーチャ基板
12 対物レンズ
13 偏向器
14 描画室
15 流出口
16 流入口
17 流路
18 マーク
19 検出器
20 電極基板
21 マルチビーム
22 基板カバー
20b 反射電子防止板
20c 熱シールド機構
20d 対物レンズ保持部材
20e 筒状電極
27 均熱板
28 冷却管
29 電極基板
30 描画制御部
31 パターン面積密度分布演算部
32 ドーズ量分布算出部
33 照射強度算出部
34 かぶり電子量分布算出部
35 帯電量分布算出部
36 位置ずれ量分布演算部
37 帯電パラメータ取得部
39 アレイパラメータ取得部
40 位置ずれ補正マップ作成部
41 ショットデータ生成部
42 位置ずれ補正部
43 成形偏向器制御部
44 対物偏向器制御部
45 ステージ位置検出機構
46 ステージ制御機構
47 照射量変調部
48 電位印加回路
49 静電レンズ制御回路
50 偏向感度測定部
52 偏向感度パラメータ取得部
100 描画装置
101 試料
102 電子鏡筒
103 描画室
105 XYステージ
110 制御計算機
112 メモリ
130 偏向制御回路
132,134 DACアンプユニット
138 ステージ制御機構
139 ステージ位置測定器
140,142 記憶装置
141 メモリ
146 外部I/F回路
150 描画機構
160 制御系回路
201 電子銃
202 照明レンズ
203 成形アパーチャアレイ基板
204 ブランキングアパーチャアレイ機構
205 縮小レンズ
206 制限アパーチャ部材
207 対物レンズ
208,209 偏向器
210 ミラー
212 4極子レンズ
220 電極基板
222 基板カバー
224 マーク
226 検出器
300 描画装置
350 描画機構
360 制御系回路

Claims (12)

  1. 電子ビームを放出する放出源と、
    前記電子ビームを用いてパターンが描画される試料を載置するステージと、
    前記ステージに前記試料が載置されたときに、前記試料との間に描画中に可変する電位が印加される電極が配置されない状態で、前記試料の上流となるように配置され、前記試料に対して正の固定電位に設定される電位規定部材と、
    前記電位規定部材が前記固定電位となるように前記試料若しくは前記電位規定部材に電圧を印加する電位印加回路と、
    前記電位規定部材が前記固定電位の状態で、前記試料が電子ビームで照射された場合に生じる前記試料面上での前記電子ビームの位置ずれを補正する補正回路と、
    を備えたことを特徴とする電子ビーム描画装置。
  2. 前記電位規定部材の上流にのみ、描画中に可変する電位が印加される電極が配置されることを特徴とする請求項1記載の電子ビーム描画装置。
  3. 前記補正回路は、前記電位規定部材が前記固定電位の状態で前記試料面に形成される電位分布に起因する前記位置ずれを補正することを特徴とする請求項1記載の電子ビーム描画装置。
  4. 前記電位分布を生じさせる構造物をさらに備えたことを特徴とする請求項3記載の電子ビーム描画装置。
  5. 前記試料の表面にはレジストが塗布されており、
    前記補正回路は、前記レジストの帯電に起因する前記位置ずれを補正することを特徴とする請求項1記載の電子ビーム描画装置。
  6. 前記試料は、マルチ電子ビームで照射され、
    前記補正回路は、前記マルチ電子ビームのビームアレイ形状のずれを補正することにより前記位置ずれを補正することを特徴とする請求項1記載の電子ビーム描画装置。
  7. 前記電子ビームを前記試料上へと偏向する偏向器をさらに備え、
    前記補正回路は、前記電子ビームの偏向感度を補正することにより前記位置ずれを補正することを特徴とする請求項1記載の電子ビーム描画装置。
  8. 前記試料と前記電位規定部材との間に配置され、前記試料と同電位に制御される他の電位規定部材をさらに備えたことを特徴とする請求項1記載の電子ビーム描画装置。
  9. 磁場を生じさせ、前記電子ビームを前記試料面に結像する対物レンズをさらに備え、
    前記電位規定部材は、前記対物レンズの内周側において、前記対物レンズよりも前記試料側の高さ位置から前記対物レンズの磁場の強度が閾値以下となる高さ位置まで延びる面を有することを特徴とする請求項1記載の電子ビーム描画装置。
  10. 前記電位規定部材として、中央部に前記電子ビームが通過する開口部が形成された電極基板が用いられることを特徴とする請求項1記載の電子ビーム描画装置。
  11. 前記電子ビームを前記試料面に結像する対物レンズをさらに備え、
    前記電位規定部材として、前記対物レンズのポールピースが用いられることを特徴とする請求項1記載の電子ビーム描画装置。
  12. ステージに載置された試料との間に描画中に可変する電位が印加される電極が配置されない状態で、前記試料の上流に配置された電位規定部材が、前記試料に対して正の固定電位となるように、前記試料若しくは前記電位規定部材に定電圧を印加し、
    前記電位規定部材が前記固定電位の状態で、前記試料が電子ビームで照射された場合に生じる前記試料面上での前記電子ビームの位置ずれを補正し、
    前記電子ビームを用いて前記試料にパターンを描画する、
    ことを特徴とする電子ビーム描画方法。
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