説明

荷電粒子ビーム描画装置および荷電粒子ビーム描画方法

【課題】マスクの進行方向からの位置ずれを抑制することのできるステージを備えた荷電粒子ビーム描画装置および荷電粒子ビーム描画方法を提供する。
【解決手段】ステージは、マスクMの裏面を支持する3つのピンP1、P2、P3を有し、これら3つのピンP1、P2、P3は、マスクMの重心を通りステージの進行方向と平行な直線に対して対称に配置されている。また、3つのピンP1、P2、P3のうち少なくとも鏡像関係にある2つのピンP1、P2を構成する材料の剛性は、設計上同じである。3つのピンP1、P2、P3は、マスクMの周縁部を支持することが好ましい。ステージは、マスクMに描画するパターンの密度に応じて可変速で連続移動することが好ましい。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、荷電粒子ビーム描画装置および荷電粒子ビーム描画方法に関し、より詳しくは、ステージを移動させながらステージ上に載置された試料に荷電粒子ビームで描画する荷電粒子ビーム描画装置および荷電粒子ビーム描画方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、大規模集積回路(LSI)の高集積化および大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路線幅は益々狭くなっている。半導体素子は、回路パターンが形成された原画パターン(マスクまたはレチクルを指す。以下では、マスクと総称する。)を用い、いわゆるステッパと呼ばれる縮小投影露光装置でウェハ上にパターンを露光転写して回路形成することにより製造される。こうした微細な回路パターンをウェハに転写するためのマスクの製造には、微細パターンを描画可能な電子ビーム描画装置が用いられる。また、レーザビームを用いて描画するレーザビーム描画装置の開発も試みられている。尚、電子ビーム描画装置は、ウェハに直接パターン回路を描画する場合にも用いられる。
【0003】
電子ビーム描画装置は、ステージに載置されたマスクに描画するパターンを主偏向で偏向可能な幅の複数のストライプに分割すると共に、各ストライプを多数のサブフィールドに分割し、ステージをストライプの幅方向に直交する方向に移動させつつ、電子ビームを主偏向により各サブフィールドに位置決めし、副偏向によりサブフィールドの所定位置に電子ビームをショットして図形を描画するように構成されている(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
電子ビーム描画装置は、パターンを複数のストライプに分割する処理、ストライプを多数のサブフィールドに分割する処理、サブフィールド内の図形の形状、大きさ、位置を決定する処理、図形を1回のショットで描画できる複数部分に分割する処理などを行って、描画のための制御データ(ショットデータ)を作成し、この制御データに基づいて描画を行う。
【0005】
描画精度が低下する要因の1つとしてステージの移動が挙げられる。最近のステージでは、マスクの裏面を3つのピンで支持する機構が採用されている。
【0006】
図6は、従来の電子ビーム描画装置において、ステージ構成を説明するための模式図である。この図に示すように、ステージは、XYステージ2001の上に、Zステージ2002が配置された構成となっている。Zステージ2002の上には台座2003があり、台座2003の上にはマスク2004が搭載されている。マスク2004は、台座2003に固定されたピン2005の上に載せられている。
【0007】
マスク2004の位置は、台座2003と一体のステージミラー2006の位置をレーザ干渉計2007で測定することにより把握される。この位置情報に基づいて、偏向制御部により、各偏向アンプが動作され、マスク2004にパターンが描画される。したがって、高精度な描画を実現するためには、ステージミラー2006とマスク2004の相対的な位置関係がステージの動作中に変動しないことが求められる。
【0008】
しかし、電子ビーム描画装置では、スループットの向上を図るため、図形密度が疎の部分でステージの移動速度を速くして描画時間を短縮することが行われる。ステージの移動速度を上記の如く変えると、この領域の始端部でステージが加速され、この領域の終端部でステージが減速されることになる。このとき、ステージの加減速によってマスクを支持するピンが慣性力で撓んで変形する。すると、ステージの位置を正確に測定することができなくなるので、描画精度の低下を生じやすくなる。
【0009】
そこで、ステージを加減速させながらパターンを描画して補正係数を求め、電子ビームの照射位置を補正することが行われている。また、特許文献2には、ステージの位置ずれ量を偏向器にフィードバックし、さらに、ステージの移動速度から補正演算に要する時間中のステージの移動量を予想して、ビーム位置の補正を行うことが開示されている。
【0010】
図7は、従来のステージにおいて、矢印で示すステージの進行方向と、マスク2004を支持する3つのピン2005a、2005b、2005cとの位置関係を示している。この図に示すように、従来のステージでは、3つのピン2005a、2005b、2005cは、マスク2004の撓みが最小となるように配置される。
【0011】
マスク2004が載置されたステージは、図中の矢印と平行な方向に移動する。このとき、マスク2004の位置ずれは、ステージの進行方向(実線の矢印)だけではなく、進行方向から角度θずれた方向(点線の矢印)にも起こる。その結果、マスク2004の位置は、図7において点線で示すようになる。
【0012】
一方、従来の加速度補正は、マスクの進行方向に対して、加速度のみの関数として行われており、進行方向からずれた方向への位置ずれに対する補正は行われていなかった。また、かかる補正を行うにしても、ずれの方向と量がステージの位置に依存するので、補正のアルゴリズムやキャリブレーションが複雑になるという問題があった。さらに、回転方向への位置ずれが起こることにより、マスクがスリップしやすいという問題もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0013】
【特許文献1】特開2008−34439号公報
【特許文献2】特開2003−86485号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
本発明は、こうした点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、マスクの進行方向からの位置ずれを抑制することのできるステージを備えた荷電粒子ビーム描画装置および荷電粒子ビーム描画方法を提供することにある。
【0015】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【0016】
本発明の第1の態様は、ステージを移動させながらステージ上に載置された試料に荷電粒子ビームで描画する荷電粒子ビーム描画装置であって、
ステージは、試料の裏面を支持する3つの支持部を有し、
3つの支持部は、試料の重心を通りステージの進行方向と平行な直線に対して対称に配置されており、
3つの支持部のうち少なくとも鏡像関係にある2つの支持部を構成する材料の剛性は、設計上同じであることを特徴とするものである。
【0017】
本発明の第1の態様において、3つの支持部は、試料の周縁部を支持することが好ましい。
【0018】
本発明の第1の態様において、ステージは、試料に描画するパターンの密度に応じて可変速で連続移動することが好ましい。
【0019】
本発明の第2の態様は、試料が載置されたステージを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、
ステージに設けられ、試料の重心を通りステージの進行方向と平行な直線に対して対称に配置された3つの支持部で試料を支持し、
3つの支持部のうち少なくとも2つの支持部を設計上同じ剛性の材料で構成し、これらが鏡像関係にあるよう配置することを特徴とするものである。
【0020】
本発明の第2の態様では、試料に描画するパターンの密度に応じてステージを可変速で連続移動させながら描画することが好ましい。
【発明の効果】
【0021】
本発明の第1の態様によれば、試料の進行方向からの位置ずれを抑制することのできるステージを備えた荷電粒子ビーム描画装置が提供される。
【0022】
本発明の第2の態様によれば、試料の進行方向からの位置ずれを抑制することのできるステージを備えた荷電粒子ビーム描画方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】本実施の形態の荷電粒子ビーム描画装置の一例である電子ビーム描画装置の構成図である。
【図2】本実施の形態における電子ビーム描画方法の説明図である。
【図3】本実施の形態において、ステージの進行方向と、マスクを支持する3つのピンとの位置関係を示す図である。
【図4】(a)および(b)は、図3の一点破線に沿う断面図であり、(a)は、ステージの移動に伴うピンP1の撓みの変化を示しており、(b)は、ピンP2の撓みの変化を示している。
【図5】本実施の形態のステージにおけるピンの配置の別の例である。
【図6】従来の電子ビーム描画装置におけるステージ構成を示す図である。
【図7】従来のステージにおいて、ステージの進行方向と、マスクを支持するピンとの位置関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0024】
図1は、本実施の形態の荷電粒子ビーム描画装置の一例である電子ビーム描画装置の構成図である。
【0025】
電子ビーム描画装置101は、描画部103と制御部104とで構成される。描画部103は、描画室300と、描画室300の天井部に設けた電子鏡筒301とを備えている。
【0026】
描画室300内には、互いに直交するX方向とY方向に移動自在なステージ302が設けられており、ステージ302上に試料102が載置される。試料102は、例えば、ガラス基板上にクロム膜等の遮光膜とレジスト膜とが積層されたマスクである。試料102は、図示しないピンによって支持されている。
【0027】
電子鏡筒301内には、上から順に、電子銃303と、照明レンズ304と、ブランキング偏向器305と、ブランキングアパーチャ306と、第1成形アパーチャ307と、投影レンズ308および成形偏向器309と、第2成形アパーチャ310と、主偏向器311と、対物レンズ312と、副偏向器313とが配置されている。
【0028】
電子銃303から発せられた電子ビームBは、照明レンズ304により第1成形アパーチャ307に照射されるが、ブランキングオン時(非描画期間)には、ブランキング偏向器305により偏向されてブランキングアパーチャ306上に照射され、第1成形アパーチャ307には照射されない。
【0029】
第1成形アパーチャ307には矩形状の開口が形成されている。そして、電子ビームBは、第1成形アパーチャ307を透過する際に、その断面形状が矩形に成形され、投影レンズ308により第2成形アパーチャ310上に投影される。この際、成形偏向器309により第2成形アパーチャ310への電子ビームBの投影場所を変化させ、電子ビームBの形状と寸法を制御する。
【0030】
第2成形アパーチャ310を透過した電子ビームBの焦点は、対物レンズ312により試料102に合わせられる。そして、主偏向器311による電子ビームBの主偏向と副偏向器313による電子ビームBの副偏向とで、試料102に対する電子ビームBのショット位置が制御される。
【0031】
試料102上に描画されるパターン5は、図2に示すように、主偏向で偏向可能なY方向幅の短冊状の複数のストライプ51に分割され、さらに、各ストライプ51は、行列状の多数のサブフィールド52に分割される。パターン5の描画に際しては、ステージ302をストライプ51の幅方向に直交するX方向に連続移動させつつ、電子ビームBを主偏向により各サブフィールド52に位置決めし、副偏向によりサブフィールド52の所定位置に電子ビームBをショットして図形53を描画する。そして、1つのストライプ51の描画を終了すると、ステージ302をY方向にステップ移動させてから次のストライプ51の描画を行い、これを繰り返して試料102全体にパターン5を描画する。
【0032】
尚、図形53の寸法が大きいときは、図形53を複数部分に分割し、各部分に順に電子ビームBをショットする。描画中は、ステージ302が一方向に連続的に移動しているので、描画原点がステージ302の移動に追従するように、主偏向器311によってサブフィールド52の描画原点をトラッキングさせている。
【0033】
このように、電子ビームBは、主偏向器311と副偏向器313によって偏向され、連続的に移動するステージ302に追従しながら、照射位置を決められる。X方向のステージ移動を連続的に行うとともに、電子ビームBのショット位置をステージ移動に追従させることで、描画時間の短縮を図ることができる。尚、本実施の形態においては、ステージ302を停止させた状態で1つの主偏向領域の描画を行い、次の領域へ移動するときには描画を行わないステップアンドリピート方式の描画方法であってもよい。
【0034】
制御部104は、電子ビーム描画装置101の各種制御を行う制御計算機400を備えている。制御計算機400には、ステージ302の制御を行うステージ制御部406が接続されている。ステージ制御部406には、ステージ302を駆動する駆動部401と、ステージ302に固定したステージミラー302aへのレーザ光の入反射でステージ302の位置を測定するレーザ干渉計402とが接続されている。また、制御計算機400には、偏向制御部403が接続されており、ブランキング偏向器305、成形偏向器309、主偏向器311および副偏向器313を偏向制御部403により各偏向器用アンプ305a、309a、311a、313aを介して制御する。
【0035】
制御部104は、さらに、パターンデータ(CADデータ)を、電子ビーム描画装置101で処理可能なフォーマットに変換した描画データを記憶する記憶装置404を備えている。また、制御部104は、ショットデータ生成部405を備えている。
【0036】
ショットデータ生成部405は、描画データで規定されるパターン5を複数のストライプ51に分割する処理、各ストライプ51をサブフィールド52に分割する処理、各サブフィールド52内の図形53の形状、大きさ、位置を決定する処理、図形53を1回のショットで描画できる複数部分に分割する処理等を行ってショットデータを生成する。このショットデータは偏向制御部403へ送られる。
【0037】
電子ビーム描画装置101で試料102にパターン5を描画し終えると、試料102は、描画検査装置に移し替えられ、パターンの描画精度が検査される。描画検査装置は、例えば、光学顕微鏡と、光学顕微鏡の下で試料102をX方向およびY方向に移動させるステージとを備えており、ステージにより試料102を所定の位置に移動し、光学顕微鏡の光を試料102に対し照射するようにしている。光学顕微鏡にはCPUが接続されており、試料102に描画された図形の位置を、光学顕微鏡からの信号に基づいてCPUで算出し、モニタ画面に表示する。そして、描画検査装置の記憶装置に記憶させたパターンデータで規定される図形の位置を比較し、描画されたパターンが、所望の精度内に収まっているか否かを判別する。
【0038】
ところで、制御計算機400は、図形密度が疎の部分でステージ302の移動速度を速くして描画時間の短縮を図っている。ステージ302の移動速度を図形密度が疎の領域で速くすると、ステージ302の速度が一定でなくなる。したがって、ステージ302の移動速度を一定として描画を行うと、描画パターンに位置ずれを生じるので補正処理を行う。具体的には、所定の等速でパターンを描画した後、速度を振って同様に等速でパターンを描画することにより、ステージ302の移動速度の変動に対する補正係数(速度係数)αを求める。
【0039】
また、ステージ302の移動速度を上記の如く図形密度が疎の領域で速くすると、この領域の始端部でステージが加速され、この領域の終端部でステージが減速されることになる。このため、試料102を支持するピンが慣性力で撓んで変形する。このため、電子ビームが適正な位置に照射されるように、加速度に対する補正処理を行うことも必要になる。具体的には、ステージ302を加減速させながら、上述した速度補正とは別のパターンを描画して補正係数(加速度係数)βを求める。
【0040】
補正係数αおよび補正係数βの算出は、図1の偏向制御部403で行うことができる。具体的には、描画したパターンの各位置情報は偏向制御部403に入力され、偏向制御部403は、算出した補正係数α、βに基づいて、電子ビームBの描画位置が補正されるように、偏向器用アンプ305a、309a、311a、313aを介し、ブランキング偏向器305、成形偏向器309、主偏向器311および副偏向器313をそれぞれ制御する。
【0041】
上記のような補正処理は、ステージ302の進行方向における試料102の位置ずれに対して行われる。一方、進行方向から角度θずれた方向への試料102の位置ずれに関する補正は、アルゴリズムやキャリブレーションが複雑になるため、処理に時間を要し、また、この補正を実行可能な装置の開発にコストがかかる。そこで、本発明者は、進行方向から角度θ方向へのマスクの位置ずれを抑制可能なステージを見出し、本発明に至った。
【0042】
図7で説明したように、従来のステージでは、ステージの進行方向から角度θずれた方向に、マスク2004の位置ずれが生じる。これは、3つのピン2005a、2005b、2005cが、ステージの進行方向に対して非対称に配置されているためと考えられる。以下に、詳しく説明する。
【0043】
従来のステージにおける3つのピン2005a、2005b、2005cの配置は、マスク2004の撓みを考慮して考えられたものである。すなわち、これらのピンは、マスク2004の撓みが最小となるように配置されている。しかしながら、図7において、各ピンからマスク2004にかかる荷重を、マスク2004の重心を通り進行方向と平行な直線で左右に分けて比較すると、進行方向に向かって左側の領域Bの方が、右側の領域Aより荷重が大きくなる。このため、マスク2004は、ステージの進行方向から左に角度θずれた方向に位置ずれを起こすと考えられる。
【0044】
図3は、本実施の形態のステージにおいて、矢印で示すステージの進行方向と、試料102の一例となるマスクMを支持する3つのピンP1、P2、P3との位置関係を示したものである。
【0045】
本実施の形態のステージでは、ステージの進行方向、より詳しくは、マスクMの重心を通り進行方向と平行な直線に対して、支持部としての3つのピンP1、P2、P3が対称に配置されている。かかる構成のステージによれば、各ピンからマスクMにかかる荷重は、マスクMの重心を通り進行方向と平行な直線に対し、進行方向に向かって右側の領域Aと左側の領域Bで同じであるので、マスクMの進行方向からの位置ずれは抑制される。
【0046】
尚、3つのピンP1、P2、P3は、マスクMに描画されるパターンにかからない位置、具体的には、マスクMの周縁部を支持することが好ましい。また、ステージは、マスクMに描画するパターンの密度に応じて可変速で連続移動することが好ましい。
【0047】
本実施の形態では、少なくとも鏡像関係にある2つのピンの剛性を設計上同じにする。尚、3つのピンP1、P2、P3の剛性を設計上同じとすることがより好ましい。図3の例では、ピンP1とピンP2の剛性を同じにする。これは、ステージが移動したときに、各ピンの撓みの程度が等価となるようにするためである。
【0048】
図4(a)は、図3の一点破線(マスクMの重心を通り進行方向と平行な直線)に沿う断面図であり、ステージの移動に伴うピンP1の撓みの変化を示している。尚、実線は移動前のマスクMとピンP1を示しており、点線は減速して移動中のマスクMとピンP1を示している。
【0049】
同様に、図4(b)も、図3の一点破線に沿う断面図であり、ステージの移動に伴うピンP2の撓みの変化を示している。実線は移動前のマスクMとピンP2を示しており、点線は減速して移動中のマスクMとピンP2を示している。
【0050】
図4(a)および(b)に示すように、ステージが移動したときに、ピンP1とピンP2の撓みの程度が等価であれば、マスクMが進行方向から左方向または右方向にずれるのは抑制される。しかしながら、これらのピンの剛性が同じでないと、撓みの程度が異なるため、マスクMが進行方向に対して左方向または右方向へずれるおそれは大きくなる。
【0051】
マスクを支持するピンの剛性は高い方が好ましく、また、ピンは、熱伝導率が大きく、熱膨張係数の小さい材料で構成されていることが好ましい。
【0052】
尚、本実施の形態のステージにおけるピンの配置は、図3の例に限られるものではなく、図5のようにすることも可能である。
【0053】
本実施の形態において、試料102の撓みは、従来と同様にして補正することができる。尚、この補正は、上述した速度補正や加速度補正とは別に行われる。以下では、マスクの撓みについて説明する。
【0054】
ステージ302上に載置された試料102の表面が平面であれば、試料102上の任意の1点の高さを測定し、この高さに電子ビームBの焦点を合わせることで、所望のパターンを描画できる。しかし、実際の試料102は、完全な平面ではなく、僅かながら変形している。具体的には、試料102は自重によって撓んだ状態となっている。ここで、試料102の撓みによる変形量は試料102の面内における位置に依存するので、描画精度が低下する割合も位置に依存したものになる。
【0055】
そこで、試料102の撓みに起因する描画精度の低下は、例えば、次のようにして補正される。
【0056】
まず、試料102に電子ビームを照射して得られた信号を検出し、試料102に形成されたパターンの位置情報を得る。また、試料102の表面の高さを測定して、試料102の撓みを求める。得られた撓みに基づいて、パターンの位置情報を補正する。このとき、試料102の撓みに起因するX方向とY方向の位置補正量は、表面形状を記述する関数の係数を最小自乗法で求めることにより算出されるが、マップ補正によっても求められる。前者の場合、複数の異なる位置で高さを測定して得られたデータを用い、試料102上の位置(x、y)に対して測定した高さをzとすると、表面形状は、次式からなる関数の係数a〜a14で表わされる。
【0057】

【0058】
以上述べたように、本実施の形態では、ステージに設けられた3つの支持部が、マスクの重心を通りステージの進行方向と平行な直線に対して対称に配置されており、また、3つの支持部のうち少なくとも鏡像関係にある2つの支持部を構成する材料の剛性が、設計上同じである。このようにすることにより、ステージの移動に伴い、マスクが進行方向から角度θずれた方向に位置ずれを起こすのが抑制される。したがって、マスクの位置ずれに対する補正は、マスクの進行方向に加速度のみに依存して行えばよく、描画位置に依存した補正を考慮する必要がなくなる。また、マスクの進行方向からの位置ずれが抑制されることにより、マスクがスリップするのを防ぐこともできる。
【0059】
尚、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々変形して実施することができる。例えば、上記実施の形態では、電子ビームを用いたが、イオンビームなどの他の荷電粒子ビームを用いた場合にも適用可能である。
【符号の説明】
【0060】
B 電子ビーム
P1、P2、P3、2005a、2005b、2005c ピン
M、2004 マスク
101 電子ビーム描画装置
102 試料
103 描画部
104 制御部
5 パターン
51 ストライプ
52 サブフィールド
53 図形
300 描画室
301 電子鏡筒
302 ステージ
302a、2006 ステージミラー
303 電子銃
304 照明レンズ
305 ブランキング偏向器
306 ブランキングアパーチャ
307 第1成形アパーチャ
308 投影レンズ
309 成形偏向器
310 第2成形アパーチャ
311 主偏向器
312 対物レンズ
313 副偏向器
400 制御計算機
401 駆動部
402、2007 レーザ干渉計
403 偏向制御部
404 記憶装置
405 ショットデータ生成部
406 ステージ制御部
2001 XYステージ
2002 Zステージ
2003 台座



【特許請求の範囲】
【請求項1】
ステージを移動させながらステージ上に載置された試料に荷電粒子ビームで描画する荷電粒子ビーム描画装置であって、
前記ステージは、前記試料の裏面を支持する3つの支持部を有し、
前記3つの支持部は、前記試料の重心を通り前記ステージの進行方向と平行な直線に対して対称に配置されており、
前記3つの支持部のうち少なくとも鏡像関係にある2つの支持部を構成する材料の剛性は、設計上同じであることを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
【請求項2】
前記3つの支持部は、前記試料の周縁部を支持す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。
【請求項3】
前記ステージは、前記試料に描画するパターンの密度に応じて可変速で連続移動することを特徴とする請求項1または2に記載の荷電粒子ビーム描画装置。
【請求項4】
試料が載置されたステージを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、
前記ステージに設けられ、前記試料の重心を通り前記ステージの進行方向と平行な直線に対して対称に配置された3つの支持部で前記試料を支持し、
前記3つの支持部のうち少なくとも2つの支持部を設計上同じ剛性の材料で構成し、これらが鏡像関係にあるよう配置することを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
【請求項5】
前記試料に描画するパターンの密度に応じて前記ステージを可変速で連続移動させながら描画する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。




【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公開番号】特開2012−151371(P2012−151371A)
【公開日】平成24年8月9日(2012.8.9)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−10280(P2011−10280)
【出願日】平成23年1月20日(2011.1.20)
【出願人】(504162958)株式会社ニューフレアテクノロジー (669)
【Fターム(参考)】