荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画方法
【課題】試料表面とマーク表面との高低差に依存するビーム照射位置のずれを抑え、パターンの描画精度を向上させる。
【解決手段】荷電粒子ビーム描画装置１は、ステージ１１上の試料Ｗに対して荷電粒子ビームによる描画を行う描画部２と、ステージ１１上に位置して高さが異なる複数のマークＭ１〜Ｍ４と、マークＭ１〜Ｍ４に対するビームの照射によりマーク表面でのビームの照射位置を検出する照射位置検出器１２と、その照射位置検出器１２により検出された照射位置に応じてマーク表面でのビームのドリフト量を算出するドリフト量算出部３５と、そのドリフト量算出部３５により算出された少なくとも二つのマーク表面でのドリフト量を用いて試料表面でのドリフト量を求めるドリフト量処理部３６と、そのドリフト量処理部３６により求められた試料表面でのドリフト量を用いてビームの照射位置を補正する描画制御部３３とを備える。
【解決手段】荷電粒子ビーム描画装置１は、ステージ１１上の試料Ｗに対して荷電粒子ビームによる描画を行う描画部２と、ステージ１１上に位置して高さが異なる複数のマークＭ１〜Ｍ４と、マークＭ１〜Ｍ４に対するビームの照射によりマーク表面でのビームの照射位置を検出する照射位置検出器１２と、その照射位置検出器１２により検出された照射位置に応じてマーク表面でのビームのドリフト量を算出するドリフト量算出部３５と、そのドリフト量算出部３５により算出された少なくとも二つのマーク表面でのドリフト量を用いて試料表面でのドリフト量を求めるドリフト量処理部３６と、そのドリフト量処理部３６により求められた試料表面でのドリフト量を用いてビームの照射位置を補正する描画制御部３３とを備える。
【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及び荷電粒子ビーム描画方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の大規模集積回路（ＬＳＩ）の高集積化及び大容量化に伴って、半導体デバイスに要求される回路線幅は益々微小になってきている。半導体デバイスに所望の回路パターンを形成するためには、リソグラフィ技術が用いられており、このリソグラフィ技術では、マスク（レチクル）と称される原画パターンを用いたパターン転写が行われている。このパターン転写に用いる高精度なマスクを製造するためには、優れた解像度を有する荷電粒子ビーム描画装置が用いられている。
【０００３】
この荷電粒子ビーム描画装置の一例としては、マスクやブランクなどの試料に描画するパターンを複数のストライプ領域に分割するとともに、各ストライプ領域を多数のサブ領域に分割し、試料が載置されたステージをストライプ領域の長手方向に移動させつつ、電子ビームを主偏向により各サブ領域に位置決めし、副偏向によりサブ領域の所定位置にショットして図形を描画する荷電粒子ビーム描画装置が開発されている。
【０００４】
このような荷電粒子ビーム描画装置では、描画中に電子ビームの照射位置が様々な要因で時間経過と共にシフトするビームドリフトと呼ばれる現象が生じることがある。このビームドリフトの発生要因の一つとしては、反射電子による電界発生が挙げられる。詳しくは、試料に対する電子ビームの照射により反射電子が発生し、その発生した反射電子が装置内の光学系や検出器などに衝突してチャージアップされ、これにより新たな電界が生じる。この電界により電子線の軌道が変化するため、ビームドリフトが発生することになる。
【０００５】
このビームドリフトをキャンセルするため、ドリフト補正が行われる。このドリフト補正では、電子ビームのドリフト量を測定し、そのドリフト量が無くなるように電子ビームのショット位置、すなわち照射位置が補正される。このとき、ドリフト量を測定するため、ステージ上に設けられた位置測定用のマークが定期的にビームにより走査される。このマークは、一定の高さを有するマーク部材であり、ステージ上に固定されている。
【０００６】
前述の試料の厚さは、通常、公差により試料毎に異なっているため、ステージ上の試料表面の高さは試料毎に変化する。この試料表面の高さが変化すると、電子ビームの照射位置がずれることなる。このため、荷電粒子ビーム描画装置の中には、試料の高さに応じて照射位置を補正するため、例えば、ステージ上の試料表面にレーザ光を入反射させて試料の高さを測定する高さ測定器やその高さ測定器を校正するための校正ブロックなどを備える荷電粒子ビーム描画装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２１９２８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前述のようにマークを用いてドリフト補正を行う場合には、試料毎の厚さが異なるため、試料表面の高さとマーク表面の高さを一致させることは困難であり、試料表面の高さとマーク表面の高さが異なっているのが現状である。このため、電子ビームが試料表面やマーク表面に斜めに入射する場合には、マーク表面でのドリフト量と試料表面での真のドリフト量との間には誤差が生じるが、マーク表面でのドリフト量はそのままドリフト補正に用いられる。したがって、前述の誤差分だけドリフト補正が不十分となるため、ビーム照射位置のずれが発生し、パターンの描画精度は低下してしまう。
【０００９】
特に、前述の反射電子のチャージアップにより発生した電界が突然消失すると、突発的にビームの入射角度が大きく変化することがあり、ビームの入射角度が大きくなるほど、マーク表面でのドリフト量と試料表面での真のドリフト量との間に生じる誤差は顕著になる。このため、前述と同様に、ドリフト補正が不十分となるため、ビーム照射位置のずれが発生し、パターンの描画精度は低下してしまう。
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、試料表面とマーク表面との高低差に依存するビーム照射位置のずれを抑え、パターンの描画精度を向上させることができる荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の実施の一形態に係る荷電粒子ビーム描画装置は、ステージ上の試料に対して荷電粒子ビームによる描画を行う描画部と、ステージ上に位置して高さが異なる複数のマークと、マークに対する荷電粒子ビームの照射により、マーク表面での荷電粒子ビームの照射位置を検出する照射位置検出器と、照射位置検出器により検出された照射位置に応じて、マーク表面での荷電粒子ビームのドリフト量を算出するドリフト量算出部と、ドリフト量算出部により算出された少なくとも二つのマーク表面でのドリフト量を用いて、試料表面でのドリフト量を求めるドリフト量処理部と、ドリフト量処理部により求められた試料表面でのドリフト量を用いて、荷電粒子ビームの照射位置を補正する描画制御部とを備える。
【００１２】
また、上記荷電粒子ビーム描画装置において、ドリフト量処理部は、複数のマークの中から、試料表面の高さより低いマークと試料表面の高さより高いマークとを選択し、選択した二つのマーク表面でのドリフト量を用いて、試料表面でのドリフト量を求めることが望ましい。
【００１３】
また、上記荷電粒子ビーム描画装置において、ドリフト量処理部は、ドリフト量算出部により算出された三つ以上のマーク表面でのドリフト量を用いて二次関数により処理し、試料表面でのドリフト量を求めることが望ましい。
【００１４】
また、上記荷電粒子ビーム描画装置において、複数のマークは、試料表面の高さより低いマークと試料表面の高さより高いマークとの二つのマークであることが望ましい。
【００１５】
本発明の実施の一形態に係る荷電粒子ビーム描画方法は、ステージ上の試料に対して荷電粒子ビームによる描画を行う描画部と、ステージ上に位置して高さが異なる複数のマークとを備える荷電粒子ビーム装置を用いて、描画を行う荷電粒子ビーム描画方法であって、マークに対する荷電粒子ビームの照射により、マーク表面での荷電粒子ビームの照射位置を検出する工程と、検出した照射位置に応じて、マーク表面での荷電粒子ビームのドリフト量を算出する工程と、算出した少なくとも二つのマーク表面でのドリフト量を用いて、試料表面でのドリフト量を求める工程と、求めた試料表面でのドリフト量を用いて、荷電粒子ビームの照射位置を補正する工程とを有する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、試料表面とマーク表面との高低差に依存するビーム照射位置のずれを抑え、パターンの描画精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の一形態に係る荷電粒子ビーム描画装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す荷電粒子ビーム描画装置が備えるステージの概略構成を示す図である。
【図３】図１に示す荷電粒子ビーム描画装置が行う描画処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】図３に示す描画処理における試料表面の高さ合わせ及びマーク選択を説明するための説明図である。
【図５】図３に示す描画処理における試料表面での真のドリフト量の算出を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施の一形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム描画装置１は、荷電粒子ビームによる描画を行う描画部２と、その描画部２を制御する制御部３とを備えている。この荷電粒子ビーム描画装置１は、荷電粒子ビームとして電子ビームを用いた可変成形型の描画装置の一例である。なお、荷電粒子ビームは電子ビームに限られるものではなく、イオンビームなどの他の荷電粒子ビームであっても良い。
【００２０】
描画部２は、描画対象となる試料Ｗを収容する描画室２ａと、その描画室２ａに連通する光学鏡筒２ｂとを有している。この光学鏡筒２ｂは、描画室２ａの上面に設けられており、電子ビームＢを成形及び偏向し、描画室２ａ内の試料Ｗに対して照射するものである。
【００２１】
描画室２ａ内には、マスクやブランクなどの試料Ｗを支持する複数の支持ピン１１ａを有するステージ１１が設けられている。支持ピン１１ａは、例えば試料Ｗを三点支持するため三本設けられている。このステージ１１は水平面内で互いに直交するＸ方向及びＹ方向に移動可能に形成されており、図示しないステージ移動機構により移動する。さらに、ステージ１１は、Ｘ方向及びＹ方向に直交するＺ方向にも移動可能に形成されている。
【００２２】
ステージ１１の表面には、図１及び図２に示すように、水平面内でのステージ１１の位置を測定するためのミラー１１ｂと、電子ビームＢのドリフト量を測定するための複数のマークＭ１〜Ｍ４が設けられている。ミラー１１ｂはステージ１１の表面の端部に固定されており、同様に各マークＭ１〜Ｍ４もステージ１１の表面の端部に一列に並べて固定されている。これらのマークＭ１〜Ｍ４は一定の高さを有するマーク部材であって、各マークＭ１〜Ｍ４の高さは互いに異なっている。例えば、隣接するマーク同士の高さは５０μｍ異なっている。なお、各マークＭ１〜Ｍ４の表面（上面）には、例えば、十字や格子などの図形が他の部分と異なる反射率を有する材料により形成されている。
【００２３】
ステージ１１の下方には、試料Ｗの表面（試料表面）の高さ基準となる基準高さ部材１１ｃを有する台座１１ｄが設けられている。基準高さ部材１１ｃは、ステージ１１の移動を妨げないように、例えば、待機するステージ１１の切り欠き部分に位置するように台座１１ｄ上に固定されている。この基準高さ部材１１ｃの表面に電子ビームＢの焦点が合わされており、その表面と試料Ｗの表面が同じ高さにされ、試料Ｗの表面に電子ビームＢの焦点が合わされる。
【００２４】
また、ステージ１１と台座１１ｄとの間には、ステージ１１をＺ方向に移動させるための複数のくさび部材１１ｅが設けられている。これらのくさび部材１１ｅはステージ１１と台座１１ｄとの間にステージ１１の両端から挿入されて設けられている。このようなくさび部材１１ｅを有するステージ昇降機構は、ステージ１１と台座１１ｄとの間に位置する各くさび部材１１ｅを抜き差しする方向に移動させ、ステージ１１をＺ方向に移動させる。
【００２５】
図１に戻り、描画室２ａ内には、ステージ１１上のマークＭ１〜Ｍ４に対する電子ビームＢの照射により、その電子ビームＢの照射位置を検出する照射位置検出器１２が設けられている。この照射位置検出器１２としては、マークＭ１〜Ｍ４が電子ビームＢにより走査されると、そのマークＭ１〜Ｍ４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ているが、これに限るものではなく、例えば、反射電子ではなく二次電子を電流値として検出しても良い。
【００２６】
また、描画室２ａの外周面には、ステージ１１上の試料Ｗの表面高さを検出する表面高さ検出器１３が設けられている。この表面高さ検出器１３は、ステージ１１上の試料Ｗの表面に斜め上方からレーザ光を照射する投光部１３ａと、試料Ｗの表面からの反射光を受光する受光部１３ｂとにより構成されている。この表面高さ検出器１３は、投光部１３ａからレーザ光を出射し、ステージ１１上の試料Ｗの表面で反射された反射光を受光部１３ｂにより受光し、その反射光の受光位置からステージ１１上の試料Ｗの表面高さを検出する。
【００２７】
光学鏡筒２ｂ内には、電子ビームＢを出射する電子銃２１と、その電子ビームＢを集光する照明レンズ２２と、ビーム成形用の第１の成形アパーチャ２３と、投影用の投影レンズ２４と、ビーム成形用の成形偏向器２５と、ビーム成形用の第２の成形アパーチャ２６と、試料Ｗ上にビーム焦点を結ぶ対物レンズ２７と、試料Ｗに対する電子ビームＢのショット位置（ビーム照射位置）を制御するための副偏向器２８及び主偏向器２９とが配置されている。
【００２８】
このような描画部２では、電子ビームＢが電子銃２１から出射され、照明レンズ２２により第１の成形アパーチャ２３に照射される。この第１の成形アパーチャ２３は例えば矩形状の開口を有している。これにより、電子ビームＢが第１の成形アパーチャ２３を通過すると、その電子ビームの断面形状は矩形状に成形され、投影レンズ２４により第２の成形アパーチャ２６に投影される。なお、この投影位置は成形偏向器２５により偏向可能であり、投影位置の変更により電子ビームＢの形状と寸法を制御することが可能である。その後、第２の成形アパーチャ２６を通過した電子ビームＢは、その焦点が対物レンズ２７によりステージ１１上の試料Ｗに合わされて照射される。なお、副偏向器２８及び主偏向器２９により、ステージ１１上の試料Ｗに対する電子ビームＢのショット位置を制御することが可能である。
【００２９】
制御部３は、描画データを記憶する描画データ記憶部３１と、その描画データを処理してショットデータを生成するショットデータ生成部３２と、描画部２を制御する描画制御部３３と、水平面内でのステージ１１の位置を測定するステージ位置測定部３４と、マーク表面でのドリフト量を算出するドリフト量算出部３５と、そのマーク表面でのドリフト量を用いて試料表面でのドリフト量、すなわち真のドリフト量を求めるドリフト量処理部３６と、その真のドリフト量を用いて電子ビームＢのドリフトを補正するドリフト補正部３７とを備えている。なお、前述の各部は電気回路などのハードウエアで構成されていても良く、これらの機能を実行するプログラムなどのソフトウエアで構成されていても良く、あるいは、それらの両方の組合せにより構成されていても良い。
【００３０】
描画データ記憶部３１は、試料Ｗにパターンを描画するための描画データを記憶する記憶部である。この描画データは、半導体集積回路の設計者などによって作成された設計データ（レイアウトデータ）が荷電粒子ビーム描画装置１に入力可能に、すなわち荷電粒子ビーム描画装置１用のフォーマットに変換されたデータであり、外部装置から描画データ記憶部３１に入力されて保存されている。この描画データ記憶部３１としては、例えば、磁気ディスク装置や半導体ディスク装置（フラッシュメモリ）などを用いることが可能である。
【００３１】
なお、前述の設計データは、通常、多数の微小なパターンを含んでおり、そのデータ量はかなりの大容量になっている。この設計データがそのまま他のフォーマットに変換されると、変換後のデータ量はさらに増大してしまう。このため、描画データでは、データの階層化やパターンのアレイ表示などの方法により、データ量の圧縮化が図られている。このような描画データが、チップ領域のパターン、または、同一描画条件である複数のチップ領域を仮想的にマージして一つのチップに見立てた仮想チップ領域のパターンなどを規定するデータとなる。
【００３２】
ショットデータ生成部３２は、例えば、描画データにより規定されるパターンをストライプ状（短冊状）の複数のストライプ領域に分割し、さらに、各ストライプ領域を行列状の多数のサブ領域に分割する。加えて、ショットデータ生成部３２は、各サブ領域内の図形の形状や大きさ、位置などを決定し、さらに、図形を一回のショットで描画不可能である場合には、描画可能な複数の部分領域に分割し、ショットデータを生成する。なお、ストライプ領域の短手方向（Ｙ方向）の長さは電子ビームＢを主偏向で偏向可能な長さに設定されている。
【００３３】
描画制御部３３は、前述のパターンを描画する際、ステージ１１をストライプ領域の長手方向であるＸ方向に移動させつつ、電子ビームＢを主偏向器２９により各サブ領域に位置決めし、副偏向器２８によりサブ領域の所定位置にショットして図形を描画する。その後、一つのストライプ領域の描画が完了すると、ステージ１１をＹ方向にステップ移動させてから次のストライプ領域の描画を行い、これを繰り返して試料Ｗの描画領域の全体に電子ビームＢによる描画を行う。なお、描画中には、ステージ１１が一方向に連続的に移動しているため、描画原点がステージ１１の移動に追従するように、主偏向器２９によって電子ビームＢにサブ領域の描画原点をトラッキングさせている。
【００３４】
このように電子ビームＢは、副偏向器２８と主偏向器２９によって偏向され、連続的に移動するステージ１１に追従しながら、その電子ビームＢのショット位置（ビーム照射位置）が決められる。ステージ１１のＸ方向の移動を連続的に行うとともに、そのステージ１１の移動に電子ビームＢのショット位置を追従させることで、描画時間を短縮することができる。ただし、本発明の実施形態では、ステージ１１のＸ方向の移動を連続して行っているが、これに限るものではなく、例えば、ステージ１１を停止させた状態で一つのサブ領域の描画を行い、次のサブ領域に移動するとき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を用いても良い。また、主副二段の多段偏向器を用いているが、これに限るものではなく、一段だけの偏向器を用いても良い。
【００３５】
ステージ位置測定部３４は、ステージ１１上に固定されたミラー１１ｂにレーザ光を入反射させてステージ１１の位置を測定するレーザ測長器により構成されている。このステージ位置測定部３４は、測定した水平面内でのステージ１１の位置を描画制御部３３に送信する。なお、ステージ１１の位置を測定する測定手段としては、ステージ１１の位置を測定することが可能な手段であれば良く、その手段は特に限定されるものではない。
【００３６】
ドリフト量算出部３５は、電子ビームＢによりステージ１１上のマークＭ１〜Ｍ４を走査して照射位置検出器１２により検出された電子ビームＢの照射位置を用いて、その照射位置の基準位置からのずれ量を電子ビームＢのドリフト量として算出し、その後、算出したドリフト量、すなわちマーク表面でのドリフト量を描画制御部３３に送信する。このマーク表面でのドリフト量は必要に応じて描画制御部３３により保存される。
【００３７】
ドリフト量処理部３６は、ドリフト量算出部３５により算出された少なくとも二つのマーク表面でのドリフト量を用いて、ステージ１１上の試料表面での真のドリフト量を求め、その求めたドリフト量をドリフト補正部３７に送信する（詳しくは、後述する）。このとき、各マークＭ１〜Ｍ４の全てのドリフト量を用いても良いが、真のドリフト量を求めるためには、少なくとも二つのマークのドリフト量を用いる必要がある。
【００３８】
ドリフト補正部３７は、ドリフト量処理部３６から受信した真のドリフト量に基づいて、その真のドリフト量を無くすドリフト補正量を算出し、その算出したドリフト補正量に基づいて電子ビームＢの偏向量、すなわちビーム照射位置を補正し、その補正情報を描画制御部３３に送信する。この描画制御部３３は、前述の描画データに加え、補正情報に基づいて描画を行うことになる。
【００３９】
次に、前述の荷電粒子ビーム描画装置１が行う描画処理（描画動作）について説明する。この描画処理はドリフト測定処理及びドリフト補正処理も含んでおり、制御部３により実行される。
【００４０】
なお、ビームドリフトは描画開始、すなわち照射開始から安定するまで時間を要するため、ビームドリフトが照射開始時から安定するまでは、ドリフト補正を頻繁に行う必要がある。このため、ドリフト補正を行う補正間隔は照射開始直後短く、時間経過に伴って徐々に長くなっていく。このような補正間隔に基づいて、ドリフト量の測定を指示するドリフト量測定指示が定期的に出される。
【００４１】
図３に示すように、まず、ドリフト量測定指示があったか否かが判断され（ステップＳ１）、その判断が繰り返される（ステップＳ１のＮＯ）。このとき、ドリフト量測定指示があったと判断されると（ステップＳ１のＹＥＳ）、ドリフト量の測定に用いるマークの選択が済んでいるか否かが判断される（ステップＳ２）。
【００４２】
ステップＳ２において、ドリフト量測定に用いるマークの選択が済んでいると判断されると（ステップＳ２のＹＥＳ）、処理はステップＳ５に進む。一方、ドリフト量測定に用いるマークの選択が済んでいないと判断されると（ステップＳ２のＮＯ）、試料Ｗの表面（試料表面）の高さ合わせが行われる（ステップＳ３）。
【００４３】
この試料Ｗの表面の高さ合わせでは、ステージ１１上の試料Ｗの表面高さが表面高さ検出器１３により検出され、この表面高さが描画制御部３３に入力される。その入力された試料Ｗの表面高さに基づいて、図４に示すように、試料Ｗの表面（上面）と基準高さ部材１１ｃの表面（上面）の高低差が無くなるようにステージ昇降機構によりステージ１１が下方向に移動する。これにより、試料Ｗの表面の高さと基準高さ部材１１ｃの表面の高さとが一致する。なお、試料Ｗの表面高さに関しては、例えば、試料Ｗの表面に対して数箇所で表面高さを検出し、その平均を取るようにしても良い。
【００４４】
図３に戻り、前述のステップＳ３が完了すると、ドリフト量の測定に用いるマークが選択される（ステップＳ４）。このマークの選択では、図４に示すように、前述の試料Ｗの表面の高さと基準高さ部材１１ｃの表面の高さとが一致した状態で、試料Ｗの表面に高さが近い二つのマークＭ３、Ｍ４が選択される。このとき、二つのマークＭ３、Ｍ４の高さ範囲Ｚ１〜Ｚ２に試料表面の高さＺ０が入っている（Ｚ１≦Ｚ０≦Ｚ２）。なお、ステージ１１上の試料Ｗの表面高さは前記のステップＳ３で把握されており、さらに、各マークＭ１〜Ｍ４の高さに関する高さ情報は予め記憶部（図示せず）に記憶されている。これらの情報が用いられ、試料Ｗの表面に高さが近い二つのマークＭ３、Ｍ４が選択される。
【００４５】
図３に戻り、前述のステップＳ４が完了すると、選択された二つのマークＭ３、Ｍ４が用いられ、ドリフト量が測定される（ステップＳ５）。このドリフト量の測定では、まず、マークＭ３がステージ１１の移動により対物レンズ２７の中心位置に合わせられ、その位置で電子ビームＢにより走査される。このときの反射電子が電流値として照射位置検出器１２により検出されて電子ビームＢの照射位置が求められ、その照射位置の基準位置からのずれ量がマークＭ３の表面におけるドリフト量として算出される。次に、マークＭ４がステージ１１の移動により対物レンズ２７の中心位置に合わせられ、その位置で電子ビームＢにより走査され、前述と同様にして、マークＭ４の表面におけるドリフト量が算出される。
【００４６】
このステップＳ５が完了すると、ステージ１１上の試料Ｗの表面における真のドリフト量が求められる（ステップＳ６）。この真のドリフト量の算出では、ドリフト量処理部３６により、マークＭ３（第１のマーク）の表面におけるドリフト量と、マークＭ４（第２のマーク）の表面におけるドリフト量とが用いられ、ステージ１１上の試料Ｗの表面における真のドリフト量が算出される。
【００４７】
ここで、図５に示すように、真のドリフト量である試料表面でのドリフト量を（Ｘｄ，Ｙｄ）、その試料表面の高さをＺ０とし、第１のマーク表面でのドリフト量を（Ｘ１，Ｙ１）、そのマーク表面の高さをＺ１とし、第２のマーク表面でのドリフト量を（Ｘ２，Ｙ２）、そのマーク表面の高さをＺ２とする（図４参照）。なお、試料表面及び各マーク表面に対する電子ビームＢの入射角は同じであり、高低差によりドリフト量が異なっている。
【００４８】
最初に、マーク表面でのドリフト量に関して一般式を求めるため、そのマーク表面でのドリフト量を（Ｘｎ，Ｙｎ）とし、そのマーク表面での高さをＺｎとすると、
Ｘｎ＝Ｘｄ＋Ａｘ（Ｚｎ−Ｚ０）
Ｙｎ＝Ｙｄ＋Ａｙ（Ｚｎ−Ｚ０）
という式が成り立つ。なお、ｎは自然数であり、Ａｘ及びＡｙは比例係数である。
【００４９】
前述のＸ座標に関する式であるＸｎ＝Ｘｄ＋Ａｘ（Ｚｎ−Ｚ０）にｎ＝１及びｎ＝２を代入すると、
Ｘ１＝Ｘｄ＋Ａｘ（Ｚ１−Ｚ０）
Ｘ２＝Ｘｄ＋Ａｘ（Ｚ２−Ｚ０）
となり、これらの式から、
Ａｘ＝（Ｘ２−Ｘ１）／（Ｚ２−Ｚ１）
の式が得られる。
【００５０】
この式をＸ１＝Ｘｄ＋Ａｘ（Ｚ１−Ｚ０）に代入すると、
Ｘ１＝Ｘｄ＋（Ｘ２−Ｘ１）／（Ｚ２−Ｚ１）×（Ｚ１−Ｚ０）
となり、この式を変形すると、
Ｘｄ＝Ｘ１−（Ｘ２−Ｘ１）／（Ｚ２−Ｚ１）×（Ｚ１−Ｚ０）
となる。
【００５１】
次に、前述のＹ座標に関する式であるＹｎ＝Ｙｄ＋Ａｙ（Ｚｎ−Ｚ０）にｎ＝１及びｎ＝２を代入し、前述と同様に計算を行うと、
Ｙｄ＝Ｙ１−（Ｙ２−Ｙ１）／（Ｚ２−Ｚ１）×（Ｚ１−Ｚ０）
の式が得られる。ここで、試料表面の高さＺ０は基準高さ部材１１ｃの高さと一致しており、基準高さの０（ゼロ）である。
【００５２】
このようにして、真のドリフト量である試料表面でのドリフト量（Ｘｄ，Ｙｄ）が、第１のマーク表面での第１のドリフト量（Ｘ１，Ｙ１）と、第２のマーク表面での第２のドリフト量（Ｘ２，Ｙ２）とから算出される。
【００５３】
図３に戻り、前述のステップＳ６が完了すると、算出された真のドリフト量が用いられ、ドリフト補正量が算出される（ステップＳ７）。このドリフト補正量の算出では、ドリフト補正部３７により、真のドリフト量が用いられてドリフト補正量が算出され、その算出したドリフト補正量に基づいて電子ビームＢの偏向量、すなわちビーム照射位置が補正され、その補正情報が得られる。
【００５４】
その補正量算出後、描画データが描画データ記憶部３１から読み出され、その読み出された描画データ、さらに、前述の補正情報に基づいて描画が行われる（ステップＳ８）。その後、描画が完了したか否かが判断され（ステップＳ９）、描画が完了していないと判断されると（ステップＳ９のＮＯ）、処理がステップＳ１に戻され、前述の処理が繰り返される。一方、描画が完了したと判断されると（ステップＳ９のＹＥＳ）、処理が終了する。
【００５５】
以上説明したように、本実施形態によれば、少なくとも二つ以上のマーク表面でのドリフト量が用いられ、ステージ１１上の試料Ｗの表面における真のドリフト量が求められる。このように、高低差を有する二つのマークＭ３、Ｍ４が用いられ、それらのドリフト量から試料表面での真のドリフト量が求められるので、マーク表面でのドリフト量と試料表面での真のドリフト量との間に生じる誤差を除去することが可能となる。これにより、試料表面とマーク表面との高低差に依存するビーム照射位置のずれを抑え、パターンの描画精度を向上させることができる。特に、反射電子のチャージアップにより発生した電界の消失などにより、突発的に電子ビームＢの入射角度が大きく変化する場合でも、マーク表面でのドリフト量と試料表面での真のドリフト量との間に生じる誤差を確実に除去することができる。
【００５６】
また、複数のマークＭ１〜Ｍ４の中から、試料Ｗの表面の高さより低いマークＭ３と試料Ｗの表面の高さより高いマークＭ４とが選択され、その選択された二つのマークＭ３、Ｍ４のドリフト量が用いられ、真のドリフト量が求められる。これにより、試料Ｗの表面の高さが二つのマークＭ３、Ｍ４の高さ範囲に含まれることになるので、真のドリフト量をより正確に求めることができる。さらに、二つのマークＭ３、Ｍ４だけを用いて真のドリフト量を求めることが可能であり、三つ以上のマークを用いる場合に比べ、真のドリフト量を算出する処理時間を短縮することができる。加えて、二つのマークＭ３、Ｍ４に対してだけドリフト測定を行えば良く、ドリフト測定に要する測定時間を短縮することもできる。
【００５７】
なお、前述の実施形態では、二つのマークＭ３、Ｍ４のドリフト量を用いて真のドリフト量を求めているが、これに限るものではなく、例えば、三つ以上のマークのドリフト量を用いて、それらのドリフト量を二次関数により処理し、真のドリフト量を求めるようにしても良い。この場合には、真のドリフト量を算出するために用いるドリフト量の数が増えるため、真のドリフト量をより正確に求めることができる。
【００５８】
また、前述の実施形態では、複数のマークとして四つのマークＭ１〜Ｍ４を設けているが、これに限るものではなく、例えば、二つのマークだけを設けるようにしても良い。この場合でも、前述と同様の効果を得ることができる。ただし、その二つのマークとしては、試料Ｗの表面の高さより低いマークと試料Ｗの表面の高さより高いマークとの二つのマークを設けることが望ましい。試料Ｗの厚さの公差が比較的小さい場合には、試料Ｗの表面の高さが二つのマークの高さ範囲に含まれるような二つのマークを設けることは可能である。
【００５９】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６０】
１ 荷電粒子ビーム描画装置
２ 描画部
２ａ 描画室
２ｂ 光学鏡筒
３ 制御部
１１ ステージ
１１ａ 支持ピン
１１ｂ ミラー
１１ｃ 基準高さ部材
１１ｄ 台座
１１ｅ くさび部材
１２ 照射位置検出器
１３ 表面高さ検出器
１３ａ 投光部
１３ｂ 受光部
２１ 電子銃
２２ 照明レンズ
２３ 第１の成形アパーチャ
２４ 投影レンズ
２５ 成形偏向器
２６ 第２の成形アパーチャ
２７ 対物レンズ
２８ 副偏向器
２９ 主偏向器
３１ 描画データ記憶部
３２ ショットデータ生成部
３３ 描画制御部
３４ ステージ位置測定部
３５ ドリフト量算出部
３６ ドリフト量処理部
３７ ドリフト補正部
Ｂ 電子ビーム
Ｍ１ マーク
Ｍ２ マーク
Ｍ３ マーク
Ｍ４ マーク
Ｗ 試料
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の大規模集積回路（ＬＳＩ）の高集積化及び大容量化に伴って、半導体デバイスに要求される回路線幅は益々微小になってきている。半導体デバイスに所望の回路パターンを形成するためには、リソグラフィ技術が用いられており、このリソグラフィ技術では、マスク（レチクル）と称される原画パターンを用いたパターン転写が行われている。このパターン転写に用いる高精度なマスクを製造するためには、優れた解像度を有する荷電粒子ビーム描画装置が用いられている。
【０００３】
この荷電粒子ビーム描画装置の一例としては、マスクやブランクなどの試料に描画するパターンを複数のストライプ領域に分割するとともに、各ストライプ領域を多数のサブ領域に分割し、試料が載置されたステージをストライプ領域の長手方向に移動させつつ、電子ビームを主偏向により各サブ領域に位置決めし、副偏向によりサブ領域の所定位置にショットして図形を描画する荷電粒子ビーム描画装置が開発されている。
【０００４】
このような荷電粒子ビーム描画装置では、描画中に電子ビームの照射位置が様々な要因で時間経過と共にシフトするビームドリフトと呼ばれる現象が生じることがある。このビームドリフトの発生要因の一つとしては、反射電子による電界発生が挙げられる。詳しくは、試料に対する電子ビームの照射により反射電子が発生し、その発生した反射電子が装置内の光学系や検出器などに衝突してチャージアップされ、これにより新たな電界が生じる。この電界により電子線の軌道が変化するため、ビームドリフトが発生することになる。
【０００５】
このビームドリフトをキャンセルするため、ドリフト補正が行われる。このドリフト補正では、電子ビームのドリフト量を測定し、そのドリフト量が無くなるように電子ビームのショット位置、すなわち照射位置が補正される。このとき、ドリフト量を測定するため、ステージ上に設けられた位置測定用のマークが定期的にビームにより走査される。このマークは、一定の高さを有するマーク部材であり、ステージ上に固定されている。
【０００６】
前述の試料の厚さは、通常、公差により試料毎に異なっているため、ステージ上の試料表面の高さは試料毎に変化する。この試料表面の高さが変化すると、電子ビームの照射位置がずれることなる。このため、荷電粒子ビーム描画装置の中には、試料の高さに応じて照射位置を補正するため、例えば、ステージ上の試料表面にレーザ光を入反射させて試料の高さを測定する高さ測定器やその高さ測定器を校正するための校正ブロックなどを備える荷電粒子ビーム描画装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２１９２８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前述のようにマークを用いてドリフト補正を行う場合には、試料毎の厚さが異なるため、試料表面の高さとマーク表面の高さを一致させることは困難であり、試料表面の高さとマーク表面の高さが異なっているのが現状である。このため、電子ビームが試料表面やマーク表面に斜めに入射する場合には、マーク表面でのドリフト量と試料表面での真のドリフト量との間には誤差が生じるが、マーク表面でのドリフト量はそのままドリフト補正に用いられる。したがって、前述の誤差分だけドリフト補正が不十分となるため、ビーム照射位置のずれが発生し、パターンの描画精度は低下してしまう。
【０００９】
特に、前述の反射電子のチャージアップにより発生した電界が突然消失すると、突発的にビームの入射角度が大きく変化することがあり、ビームの入射角度が大きくなるほど、マーク表面でのドリフト量と試料表面での真のドリフト量との間に生じる誤差は顕著になる。このため、前述と同様に、ドリフト補正が不十分となるため、ビーム照射位置のずれが発生し、パターンの描画精度は低下してしまう。
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、試料表面とマーク表面との高低差に依存するビーム照射位置のずれを抑え、パターンの描画精度を向上させることができる荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の実施の一形態に係る荷電粒子ビーム描画装置は、ステージ上の試料に対して荷電粒子ビームによる描画を行う描画部と、ステージ上に位置して高さが異なる複数のマークと、マークに対する荷電粒子ビームの照射により、マーク表面での荷電粒子ビームの照射位置を検出する照射位置検出器と、照射位置検出器により検出された照射位置に応じて、マーク表面での荷電粒子ビームのドリフト量を算出するドリフト量算出部と、ドリフト量算出部により算出された少なくとも二つのマーク表面でのドリフト量を用いて、試料表面でのドリフト量を求めるドリフト量処理部と、ドリフト量処理部により求められた試料表面でのドリフト量を用いて、荷電粒子ビームの照射位置を補正する描画制御部とを備える。
【００１２】
また、上記荷電粒子ビーム描画装置において、ドリフト量処理部は、複数のマークの中から、試料表面の高さより低いマークと試料表面の高さより高いマークとを選択し、選択した二つのマーク表面でのドリフト量を用いて、試料表面でのドリフト量を求めることが望ましい。
【００１３】
また、上記荷電粒子ビーム描画装置において、ドリフト量処理部は、ドリフト量算出部により算出された三つ以上のマーク表面でのドリフト量を用いて二次関数により処理し、試料表面でのドリフト量を求めることが望ましい。
【００１４】
また、上記荷電粒子ビーム描画装置において、複数のマークは、試料表面の高さより低いマークと試料表面の高さより高いマークとの二つのマークであることが望ましい。
【００１５】
本発明の実施の一形態に係る荷電粒子ビーム描画方法は、ステージ上の試料に対して荷電粒子ビームによる描画を行う描画部と、ステージ上に位置して高さが異なる複数のマークとを備える荷電粒子ビーム装置を用いて、描画を行う荷電粒子ビーム描画方法であって、マークに対する荷電粒子ビームの照射により、マーク表面での荷電粒子ビームの照射位置を検出する工程と、検出した照射位置に応じて、マーク表面での荷電粒子ビームのドリフト量を算出する工程と、算出した少なくとも二つのマーク表面でのドリフト量を用いて、試料表面でのドリフト量を求める工程と、求めた試料表面でのドリフト量を用いて、荷電粒子ビームの照射位置を補正する工程とを有する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、試料表面とマーク表面との高低差に依存するビーム照射位置のずれを抑え、パターンの描画精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の一形態に係る荷電粒子ビーム描画装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す荷電粒子ビーム描画装置が備えるステージの概略構成を示す図である。
【図３】図１に示す荷電粒子ビーム描画装置が行う描画処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】図３に示す描画処理における試料表面の高さ合わせ及びマーク選択を説明するための説明図である。
【図５】図３に示す描画処理における試料表面での真のドリフト量の算出を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施の一形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム描画装置１は、荷電粒子ビームによる描画を行う描画部２と、その描画部２を制御する制御部３とを備えている。この荷電粒子ビーム描画装置１は、荷電粒子ビームとして電子ビームを用いた可変成形型の描画装置の一例である。なお、荷電粒子ビームは電子ビームに限られるものではなく、イオンビームなどの他の荷電粒子ビームであっても良い。
【００２０】
描画部２は、描画対象となる試料Ｗを収容する描画室２ａと、その描画室２ａに連通する光学鏡筒２ｂとを有している。この光学鏡筒２ｂは、描画室２ａの上面に設けられており、電子ビームＢを成形及び偏向し、描画室２ａ内の試料Ｗに対して照射するものである。
【００２１】
描画室２ａ内には、マスクやブランクなどの試料Ｗを支持する複数の支持ピン１１ａを有するステージ１１が設けられている。支持ピン１１ａは、例えば試料Ｗを三点支持するため三本設けられている。このステージ１１は水平面内で互いに直交するＸ方向及びＹ方向に移動可能に形成されており、図示しないステージ移動機構により移動する。さらに、ステージ１１は、Ｘ方向及びＹ方向に直交するＺ方向にも移動可能に形成されている。
【００２２】
ステージ１１の表面には、図１及び図２に示すように、水平面内でのステージ１１の位置を測定するためのミラー１１ｂと、電子ビームＢのドリフト量を測定するための複数のマークＭ１〜Ｍ４が設けられている。ミラー１１ｂはステージ１１の表面の端部に固定されており、同様に各マークＭ１〜Ｍ４もステージ１１の表面の端部に一列に並べて固定されている。これらのマークＭ１〜Ｍ４は一定の高さを有するマーク部材であって、各マークＭ１〜Ｍ４の高さは互いに異なっている。例えば、隣接するマーク同士の高さは５０μｍ異なっている。なお、各マークＭ１〜Ｍ４の表面（上面）には、例えば、十字や格子などの図形が他の部分と異なる反射率を有する材料により形成されている。
【００２３】
ステージ１１の下方には、試料Ｗの表面（試料表面）の高さ基準となる基準高さ部材１１ｃを有する台座１１ｄが設けられている。基準高さ部材１１ｃは、ステージ１１の移動を妨げないように、例えば、待機するステージ１１の切り欠き部分に位置するように台座１１ｄ上に固定されている。この基準高さ部材１１ｃの表面に電子ビームＢの焦点が合わされており、その表面と試料Ｗの表面が同じ高さにされ、試料Ｗの表面に電子ビームＢの焦点が合わされる。
【００２４】
また、ステージ１１と台座１１ｄとの間には、ステージ１１をＺ方向に移動させるための複数のくさび部材１１ｅが設けられている。これらのくさび部材１１ｅはステージ１１と台座１１ｄとの間にステージ１１の両端から挿入されて設けられている。このようなくさび部材１１ｅを有するステージ昇降機構は、ステージ１１と台座１１ｄとの間に位置する各くさび部材１１ｅを抜き差しする方向に移動させ、ステージ１１をＺ方向に移動させる。
【００２５】
図１に戻り、描画室２ａ内には、ステージ１１上のマークＭ１〜Ｍ４に対する電子ビームＢの照射により、その電子ビームＢの照射位置を検出する照射位置検出器１２が設けられている。この照射位置検出器１２としては、マークＭ１〜Ｍ４が電子ビームＢにより走査されると、そのマークＭ１〜Ｍ４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ているが、これに限るものではなく、例えば、反射電子ではなく二次電子を電流値として検出しても良い。
【００２６】
また、描画室２ａの外周面には、ステージ１１上の試料Ｗの表面高さを検出する表面高さ検出器１３が設けられている。この表面高さ検出器１３は、ステージ１１上の試料Ｗの表面に斜め上方からレーザ光を照射する投光部１３ａと、試料Ｗの表面からの反射光を受光する受光部１３ｂとにより構成されている。この表面高さ検出器１３は、投光部１３ａからレーザ光を出射し、ステージ１１上の試料Ｗの表面で反射された反射光を受光部１３ｂにより受光し、その反射光の受光位置からステージ１１上の試料Ｗの表面高さを検出する。
【００２７】
光学鏡筒２ｂ内には、電子ビームＢを出射する電子銃２１と、その電子ビームＢを集光する照明レンズ２２と、ビーム成形用の第１の成形アパーチャ２３と、投影用の投影レンズ２４と、ビーム成形用の成形偏向器２５と、ビーム成形用の第２の成形アパーチャ２６と、試料Ｗ上にビーム焦点を結ぶ対物レンズ２７と、試料Ｗに対する電子ビームＢのショット位置（ビーム照射位置）を制御するための副偏向器２８及び主偏向器２９とが配置されている。
【００２８】
このような描画部２では、電子ビームＢが電子銃２１から出射され、照明レンズ２２により第１の成形アパーチャ２３に照射される。この第１の成形アパーチャ２３は例えば矩形状の開口を有している。これにより、電子ビームＢが第１の成形アパーチャ２３を通過すると、その電子ビームの断面形状は矩形状に成形され、投影レンズ２４により第２の成形アパーチャ２６に投影される。なお、この投影位置は成形偏向器２５により偏向可能であり、投影位置の変更により電子ビームＢの形状と寸法を制御することが可能である。その後、第２の成形アパーチャ２６を通過した電子ビームＢは、その焦点が対物レンズ２７によりステージ１１上の試料Ｗに合わされて照射される。なお、副偏向器２８及び主偏向器２９により、ステージ１１上の試料Ｗに対する電子ビームＢのショット位置を制御することが可能である。
【００２９】
制御部３は、描画データを記憶する描画データ記憶部３１と、その描画データを処理してショットデータを生成するショットデータ生成部３２と、描画部２を制御する描画制御部３３と、水平面内でのステージ１１の位置を測定するステージ位置測定部３４と、マーク表面でのドリフト量を算出するドリフト量算出部３５と、そのマーク表面でのドリフト量を用いて試料表面でのドリフト量、すなわち真のドリフト量を求めるドリフト量処理部３６と、その真のドリフト量を用いて電子ビームＢのドリフトを補正するドリフト補正部３７とを備えている。なお、前述の各部は電気回路などのハードウエアで構成されていても良く、これらの機能を実行するプログラムなどのソフトウエアで構成されていても良く、あるいは、それらの両方の組合せにより構成されていても良い。
【００３０】
描画データ記憶部３１は、試料Ｗにパターンを描画するための描画データを記憶する記憶部である。この描画データは、半導体集積回路の設計者などによって作成された設計データ（レイアウトデータ）が荷電粒子ビーム描画装置１に入力可能に、すなわち荷電粒子ビーム描画装置１用のフォーマットに変換されたデータであり、外部装置から描画データ記憶部３１に入力されて保存されている。この描画データ記憶部３１としては、例えば、磁気ディスク装置や半導体ディスク装置（フラッシュメモリ）などを用いることが可能である。
【００３１】
なお、前述の設計データは、通常、多数の微小なパターンを含んでおり、そのデータ量はかなりの大容量になっている。この設計データがそのまま他のフォーマットに変換されると、変換後のデータ量はさらに増大してしまう。このため、描画データでは、データの階層化やパターンのアレイ表示などの方法により、データ量の圧縮化が図られている。このような描画データが、チップ領域のパターン、または、同一描画条件である複数のチップ領域を仮想的にマージして一つのチップに見立てた仮想チップ領域のパターンなどを規定するデータとなる。
【００３２】
ショットデータ生成部３２は、例えば、描画データにより規定されるパターンをストライプ状（短冊状）の複数のストライプ領域に分割し、さらに、各ストライプ領域を行列状の多数のサブ領域に分割する。加えて、ショットデータ生成部３２は、各サブ領域内の図形の形状や大きさ、位置などを決定し、さらに、図形を一回のショットで描画不可能である場合には、描画可能な複数の部分領域に分割し、ショットデータを生成する。なお、ストライプ領域の短手方向（Ｙ方向）の長さは電子ビームＢを主偏向で偏向可能な長さに設定されている。
【００３３】
描画制御部３３は、前述のパターンを描画する際、ステージ１１をストライプ領域の長手方向であるＸ方向に移動させつつ、電子ビームＢを主偏向器２９により各サブ領域に位置決めし、副偏向器２８によりサブ領域の所定位置にショットして図形を描画する。その後、一つのストライプ領域の描画が完了すると、ステージ１１をＹ方向にステップ移動させてから次のストライプ領域の描画を行い、これを繰り返して試料Ｗの描画領域の全体に電子ビームＢによる描画を行う。なお、描画中には、ステージ１１が一方向に連続的に移動しているため、描画原点がステージ１１の移動に追従するように、主偏向器２９によって電子ビームＢにサブ領域の描画原点をトラッキングさせている。
【００３４】
このように電子ビームＢは、副偏向器２８と主偏向器２９によって偏向され、連続的に移動するステージ１１に追従しながら、その電子ビームＢのショット位置（ビーム照射位置）が決められる。ステージ１１のＸ方向の移動を連続的に行うとともに、そのステージ１１の移動に電子ビームＢのショット位置を追従させることで、描画時間を短縮することができる。ただし、本発明の実施形態では、ステージ１１のＸ方向の移動を連続して行っているが、これに限るものではなく、例えば、ステージ１１を停止させた状態で一つのサブ領域の描画を行い、次のサブ領域に移動するとき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を用いても良い。また、主副二段の多段偏向器を用いているが、これに限るものではなく、一段だけの偏向器を用いても良い。
【００３５】
ステージ位置測定部３４は、ステージ１１上に固定されたミラー１１ｂにレーザ光を入反射させてステージ１１の位置を測定するレーザ測長器により構成されている。このステージ位置測定部３４は、測定した水平面内でのステージ１１の位置を描画制御部３３に送信する。なお、ステージ１１の位置を測定する測定手段としては、ステージ１１の位置を測定することが可能な手段であれば良く、その手段は特に限定されるものではない。
【００３６】
ドリフト量算出部３５は、電子ビームＢによりステージ１１上のマークＭ１〜Ｍ４を走査して照射位置検出器１２により検出された電子ビームＢの照射位置を用いて、その照射位置の基準位置からのずれ量を電子ビームＢのドリフト量として算出し、その後、算出したドリフト量、すなわちマーク表面でのドリフト量を描画制御部３３に送信する。このマーク表面でのドリフト量は必要に応じて描画制御部３３により保存される。
【００３７】
ドリフト量処理部３６は、ドリフト量算出部３５により算出された少なくとも二つのマーク表面でのドリフト量を用いて、ステージ１１上の試料表面での真のドリフト量を求め、その求めたドリフト量をドリフト補正部３７に送信する（詳しくは、後述する）。このとき、各マークＭ１〜Ｍ４の全てのドリフト量を用いても良いが、真のドリフト量を求めるためには、少なくとも二つのマークのドリフト量を用いる必要がある。
【００３８】
ドリフト補正部３７は、ドリフト量処理部３６から受信した真のドリフト量に基づいて、その真のドリフト量を無くすドリフト補正量を算出し、その算出したドリフト補正量に基づいて電子ビームＢの偏向量、すなわちビーム照射位置を補正し、その補正情報を描画制御部３３に送信する。この描画制御部３３は、前述の描画データに加え、補正情報に基づいて描画を行うことになる。
【００３９】
次に、前述の荷電粒子ビーム描画装置１が行う描画処理（描画動作）について説明する。この描画処理はドリフト測定処理及びドリフト補正処理も含んでおり、制御部３により実行される。
【００４０】
なお、ビームドリフトは描画開始、すなわち照射開始から安定するまで時間を要するため、ビームドリフトが照射開始時から安定するまでは、ドリフト補正を頻繁に行う必要がある。このため、ドリフト補正を行う補正間隔は照射開始直後短く、時間経過に伴って徐々に長くなっていく。このような補正間隔に基づいて、ドリフト量の測定を指示するドリフト量測定指示が定期的に出される。
【００４１】
図３に示すように、まず、ドリフト量測定指示があったか否かが判断され（ステップＳ１）、その判断が繰り返される（ステップＳ１のＮＯ）。このとき、ドリフト量測定指示があったと判断されると（ステップＳ１のＹＥＳ）、ドリフト量の測定に用いるマークの選択が済んでいるか否かが判断される（ステップＳ２）。
【００４２】
ステップＳ２において、ドリフト量測定に用いるマークの選択が済んでいると判断されると（ステップＳ２のＹＥＳ）、処理はステップＳ５に進む。一方、ドリフト量測定に用いるマークの選択が済んでいないと判断されると（ステップＳ２のＮＯ）、試料Ｗの表面（試料表面）の高さ合わせが行われる（ステップＳ３）。
【００４３】
この試料Ｗの表面の高さ合わせでは、ステージ１１上の試料Ｗの表面高さが表面高さ検出器１３により検出され、この表面高さが描画制御部３３に入力される。その入力された試料Ｗの表面高さに基づいて、図４に示すように、試料Ｗの表面（上面）と基準高さ部材１１ｃの表面（上面）の高低差が無くなるようにステージ昇降機構によりステージ１１が下方向に移動する。これにより、試料Ｗの表面の高さと基準高さ部材１１ｃの表面の高さとが一致する。なお、試料Ｗの表面高さに関しては、例えば、試料Ｗの表面に対して数箇所で表面高さを検出し、その平均を取るようにしても良い。
【００４４】
図３に戻り、前述のステップＳ３が完了すると、ドリフト量の測定に用いるマークが選択される（ステップＳ４）。このマークの選択では、図４に示すように、前述の試料Ｗの表面の高さと基準高さ部材１１ｃの表面の高さとが一致した状態で、試料Ｗの表面に高さが近い二つのマークＭ３、Ｍ４が選択される。このとき、二つのマークＭ３、Ｍ４の高さ範囲Ｚ１〜Ｚ２に試料表面の高さＺ０が入っている（Ｚ１≦Ｚ０≦Ｚ２）。なお、ステージ１１上の試料Ｗの表面高さは前記のステップＳ３で把握されており、さらに、各マークＭ１〜Ｍ４の高さに関する高さ情報は予め記憶部（図示せず）に記憶されている。これらの情報が用いられ、試料Ｗの表面に高さが近い二つのマークＭ３、Ｍ４が選択される。
【００４５】
図３に戻り、前述のステップＳ４が完了すると、選択された二つのマークＭ３、Ｍ４が用いられ、ドリフト量が測定される（ステップＳ５）。このドリフト量の測定では、まず、マークＭ３がステージ１１の移動により対物レンズ２７の中心位置に合わせられ、その位置で電子ビームＢにより走査される。このときの反射電子が電流値として照射位置検出器１２により検出されて電子ビームＢの照射位置が求められ、その照射位置の基準位置からのずれ量がマークＭ３の表面におけるドリフト量として算出される。次に、マークＭ４がステージ１１の移動により対物レンズ２７の中心位置に合わせられ、その位置で電子ビームＢにより走査され、前述と同様にして、マークＭ４の表面におけるドリフト量が算出される。
【００４６】
このステップＳ５が完了すると、ステージ１１上の試料Ｗの表面における真のドリフト量が求められる（ステップＳ６）。この真のドリフト量の算出では、ドリフト量処理部３６により、マークＭ３（第１のマーク）の表面におけるドリフト量と、マークＭ４（第２のマーク）の表面におけるドリフト量とが用いられ、ステージ１１上の試料Ｗの表面における真のドリフト量が算出される。
【００４７】
ここで、図５に示すように、真のドリフト量である試料表面でのドリフト量を（Ｘｄ，Ｙｄ）、その試料表面の高さをＺ０とし、第１のマーク表面でのドリフト量を（Ｘ１，Ｙ１）、そのマーク表面の高さをＺ１とし、第２のマーク表面でのドリフト量を（Ｘ２，Ｙ２）、そのマーク表面の高さをＺ２とする（図４参照）。なお、試料表面及び各マーク表面に対する電子ビームＢの入射角は同じであり、高低差によりドリフト量が異なっている。
【００４８】
最初に、マーク表面でのドリフト量に関して一般式を求めるため、そのマーク表面でのドリフト量を（Ｘｎ，Ｙｎ）とし、そのマーク表面での高さをＺｎとすると、
Ｘｎ＝Ｘｄ＋Ａｘ（Ｚｎ−Ｚ０）
Ｙｎ＝Ｙｄ＋Ａｙ（Ｚｎ−Ｚ０）
という式が成り立つ。なお、ｎは自然数であり、Ａｘ及びＡｙは比例係数である。
【００４９】
前述のＸ座標に関する式であるＸｎ＝Ｘｄ＋Ａｘ（Ｚｎ−Ｚ０）にｎ＝１及びｎ＝２を代入すると、
Ｘ１＝Ｘｄ＋Ａｘ（Ｚ１−Ｚ０）
Ｘ２＝Ｘｄ＋Ａｘ（Ｚ２−Ｚ０）
となり、これらの式から、
Ａｘ＝（Ｘ２−Ｘ１）／（Ｚ２−Ｚ１）
の式が得られる。
【００５０】
この式をＸ１＝Ｘｄ＋Ａｘ（Ｚ１−Ｚ０）に代入すると、
Ｘ１＝Ｘｄ＋（Ｘ２−Ｘ１）／（Ｚ２−Ｚ１）×（Ｚ１−Ｚ０）
となり、この式を変形すると、
Ｘｄ＝Ｘ１−（Ｘ２−Ｘ１）／（Ｚ２−Ｚ１）×（Ｚ１−Ｚ０）
となる。
【００５１】
次に、前述のＹ座標に関する式であるＹｎ＝Ｙｄ＋Ａｙ（Ｚｎ−Ｚ０）にｎ＝１及びｎ＝２を代入し、前述と同様に計算を行うと、
Ｙｄ＝Ｙ１−（Ｙ２−Ｙ１）／（Ｚ２−Ｚ１）×（Ｚ１−Ｚ０）
の式が得られる。ここで、試料表面の高さＺ０は基準高さ部材１１ｃの高さと一致しており、基準高さの０（ゼロ）である。
【００５２】
このようにして、真のドリフト量である試料表面でのドリフト量（Ｘｄ，Ｙｄ）が、第１のマーク表面での第１のドリフト量（Ｘ１，Ｙ１）と、第２のマーク表面での第２のドリフト量（Ｘ２，Ｙ２）とから算出される。
【００５３】
図３に戻り、前述のステップＳ６が完了すると、算出された真のドリフト量が用いられ、ドリフト補正量が算出される（ステップＳ７）。このドリフト補正量の算出では、ドリフト補正部３７により、真のドリフト量が用いられてドリフト補正量が算出され、その算出したドリフト補正量に基づいて電子ビームＢの偏向量、すなわちビーム照射位置が補正され、その補正情報が得られる。
【００５４】
その補正量算出後、描画データが描画データ記憶部３１から読み出され、その読み出された描画データ、さらに、前述の補正情報に基づいて描画が行われる（ステップＳ８）。その後、描画が完了したか否かが判断され（ステップＳ９）、描画が完了していないと判断されると（ステップＳ９のＮＯ）、処理がステップＳ１に戻され、前述の処理が繰り返される。一方、描画が完了したと判断されると（ステップＳ９のＹＥＳ）、処理が終了する。
【００５５】
以上説明したように、本実施形態によれば、少なくとも二つ以上のマーク表面でのドリフト量が用いられ、ステージ１１上の試料Ｗの表面における真のドリフト量が求められる。このように、高低差を有する二つのマークＭ３、Ｍ４が用いられ、それらのドリフト量から試料表面での真のドリフト量が求められるので、マーク表面でのドリフト量と試料表面での真のドリフト量との間に生じる誤差を除去することが可能となる。これにより、試料表面とマーク表面との高低差に依存するビーム照射位置のずれを抑え、パターンの描画精度を向上させることができる。特に、反射電子のチャージアップにより発生した電界の消失などにより、突発的に電子ビームＢの入射角度が大きく変化する場合でも、マーク表面でのドリフト量と試料表面での真のドリフト量との間に生じる誤差を確実に除去することができる。
【００５６】
また、複数のマークＭ１〜Ｍ４の中から、試料Ｗの表面の高さより低いマークＭ３と試料Ｗの表面の高さより高いマークＭ４とが選択され、その選択された二つのマークＭ３、Ｍ４のドリフト量が用いられ、真のドリフト量が求められる。これにより、試料Ｗの表面の高さが二つのマークＭ３、Ｍ４の高さ範囲に含まれることになるので、真のドリフト量をより正確に求めることができる。さらに、二つのマークＭ３、Ｍ４だけを用いて真のドリフト量を求めることが可能であり、三つ以上のマークを用いる場合に比べ、真のドリフト量を算出する処理時間を短縮することができる。加えて、二つのマークＭ３、Ｍ４に対してだけドリフト測定を行えば良く、ドリフト測定に要する測定時間を短縮することもできる。
【００５７】
なお、前述の実施形態では、二つのマークＭ３、Ｍ４のドリフト量を用いて真のドリフト量を求めているが、これに限るものではなく、例えば、三つ以上のマークのドリフト量を用いて、それらのドリフト量を二次関数により処理し、真のドリフト量を求めるようにしても良い。この場合には、真のドリフト量を算出するために用いるドリフト量の数が増えるため、真のドリフト量をより正確に求めることができる。
【００５８】
また、前述の実施形態では、複数のマークとして四つのマークＭ１〜Ｍ４を設けているが、これに限るものではなく、例えば、二つのマークだけを設けるようにしても良い。この場合でも、前述と同様の効果を得ることができる。ただし、その二つのマークとしては、試料Ｗの表面の高さより低いマークと試料Ｗの表面の高さより高いマークとの二つのマークを設けることが望ましい。試料Ｗの厚さの公差が比較的小さい場合には、試料Ｗの表面の高さが二つのマークの高さ範囲に含まれるような二つのマークを設けることは可能である。
【００５９】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６０】
１ 荷電粒子ビーム描画装置
２ 描画部
２ａ 描画室
２ｂ 光学鏡筒
３ 制御部
１１ ステージ
１１ａ 支持ピン
１１ｂ ミラー
１１ｃ 基準高さ部材
１１ｄ 台座
１１ｅ くさび部材
１２ 照射位置検出器
１３ 表面高さ検出器
１３ａ 投光部
１３ｂ 受光部
２１ 電子銃
２２ 照明レンズ
２３ 第１の成形アパーチャ
２４ 投影レンズ
２５ 成形偏向器
２６ 第２の成形アパーチャ
２７ 対物レンズ
２８ 副偏向器
２９ 主偏向器
３１ 描画データ記憶部
３２ ショットデータ生成部
３３ 描画制御部
３４ ステージ位置測定部
３５ ドリフト量算出部
３６ ドリフト量処理部
３７ ドリフト補正部
Ｂ 電子ビーム
Ｍ１ マーク
Ｍ２ マーク
Ｍ３ マーク
Ｍ４ マーク
Ｗ 試料
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステージ上の試料に対して荷電粒子ビームによる描画を行う描画部と、
前記ステージ上に位置して高さが異なる複数のマークと、
前記マークに対する前記荷電粒子ビームの照射により、前記マーク表面での前記荷電粒子ビームの照射位置を検出する照射位置検出器と、
前記照射位置検出器により検出された前記照射位置に応じて、前記マーク表面での前記荷電粒子ビームのドリフト量を算出するドリフト量算出部と、
前記ドリフト量算出部により算出された少なくとも二つの前記マーク表面での前記ドリフト量を用いて、前記試料表面でのドリフト量を求めるドリフト量処理部と、
前記ドリフト量処理部により求められた前記試料表面でのドリフト量を用いて、前記荷電粒子ビームの照射位置を補正する描画制御部と、
を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
【請求項２】
前記ドリフト量処理部は、複数の前記マークの中から、前記試料表面の高さより低い前記マークと前記試料表面の高さより高い前記マークとを選択し、選択した二つの前記マーク表面での前記ドリフト量を用いて、前記試料表面でのドリフト量を求め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装置。
【請求項３】
前記ドリフト量処理部は、前記ドリフト量算出部により算出された三つ以上の前記マーク表面での前記ドリフト量を用いて二次関数により処理し、前記試料表面でのドリフト量を求め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装置。
【請求項４】
複数の前記マークは、前記試料表面の高さより低い前記マークと前記試料表面の高さより高い前記マークとの二つのマークであ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装置。
【請求項５】
ステージ上の試料に対して荷電粒子ビームによる描画を行う描画部と、前記ステージ上に位置して高さが異なる複数のマークとを備える荷電粒子ビーム装置を用いて、描画を行う荷電粒子ビーム描画方法であって、
前記マークに対する前記荷電粒子ビームの照射により、前記マーク表面での前記荷電粒子ビームの照射位置を検出する工程と、
検出した前記照射位置に応じて、前記マーク表面での前記荷電粒子ビームのドリフト量を算出する工程と、
算出した少なくとも二つの前記マーク表面での前記ドリフト量を用いて、前記試料表面でのドリフト量を求める工程と、
求めた前記試料表面でのドリフト量を用いて、前記荷電粒子ビームの照射位置を補正する工程と、
を有することを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
【請求項１】
ステージ上の試料に対して荷電粒子ビームによる描画を行う描画部と、
前記ステージ上に位置して高さが異なる複数のマークと、
前記マークに対する前記荷電粒子ビームの照射により、前記マーク表面での前記荷電粒子ビームの照射位置を検出する照射位置検出器と、
前記照射位置検出器により検出された前記照射位置に応じて、前記マーク表面での前記荷電粒子ビームのドリフト量を算出するドリフト量算出部と、
前記ドリフト量算出部により算出された少なくとも二つの前記マーク表面での前記ドリフト量を用いて、前記試料表面でのドリフト量を求めるドリフト量処理部と、
前記ドリフト量処理部により求められた前記試料表面でのドリフト量を用いて、前記荷電粒子ビームの照射位置を補正する描画制御部と、
を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
【請求項２】
前記ドリフト量処理部は、複数の前記マークの中から、前記試料表面の高さより低い前記マークと前記試料表面の高さより高い前記マークとを選択し、選択した二つの前記マーク表面での前記ドリフト量を用いて、前記試料表面でのドリフト量を求め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装置。
【請求項３】
前記ドリフト量処理部は、前記ドリフト量算出部により算出された三つ以上の前記マーク表面での前記ドリフト量を用いて二次関数により処理し、前記試料表面でのドリフト量を求め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装置。
【請求項４】
複数の前記マークは、前記試料表面の高さより低い前記マークと前記試料表面の高さより高い前記マークとの二つのマークであ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装置。
【請求項５】
ステージ上の試料に対して荷電粒子ビームによる描画を行う描画部と、前記ステージ上に位置して高さが異なる複数のマークとを備える荷電粒子ビーム装置を用いて、描画を行う荷電粒子ビーム描画方法であって、
前記マークに対する前記荷電粒子ビームの照射により、前記マーク表面での前記荷電粒子ビームの照射位置を検出する工程と、
検出した前記照射位置に応じて、前記マーク表面での前記荷電粒子ビームのドリフト量を算出する工程と、
算出した少なくとも二つの前記マーク表面での前記ドリフト量を用いて、前記試料表面でのドリフト量を求める工程と、
求めた前記試料表面でのドリフト量を用いて、前記荷電粒子ビームの照射位置を補正する工程と、
を有することを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−３８２９７（Ｐ２０１３−３８２９７Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７４６２０（Ｐ２０１１−１７４６２０）
【出願日】平成２３年８月１０日（２０１１．８．１０）
【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）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１０日（２０１１．８．１０）
【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）】
[ Back to top ]