JP3983238B2 - 電子ビーム描画装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子ビーム応用技術に係り、特に、高速な電子ビーム描画装置に関する。

電子ビームリソグラフィ装置において、クーロン効果（空間電荷効果）は、高速高精度化への課題の１つである。例えば、「ジャーナル・オブ・ヴァキューム・サイエンス・アンド・テクノロジー、１９巻２号（２００１年）、４７６〜４８１頁」で述べているように、大電流を用いる電子ビーム転写方式では、クーロン効果が大きな課題となっている。クーロン効果は、電子ビームの解像性の劣化と転写パターンの歪みを起こす。電子ビーム転写方式では、１回の照射毎の焦点の補正により解像性の劣化に対処し、また、マスク開口パターンを予め変形しておくことにより転写パターンの歪みに対処している。

ジャーナル・オブ・ヴァキューム・サイエンス・アンド・テクノロジー、１９巻２号（２００１年）、４７６〜４８１頁

電子ビームリソグラフィ装置の高速化に向けては、上記パターン転写方式のほかに、所定の間隔で２次元的に配列された複数の電子ビームを用いるマルチビーム方式がある。マルチビーム方式においてもクーロン効果は大電流化の障害となる。しかしながら、従来はマルチビーム方式におけるクーロン効果への対処方法が明らかにされていない。

本発明の目的は、このマルチビーム方式におけるクーロン効果の影響を低減し、高速高精度な描画を可能にする電子ビーム描画装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、マルチビームを用いた電子ビーム描画装置において、マルチビームの間隔より大きな距離の電子ビーム偏向を行う際に、焦点位置またはマルチビームの間隔もしくは位置の補正データを再設定することを特徴とする。

すなわち、本発明は、マルチビームを用いた電子ビーム描画装置において、マルチビームの間隔より大きな距離の電子ビーム偏向を行う手段と、焦点位置またはマルチビームの間隔もしくは位置の補正データを再設定する手段と、マルチビームの間隔より大きな距離の電子ビーム偏向により描画される領域の平均的な照射電流量もしくは総照射電流量、または、描画図形の密度や面積のデータを計算する手段と、を有することを特徴とする。

上記再設定の際に、マルチビームの間隔より大きな距離の電子ビーム偏向により描画される領域の平均的な照射電流量もしくは総照射電流量、または描画図形の密度や面積のデータをもとに再設定値を計算することが有効である。また、上記再設定の際に、電子ビームの偏向位置のデータも参照して再設定値を計算することも効果的である。そして、上記再設定値が、マルチビーム間の間隔をおおよそ均等に拡大もしくは縮小する値とすることで高速高精度な補正が可能となる。更に、上記再設定の際の変更値が、マルチビームの間隔より大きな距離の電子ビーム偏向により描画される領域の平均的な照射電流量もしくは総照射電流量、または、描画図形の密度や面積に比例する値とすることも有効である。より簡便な補正を行う場合は、マルチビームを用いた電子ビーム描画装置において、ロット毎に焦点またはマルチビームの間隔あるいは位置の補正データを再設定することも有効である。

更に、マルチビームを用いた電子ビーム描画装置において、少なくとも１つ以上の電子ビームの原点位置が理想格子位置から１画素より大きく描画図形の最小ハーフピッチより小さくずらしてある電子ビーム描画装置とすることも１つの有力な手段である。

本発明によれば、マルチビーム方式におけるクーロン効果の影響を低減し、高速・高精度な描画を可能にする電子ビーム描画装置を実現し得る。

以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳述する。

（実施例１）
図１に、本発明の第１の実施例になる電子ビーム描画装置の装置構成を示す。

電子銃（電子源）１１０から放出された電子ビーム１１１は、コンデンサレンズ１１２を通して平行ビームとなし、基板に複数の開口の空いたアパーチャ−アレイ１１３により複数のポイントビームに分離されて、その後段にあるレンズアレイ１１４によりポイントビームの中間像１１６にそれぞれ結像される。複数のポイントビームは、個別にオンオフ可能なようにブランカーアレイ１１５、ブランキング絞り１１９が設けられている。レンズアレイ１１４は、基板に複数の開口の空いたレンズアレイ用アパーチャアレイを３枚組み合わせたもので、中間の基板に電圧を加えることで静電レンズの作用を引き起こす。また、ブランカーアレイ１１５は、基板に複数の開口の空いたアパーチャアレイの開口側面に電極を形成したもので、電極に電圧を加えることで偏向作用を引き起こす。

こうして形成されたマルチポイントビームは、第１投影レンズ１１８と第２投影レンズ１２１からなるダブレットレンズ１２２により縮小されて試料１２４上に結像される。マルチビーム間には距離があるために実質的に物面での電子ビームの最大距離が瞳像での電子ビームの最大距離より長い大面積転写となっている。ダブレットレンズの２つの投影レンズの間には、第１偏向器１２０と第２偏向器１３０があり、試料上での描画位置を規定する。

ステージ１２５上には、電子ビーム位置検出用のマーク基板１２６があり、ステージ１２５の位置を計測するレーザ干渉計（図示してない）と反射電子検出器１２３を用いることにより電子ビームの位置を測定することが出来る。なお、本実施例では、電子ビームの位置計測に、マーク基板１２６からの反射電子や２次電子を検出する電子検出器を用いているが、このほかに、開口マークを透過した電子を検出するものであってもよい。

また、ダブレットレンズ１２２の１つ目のレンズである第１投影レンズ１１８の上方にはアライナー１１７が２段構成で設けられており、連動させることによりレンズへの電子ビームの入射角度と入射位置を調整できる。アライナー１１７はアライナー制御回路１０４により、ダブレットレンズ１２２はレンズ制御回路１０５により駆動される。本実施例では、具体的には電流が供給されることになる。各電流の設定値は、データ制御回路１０１から与えられる情報により決められている。同様に、フォーカス制御回路１０２とパターン発生回路１０３は、電圧を供給することで対応する光学素子を動作させている。これらの設定値もデータ制御回路１０１から与えられる情報により決められている。このデータ制御回路１０１は、信号処理回路１０７やステージ制御回路１０８から得られる情報も利用してレンズやアライナーの動作量を決める計算も行っている。また、本装置には、これらの機能を活用して、励磁変化の設定、電子ビーム位置の変化量の表示、或いはアライナーやレンズ励磁（電流量）の再設定を行う画面を有する表示装置１０９を有している。

なお、本実施例では１０２４本のマルチビームを形成する。このために開口はそれぞれ１０２４個以上形成されている。

マルチビームによる描画手順を、図２に示す。ここでは、説明を簡単にするためにマルチビームの数を６４個（８×８）に限定している。各マルチビームは、マイクロフィールドと呼ばれる領域を第１偏向器１２０で走査する。これは非常に早い走査になる。６４個のビームは同時に走査され副フィールドと呼ばれる領域が描画される。従って、マイクロフィールドの1辺はマルチビームの間隔になる。副フィールドを描画し終えると第１偏向器１２０により副フィールド分偏向される。従って、マルチビームの間隔より大きな距離の偏向となる。これの繰り返しで形成された横長の領域を主フィールドと呼んでいる。これを更にステージ移動方向につなぎ合わせたものがストライプである。

副フィールドを描画中に電子ビームの総電流量は、描画図形により刻一刻と変化する。電流量の変化クーロン効果により最適焦点の変化とマルチビームの間隔（あるいは、位置）の変化を引き起こす。従って、焦点位置とマルチビームの間隔を電流量に従って補正すれば、この影響を相殺できる。しかし、第１偏向器１２０の走査は、１ピクセルの照射時間が１０ｎｓｅｃ程度の高速走査であり、これに追従した補正は困難である。マルチビームがポイントビームであるために、第１偏向器１２０の走査を高速にしないと高スループット化が出来ず、完全に変化に追従した補正は諦めざるを得ない。

そこで、副フィールドを描画した後の大きな距離の偏向を行うタイミングに合わせて補正を行う。具体的には、焦点補正レンズ１３１への設定値を再設定するか、またはマルチビームの間隔もしくは位置の補正データを再設定することになる。本実施例では、マルチビームの間隔もしくは位置の補正は、各ビームが描画するパターンデータの位置をシフトすることにより行った。この他、各電子ビームにアライナーを設け、アライナーの設定値を再設定する方法もある。

この方式では、再設定する際のデータを計算するに当たって、マルチビームの間隔より大きな距離の電子ビーム偏向により描画される領域の平均的な照射電流量もしくは総照射電流量、または描画図形の密度や面積のデータを用いることになる。この計算は、描画データ１３２をもとにデータ制御回路１０１内で行った。また、大きな距離の偏向を行う第２偏向器１３０による偏向量（偏向位置）も計算に入れている。これは、焦点補正も同時に行った際に、この偏向量に依存して位置シフトが起きるためである。また、焦点補正は副フィールドの回転を引き起こすので、焦点補正を行うか否かで、マルチビームの間隔もしくは位置の補正データは変化することになる。第２偏向器１３０の偏向では像面湾曲が大きく、これに対応した焦点補正も必要となるが、ここではこの補正はすでに行われたものとして、再設定の際の変化分を述べる。補正手順は、図３に示す。

図３での描画は、大きな距離の偏向の合間に行われるもので、図２の副フィールドに相当することになる。一つの領域の描画が終了すると、大きな距離の偏向を行う第２偏向器１３０によって描画領域を移動する。更に、焦点位置またはマルチビームの間隔もしくは位置を補正するための補正データの再設定を行なう。この補正データは、描画図形データや偏向データをもとに計算される。再設定の後に、移動した描画領域への描画を行なう。

図４に、副フィールドを形成する際のマルチビームの配列の変化例を示す。左がクーロン効果なしの状態に対して中央のクーロン効果ありの場合はマルチビームの配列が小さくなっていることが分かる。この効果をデータシフトを用いることで補正したのが右である。このようにクーロン効果のマルチビーム位置への影響は配列の倍率変化（すなわち、マルチビーム間の間隔をおおよそ均等に拡大もしくは縮小する変化）に顕著に現れている。本発明では、このマルチビームの位置座標の１次の変化にのみ着目して補正を行っている。このことで高速の補正を可能とし、現実的な補正手段を提供することが出来る。

図５は、描画図形のパターン密度の変化と、最適焦点位置および倍率の変化を表したものである。全ての軸は相対値で示しているので、ここでは傾向のみ述べる。２つの特性は、パターン密度に比例関係にあり、再設定の際の変更値が、描画図形の面積に比例する値とすればよいことが分かる。描画領域の大きさは規定されているので平均的な照射電流量もしくは合計の照射電流量や描画図形の密度は描画図形の面積に比例するために、これらの量と再設定の際の変更値も比例関係となる。

以上の補正手段を備えた本発明の電子ビーム描画装置により描画を行った。従来は最大電流１μＡで２５ｎｍの位置精度であったものが１５ｎｍとなり、従来の０.５μＡ並みの精度を得ることが出来た。すなわち、同じ精度で２倍のスループットを得ることが出来た。

なお、本発明は、描画図形密度の異なるウエハ間での補正にも拡張することが可能である。効果は限定的であるが、特に同じ品種を描画するロット単位で補正を行えば、比較的簡便に効果を得ることが出来る。

（実施例２）
図６に、本発明の第２の実施例になる電子ビーム描画装置の装置構成を示す。

本実施例では、実施例１で示した構成と基本的には同様であるが、ダブレットレンズが１つ多く挿入されており、２段構成となっている。すなわち、第３投影レンズ６１８と第４投影レンズ６２１からなる１段目の第２ダブレットレンズ６２２が設けられている。ダブレットレンズ６２２、１２２の倍率は、それぞれ０.１と０.２である。

本発明は、描画の一定領域を、その平均値を用いて補正している。従って、個々の時刻では、クーロン効果の影響は完全な形では除去できていない。これを改善するために、本実施例では、少なくとも１つ以上の電子ビームの原点位置が理想格子位置から１画素より大きく描画図形の最小ハーフピッチより小さくずらしてある。理想格子上の位置に正確に電子ビームが存在すると、周期が理想格子の周期の整数分の１の周期的な図形を描画する際に、一定領域内を描画している間の照射電流値の変動が大きくなってしまう。これは、平均値を用いる本発明には障害となる。そこで、少なくとも１つ以上の電子ビームの原点位置をずらして置くことにより、マルチビームの周期性を緩めることとした。その量は、微細図形の描画を考慮すると余り大きくても効果が飽和するため、描画図形の最小ハーフピッチ以下とした。

本実施例の装置で描画を行った結果、１５ｎｍの位置精度が更に１２ｎｍへと改善された。

以上詳述したように、本発明によれば、マルチビーム方式におけるクーロン効果の影響を低減し、高速・高精度な描画を可能にする電子ビーム描画装置が提実現できる。

本発明の第１の実施例の装置構成を説明する図。 本発明の描画手順を説明する図。 本発明の補正手順を説明する図。 クーロン効果による倍率変化を説明する図。 焦点・倍率変化のパターン密度依存性を説明する図。 本発明の第２の実施例の装置構成を説明する図。

符号の説明

１０１…デ…タ制御回路、１０２…フォ…カス制御回路、１０３…パタ−ン発生回路、１０４…アライナ−制御回路、１０５…レンズ制御回路、１０６…偏向制御回路、１０７…信号処理回路、１０８…ステ…ジ制御回路、１０９…表示装置、１１０…電子銃、１１１…電子ビ−ム、１１２…コンデンサレンズ、１１３…アパ−チャアレイ、１１４…レンズアレイ、１１５…ブランカ−アレイ、１１６…中間像、１１７…アライナ−、１１８…第１投影レンズ、１１９…ブランキング絞り、１２０…第１偏向器、１２１…第２投影レンズ、１２２…ダブレットレンズ、１２３…反射電子検出器、１２４…試料、１２５…ステ−ジ、１２６…マ−ク基板、１３０…第２偏向器、１３１…焦点補正レンズ、１３２…描画デ−タ、６０４…第２アライナ−制御回路、６０５…第２レンズ制御回路、６１７…第２アライナ−、６１８…第３投影レンズ、６１９…可動ブランキング絞り、６２１…第４投影レンズ、６２２…第２ダブレットレンズ。

Claims (6)

1. 複数の電子ビームが所定の間隔で配列されたマルチビームを用いて試料上に所望とする図形パターンを描画する電子ビーム描画装置において、
   前記マルチビームの間隔より大きな距離の電子ビーム偏向を行う際に、焦点位置またはマルチビームの間隔もしくは位置の補正データの少なくとも１つを再設定するよう構成し、
   前記再設定の際に、電子ビームの偏向位置のデータをもとに再設定値を計算することを特徴とする電子ビーム描画装置。
2. 複数の電子ビームが所定の間隔で配列されたマルチビームを用いて試料上に所望とする図形パターンを描画する電子ビーム描画装置において、
   前記マルチビームの間隔より大きな距離の電子ビーム偏向を行う際に、焦点位置またはマルチビームの間隔もしくは位置の補正データの少なくとも１つを再設定するよう構成し、
   前記再設定は、前記マルチビームを構成する前記複数の電子ビームの各々が描く図形パターンのパターンデータの位置をシフトすることにより行われることを特徴とする電子ビーム描画装置。
3. 複数の電子ビームが所定の間隔で配列されたマルチビームを用いて試料上に所望とする図形パターンを描画する電子ビーム描画装置において、
   前記マルチビームの間隔より大きな距離の電子ビーム偏向を行う手段と、焦点位置またはマルチビームの間隔の補正データの少なくとも１つを再設定する手段と、
   前記マルチビームの間隔より大きな距離の電子ビーム偏向により描画される領域の平均的な照射電流量もしくは総照射電流量、または、描画図形の密度や面積のデータを計算する手段とを有し、
   前記再設定は、前記マルチビームを構成する複数の電子ビームの各々が描く図形パターンのパターンデータの位置をシフトすることにより行なうことを特徴とする電子ビーム描画装置。
4. 前記再設定の際の変更値が、前記マルチビームの間隔より大きな距離の電子ビーム偏向により描画される領域の平均的な照射電流量もしくは総照射電流量、または、描画図形の密度や面積に比例する値であることを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム描画装置。
5. 前記マルチビームの間隔もしくは位置の補正データの再設定を、画素サイズ以下の単位で行うことを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム描画装置。
6. 前記マルチビームを構成する複数の電子ビームのうち、少なくとも１つ以上の電子ビームの原点位置が、理想格子位置から１画素より大きく、描画図形の最小ハーフピッチより小さくしてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子ビーム描画装置。

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