JP4439038B2

JP4439038B2 - 電子ビーム露光方法及び装置

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Publication number: JP4439038B2
Application number: JP17113199A
Authority: JP
Inventors: 和人芦原; 岳士原口; 仁田中; 義久大饗
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 1999-06-17
Filing date: 1999-06-17
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2019-06-17
Also published as: JP2001006992A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビーム露光方法及び装置に関し、特にチャージアップによる照射位置のドリフトを低減した電子ビーム露光方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路は微細加工技術の進歩に伴って一層高集積化される傾向にあり、微細加工技術に要求される性能は益々厳しいものになってきている。とりわけ露光技術においては、従来使用されているステッパなどに用いられる光露光技術の限界が予想されている。電子ビーム露光技術は、光露光技術に代わって微細加工の次世代を担う可能性の高い技術である。
【０００３】
電子ビーム露光装置には、可変矩形露光方式、ブロック露光方式、マルチビーム露光方式などの方式がある。本発明はいずれの方式にも適用可能であるが、ここではブロック露光方式を例として説明を行う。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。ブロック露光方式は、繰り返し図形の単位となるパターンを透過マスク上に持ち、これに電子ビームを透過させて単位パターンを一度に発生させ、これをつないで繰り返し図形を露光する方法である。
【０００４】
図１は、ブロック露光方式の電子ビーム露光装置におけるビーム照射系の構成を示す図である。図１において、参照番号１１は電子ビームを発生する電子銃を、１２は電子銃１１からの電子ビームを平行ビームにする第１の収束レンズを、１３は通過する平行ビームを所定の形状に成形するアパーチャーを、１４は成形されたビームを絞る第２の収束レンズを、１５は成形用の偏向器を、１６は第１のマスク偏向器を、１７はマスクによる非点収差を動的に補正する偏向器を、１８は第２のマスク偏向器を、１９はマスク用収束コイルを、２０は第１の成形用レンズを、２１はステージ２１Ａで移動されるブロックマスクを、２２は第２の成形用レンズを、２３は第３のマスク偏向器を、２４はビームをオン・オフ制御するためのブランキング偏向器を、２５は第４のマクス偏向器を、２６は第３のレンズを、２７は円形アパーチャを、２８は縮小レンズを、２９はダイナミックフォーカスコイルを、３０は投影レンズを、３１は電磁的な主偏向器を、３２は静電的な副偏向器を示し、３３は試料１に照射された電子ビームの反射電子を検出して反射電子信号を出力する反射電子検出器を示し、投影レンズ３０により電子ビーム１０がステージ２に載置された試料（ウエハ）１に収束される。ステージはウエハ１を電子ビーム１０に垂直な平面内で２次元的に移動させる。以上の部分が電子光学鏡筒部（コラム）と呼ばれる筐体内に収容され、コラム内は真空にされて露光が行われる。電子ビーム露光装置は、更に所望のパターンを露光するようにコラムの各部を制御する露光制御部を有するが、ここでは説明を省略する。
【０００５】
一般に、主偏向器３１は、副偏向器３２に比べて偏向範囲が大きいが応答速度が遅い。そのため電子ビーム露光装置では露光効率の向上のため、図１に示すように、主偏向器３１と副偏向器３２を組合せる。露光を行う場合には、主偏向器３１の偏向範囲（実際には若干小さい範囲）を複数の副領域に分割し、主偏向器３１の偏向位置を各副領域の中心とし、副偏向器３２の偏向量を変化させながらその副領域内のパターンを露光する。なお、ステージを移動しながら同じ列の副領域を順次露光する場合もある。
【０００６】
図２は、主偏向器３１と副偏向器３２の部分のより詳しい構成を示す図である。図２に示すように、主偏向器３１は４つの電磁偏向器３１ａ〜３１ｄを４段に組み合わせて構成されている。データ管理回路４５から出力された主偏向データは主偏向第１演算回路４２ａ〜主偏向第４演算回路４２ｄで偏向能率Ｃ1 〜Ｃ４が乗ぜられた後、主偏向第１ＤＡ／アンプ４１ａ〜主偏向第４ＤＡ／アンプ４１ｄでアナログ信号に変換された後増幅されて、各電磁偏向器３１ａ〜３１ｄに印加される。各電磁偏向器３１ａ〜３１ｄは、印加された信号に応じて磁界を発生させ、電子ビーム１０を偏向する。例えば、ある電磁偏向器で偏向して位置を変化させた後、他の電磁偏向器で元の方向に振り戻すことにより、電子ビームの出射位置は変化するが出射方向は常に試料１に垂直な方向になるようにする。これであれば、試料１の高さが変化しても露光位置がほとんど変化しないので、露光像の劣化が低減できるという利点がある。
【０００７】
副偏向器３２は、例えば、セラミック製の円筒の内面に軸方向に延びる８枚の薄い金属膜を形成して電極とし、対向する電極に電圧を印加することで電界を形成して入射する電子ビームを静電界で偏向する。データ管理回路４５から出力された副偏向データは、副偏向演算回路４４で偏向能率Ｄが乗ぜられた後、副偏向ＤＡ／アンプ４３でアナログ信号に変換された後、増幅されて各電極に印加される。なお、図示の関係で副偏向演算回路４４と副偏向ＤＡ／アンプ４３はそれぞれ１個のみを示したが、電極は８個あり、実際には各電極に対応して副偏向演算回路４４と副偏向ＤＡ／アンプ４３の組が８組設けられており、偏向能率もＤ１〜Ｄ８が個別に設定される。副偏向器３２に入射した電子ビームは徐々に偏向され、ある出射角度で出射される。
【０００８】
偏向能率Ｃ1 〜Ｃ４及びＤ１は、与えられた主偏向データ及び副偏向データに比例した偏向位置が得られるように設定され、データ管理回路４５に記憶される。ＣＰＵ４６は、装置全体の制御を行う制御回路を構成し、露光データから各偏向器による偏向量を算出した上で、各演算回路３２ａ〜４２ｄ及び４４に出力する。
【０００９】
電子ビーム露光装置のコラムには、適当に断面が成形された電子ビームをウエハ上に照射するための投影レンズが内蔵されているが、上述した電磁偏向器と静電偏向器はこの投影レンズとほぼ一体的に、具体的には電磁偏向器内に静電偏向器が収容される形で配置されている。
従って、静電偏向器（副偏向器）及びその周辺の部品に、加工性や精度は良好であるが導電性の高い金属を使用すると、渦電流の影響により電磁偏向器（主偏向器）の応答速度が遅くなるといった不都合が生じる。これは、高スループットを要求されている電子ビーム露光装置にとって非常に問題となる。
【００１０】
渦電流を小さくするため、筒状の絶縁材料（例えばアルミナ）の内側にめっき（例えば下地はＮｉＰ、表面はＡｕ）を施して静電偏向器を形成することも行われたが、加工精度やメッキなどの問題があるため、現在は比抵抗の値がほぼ理想的なAlTiC(アルミナと炭化チタンの化合物）セラミックを研削加工したものに白金めっきを行って静電偏向電極とし、この電極を絶縁性のアルミナセラミックの中空円筒に固定して静電偏向器を構成している。
【００１１】
図３は、電子ビーム露光装置で使用される静電偏向器の従来例を示す図であり、（ａ）は静電偏向器の外観構成を、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’線から見た上面図を、（ｃ）は（ｂ）におけるＢ−Ｂ’線に沿った断面図をそれぞれ示している。
図示のように、静電偏向器３２は、電極群５１と、電極群５１が内部に固定される中空円筒状の保持部材５２とから構成されている。
【００１２】
電極群５１は、８個のAlTiC セラミックの電極材Ｅ₁〜Ｅ₈によって構成され、各電極材Ｅ_i（ｉ＝１〜８）は、保持部材５２の内部で軸対称に配置固定されている（図３（ｂ）参照）。各電極材Ｅ_iは、研削加工によってそれぞれ同一形状に形成され、表面には金属皮膜が形成されている。この金属皮膜は、例えばルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）及び白金（Ｐｔ）などの白金族の金属であり、電解めっきにより各導電性セラミックの表面に直接形成されている。
【００１３】
電子ビームは電子の流れであり、絶縁材料に衝突すれば絶縁材料の表面に電荷が蓄積される。蓄積された電荷は周囲の電界に影響を与える。静電偏向器は、各電極材Ｅi に電圧を印加して電極群５１の内部に電界を発生させて、入射した電子ビームを電界の力で偏向するものである。そのため、周囲の保持部材１２の表面に電荷が蓄積して電界を乱すと、所望の偏向量が得られなくなるという問題が生じる。そこで、図示の静電偏向器では、各電極材Ｅi の横断面をクランク状にして筒の中心軸から保持部材５２の内側表面が直接見えないような形状にしている。このような形状にすることで、筒の内部を通過する電子ビームが散乱しても、散乱した電子はいずれかの電極材Ｅi に衝突して、保持部材１２の内側表面には到達しないようにしている。
【００１４】
一方、保持部材５２は、各電極材Ｅ_iを相互に絶縁する必要があり、アルミナなどのセラミック絶縁材料で形成されている。この保持部材５２には、図示のように外周面での径が内周面での径より大きいくさび状の固定穴５３が設けられている。これら固定穴は、電極群５１（８個の電極材Ｅ₁〜Ｅ₈）を内部に配置固定する際に用いられるもので、各電極材Ｅi 毎に２個（合計１６個）の固定穴が設けられる。各固定穴５３の内壁部分には、メタライズ法によりＴｉ或いはモリブデン−マンガン（Ｍｏ−Ｍｎ）を主成分とする接合用金属パッド１６及び１７が形成される。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
静電偏向器の表面に電荷が蓄積すると、蓄積された電荷が発生する電界が電子ビームの照射位置をずらすという問題を発生する。このような照射位置に影響する電荷の蓄積は、特に静電偏向器に蓄積される電荷が大きく問題であるが、それだけでなく電子ビームが通過する経路付近にある絶縁表面すべてで問題になる。このような装置表面の電荷の蓄積を、一般にチャージアップと呼んでいる。電子ビーム露光装置は、非常に微細なパターンを描画するものであり、たとえ小さな照射位置のずれ（ドリフト）であっても大きな問題になる。
【００１６】
静電偏向器の構造や材料は、上記のように表面に電荷が蓄積しないような各種の工夫が施され、電極表面は、非常に清浄な状態にした上で組み立てられる。そのため、チャージアップによるドリフト量はかなり小さくなっているが、完全にゼロにすることは非常に難しいのが現状である。その原因は、試料表面のレジストによる汚染などによると考えられる。
【００１７】
図４は、電子ビームをレジストに照射することによる静電偏向器の汚染及びチャージアップを説明する図である。図４の（１）に示すように、試料（ウエハ）１の表面には、感光層であるレジスト層３が形成されている。電子ビーム１０をレジスト層３に照射すると、電子ビーム１０はレジスト層３に吸収されてレジスト層を感光させるが、一部はレジスト層３の表面で反射されて反射電子となる。また、一旦レジスト層３内に入った電子が再び放出されて２次電子となる。反射電子や２次電子は、静電偏向器を構成する絶縁性の保持部材５２の表面などに蓄積されて、チャージアップの原因となる。更に、電子ビームは加速されてレジスト層３に照射されるため、レジスト分子が蒸発し、それが静電偏向器や付近の装置の表面に付着して汚染するものと思われる。レジストは絶縁性であるので、レジスト分子が電極などの導電性の表面に付着すると、その部分に電子などが蓄積されて、チャージアップの原因となる。そのため、静電偏向器の材料や形状などの物理的な対策だけで、チャージアップを完全に除去するのは困難であり、ドリフトによる露光位置精度の低下が問題になっている。
【００１８】
本発明は、電子ビーム露光装置におけるチャージアップによるドリフトを低減して、露光位置精度を向上することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を実現するため、本発明の電子ビームの露光方法及び装置では、チャージアップによるドリフトに関係する要因を分析し、それらの要因から発生されるドリフト量を予測し、偏向量をその分だけ補正することで、露光位置精度を向上させる。
【００２０】
すなわち、本発明の電子ビームの露光方法は、電子ビームを試料上に収束すると共に偏向して所望の位置に照射する電子ビーム露光方法において、チャージアップ演算式に基づいて、装置のチャージアップによる電子ビームの照射位置のドリフト量を演算し、偏向器による偏向量を補正することを特徴とする。
また、本発明の電子ビームの露光は、電子ビームを発生する電子銃と、電子ビームを試料上に収束する収束ユニットと、電子ビームを偏向する偏向器と、試料を載置して移動する移動機構と、偏向器の偏向データを出力する偏向制御回路とを備える電子ビーム露光装置において、偏向制御回路は、チャージアップ演算式に基づいて、装置のチャージアップによる電子ビームの照射位置のドリフト量を演算し、偏向器による偏向量を補正することを特徴とする。
【００２１】
チャージアップ演算式は、例えば、電子ビームの照射であるショット毎の、試料に照射された電子ビームの電流量と、電子ビームの試料への照射位置と、電子ビームのオン・オフ時間とをパラメータとする式である。また、チャージアップ演算式は、電子ビームの電流量の２乗根に比例してドリフト量が変化する項を有することが望ましい。更に、チャージアップ演算式は、電子ビームの電流量が大きくなるように変化する場合と小さくなるように変化する場合で時定数が異なるようにすることが望ましい。更に、電子ビームの照射位置はＸＹ直交座標で表した場合に、チャージアップ演算式は、Ｘ方向とＹ方向の前記ドリフト量を別々に演算する。更に、チャージアップ演算式は、短時間のドリフト量を演算する時定数の小さな項と、長時間のドリフト量を演算する時定数の大きな項とを有することが望ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
前述のように、物理的な対策だけでチャージアップによるドリフト量をなくすことはできない。そこで、本発明では、チャージアップによるドリフト量を演算してその分を偏向器で補正するが、これにより照射位置精度を向上させるには、正確にドリフト量を演算することが重要である。本願発明者は、各種の実験を行い、チャージアップによるドリフト量に関係する要因を分析して、高い精度でチャージアップによるドリフト量を演算できるチャージアップ演算式を作成した。
【００２３】
まず、図４の（１）に示したように、チャージアップの直接の要因は、反射電子や２次電子と思われるが、反射電子や２次電子の量は電子ビームの電流量に関係するので、照射される電子ビームの電流量がパラメータの１つとして挙げられる。ブロック露光方式などでは、電流の密度は同じで、ビームの大きさ（サイズ）に応じて電流量が変化するので、ここでは電流量の替わりにビームサイズをパラメータとする。
【００２４】
また、電子ビームの照射位置が円筒状の静電偏向器の中心軸上であれば、静電偏向器の円形の下面は一様にチャージアップすると思われる。一様にチャージアップした場合には、電界は形成されないので、それによるドリフトは発生しない。図４の（２）に示すように、主偏向器や副偏向器により電子ビームが偏向され、照射位置が中心から変位した場合には、変位した方の部分がよりチャージアップするものと思われる。そのため、ビームの照射位置もパラメータである。試料上の照射位置はＸＹ座標で表されるので、ドリフト量もＸ座標とＹ座標でそれぞれ演算する必要がある。
【００２５】
図５は、副偏向器で中心軸からａ〜ｌで示す位置に偏向した場合にチャージアップにより生じる偏向位置のずれをベクトルで示した測定結果を示す。図示のように偏向位置によってずれの方向・大きさが異なることが分る。後述する演算式の係数Ｃは、各種の偏向位置についての図５のような測定結果を基づいて定めた。
【００２６】
更に、電子ビームの照射（ショット）に応じて発生された電荷が表面に蓄積されると共に、表面に付いた電荷は、その部分の表面抵抗と体積抵抗などにより徐々に装置のグランドに流れ、減少する。この減少具合は、電荷が付いた部分とグランドとの間の抵抗などにより異なり、抵抗の大きな部分では遅く減少し、抵抗の小さな部分では速く減少する。そのため、一旦付着した電荷の減少によるドリフトの減少は、時定数の大きな分と、時定数の大きな分を考える必要がある。
【００２７】
更に、露光を開始した直後は、チャージアップの量（蓄積された電荷の量）は小さく、ショットに応じてチャージアップの量が増加するが、チャージアップの量がある程度まで増加すると、グランドに漏れる電荷量も増加するため、ショット開始からある程度以上時間が経過するとほぼ平衡状態になる。
以上のような考えに基づいて、ビームの照射位置及びビームサイズを変えながら実際に露光を行い、その露光位置を検出する実験を繰り返して、次のようなチャージアップ演算式を作成した。
【００２８】
【数１】

【００２９】
ｑ（ｔ）は、ビームのドリフト量である。ｑ’（ｔ）は小さな時定数の成分であり、Ｑ（ｔ）は大きな時定数の成分である。これらの異なる時定数の項ｑ’（ｔ）とＱ（ｔ）を合わせることにより、ビームのドリフト量ｑ（ｔ）が得られる。
ｑ’（ｔ）は次の式で表される。
【００３０】
【数２】

【００３１】
また、Ｑ（ｔ）は次の式で表される。
【００３２】
【数３】

【００３３】
式（２）と（３）は、共に基本式である。ビームのオン・オフあるいはビームサイズが変わる瞬間に時定数を切り替えて、ｔ＝０から計算を始める。計算は、ｘ方向とｙ方向について行われるので、実質的には次の４組の式で計算が行われる。
【００３４】
【数４】

【００３５】
このように、このチャージアップ演算式のｑ’（ｔ）とＱ（ｔ）の項では、それぞれ前回のショットによるドリフト量と、前回のショット時のドリフト補正量の和でドリフト量を求めている。前回以前のショットの累積によるドリフト量は前回のショット時のドリフト補正量で表される。
本発明の実施例の電子ビーム露光装置は、図１から図３で説明したような従来と同じ構成を有する装置であり、副偏向器で電子ビームの照射位置を、上記のチャージアップ演算式に従って演算したドリフト量と逆の量だけ偏向して補正する点が異なる。この補正演算と補正は、例えば、図２の制御回路を構成するＣＰＵ４６が行う。ＣＰＵ４６に上記のチャージアップ演算式を記憶しておき、各ショットのビームサイズと照射位置及び記憶してある前回演算したドリフト量に応じてドリフト量を算出して記憶する。そして算出したドリフト量の分だけ副偏向器による偏向量を補正した補正偏向量を副偏向器演算回路４４に出力する。この演算は、各ショット毎に実時間で行う必要がある。
【００３６】
図６の（１）は、実際に図示のような順に、１×１、２×２、４×４の３種類のショットを行った場合のドリフト量の測定値を示す図であり、（２）は上記の式に基づいて補正を行った場合のドリフト量の測定値を示す図である。補正を行うことにより、ドリフト量は減少している。これにより、照射位置のずれが低減できる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、チャージアップによる電子ビームの照射位置のドリフトを補正するので、照射位置精度が大幅に向上し、露光パターンの精度が改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子ビーム露光装置の電子光学コラムの構成を示す図である。
【図２】現状の電子ビーム露光装置の偏向手段の構成を示す図である。
【図３】静電偏向器の構成例を示す図である。
【図４】チャージアップの原因を説明する図である。
【図５】偏向位置によるチャージアップドリフト量の差を示す図である。
【図６】補正を行わない場合と行った場合のドリフト量の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
１…試料（ウエハ）
１１…電子銃
１６、１８、２３、２５…マスクデフレクタ
２１…ブロックマスク
２８…縮小レンズ
２９…ダイナミックフォーカスレンズ
３０…投影レンズ
３１…主偏向器
３１ａ〜３１ｄ…電磁偏向器
３２…副偏向器
４１ａ〜４１ｄ…主偏向ＤＡ／アンプ
４２ａ〜４２ｄ…主偏向演算回路
４３…副偏向ＤＡ／アンプ
４４…副偏向演算回路
４６…ＣＰＵ

Claims

電子ビームを試料上に収束すると共に偏向して所望の位置に照射する電子ビーム露光方法において、
前記電子ビームの照射であるショット毎の、前記試料に照射された前記電子ビームの電流量と、前記電子ビームの前記試料への照射位置と、前記電子ビームのオン・オフ時間とをパラメータとする式であるチャージアップ演算式に基づいて、当該装置のチャージアップによる前記電子ビームの照射位置のドリフト量を演算し、前記偏向器による偏向量を補正することを特徴とする電子ビーム露光方法。
請求項１に記載の電子ビーム露光方法であって、前記チャージアップ演算式は、前記電子ビームの電流量の２乗根に比例して前記ドリフト量が変化する項を有する電子ビーム露光方法。
請求項１又２に記載の電子ビーム露光方法であって、前記チャージアップ演算式は、前記電子ビームの電流量が大きくなるように変化する場合と小さくなるように変化する場合で時定数が異なる電子ビーム露光方法。
請求項１から３のいずれか１項に記載の電子ビーム露光方法であって、前記電子ビームの照射位置はＸＹ直交座標で表され、前記チャージアップ演算式は、Ｘ方向とＹ方向の前記ドリフト量を別々に演算する電子ビーム露光方法。
請求項１から４のいずれか１項に記載の電子ビーム露光方法であって、前記チャージアップ演算式は、短時間のドリフト量を演算する時定数の小さな項と、長時間のドリフト量を演算する時定数の大きな項とを備える電子ビーム露光方法。
電子ビームを発生する電子銃と、前記電子ビームを試料上に収束する収束ユニットと、前記電子ビームを偏向する偏向器と、前記試料を載置して移動する移動機構と、前記偏向器の偏向データを出力する偏向制御回路とを備える電子ビーム露光装置において、
前記偏向制御回路は、
前記電子ビームの照射であるショット毎の、前記試料に照射された前記電子ビームの電流量と、前記電子ビームの前記試料への照射位置と、前記電子ビームのオン・オフ時間とをパラメータとする式であるチャージアップ演算式に基づいて、当該装置のチャージアップによる前記電子ビームの照射位置のドリフト量を演算し、前記偏向器による偏向量を補正することを特徴とする電子ビーム露光装置。
請求項６に記載の電子ビーム露光装置であって、前記チャージアップ演算式は、前記電子ビームの電流量の２乗根に比例して前記ドリフト量が変化する項を有する電子ビーム露光装置。
請求項６又は７に記載の電子ビーム露光装置であって、前記チャージアップ演算式は、前記電子ビームの電流量が大きくなるように変化する場合と小さくなるように変化する場合で時定数が異なる電子ビーム露光装置。
請求項６から８のいずれか１項に記載の電子ビーム露光装置であって、前記電子ビームの照射位置はＸＹ直交座標で表され、前記チャージアップ演算式は、Ｘ方向とＹ方向の前記ドリフト量を別々に演算する電子ビーム露光装置。
請求項６から９のいずれか１項に記載の電子ビーム露光装置であって、前記チャージアップ演算式は、短時間のドリフト量を演算する時定数の小さな項と、長時間のドリフト量を演算する時定数の大きな項とを備える電子ビーム露光装置。