(57)【要約】【課題】サーボ制御により生じる機械振動成分を除去することなく、レーザ干渉計の測定信号に含まれる非線形誤差成分を最大限除去することが可能な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。【解決手段】試料が載置されるステージの位置の測定にレーザ干渉計を用いる。レーザ干渉計の測定信号に含まれる非線形誤差成分を除去するフィルタ部のカットオフ周波数を、ステージ移動制御部による制御後のステージ位置を目標位置に近づけるサーボ制御が行われる周期Ｔｓの逆数（１／Ｔｓ）に設定する。【選択図】図４
2010192508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向に移動自在なステージと、
前記ステージの加速度を所定の周期でデジタル制御して、所定の目標位置への前記ステージの移動を制御するステージ移動制御部と、
前記ステージ移動制御部による制御後の前記ステージの位置を前記目標位置に近づけるように前記ステージを移動させるサーボ制御を所定の周期で実行するサーボ制御部と、
前記ステージの位置を測定するレーザ干渉計と、
カットオフ周波数を前記サーボ制御の周期の逆数に設定することで前記レーザ干渉計の測定信号に含まれる非線形誤差成分を除去するフィルタ部と、
前記フィルタ部により前記非線形誤差成分が除去された測定信号に基づいて、前記ステージの位置を検出するステージ位置検出部とを備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
【請求項２】
前記サーボ制御の周期が、前記ステージ移動制御部によるデジタル制御の周期よりも短く設定された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】
前記サーボ制御部と、前記ステージ移動制御部とが一体に構成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の荷電粒子ビーム描画装置。
【請求項４】
水平方向に移動自在なステージに載置された試料に荷電粒子ビームを照射してパターンを描画する荷電粒子ビーム描画方法において、
前記ステージの加速度を所定の周期でデジタル制御して、所定の目標位置への前記ステージの移動を制御するステップと、
前記ステージの移動制御を行った後の前記ステージの位置を前記目標位置に近づけるように前記ステージを移動させるサーボ制御を所定の周期で実行するステップと、
レーザ干渉計を用いて前記ステージの位置を測定するステップ、
所定のカットオフ周波数が設定されたフィルタ部を用いて、前記レーザ干渉計の測定信号に含まれる非線形誤差成分を除去するステップと、
前記非線形誤差成分が除去された測定信号に基づいて、ステージ位置を検出するステップと、
前記カットオフ周波数を前記サーボ制御の周期の逆数に設定するステップとを含むことを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
【請求項５】
前記サーボ制御の周期を、前記デジタル制御の周期よりも短く設定することを特徴とする請求項４記載の荷電粒子ビーム描画方法。
【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】
半導体デバイスの高集積化に伴い、半導体デバイスの回路パターンが微細化されている。半導体デバイスに微細な回路パターンを形成するためには、高精度の原画パターン（即ち、レチクル或いはマスク）が必要となる。高精度の原画パターンを製造するために、優れた解像性を有する電子ビーム描画装置が用いられている。
【０００３】
この種の電子ビーム描画装置では、試料が載置されるステージを移動させながら電子ビームを照射して、試料にパターンを描画している。描画位置の精度を高めるには、ステージの位置を精度良く測定する必要がある。ステージの位置測定には、一般にレーザ干渉計が用いられている。このレーザ干渉計の測定信号に含まれる非線形誤差成分を除去するために、所定のカットオフ周波数が設定されたデジタルフィルタを備えた描画装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。尚、この特許文献１には、カットオフ周波数の具体的な設定方法が開示されていない。
【０００４】
また、描画位置の精度を高めるために、移動制御後のステージの位置を目標位置に近づけるようにステージを移動させる、いわゆるサーボ制御が行われている。
【０００５】
ここで、上記非線形誤差成分の周波数は、ステージ速度に比例する。近年の描画パターンの微細化及び高密度化に対応するために、サーボ制御時のステージ速度が遅くされると、レーザ干渉計の測定信号に含まれる非線形誤差成分の周波数が低くなる。このような低い周波数の非線形誤差成分を除去するには、デジタルフィルタのカットオフ周波数を低く設定すればよい。
【０００６】
然し、カットオフ周波数を低く設定すると、非線形誤差成分だけでなく、ステージのサーボ制御により生じる描画装置の機械振動成分も除去されるため、ステージ位置の測定精度の低下を招き、その結果、描画位置精度が低下する。従って、ステージ位置の測定精度を向上させるためには、サーボ制御により生じる機械振動成分を除去することなく、レーザ干渉計の測定信号に含まれる非線形誤差成分を最大限除去するように、フィルタ部のカットオフ周波数を設定する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−３３２８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、上記課題に鑑み、サーボ制御により生じる機械振動成分を除去することなく、レーザ干渉計の測定信号に含まれる非線形誤差成分を最大限除去することが可能な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にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、水平方向に移動自在なステージと、ステージの加速度を所定の周期でデジタル制御して、所定の目標位置へのステージの移動を制御するステージ移動制御部と、ステージ移動制御部による制御後のステージの位置を目標位置に近づけるようにステージを移動させるサーボ制御を所定の周期で実行するサーボ制御部と、ステージの位置を測定するレーザ干渉計と、カットオフ周波数をサーボ制御の周期の逆数に設定することでレーザ干渉計の測定信号に含まれる非線形誤差成分を除去するフィルタ部と、フィルタ部により非線形誤差成分が除去された測定信号に基づいて、ステージの位置を検出するステージ位置検出部とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
この第１の態様において、サーボ制御の周期が、ステージ移動制御部によるデジタル制御の周期よりも短く設定されることが好ましい。
【００１１】
この第１の態様において、サーボ制御部とステージ移動制御部とが一体に構成されてもよい。
【００１２】
本発明の第２の態様は、水平方向に移動自在なステージに載置された試料に荷電粒子ビームを照射してパターンを描画する荷電粒子ビーム描画方法において、ステージの加速度を所定の周期でデジタル制御して、所定の目標位置へのステージの移動を制御するステップと、ステージの移動制御を行った後のステージの位置を目標位置に近づけるようにステージを移動させるサーボ制御を所定の周期で実行するステップと、レーザ干渉計を用いてステージの位置を測定するステップ、所定のカットオフ周波数が設定されたフィルタ部を用いて、レーザ干渉計の測定信号に含まれる非線形誤差成分を除去するステップと、非線形誤差成分が除去された測定信号に基づいて、ステージ位置を検出するステップと、カットオフ周波数をサーボ制御の周期の逆数に設定するステップとを含むことを特徴とする。
【００１３】
この第２の態様において、サーボ制御の周期を、デジタル制御の周期よりも短く設定することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、フィルタ部のカットオフ周波数が、サーボ制御の周期の逆数に設定されるため、サーボ制御により生じる機械振動成分を除去することなく、レーザ干渉計の測定信号に含まれる非線形誤差成分を最大限除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態１において、電子ビーム描画装置の構成を示す概念図である。
【図２】電子線による描画の様子を説明する図である。
【図３】デジタルフィルタに設定されるカットオフ周波数を示す図である。
【図４】本発明の実施形態において、（ａ）はサーボ制御の周期Ｔｓを説明する図であり、（ｂ）はサーボ制御により生じる機械振動の波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態１において、電子ビーム描画装置の構成を示す概念図である。図１に示す電子ビーム描画装置１は、描画室１０１と、描画室１０１の上に配置された電子鏡筒１３０とを備えている。
【００１８】
描画室１０１内には、試料１０２であるマスクが載置され、水平方向に移動自在なＸＹステージ（以下「ステージ」という。）１０３が収容されている。ステージ１０３は、Ｘ方向（紙面に平行な方向）とＹ方向（紙面に垂直な方向）に移動する。ステージ１０３を駆動する駆動部１０４であるモータは、ステージ移動制御部１２２により制御される。これにより、所定の目標位置へのステージ１０３の移動が制御される。
【００１９】
ステージ１０３の端部には、ミラー１１１が取り付けられている。ステージ１０３の位置は、レーザ干渉計１１０により測定される。レーザ干渉計１１０は、レーザを投光する投光部たるレーザヘッド１１３と、光学系１１２と、受光部１１４とを備えている。レーザヘッド１１３から光学系１１２を介してミラー１１１にレーザ光を当てると、ミラー１１１で反射されたレーザ光が光学系１１２を介して受光部１１４により受光される。上記レーザ干渉計１１０の測定信号は、ステージ位置検出部１２０に入力される。ステージ位置検出部１２０は、後述するフィルタ部１２１を備えており、レーザ干渉計１１０の測定信号に基づいてステージ１０３の位置を検出する。
【００２０】
電子鏡筒１３０内には、電子銃１３１、照明レンズ１３３、矩形の開口を有する第１のアパーチャ１３４、投影レンズ１３５、ビーム成形用の偏向器１３６、第２のアパーチャ１３７、対物レンズ１３８及びビーム走査用の偏向器１３９が設けられている。
【００２１】
電子銃１３１から出た電子線１３２は、照明レンズ１３３により第１のアパーチャ１３４全体を照明する。この第１のアパーチャ１３４を通過した第１のアパーチャ像の電子線１３２は、投影レンズ１３５により第２のアパーチャ１３７上に投影される。この第２のアパーチャ１３７上での第１のアパーチャ像の位置は、偏向器１３６によって制御されるため、ビーム形状と寸法を変化させることができる。第２のアパーチャ１３７を通過した第２のアパーチャ像の電子線１３２は、対物レンズ１３８により焦点を合わせると共に、偏向器１３９により偏向されて、描画室１０１内のステージ１０３上に載置された試料１０２の所望の位置に照射される。
【００２２】
図１に示す電子ビーム描画装置１は、電子ビーム描画装置１の全体的な制御を行う制御計算機２００を備えている。制御計算機２００は、カットオフ周波数設定部２０１を備えている。カットオフ周波数設定部２０１は、フィルタ部１２１のカットオフ周波数を設定するものである。
【００２３】
この制御計算機２００には、磁気ディスク装置等の記憶装置２１０、ショットデータ生成部２２０、偏向制御部２３０、ステージ位置検出部１２０、ステージ移動制御部１２２及びサーボ制御部１２３が接続されている。記憶装置２１０には、ＬＳＩの描画データが格納されている。この描画データには、図形パターンの形状及び位置が定義されている。
【００２４】
制御計算機２００は、所望のストライプ領域を描画するために必要な描画データを記憶装置２０１から読み出し、ショットデータ生成部２２０に転送する。ショットデータ生成部２２０は、描画データに定義された図形パターンをショット単位に分割したショットデータを生成する。偏向制御部２３０は、ショットデータ生成部２２０により生成されたショットデータに基づいて、ビーム成形用の偏向器１３６を制御する偏向信号を生成する。この偏向信号は、図示省略する公知のＤＡＣアンプユニットによりＤ／Ａ変換された後に増幅され、偏向器１３６の電極に印加される。また、偏向器制御部２３０は、ショットデータに基づいて、ビーム走査用の偏向器１３９を制御する偏向信号を生成する。この偏向信号は、図示省略する公知のＤＡＣアンプによりＤ／Ａ変換された後に増幅され、偏向器１３９の電極に印加される。
【００２５】
図２は、電子線による描画の様子を説明する図である。試料１０２に描画する場合には、ステージ移動制御部１２２により制御される駆動部１０４によりステージ１０３をＸ方向に連続移動させながら、偏向器１３９の偏向幅に応じて短冊状に分割されたストライプ領域１０２ａ上に電子線１３２を照射する。
【００２６】
ここで、ステージ１０３のＸ方向の移動は連続移動とし、同時に電子線１３２のショット位置もステージ移動に追従させる。連続移動させることで描画時間を短縮することができる。また、パターン密度（即ち、所定領域内のショット数）に応じて、ステージ速度を可変にするステージ可変速描画を行ってもよい。このステージ可変速描画により、更に描画時間を短縮することができる。
【００２７】
そして、１つのストライプ領域１０２ａの描画が終了すると、ステージ１０３を駆動部１０４によりＹ方向にステップ送りし、逆向きのＸ方向に次のストライプ領域１０２ａの描画処理を行なう。これを繰り返すことにより、各ストライプ領域１０２ａが順次描画される。
【００２８】
次に、上記描画処理におけるステージ位置の検出について説明する。
【００２９】
描画位置の精度を高めるためには、ステージ１０３の位置を精度良く検出する必要がある。ステージ位置の測定には、一般にレーザ干渉計１１０が用いられる。レーザ干渉計１１０の測定信号は、ステージ位置検出部１２０に入力される。
【００３０】
ここで、ステージ位置検出部１２０により、レーザ干渉計１１０の測定信号に基づいて、ステージ位置を精度良く検出するためには、この測定信号とステージ位置との間に完全な線形関係が成立することが望ましい。然し、実際は、両者間に完全な線形関係が成立しない。これは、レーザ干渉計１１０で用いられるレーザ光中に混在する垂直波と水平波とが互いに干渉することによって測定信号が得られるが、これら垂直波と水平波はレーザ干渉計１１０の光学系１１２で完全に分離されないため、非線形誤差を生じ、その結果、レーザ干渉計１１０の測定信号が非線形誤差成分を含むためである。
【００３１】
そこで、ステージ位置検出部１２０により上記測定信号に基づきステージ位置を検出する前に、上記カットオフ周波数設定部２０１により所定のカットオフ周波数が設定されたフィルタ部１２１により、上記測定信号に含まれる非線形誤差成分を除去する。図３は、カットオフ周波数ｆｃが設定されたフィルタ部１２１のゲイン特性を示している。このフィルタ部１２１によれば、カットオフ周波数ｆｃ以上の周波数を有する非線形誤差成分を除去することができる。
【００３２】
また、描画位置の精度を高めるために、サーボ制御部１２３によりサーボ制御が行われる。つまり、上記ステージ移動制御部１２２による制御後のステージの位置を目標位置に近づけるようにステージ１０３を移動させる制御を行っている。
【００３３】
ところで、次式(1)で表されるように、ステージ速度Ｖｓが変化すると、レーザ干渉計１１０の測定信号に現れる非線形誤差成分の周波数ｆｎｌが変動する。次式(1)によれば、ステージ速度Ｖｓが遅くなると、非線形誤差成分の周波数ｆｎｌが低くなる。
【００３４】
（λ／４）／Ｖｓ＝１／ｆｎｌ・・・(1)
尚、上式(1)において、「λ／４」は、非線形誤差成分が有する空間周波数を表す。例えば、レーザ干渉計１１０でＨｅＮｅレーザ光を用いる場合の空間周波数（λ／４）は、６３２．８ｎｍである。
【００３５】
高密度のパターンを描画する際には、ステージ移動制御部１２２によりステージ速度Ｖｓが遅くされると共に、サーボ制御部１２３によりステージ速度Ｖｓが遅くされる場合がある。このようにステージ速度Ｖｓが遅くされると、レーザ干渉計１１０の測定結果に含まれる非線形誤差成分の周波数ｆｎｌが低くなる。
【００３６】
このように低い周波数ｆｎｌを有する非線形誤差成分を除去するためには、フィルタ部１２１のカットオフ周波数ｆｃを出来るだけ低く設定すればよい。然し、カットオフ周波数ｆｃを低く設定すると、ステージ移動制御やサーボ制御に起因する機械振動も除去されるため、ステージ位置の検出精度の低下を招く。
【００３７】
そこで、本実施形態では、カットオフ周波数ｆｃを、サーボ制御の周期Ｔｓの逆数（１／Ｔｓ）、すなわち、サーボ周波数ｆｓに設定する。以下、この点について、具体的に説明する。
【００３８】
上記サーボ制御部１２３は、図４（ａ）において実線で示すように、駆動部１０４からステージ１０３に与えるトルクを単位制御周期Ｔｓでパルス状にデジタル制御している。つまり、サーボ制御時のステージ１０３の加速度を単位制御周期Ｔｓでパルス状にデジタル制御している。このようなサーボ制御により生じる機械振動波形を図４（ｂ）に示す。
【００３９】
尚、図４（ａ）には、＋（プラス）側の加速度の絶対値と−（マイナス）側の加速度の絶対値が同じであり、加速度が一定にされる時間が常に単位周期Ｔｓである規則的な制御波形を例示しているが、加速度の絶対値が異なっていてもよく、加速度が一定にされる時間が単位周期Ｔｓの自然数倍であってもよい。
【００４０】
ここで、図４（ｂ）において細線で示す機械振動Ａ、つまり、サーボ制御の周期Ｔｓよりも短い周期を有する機械振動Ａは生じない。従って、サーボ制御により、その周期Ｔｓ以上の周期を有する機械振動Ｂ、Ｃ、Ｄが生じ得る。このため、フィルタ部１２１のカットオフ周波数ｆｃを周期Ｔｓの逆数（１／Ｔｓ）に設定することで、サーボ制御により生じる機械振動Ｂ、Ｃ、Ｄを除去することなく、レーザ干渉計１１０の測定信号に含まれる非線形誤差成分を最大限除去することができる。
【００４１】
ここで、ステージ移動制御部１２２は、図４（ａ）において破線で示すように、ステージ１０３の加速度を単位制御周期Ｔａでパルス状にデジタル制御している。このステージ移動制御の周期Ｔａがサーボ制御の周期Ｔｓよりも短く設定されている場合に、フィルタ部１２１のカットオフ周波数ｆｃをサーボ周期Ｔｓの逆数（１／Ｔｓ）に設定すると、ステージ移動制御により生じた機械振動がフィルタ部１２１により除去される虞がある。例えば、周期Ｔａと同じ周期を有する機械振動Ｂが除去される虞がある。かかる機械振動が除去されると、ステージ位置の検出精度の低下を招く。
【００４２】
そこで、本実施形態では、図４（ａ）に示すように、サーボ制御部１２３によるサーボ制御の周期Ｔｓを、ステージ移動制御部１２２によるデジタル制御の周期Ｔａよりも短く設定する。これにより、ステージ移動制御１２２のステージ移動制御により生じる機械振動を除去することがないため、ステージ位置の検出精度の低下を招かない。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態では、フィルタ部１２１のカットオフ周波数ｆｃが、サーボ制御の周期Ｔｓの逆数１／Ｔｓ（＝サーボ周波数ｆｓ）に設定されるため、サーボ制御に起因する機械振動成分を除去することなく、レーザ干渉計１１０の測定信号に含まれる非線形誤差成分を最大限除去することができる。そして、このように非線形誤差成分が最大限除去された測定信号に基づいて、ステージ位置検出部１２０によりステージ位置を精度良く検出することができる。これにより、描画位置精度を向上させることができる。
【００４４】
また、本実施形態では、サーボ制御部１２３によるサーボ制御の周期Ｔｓをステージ移動制御部１２２によるデジタル制御の周期Ｔａよりも短く設定するため、上記のようにフィルタ部１２１のカットオフ周波数ｆｃをサーボ制御の周期Ｔｓの逆数に設定しても、ステージ移動制御により生じる機械振動成分を除去することがなく、ステージ位置の検出精度の低下を招かない。
【００４５】
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で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、本発明はこれ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を用いた場合にも適用可能である。
【００４６】
また、上記実施形態において、ステージ位置検出部１２０の内部にフィルタ部１２１を備えているが、ステージ位置検出部１２０の外部にフィルタ部１２１を備えるように構成してもよい。
【００４７】
また、上記実施形態において、ステージ移動制御部１２２とサーボ制御部１２３とを別個に構成しているが、一体化されていてもよい。これにより、装置構成を簡略化することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１  電子ビーム描画装置（荷電粒子ビーム描画装置）
１０２  試料
１０３  ステージ
１１０  レーザ干渉計
１２０  ステージ位置検出部
１２１  フィルタ部
１２２  ステージ移動制御部
１２３  サーボ制御部
２０１  カットオフ周波数設定部
【図１】
2010192508.tif 000003
【図２】
2010192508.tif 000004
【図３】
2010192508.tif 000005
【図４】
2010192508.tif 000006