(57)【要約】【課題】磁性膜を有する試料に対しても磁場によるビーム照射位置ずれの発生を抑制することができ、描画精度の向上をはかる。【解決手段】磁性膜を有する試料に対する荷電粒子ビーム描画方法であって、試料２１上の磁場分布を測定し、測定された磁場分布に基づいて、試料２１上の各位置における荷電粒子ビームの位置ずれ量を計算し、計算された位置ずれ量を基に、荷電粒子ビームを所望の位置に照射するための位置補正量及び描画条件を計算し、計算された位置補正量及び描画条件を基に試料上に所望パターンを描画する。【選択図】図１
2014007241.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料上の磁場分布を測定する工程と、
前記測定された磁場分布に基づいて、前記試料上の各位置における荷電粒子ビームの位置ずれ量を計算する工程と、
前記計算された位置ずれ量を基に、荷電粒子ビームを所望の位置に照射するための位置補正量及び描画条件を計算する工程と、
前記計算された位置補正量及び描画条件を基に前記試料上に所望パターンを描画する工程と、
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２】
前記磁場の分布を測定するために、磁気力顕微鏡又はローレンツ電子顕微鏡を用い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方法。
【請求項３】
前記荷電粒子ビームの位置ずれ量を計算する工程として、前記測定された磁場によるローレンツ力を考慮したシミュレーションに基づいて前記位置ずれ量を予測することを特徴とする請求項１又は２に記載の荷電粒子ビーム描画方法。
【請求項４】
試料上に荷電粒子ビームを選択的に照射して該試料に所望パターンを描画する荷電粒子ビーム描画装置であって、
前記試料上の磁場分布を測定する磁場測定器と、
前記測定された磁場分布に基づいて、前記試料上の各位置における荷電粒子ビームの位置ずれ量を計算する位置ずれ量計算部と、
前記計算された位置ずれ量を基に、荷電粒子ビームを所望の位置に描画するための位置補正量及び描画条件を計算する補正計算部と、
前記計算された位置補正量及び描画条件に基づいて荷電粒子ビームによる描画を制御する描画制御部と、
を具備したことを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
【請求項５】
前記磁場測定器は、磁気力顕微鏡又はローレンツ電子顕微鏡であり、前記試料を収容する試料室内に設けられてい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装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、磁性膜を有する試料に対する荷電粒子ビーム描画方法及び描画装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、試料上に微細パターンを形成する電子ビーム描画装置は、磁性体を利用した半導体製品や磁気ヘッドなどの磁気デバイス製品の製造にも用いられている。磁気デバイス製品の製造においては、基板上の磁性膜の近傍では、膜の磁極の向きに応じて磁場が発生している。このため、磁性膜やその近傍に電子ビームを照射すると、ローレンツ力を受けて電子ビームの位置がずれることになる。この場合、所望の位置からずれて描画されることになり、描画精度の低下を招き、回路パターンの出来映えが悪化する現象が生じる。
【０００３】
描画位置ずれの対策として、上記の現象は同一状態のロットであれば分布が概ね再現するため、ロットの１枚目を先行実験として処理し、そのずれた分だけ位置を補正して２枚目以降を処理する方法が採用されている。しかし、この方法では先行の１枚目は補正できず悪い出来映えとなる。また、単純に１枚目でずれた分だけ移動補正する方法の場合、ずらした位置ではまた磁場状態が異なるため、１枚目とは異なる傾向の位置ずれが生じることになり、所望の出来映えに補正しきれない可能性が高いという課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１６１０９９号公報
【特許文献２】特開２００７−１９１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明が解決しようとする課題は、磁性膜を有する試料に対しても磁場によるビーム照射位置ずれの発生を抑制することができ、描画精度の向上をはかり得る荷電粒子ビーム描画方法及び描画装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の荷電粒子ビーム描画方法は、試料上の磁場分布を測定する工程と、前記測定された磁場分布に基づいて、前記試料上の各位置における荷電粒子ビームの位置ずれ量を計算する工程と、前記計算された位置ずれ量を基に、荷電粒子ビームを所望の位置に照射するための位置補正量及び描画条件を計算する工程と、前記計算された位置補正量及び描画条件で描画する工程と、を含むことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係わる電子ビーム描画装置を示す概略構成図。
【図２】第１の実施形態に係わる電子ビーム描画方法を説明するためのフローチャート。
【図３】図１の装置に用いた磁場測定器の測定ヘッドを示す斜視図。
【図４】磁性膜近傍に形成される磁場の分布及び電子ビームが受ける力の方向を示す模式図。
【図５】磁性膜による磁場により電子ビームの軌道がずれる様子を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態の電子ビーム描画方法及び描画装置を、図面を参照して説明する。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係わる電子ビーム描画装置を示す概略構成図である。
【００１０】
図中の１０は電子光学鏡筒であり、この電子光学鏡筒１０内には、電子ビームを発生する電子銃１１、電子ビームを集束する各種レンズ１２（１２ａ〜１２ｄ）、電子ビームを偏向又はブランキングする各種偏向器１３（１３ａ〜１３ｃ）、及び電子ビームを成形するアパーチャマスク１４（１４ａ〜１４ｃ）などが収容されている。電子光学鏡筒１０の構成は、可変成形ビームを形成する一般的な装置と同様である。２０は試料室であり、この試料室２０内には、半導体ウェハ等の試料２１及び該試料２１を載置して移動可能な試料ステージ２２が収容されている。
【００１１】
３０は各部を制御するＣＰＵ、４０は電子ビーム描画データを基に各種の描画操作を制御する描画制御回路、４１は電子銃１１の加速電圧や電流を制御する電子銃制御回路、４２は電子ビーム各ショットの照射のタイミング及び照射時間を制御するブランキング制御回路、４３はレンズ１２の励磁電流を制御するレンズ電流制御回路、４４は電子ビーム各ショットの形状を制御するビーム寸法可変用の偏向制御回路、４５は電子ビーム各ショットの試料２１上への照射位置を制御するビーム走査用の偏向制御回路、４６はステージ２２の位置及び移動を制御するステージ制御回路である。
【００１２】
この装置では、電子銃１１から放出され、ブランキング用アパーチャマスク１４ａを通過した電子ビームは、偏向器１３ｂ及びビーム成形用アパーチャ１４ｂ，１４ｃによりビーム形状及び寸法が制御され、偏向器１３ｃにより試料面上で走査されるようになっている。また、偏向器１３ａによりビームはブランキング（ＯＮ／ＯＦＦ）されるようになっている。さらに、図には示さないが、アパーチャマスク１４は水平方向に移動可能となっている。
【００１３】
ここまでの基本構成に加え本実施形態では、磁場測定器２３，磁場測定回路５１，ビーム軌道計算回路５２，及び補正計算回路５３が設けられている。
【００１４】
磁場測定器２３は、磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）やローレンツ電子顕微鏡等からなり、試料室２０内に配置されている。そして、磁場測定回路５１では、磁場測定器２３を試料２１上で走査することにより、試料２１上の磁場分布が測定される。ビーム軌道計算回路５２では、磁場測定回路５１で測定された磁場分布からビームの位置ずれ量が測定される。補正計算回路５３では、ビーム軌道計算回路５２により計算された位置ずれ量から、ビームを所望の位置に照射するための位置補正量及び描画条件が計算される。そして、計算された位置補正量及び描画条件が描画制御回路３０に供給され、各種の制御回路４１〜４６により計算された位置補正量及び描画条件で描画するようになっている。
【００１５】
次に、図１の電子ビーム描画装置を用いた描画方法について、図２のフローチャートを参照して説明する。
【００１６】
最初に、図３のような磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）やローレンツ電子顕微鏡などの磁場測定器２３を利用して、試料２１上の磁性膜の磁場の分布を測定する（ステップＳ１）。具体的には、試料２１上で磁場測定器２３の測定ヘッドを試料面内方向にスキャンし、磁場分布測定回路５１により試料２１上の全面の磁場分布を測定する。
【００１７】
ここで、図４（ａ）（ｂ）に示すように、基板２１１上に磁性膜２１２を形成した試料２１では、基板２１１上の磁性膜２１２の磁極の向きに応じて磁場が発生している。試料２１に入射する電子ビームは、ビームの進行方向及び磁場の方向の両方に垂直な方向にローレンツ力を受ける。図４（ａ）は磁性膜２１２が垂直方向に磁化している場合、図４（ｂ）は磁性膜２１２が水平方向に磁化している場合であり、磁場の影響は垂直磁化の方が大きい。
【００１８】
このように磁性膜２１２又はその近傍に電子ビームを照射すると、ローレンツ力を受けて電子ビームの位置がずれる。このため、電子ビームが所望の位置からずれて描画されることになり、回路パターンの出来映えが悪化する。
【００１９】
そこで本実施形態では、磁場測定回路５１により測定した磁場分布から、ビーム軌道計算回路５２により、電子ビームが受けるローレンツ力を考慮した、電子ビームの軌道分布、即ちビーム照射位置に対するビーム位置ずれ量を計算する（ステップＳ２）。この計算には、例えば下記の式（１）〜（３）を利用する。
【００２０】
ΔＶi ＝ｋi Ｉi1/2 Ｌi1/2 ／αi2/5  …（１）
σ＝ｋＩＬ／α3/2                   …（２）
Ｆ＝ｑ（Ｅ＋Ｖ×Ｂ）                …（３）
式（１）（２）は電子ビーム単体の空間電荷効果による軌道の広がりを示す式であり、式（１）は Boersh effect と呼ばれるエネルギー分散を大きくする効果によるエネルギー分散の増加量ΔＶｉを、式（２）は Space charge effect と呼ばれるビーム軌道の広がりとフォーカスずれの効果による軸中心でのビームぼけ量σを示す。ここで、Ｉはビーム電流、Ｌは光路長、αはビーム集束半角、Ｖは加速電圧、ｋは比例定数を、各パラメータのｉは光路の位置を示す。また、式（３）はローレンツ力Ｆを示しており、電子が受ける力を示す。
【００２１】
これらの式を利用して、対象の装置の系に応じて差分法や有限要素法などのシミュレーションで電子ビームの軌道計算を行い、回路パターンを描画したい位置に電子を到達させるための条件として、ビーム位置補正量と加速電圧やレンズ電流等の描画条件を計算する（ステップＳ３）。
【００２２】
そして、上記の計算結果に基づき描画を行うことで、どのような磁性膜に対しても、回路パターンの出来映えバラツキを少なく描画することが可能となる（ステップＳ４）。具体的には、前記図１に示す描画装置で、描画制御回路４０に上記の位置補正量及び描画条件を設定し、位置補正量及び描画条件に基づいて各制御回路４１〜４６を制御して描画を行うことによって、磁場分布によるビームの位置ずれを無くした精度良い描画が可能となる。
【００２３】
なお、ローレンツ力Ｆには、基板表面と平行なｘ，ｙ方向と共に、基板表面に垂直なｚ方向がある。このため、磁場による影響により、図５に示すように、試料面上のビーム位置がｘ，ｙ方向にずれたり、ｚ方向にずれる場合がある。ｘ，ｙ方向のズレに対しては偏向器１３ｃの偏向電圧又はアパーチャマスク１４ｃの位置を調整し、ｚ方向のズレ（フォーカスずれ）に関してはレンズ電流又は電子銃１１の加速電圧を調整する。これにより、試料２１上には、磁場の影響によるビーム位置ずれの少ない描画が可能となる。
【００２４】
このように本実施形態によれば、加工対象である基板上に成膜された磁性膜の磁場の分布を、磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）やローレンツ電子顕微鏡などで測定器により測定する。続いて、その磁性膜の位置に応じて電子ビームの電子が受けるローレンツ力を計算して電子ビームの軌道を計算し、回路パターン全体の位置ずれ量が最適になるように描画位置や描画条件を調整して露光する。これにより、磁性膜による磁場によるビームの位置ずれを抑制することができ、出来映えバラツキを低減することができる。
【００２５】
即ち、磁性膜を有する試料に対しても磁場によるビーム照射位置ずれの発生を抑制することができ、出来映えバラツキの低減をはかることができる。従って、磁性体を利用した半導体製品や磁気ヘッドなどの磁気デバイス製品の歩留りや性能が向上できる。
【００２６】
（変形例）
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。
【００２７】
電子ビーム描画装置の基本構成は、前記図１に何ら限定されるものではなく、仕様に応じて適宜変更可能である。一般的には、電子銃、レンズ、偏向器、アパーチャマスク等を備え、電子ビームを試料面上の所望位置に照射できるものであればよい。
【００２８】
また、実施形態では、電子ビーム描画装置を例に取り説明したが、これに限らず、電子ビームの代わりにイオンビームを用いるイオンビーム描画装置に適用することもできる。イオンビーム描画装置においても、イオンビームが磁場の影響を受けるため、磁場の影響によるビーム位置ずれを補正することは有効である。
【００２９】
また、実施形態では磁場の分布を測定する磁場測定器を有する描画装置を用いたが、磁場測定器は必ずしも描画装置に設けられている必要はなく、描画装置とは別に用意してもよい。この場合は、磁場測定器のような特殊な測定器を備えていない通常の描画装置を用いることが可能である。
【００３０】
本発明の幾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同様に、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ものである。
【符号の説明】
【００３１】
１０…電子光学鏡筒
１１…電子銃
１２…各種レンズ
１３…各種偏向器
１４…アパーチャマスク
２０…試料室
２１…試料
２２…試料ステージ
２３…磁場測定器
３０…ＣＰＵ
４０…描画制御回路
４１…電子銃制御回路
４２…ブランキング制御回路
４３…レンズ電流制御回路
４４…ビーム寸法可変用の偏向制御回路
４５…ビーム走査用の偏向制御回路
４６…ステージ制御回路
５１…磁場測定回路
５２…ビーム軌道計算回路
５３…補正計算回路
２１１…基板
２１２…磁性膜
【図１】
2014007241.tif 000003
【図２】
2014007241.tif 000004
【図３】
2014007241.tif 000005
【図４】
2014007241.tif 000006
【図５】
2014007241.tif 000007