(57)【要約】【課題】  荷電粒子ビーム描画装置のビーム位置補正を精度良く行う方法を実現する。【解決手段】  メトロロジー測定を複数のマーク位置について正順および逆順でそれぞれ行ってマーク位置ごとの位置誤差とピッチング値またはヨーイング値を互いに垂直な２軸方向において求め（１０１）、位置誤差とピッチング値またはヨーイング値について正順と逆順の差をマーク位置ごとに互いに垂直な２軸方向において求め（１０１）、アッベエラーによるマーク位置ごとのビーム位置補正効果を予め仮定された複数のアッベエラーについてそれぞれシミュレーションして、位置誤差の正順と逆順の差が複数のマーク位置を通じて互いに垂直な２軸方向においてそれぞれ最小となる２種類のアッベエラーを互いに垂直な２軸方向のアッベエラーとしてそれぞれ特定し（１０３）、それらアッベエラーを用いてビーム位置を補正する（１０４）。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビーム描画装置のビーム位置をアッベエラーを用いて補正するにあたり、
メトロロジー測定を複数のマーク位置について正順および逆順でそれぞれ行ってマーク位置ごとの位置誤差とピッチング値またはヨーイング値を互いに垂直な２軸方向において求め、
前記位置誤差とピッチング値またはヨーイング値について正順と逆順の差をマーク位置ごとに互いに垂直な２軸方向において求め、
アッベエラーによるマーク位置ごとのビーム位置補正効果を予め仮定された複数のアッベエラーについてそれぞれシミュレーションして、前記位置誤差の正順と逆順の差が複数のマーク位置を通じて互いに垂直な２軸方向においてそれぞれ最小となる２種類のアッベエラーを互いに垂直な２軸方向のアッベエラーとしてそれぞれ特定し、
前記特定されたアッベエラーを用いてビーム位置を補正する、
ことを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置のビーム位置補正方法。
【請求項２】
前記シミュレーションをピッチング値またはヨーイング値の正順と逆順の差の複数のマーク位置を通じての変動が相対的に大きい部分について行う、
ことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム描画装置のビーム位置補正方法。
【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のビーム位置補正方法に関し、特に荷電粒子ビーム描画装置のビーム位置をアッベエラーを用いて補正する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子ビームやイオンビームによって半導体ウェハやマスク材料に所定のパターンを描画する荷電粒子ビーム描画装置では、描画材料はステージに搭載されてフィールド単位でステップ送りされる。ステージ位置の２次元座標は光軸が直交する２つのレーザー測長器で測定される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
レーザー測長器は、３本のレーザービームを使用してステージのピッチングおよびヨーイングをも測定できるようになっている。なお、２軸のうちの一方におけるピッチングは他方におけるローリングであるから、ピッチング、ローリングおよびヨーイングを測定することができることになる。測定されたピッチング（ローリング）値およびヨーイング値はアッベエラーに基づくビーム位置のずれを補正するのに利用される。なお、アッベエラーとは、レーザービーム軸と電子ビーム（イオンビーム）軸の間のずれ、または、レーザービーム軸と材料面の高さの間のずれのことである。
【特許文献１】特開２００１−３２６１７０号公報（第３−４頁、図１−４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
アッベエラーに基づくビーム位置補正は、ステージ送りの各位置でピッチングやヨーイングの再現性が良いことを前提としている。しかし、ステージ送り機構を構成する部品の公差等の影響で、ステージ送りの往路と復路でピッチングやヨーイングが異なる場合があり、そのような場合は、ビーム位置を精度良く補正することが不可能になり描画精度が低下する。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、荷電粒子ビーム描画装置のビーム位置補正を精度良く行う方法を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するための請求項１に係る発明は、荷電粒子ビーム描画装置のビーム位置をアッベエラーを用いて補正するにあたり、メトロロジー測定を複数のマーク位置について正順および逆順でそれぞれ行ってマーク位置ごとの位置誤差とピッチング値またはヨーイング値を互いに垂直な２軸方向において求め、前記位置誤差とピッチング値またはヨーイング値について正順と逆順の差をマーク位置ごとに互いに垂直な２軸方向において求め、アッベエラーによるマーク位置ごとのビーム位置補正効果を予め仮定された複数のアッベエラーについてそれぞれシミュレーションして、前記位置誤差の正順と逆順の差が複数のマーク位置を通じて互いに垂直な２軸方向においてそれぞれ最小となる２種類のアッベエラーを互いに垂直な２軸方向のアッベエラーとしてそれぞれ特定し、前記特定されたアッベエラーを用いてビーム位置を補正する、ことを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置のビーム位置補正方法である。
【０００７】
上記の課題を解決するための請求項２に係る発明は、前記シミュレーションをピッチング値またはヨーイング値の正順と逆順の差の複数のマーク位置を通じての変動が相対的に大きい部分について行う、ことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム描画装置のビーム位置補正方法である。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に係る発明によれば、荷電粒子ビーム描画装置のビーム位置をアッベエラーを用いて補正するにあたり、メトロロジー測定を複数のマーク位置について正順および逆順でそれぞれ行ってマーク位置ごとの位置誤差とピッチング値またはヨーイング値を互いに垂直な２軸方向において求め、前記位置誤差とピッチング値またはヨーイング値について正順と逆順の差をマーク位置ごとに互いに垂直な２軸方向において求め、アッベエラーによるマーク位置ごとのビーム位置補正効果を予め仮定された複数のアッベエラーについてそれぞれシミュレーションして、前記位置誤差の正順と逆順の差が複数のマーク位置を通じて互いに垂直な２軸方向においてそれぞれ最小となる２種類のアッベエラーを互いに垂直な２軸方向のアッベエラーとしてそれぞれ特定し、前記特定されたアッベエラーを用いてビーム位置を補正するので、荷電粒子ビーム描画装置のビーム位置補正を精度良く行う方法を実現することができる。
【０００９】
請求項２に係る発明によれば、前記シミュレーションをピッチング値またはヨーイング値の正順と逆順の差の複数のマーク位置を通じての変動が相対的に大きい部分について行うので、最適値を特定することが容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、本発明は発明を実施するための最良の形態に限定されるものではない。図１に、荷電粒子ビーム描画装置のビーム位置補正動作の一例のフロー図を示す。このフロー図によって、荷電粒子ビーム描画装置のビーム位置補正方法に関する発明を実施するための最良の形態の一例が示される。
【００１１】
図２に、荷電粒子ビーム描画装置の一例の構成をブロック図で示す。本装置によって本発明の方法によるビーム位置補正が行われる。先ず、図２により荷電粒子ビーム描画装置について説明する。荷電粒子ビーム描画装置は電子銃１を有する。電子銃１から発生した電子ビームＥＢは、照明レンズ２を介して第１成形アパーチャ３上に照射される。
【００１２】
第１成形アパーチャの開口像は、成形レンズ４により、第２成形アパーチャ６上に結像されるが、その結像の位置は、成形偏向器５により変えることができる。第２成形アパーチャ６により成形された像は、縮小レンズ７、対物レンズ８を経て材料１０上に照射される。材料１０への照射位置は、位置決め偏向器９により変えることができる。
【００１３】
コンピュータ１１は、メモリ１２からのパターンデータをデータ転送回路１３を通じてショット分割器１４に転送する。パターンデータはショット分割器１４によってショット分割される。
【００１４】
ショット分割器１４からの描画データに応じた信号は、ＤＡ変換器１５を介して、成形偏向器５に偏向電圧を供給する増幅器１６に供給される。また、偏向器制御回路２８およびＤＡ変換器１７を介して、位置決め偏向器９に偏向電圧を供給する増幅器１８に供給される。さらに、ＤＡ変換器１９を介して、電子銃１から発生した電子ビームのブランキングを行うブランキング電極２０を制御するブランキングコントロール回路２１に供給される。
【００１５】
コンピュータ１１は、材料のフィールドごとの移動のために、材料１０が載せられたステージ２２の駆動機構２３を制御する。このステージ２２の移動量は、レーザー測長器２４によって測定され、その測定結果はコンピュータ１１に供給される。レーザー測長器２４については後にあらためて説明する。
【００１６】
材料１０への電子ビームＥＢの照射によって２次電子や反射電子が発生するが、例えば、反射電子は一対の反射電子検出器２５によって検出される。反射電子検出器２５の検出信号は、加算器２６によって加算された後、マーク信号処理装置２７を通じてコンピュータ１１に供給される。
【００１７】
ステージ２２上にはファラデーカップ２０２が設けられ、電子ビームＥＢがファラデーカップ２０２に入射する位置にステージ２２を移動させることにより、電子ビームＥＢの電流を測定できるようになっている。測定結果は電流信号処理回路２９を通じてコンピュータ１１に供給される。
【００１８】
レーザー測長器２４について説明する。レーザー測長器２４は、図３に示すように、ステージ２２とともにレーザー測長システムの構成している。ステージ２２は内部が真空に排気されたワークチャンバー内に配置される。レーザーヘッド３１より発生したレーザービームＢは、ビームスプリッタ３２によりＸ，Ｙ軸測定用の２本のビームに分割される。分割された一方のビームは、Ｘ軸測定用としてビームベンダ３３によりその方向が曲げられ、ステージ２２の側面に設けられたステージミラー３４ｘと垂直となるようにされる。分割された他方のビームは、Ｙ軸測定用としてビームベンダ３５によりその方向が曲げられ、ステージミラー３４ｙと垂直となるようにされる。
【００１９】
各ビームベンダ３３，３５には、ビームの横方向と縦方向とが微調整できる機構が取り付けられており、その結果、レーザービームＢのステージミラー３４に入射する位置は調整可能とされている。なお、レーザービームＢは干渉計３６，３７でそれぞれ３本のレーザービームに分割され、それぞれのレーザービームに基づいてのステージ２２の移動量が測定される。
【００２０】
すなわち、Ｘ軸測定用のレーザービームとして、ｘ１，ｘ２，ｘ３の３本のビームがミラー３４ｘに照射される。この３本のレーザービームごとに干渉計３６では参照光と干渉させ、それぞれの干渉光が検出される。また、Ｙ軸測定用のレーザービームとして、ｙ１，ｙ２，ｙ３の３本のビームがミラー３４ｙに照射される。この３本のレーザービームごとに干渉計３７では参照光と干渉させ、それぞれの干渉光が検出される。それぞれの干渉計３６，３７で検出した合計６種類の信号は、コンピュータ１１に供給される。
【００２１】
上記したように、ステージのＸ方向の位置は、３本のレーザーｘ１，ｘ２，ｘ３で測定されるが、その位置としては、３本のビームに基づく３種類の位置情報の平均が求められる。同様に、ステージのＹ方向の位置は、３本のレーザーｙ１，ｙ２，ｙ３で測定されるが、その位置としては、３本のビームに基づく３種類の位置情報の平均が求められる。
【００２２】
Ｘ軸の回転量は、レーザーｙ３に基づく値とレーザーｙ１に基づく値の差により求められる。これはステージ２２のＸ軸方向のローリングすなわちＹ軸方向のピッチングを表す。Ｙ軸の回転量は、レーザーｘ３に基づく値とレーザーｘ１に基づく値の差により求められる。これはステージ２２のＹ軸方向のローリングすなわちＸ軸方向のピッチングを表す。Ｚ軸の回転量は、レーザーｘ２とレーザーｘ１との差分と、レーザーｙ２とレーザーｙ１との差分の平均によって求められる。これはステージ２２のヨーイングを表す。
【００２３】
このようにして求められた移動量、回転量（ピッチングおよびヨーイング）は、コンピュータ１１に供給される。なお、図４には＋Ｙ軸方向からみたステージミラー３４yに照射される３本のレーザーｙ１，ｙ２，ｙ３の位置関係を示している。＋Ｘ軸方向からみたステージミラー３４ｘに照射される３本のレーザーｘ１，ｘ２，ｘ３の位置関係も同様になっている。
【００２４】
本装置の描画動作について説明する。メモリ１２に格納されたパターンデータは逐次読み出され、データ転送回路１３を経てショット分割器１４に供給される。ショット分割器１４で分割されたデータに基づき、電子ビームの成形データはＤＡ変換器１５を介して増幅器１６に供給され、増幅器１６によって増幅された信号が成形偏向器５に供給される。また、描画パターンに応じた電子ビームの偏向信号は、偏向器制御回路２８およびＤＡ変換器１７を介して増幅器１８に供給され、増幅器１８によって増幅された信号が位置決め偏向器９に供給される。
【００２５】
この結果、各分割されたパターンデータに基づき、成形偏向器５により電子ビームの断面が所望の面積の矩形や台形に成形され、そのような断面のビームが、位置決め偏向器９に供給される偏向信号に応じて順々に材料上にショットされ、所望の形状のパターン描画が行われる。なお、このとき、ブランキングコントロール回路２１からブランキング電極２０へのブランキング信号により、材料１０への電子ビームのショットに同期して電子ビームのブランキングが実行される。
【００２６】
このような電子ビームの偏向による描画動作はフィールド単位で行われ、ひとつのフィールド内の描画が終了した後は、ステージ２２が駆動機構２３によってフィールドの長さ分移動させられ、次のフィールドの描画が行われる。このステージ２２の移動量は、レーザー測長器２４によって測定され、その測定値はコンピュータ１１に供給される。コンピュータ１１は移動量測定値に基づいて駆動機構２３を制御することにより、正確なステージ２２の移動が行われる。
【００２７】
このような描画を行う過程で、ステージ２２のピッチングおよびヨーイングに応じたビーム位置補正がアッベエラーを用いてフィールド単位で行われる。ビーム位置補正はコンピュータ１１による制御の下で行われる。ビーム位置補正にはアッベエラーの最適値が用いられる。アッベエラーの最適値は予め所定の手続によって求められ、メモリ１２に記憶されている。
【００２８】
以下、アッベエラーの最適値によるビーム位置補正を、図１のフロー図によって説明する。ステップ１０１でメトロロジー測定を行う。メトロロジー測定は往復測定によって行う。図５に往復メトロロジー測定の概念を示す。メトロロジー測定には標準試料５００が用いられる。標準試料５００の表面には、複数のマーク５０１が所定の間隔でマトリクス状に配列されている。マトリクスは例えば１１×１１の正方マトリクスであり、マーク間隔は例えば１３３００μｍである。
【００２９】
メトロロジー測定では、標準試料５００をステージ２２に搭載し、ステージ送りと電子ビーム走査によって全てのマーク５０１の位置を順次測定し、予め分かっているマークの座標に対する測定値の誤差（位置ずれ）をマーク位置ごとに求める。このとき同時に、ステージのピッチングおよびヨーイングもマーク位置ごとに測定される。位置ずれは２次元座標のｘ成分とｙ成分に分けて求められる。ピッチングもｘ成分とｙ成分に分けて求められる。ヨーイングはｘ成分とｙ成分が同じなのでいずれか一方でよい。あるいは両者の平均を求めるようにしてもよい。
【００３０】
測定はステージ送りの往路と復路でそれぞれ行われる。往路では、例えば標準試料５００の左上のマークを始点として順次右方向に進行し、右端のマークに達したら次の行を左方向に折返し、左端のマークに達したら次の行を右方向に折返す。この繰り返しにより、終点の右下のマークまで順次に測定する。復路はこの逆順となる。
【００３１】
ステップ１０２で往復差を計算する。すなわち、往路の測定値と復路の測定値の差が求められる。測定値の差はマーク位置が同一なもの同士で求められる。これによって、往路と復路の位置ずれの差、往路と復路のピッチングの差および往路と復路のヨーイングの差が求められる。
【００３２】
図６に、往路と復路の位置ずれの差の一例をグラフによって示す。（ａ）および（ｂ）はそれぞれ往路および復路の位置ずれであり、いずれもマーク位置１−１２１横軸とし位置ずれを縦軸としている。（ｃ）は往路と復路の位置ずれの差であり、マーク位置１−１２１横軸とし位置ずれの差を縦軸としている。太線のグラフはｘ成分、細線のグラフはｙ成分である。
【００３３】
図７に、往路と復路のピッチングの差の一例をグラフによって示す。（ａ）および（ｂ）はそれぞれ往路および復路のピッチングであり、いずれもマーク位置１−１２１横軸としピッチングを縦軸としている。（ｃ）は往路と復路のピッチングの差であり、マーク位置１−１２１横軸としピッチングの差を縦軸としている。太線のグラフはｘ成分、細線のグラフはｙ成分である。なお、ヨーイングの測定結果については図示を省略する。
【００３４】
ステップ１０３でアッベエラーの最適値を特定する。アッベエラー最適値の特定はシミュレーションを通じて行われる。シミュレーションは、予め用意された複数通りのアッベエラーについて、それらを用いた場合の位置ずれ補正効果をそれぞれ求めるものである。なお、予め用意された複数通りのアッベエラーは仮定のアッベエラーである。
【００３５】
ピッチングによる位置ずれを補正するには、
補正値＝アッベエラー値×ピッチング値
が用いられる。このような補正値を用いてマーク位置ごとの位置ずれ測定値が補正される。その際、アッベエラー値としては複数の仮定値が逐一試みられ、ピッチング値としては各マーク位置におけるピッチング測定値が用いられる。位置ずれのｘ成分の補正にはピッチングのｘ成分が用いられ、位置ずれのｙ成分の補正にはピッチングのｙ成分が用いられる。
【００３６】
図８および図９にシミュレーション結果の一例をグラフによって示す。図８は補正後の位置ずれの往復差のｘ成分についての計算結果を示し、図９は補正後の位置ずれの往復差のｙ成分についての計算結果を示す。
【００３７】
仮定のアッベエラーとしては、例えば、−２ｍｍから＋２ｍｍまで０．２ｍｍ刻みの２１個の値が試みられたが、全部を示すとグラフが錯綜するので、仮定値の両端の値と中間の値についての結果のみ示す。なお、ｘ成分についてはマーク位置４５−７８の範囲におけるシミュレーション結果を示し、ｙ成分についてはマーク位置１−３４の範囲におけ−るシミュレーション結果を示す。これらは、それぞれ、ピッチングのｘ成分の往復差およびピッチングのｙ成分の往復差が相対的に大きい部分に相当する。
【００３８】
このような部分に限定してシミュレーションを行うことにより、シミュレーションを能率良く行うことができる。なお、シミュレーションはマーク位置の全範囲にわたって行うようにしてもよい。
【００３９】
このようなシミュレーション結果に基づいて、位置ずれの往復差が複数のマーク位置を通じて最小となるアッベエラー値を抽出する。これによって、図８の例では０ｍｍが抽出され、図９の例では−０．８ｍｍが抽出される。
【００４０】
これらの値は、補正後の位置ずれの往復差のｘ成分およびｙ成分を複数のマーク位置を通じてそれぞれ最小化するものであるから、それぞれの方向におけるアッベエラーの最適値としてよい。そこで、図８の例では０ｍｍがｘ成分に関する最適アッベエラー値として特定され、図９の例では−０．８ｍｍがｙ成分に関する最適アッベエラー値として特定される。
【００４１】
以上は、ピッチングによる位置ずれを補正するための最適アッベエラー値を求める例であるが、ヨーイングによる位置ずれを補正するための最適アッベエラー値も同じ要領で求められる。
【００４２】
このように特定された最適アッベエラー値はビーム位置補正用データの一部としてメモリに記憶される。そして、ステップ１０４において、描画時のビーム位置補正に利用される。ビーム位置補正に最適アッベエラー値を用いられるので、本装置の長寸法精度が向上する。
【００４３】
図１０に、最適アッベエラー値による補正を行った場合と行わない場合との長寸法精度の比較の一例を示す。同図に示すように、長寸法精度は最適アッベエラー値を用いることにより約２倍に向上する。以上は電子ビームを用いる描画装置の例であるが、イオンビームを用いる描画装置についても同じ効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明を実施するための最良の形態の一例のビーム位置補正方法を示すフロー図である。
【図２】本発明を実施するための最良の形態の一例のビーム位置補正方法が適用される荷電粒子ビーム描画装置の一例を示すブロック図である。
【図３】レーザー測長システムの構成を示す図である。
【図４】ステージミラーにおけるレーザー照射点の配置を示す図である。
【図５】メトロロジー測定の要領を示す図である。
【図６】メトロロジー測定結果の一例を示す図である。
【図７】メトロロジー測定結果の一例を示す図である。
【図８】シミュレーション結果の一例を示す図である。
【図９】シミュレーション結果の一例を示す図である。
【図１０】長寸法精度の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  電子銃
２  照明レンズ
３  第２成形アパーチャ
４  成形レンズ
５  成形偏向器
６  第２成形アパーチャ
７  縮小レンズ
８  対物レンズ
９  位置決め偏向器
１０  材料
１１  コンピュータ
１２  メモリ
１３  データ転送回路
１４  ショット分割器
１５，１７，１９  ＤＡ変換器
１６，１８  増幅器
２０  ブランキング電極
２１  ブランキングコントロール回路
２２  ステージ
２３  駆動機構
２４  レーザー測長器
２５  反射電子検出器
２６  加算器
２７  マーク信号処理回路
２８  偏向器制御回路
２９  電流信号処理回路
２０２  ファラデーカップ
５００  基準試料
５０１  マーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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