(57)【要約】【課題】マーク高さを精度良く検出してドリフト補正を行い、パターンの描画精度を向上させる。【解決手段】本実施形態による荷電粒子ビーム描画装置は、マークが形成されたマーク基板２０と、基板５６及びマーク基板２０の表面の高さを検出する高さ検出器５８と、マーク表面でのドリフト量を算出し、該ドリフト量に基づいてドリフト補正量を算出するドリフト補正部１４と、前記ドリフト補正量を用いて、前記荷電粒子ビームの照射位置を補正する描画制御部１３と、を備える。マーク基板２０は、複数の前記マークが形成されたパターン領域２２と、パターンが形成されていない非パターン領域２４とを有し、非パターン領域２４の少なくとも一部はパターン領域２２の間に配置される。高さ検出器５８は、非パターン領域２４内の検出点２５の高さを、マーク基板２０の表面高さとして検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステージに載置された描画対象の基板に対し荷電粒子ビームを照射してパターンを描画する描画部と、
前記ステージ上に設けられ、マークが形成されたマーク基板と、
前記マークに対する前記荷電粒子ビームの照射により、前記マーク表面での前記荷電粒子ビームの照射位置を検出する照射位置検出器と、
レーザ光の照射、及び反射光の受光により、前記基板の表面の高さ及び前記マーク基板の表面の高さを検出する高さ検出器と、
前記照射位置検出器により検出された前記照射位置から、前記マーク表面での前記荷電粒子ビームのドリフト量を算出し、該ドリフト量に基づいてドリフト補正量を算出するドリフト補正部と、
前記ドリフト補正量を用いて、前記荷電粒子ビームの照射位置を補正する描画制御部と、
を備え、
前記マーク基板は、複数の前記マークが形成されたパターン領域と、パターンが形成されていない非パターン領域とを有し、該非パターン領域の少なくとも一部は該パターン領域の間に配置され、
前記高さ検出器は、前記非パターン領域内の検出点の高さを、前記マーク基板表面の高さとして検出することを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
【請求項２】
前記検出点は、前記非パターン領域の中心部に位置する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。
【請求項３】
前記高さ検出器は、前記非パターン領域内の複数の検出点の高さを検出し、検出結果から前記マーク基板表面の高さを求める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。
【請求項４】
ステージに載置された描画対象の基板に対し荷電粒子ビームを照射してパターンを描画する描画部と、前記ステージ上に設けられ、マークが形成されたマーク基板とを備える荷電粒子ビーム描画装置を用いて描画を行う荷電粒子ビーム描画方法であって、
レーザ光の照射、及び反射光の受光により、前記基板の表面の高さ及び前記マーク基板の表面の高さを検出する工程と、
前記マークに対する前記荷電粒子ビームの照射により、前記マーク表面での前記荷電粒子ビームの照射位置を検出する工程と、
検出した前記照射位置から、前記マーク表面での前記荷電粒子ビームのドリフト量を算出する工程と、
前記ドリフト量に基づいて、ドリフト補正量を算出する工程と、
前記ドリフト補正量に基づき前記荷電粒子ビームの照射位置を補正する工程と、
を備え、
前記マーク基板は、複数の前記マークが形成されたパターン領域と、パターンが形成されていない非パターン領域とを有し、該非パターン領域の少なくとも一部は該パターン領域の間に配置され、該非パターン領域内の検出点の高さを、前記マーク基板表面の高さとして検出することを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
【請求項５】
前記非パターン領域内の複数の検出点の高さを検出し、複数の検出結果から前記マーク基板表面の高さを求めることを特徴とする請求項４に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】
ＬＳＩの高集積化に伴い、半導体デバイスに要求される回路線幅は年々微細化されてきている。半導体デバイスへ所望の回路パターンを形成するためには、縮小投影型露光装置を用いて、石英上に形成された高精度の原画パターン（マスク、或いは特にステッパやスキャナで用いられるものはレチクルともいう。）をウェーハ上に縮小転写する手法が採用されている。高精度の原画パターンは、電子ビーム描画装置によって描画され、所謂、電子ビームリソグラフィ技術が用いられている。
【０００３】
電子ビーム描画装置では、様々な要因により、描画中に電子ビームの照射位置が時間経過と共にシフトするビームドリフトと呼ばれる現象が発生し得る。このビームドリフトをキャンセルするため、ドリフト補正が行われる。ドリフト補正では、ステージ上に配置されたマーク基板に形成された測定用マークを電子ビームで走査し、電子ビームの照射位置を測定して、ドリフト量を求める。測定用マークは、例えばドット形状や十字形状の金属パターンである。
【０００４】
描画対象の試料（マスク）の厚さは、通常、公差により試料毎に異なる。また、ステージ上に載置されるマーク基板には撓みや傾きが発生する。そのため、マーク基板の表面の高さと、試料の表面の高さとが異なり、マーク表面でのドリフト量と、試料表面でのドリフト量との間に誤差が生じていた。ドリフト補正を高精度に行うには、マーク表面の高さと、試料表面の高さとの差を考慮する必要がある。
【０００５】
電子ビーム描画装置には、試料表面やマーク表面にレーザ光を照射し、反射光の受光位置から試料表面やマーク表面の高さを検出する検出器が設けられている。マーク基板のうち、測定用マークが設けられたパターン領域にレーザ光を照射すると、光の干渉等により高さ測定に誤差が生じ得るため、検出器は、何もパターンが形成されていない非パターン領域にレーザ光を照射する。
【０００６】
しかし、マーク基板の撓みや傾きにより、パターン領域と非パターン領域とで高低差が生じる。そのため、検出器が検出するマーク基板の表面の高さと、ドリフト量が測定されるマーク表面の高さとに誤差が生じ、ドリフト補正を高精度に行うことが困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−９４７４４号公報
【特許文献２】特開平９−２２８５９号公報
【特許文献３】特開平７−９４４０１号公報
【特許文献４】特開平５−２０６０１７号公報
【特許文献５】特公昭６３−２０３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、マーク高さを精度良く検出してドリフト補正を行い、パターンの描画精度を向上させることができる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を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画装置は、ステージに載置された描画対象の基板に対し荷電粒子ビームを照射してパターンを描画する描画部と、前記ステージ上に設けられ、マークが形成されたマーク基板と、前記マークに対する前記荷電粒子ビームの照射により、前記マーク表面での前記荷電粒子ビームの照射位置を検出する照射位置検出器と、レーザ光の照射、及び反射光の受光により、前記基板の表面の高さ及び前記マーク基板の表面の高さを検出する高さ検出器と、前記照射位置検出器により検出された前記照射位置から、前記マーク表面での前記荷電粒子ビームのドリフト量を算出し、該ドリフト量に基づいてドリフト補正量を算出するドリフト補正部と、前記ドリフト補正量を用いて、前記荷電粒子ビームの照射位置を補正する描画制御部と、を備え、前記マーク基板は、複数の前記マークが形成されたパターン領域と、パターンが形成されていない非パターン領域とを有し、該非パターン領域の少なくとも一部は該パターン領域の間に配置され、前記高さ検出器は、前記非パターン領域内の検出点の高さを、前記マーク基板表面の高さとして検出するものである。
【００１０】
本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画装置において、前記検出点は、前記非パターン領域の中心部に位置する。
【００１１】
本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画装置において、前記高さ検出器は、前記非パターン領域内の複数の検出点の高さを検出し、検出結果から前記マーク基板表面の高さを求める。
【００１２】
本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画方法は、ステージに載置された描画対象の基板に対し荷電粒子ビームを照射してパターンを描画する描画部と、前記ステージ上に設けられ、マークが形成されたマーク基板とを備える荷電粒子ビーム描画装置を用いて描画を行う荷電粒子ビーム描画方法であって、レーザ光の照射、及び反射光の受光により、前記基板の表面の高さ及び前記マーク基板の表面の高さを検出する工程と、前記マークに対する前記荷電粒子ビームの照射により、前記マーク表面での前記荷電粒子ビームの照射位置を検出する工程と、検出した前記照射位置から、前記マーク表面での前記荷電粒子ビームのドリフト量を算出する工程と、前記ドリフト量に基づいて、ドリフト補正量を算出する工程と、前記ドリフト補正量に基づき前記荷電粒子ビームの照射位置を補正する工程と、を備え、前記マーク基板は、複数の前記マークが形成されたパターン領域と、パターンが形成されていない非パターン領域とを有し、該非パターン領域の少なくとも一部は該パターン領域の間に配置され、該非パターン領域内の検出点の高さを、前記マーク基板表面の高さとして検出するものである。
【００１３】
本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画方法では、前記非パターン領域内の複数の検出点の高さを検出し、複数の検出結果から前記マーク基板表面の高さを求める。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、マーク高さを精度良く検出してドリフト補正を行い、パターンの描画精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態による電子ビーム描画装置の概略図である。
【図２】電子ビームの可変成形を説明する図である。
【図３】実施の形態によるマーク基板を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。
【図４】実施の形態による描画方法を説明するフローチャートである。
【図５】比較例によるマーク基板を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。
【図６】別の実施の形態によるマーク基板の平面図である。
【図７】別の実施の形態によるマーク基板の平面図である。
【図８】別の実施の形態によるマーク基板の平面図である。
【図９】別の実施の形態によるマーク基板の平面図である。
【図１０】別の実施の形態によるマーク基板の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。実施の形態では、荷電粒子ビームの一例として、電子ビームを用いた構成について説明する。但し、荷電粒子ビームは電子ビームに限るものでなく、イオンビーム等でもよい。
【００１７】
図１は本発明の実施形態に係る電子ビーム描画装置の概略図である。図１に示す描画装置１は、描画対象の基板５６に電子ビームを照射して所望のパターンを描画する描画部３０と、描画部３０の動作を制御する制御部１０とを備えた可変成形型の描画装置である。
【００１８】
描画部３０は、電子鏡筒３２及び描画室３４を有している。電子鏡筒３２内には、電子銃４０、ブランキングアパーチャ４１、第１成形アパーチャ４２、第２成形アパーチャ４３、ブランキング偏向器４４、成形偏向器４５、対物偏向器４６、照明レンズ４７、投影レンズ４８、及び対物レンズ４９が配置されている。
【００１９】
描画室３４内には、移動可能に配置されたステージ５０が配置される。ステージ５０は、水平面内で互いに直交するＸ方向及びＹ方向に移動する。ステージ５０上には、基板５６が載置される。基板５６は、例えば、半導体装置を製造する際の露光用マスク、マスクブランクス、半導体装置が製造される半導体基板（シリコンウェハ）等である。
【００２０】
ステージ５０上には、水平面内でのステージ５０の位置を測定するためのミラー５１が設けられている。また、ステージ５０上には、電子ビームＢのドリフト量を測定する際に使用されるマークが形成されたマーク基板２０が設けられている。例えば、マーク基板２０はシリコン基板であり、シリコン基板上に、タンタルやタングステン等の重金属で構成されたマークが形成されている。
【００２１】
ステージ５０の上方には、マークに対する電子ビームＢの照射により、電子ビームＢの照射位置（ビーム位置）を検出する照射位置検出器５２が設けられている。照射位置検出器５２として、例えば、マークが電子ビームＢにより走査され、マークにより反射された反射電子を電流値として検出する電子検出器を用いることができる。検出されたビーム位置は、後述する制御計算機１１に通知される。
【００２２】
描画室３４の外周面には、基板５６やマーク基板２０の表面高さを検出する高さ検出器５８が設けられている。この高さ検出器５８は、基板５６やマーク基板２０の表面に斜め上方からレーザ光を照射する投光部５８ａと、反射光を受光する受光部５８ｂとを有する。受光部５８ｂによる反射光の受光位置から、基板５６やマーク基板２０の表面高さを検出することができる。表面高さの検出結果は制御計算機１１に通知される。
【００２３】
制御部１０は、制御計算機１１、ステージ位置測定部１６、記憶装置１８等を有している。制御計算機１１は、ショットデータ生成部１２、描画制御部１３、及びドリフト補正部１４を有する。制御計算機１１の各部の入出力データや演算中のデータはメモリ（図示略）に適宜格納される。
【００２４】
制御計算機１１の各部は、ハードウェアで構成してもよく、ソフトウェアで構成してもよい。ソフトウェアで構成する場合には、少なくとも一部の機能を実現するプログラムをＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に収納し、電気回路を有するコンピュータに読み込ませて実行させてもよい。
【００２５】
記憶装置１８（記憶部）は、設計上の図形パターンが配置されたレイアウトデータを描画装置１に入力可能なフォーマットに変換した描画データを格納する。
【００２６】
ショットデータ生成部１２が記憶装置１８から描画データを読み出し、複数段のデータ変換処理を行って装置固有のショットデータを生成する。ショットデータには、例えば、図形種、図形サイズ、照射位置、照射時間等が定義される。描画制御部１３は、ショットデータに基づき、描画部３０を制御して描画処理を行う。
【００２７】
ドリフト補正部１４は、ドリフト量を算出し、ドリフト量をキャンセルするドリフト補正量を求める。ドリフト量の算出方法は後述する。ドリフト補正部１４は、ドリフト補正量に基づいて、電子ビームＢの偏向量（ビーム照射位置）の補正情報を生成し、描画制御部１３に与える。描画制御部１３は、この補正情報を用いて描画部３０を制御し、ビーム照射位置を補正する。
【００２８】
ステージ位置測定部１６は、ステージ５０上に固定されたミラー５１にレーザ光を入反射させてステージ５０の位置を測定するレーザ測長器を含む。ステージ位置測定部１６は、測定したステージ位置を制御計算機１１に通知する。
【００２９】
図１では、実施の形態を説明する上で必要な構成を記載している。描画装置１は、その他の構成を備えていても構わない。
【００３０】
電子鏡筒３２内に設けられた電子銃４０から放出された電子ビームＢは、ブランキング偏向器４４内を通過する際に、ブランキング偏向器４４によって、ビームオンの状態ではブランキングアパーチャ４１を通過し、ビームオフの状態では、ビーム全体がブランキングアパーチャ４１で遮蔽されるように偏向される。ビームオフの状態からビームオンとなり、その後ビームオフになるまでにブランキングアパーチャ４１を通過した電子ビームＢが１回の電子ビームのショットとなる。
【００３１】
ブランキング偏向器４４とブランキングアパーチャ４１を通過することによって生成された各ショットの電子ビームＢは、照明レンズ４７により、矩形の開口４２ａ（図２参照）を有する第１成形アパーチャ４２に照射される。第１成形アパーチャ４２の開口４２ａを通過することで、電子ビームＢは矩形に成形される。
【００３２】
第１成形アパーチャ４２を通過した第１成形アパーチャ像の電子ビームは、投影レンズ４８により第２成形アパーチャ４３上に投影される。第２成形アパーチャ４３上での第１アパーチャ像の位置は、成形偏向器４５によって制御される。これにより、第２成形アパーチャ４３の開口４３ａを通過する電子ビームの形状と寸法を変化させる（可変成形を行う）ことができる。
【００３３】
第２成形アパーチャ４３を通過した電子ビームは、対物レンズ４９により焦点が合わされ、対物偏向器４６により偏向されて、ＸＹステージ５０上の基板５６の所望する位置に照射される。
【００３４】
図３（ａ）は、マーク基板２０の平面図である。マーク基板２０は、複数のマークが形成されたパターン領域２２と、何もパターンが形成されていない非パターン領域２４を有する。パターン領域２２内には、十字形状やドット形状のパターンからなるマークが多数形成されており、電子ビームＢの走査でマークが劣化すると、未使用のマークを順次使用していく。
【００３５】
図３（ａ）に示す例では、パターン領域２２がロ字形であり、その内側が非パターン領域２４となっている。言い換えれば、非パターン領域２４を囲むようにパターン領域２２が設けられている。非パターン領域２４の大きさは特に限定されないが、例えば１ｍｍ角程度である。非パターン領域２４の中心部（図中×印の位置）が、高さ検出器５８の投光部５８ａからレーザ光が照射される高さ検出点２５となる。
【００３６】
このような位置を高さ検出点２５とすることで、図３（ｂ）に示すようにマーク基板２０が傾いていたり、マーク基板２０に撓みがあったりする場合でも、高さ検出点２５の高さと、パターン領域２２内のマークの高さとをほぼ同等にすることができる。
【００３７】
このようなマーク基板２０を用いたドリフト補正処理を含む描画方法を、図４に示すフローチャートを用いて説明する。
【００３８】
まず、高さ検出器５８が、基板５６の表面高さを検出する（ステップＳ１）。続いて、高さ検出器５８は、マーク基板２０の高さ検出点２５にレーザ光を照射して、マーク基板２０の表面高さを検出する（ステップＳ２）。このとき、基板５６の表面高さと、マーク基板２０の表面高さの差分が閾値を超えるかどうかを判断し（ステップＳ３）、超えた場合は基板５６の高さを調整する（ステップＳ４）。
【００３９】
ステージ５０を移動させ、マークを対物レンズ４９の中心位置に合わせ、電子ビームＢによりマークを走査する（ステップＳ５）。照射位置検出器５２が反射電子を検出し、ビームプロファイルを測定して、ビーム照射位置を検出する。ドリフト補正部１４が、検出されたビーム照射位置と、基準位置とのずれ量を、ドリフト量として算出する（ステップＳ６）。
【００４０】
ドリフト補正部１４が、測定されたドリフト量に基づいて、ドリフト補正量を算出する（ステップＳ７）。描画制御部１３は、記憶装置１８から読み出した描画データと、算出されたドリフト補正量に基づいて、ビーム照射位置を補正しながら描画処理を行う（ステップＳ８）。
【００４１】
次のドリフト量の測定時期までは（ステップＳ９＿Ｙｅｓ、ステップＳ１０＿Ｎｏ）、ステップＳ７で算出したドリフト量を用いて、描画処理を行う。
【００４２】
［比較例］
図５（ａ）は比較例によるマーク基板６０の平面図であり、図５（ｂ）はマーク基板６０の側面図である。マーク基板６０は、複数のマークが形成されたパターン領域６２と、何もパターンが形成されていない非パターン領域６４を有する。パターン領域６２は、マーク基板６０の一半側に位置し、非パターン領域６４は他半側に位置する。非パターン領域６４内のうち、パターン領域６２から離れた箇所が高さ検出点６５となる。
【００４３】
図５（ｂ）に示すように、マーク基板６０が傾いていた場合、高さ検出点６５の高さと、パターン領域６２内のマーク高さとでは誤差が生じる。そのため、高さ検出点６５の高さと基板５６の表面高さとの差分、及びマーク表面におけるドリフト量からは、基板５６の表面におけるドリフト量を精度良く計算することができず、ドリフト補正が不十分となる。
【００４４】
一方、本実施形態では、マーク基板２０に傾きや撓みがある場合でも、パターン領域２２内のマークと、高さ検出点２５とがほぼ同じ高さに位置するため、マーク高さを精度良く検出できる。そのため、基板５６の表面におけるドリフト量を精度良く計算することができ、パターンの描画精度を向上させることができる。
【００４５】
上記実施形態では、パターン領域２２をロ字形（角環状）とする例について説明したが、円環状でもよく、一部を省略したコ字形やＣ字形等でもよい。
【００４６】
図６に示すマーク基板２０Ａのように、高さ検出点２５ａを含む非パターン領域２４ａを囲むロ字形のパターン領域２２ａを複数設けてもよい。パターン領域２２ａには複数のマークが含まれる。ドリフト量測定の際は、ビーム走査するマークが含まれるパターン領域２２ａに対応した高さ検出点２５ａの高さを検出する。
【００４７】
図７に示すマーク基板２０Ｂのように、略矩形状のパターン領域２２ｂと、対応する高さ検出点２５ｂとの組み合わせを複数設けてもよい。
【００４８】
図８に示すマーク基板２０Ｃのように、長矩形状のパターン領域２２ｃを間隔を空けて複数設け、パターン領域２２ｃ間（パターン領域２２ｃに隣接した領域）を非パターン領域２４ｃとし、非パターン領域２４ｃ内に複数の高さ検出点２５ｃを設定してもよい。ドリフト量測定の際は、ビーム走査するマークに最も近接した高さ検出点２５ｃの高さを検出する。
【００４９】
上記実施形態では、マーク基板２０の高さ検出点２５を１箇所としていたが、複数箇所の高さを検出し、内挿によりマークの高さを算出してもよい。例えば、図９に示すように、パターン領域の外側と内側の非パターン領域に高さ検出点２５＿１〜２５＿９を設定し、これら複数の高さ検出点２５＿１〜２５＿９の高さを検出し、検出結果の内挿によりマークの高さを算出する。
【００５０】
図１０に示すように、マーク基板２０Ｄの中央部に略矩形状のパターン領域２２ｄを設け、パターン領域２２ｄの周囲の非パターン領域に複数の高さ検出点を設定してもよい。例えば、マーク基板２０Ｄの四方の角部に高さ検出点２５ｄ＿１〜２５ｄ＿４を設定する。高さ検出結果の内挿によりマークの高さを算出する。
【００５１】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１  描画装置
１０  制御部
１１  制御計算機
１２  ショットデータ生成部
１３  描画制御部
１４  ドリフト補正部
１８  記憶装置
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ  マーク基板
２２  パターン領域
２４  非パターン領域
２５  高さ検出点
３０  描画部
３２  電子鏡筒
３４  描画室
４０  電子銃
４１  ブランキングアパーチャ
４２  第１成形アパーチャ
４３  第２成形アパーチャ
４４  ブランキング偏向器
４５  成形偏向器
４６  対物偏向器
４７  照明レンズ
４８  投影レンズ
４９  対物レンズ
５０  ステージ
５２  照射位置検出器
５８  高さ検出器
【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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