(57)【要約】【課題】本発明はビーム位置ドリフト抑制方法に関し、ビーム位置ドリフトを速く収束させることを目的としている。【解決手段】描画時又は装置較正時に発生するビーム位置ドリフトの収束値ｄcを、過去のビーム位置ドリフト対ビーム電流の関係から決定する手段と、ビーム電流ｉ（ｔ）を、ビーム位置ドリフトの収束値ｄc、ビーム位置ドリフトの測定値ｄm、ゲイン定数ｇ及び単位ビーム電流当たりのビーム位置ドリフト収束値ｃの関数として、  ｉ（ｔ）＝｛（１＋ｇ）・ｄc−ｇ・ｄm（ｔ）｝／ｃとして求める手段と、前記ビーム電流ｉ（ｔ）のゲイン定数ｇをｇ＞０としてｄmとｄcに関して、εを判断基準となる正の数として、ｄmがｄcに近づき、  │ｄm−ｄc│＜εとなるかどうかをチェックする手段と、を具備し、│ｄm−ｄc│＜εとなったら、制御を停止し、較正又は描画を行なうように構成する。【選択図】図１
2009218474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビーム描画装置に用いられるビーム位置ドリフトを抑制するビーム位置ドリフト抑制方法において、
描画時又は装置較正時に発生するビーム位置ドリフトの収束値ｄcを、過去のビーム位置ドリフト対ビーム電流の関係から決定するステップと、
ビーム電流ｉ（ｔ）を、ビーム位置ドリフトの収束値ｄc、ビーム位置ドリフトの測定値ｄm、ゲイン定数ｇ及び単位ビーム電流当たりのビーム位置ドリフト収束値ｃの関数として、
ｉ（ｔ）＝｛（１＋ｇ）・ｄc−ｇ・ｄm（ｔ）｝／ｃ
として求めるステップと、
前記ビーム電流ｉ（ｔ）のゲイン定数ｇをｇ＞０としてｄmとｄcに関して、εを判断基準となる正の数として、ｄmがｄcに近づき、
│ｄm−ｄc│＜ε
となるかどうかをチェックするステップと、
│ｄm−ｄc│＜εとなったら、制御を停止し、較正又は描画を行なうステップと、
により構成されてなるビーム位置ドリフト抑制方法。
【請求項２】
前記ｄcの変化が観測された場合、その分だけｄcを修正し、それを前記ビーム位置ドリフト対ビーム電流の関係に反映させることを特徴とする請求項１記載のビーム位置ドリフト抑制方法。
【請求項３】
前記ビーム位置ドリフトの代わりに、ビーム寸法ドリフトを制御することを特徴とする請求項１記載のビーム寸法ドリフト抑制方法。
【請求項４】
荷電粒子ビーム描画装置に用いられるビーム位置ドリフトを抑制する機能を持つ荷電粒子ビーム描画装置において、
描画時又は装置較正時に発生するビーム位置ドリフトの収束値ｄcを、過去のビーム位置ドリフト対ビーム電流の関係から決定する手段と、
ビーム電流ｉ（ｔ）を、ビーム位置ドリフトの収束値ｄc、ビーム位置ドリフトの測定値ｄm、ゲイン定数ｇ及び単位ビーム電流当たりのビーム位置ドリフト収束値ｃの関数として、
ｉ（ｔ）＝｛（１＋ｇ）・ｄc−ｇ・ｄm（ｔ）｝／ｃ
として求める手段と、
前記ビーム電流ｉ（ｔ）のゲイン定数ｇをｇ＞０としてｄmとｄcに関して、εを判断基準となる正の数として、ｄmがｄcに近づき、
│ｄm−ｄc│＜ε
となるかどうかをチェックする手段と、
を具備し、
│ｄm−ｄc│＜εとなったら、制御を停止し、較正又は描画を行なうようにしたことを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はビーム位置ドリフト抑制方法、ビーム寸法ドリフト抑制方法及び荷電粒子ビーム描画装置に関し、更に詳しくはビーム位置ドリフト又はビーム寸法ドリフトを速く収束させるようにしたビーム位置ドリフト抑制方法、ビーム寸法ドリフト抑制方法及び荷電粒子ビーム描画装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、一般に用いられている可変成形形電子ビーム描画装置の例を図１に示す。図１に示すように、先ず電子ビーム１が照射レンズ２を介して成形開口板３に照射される。光源４の像５は成形開口板３の下に形成される。次いで、成形開口板３の像が成形レンズ６により成形開口板７上に投影され、成形開口板３の像と成形開口板７の重なり（論理積）で決定される図形が縮小レンズ８と対物レンズ９を介してレジスト（感光材料）を塗布した材料１０に投影される。
【０００３】
これによりレジストが感光される。投影図形の形状と大きさは、偏向器１１により成形開口板３の像を成形開口板７に対して移動させることで変えることができる。投影図形の位置は、偏向器１２により変えることができる。偏向器１２により投影図形を材料１０面内の所望の位置に移動させることで、材料１０にパターンを描画していくことができる。
【０００４】
材料ステージを駆動して材料面を移動させることで、偏向器１２で決まる偏向フィールドより広い範囲にもパターンを描画することができる。なお、偏向器１１，１２としては、偏向速度を速くするために、静電偏向器が用いられる。
【０００５】
半導体デバイスの高集積化、即ち描画パターンの微細化が進むにつれ、要求される描画精度（描画寸法精度、描画位置精度）も年々高くなっている。最近では、ナノメートルオーダーの描画精度が要求されている。描画精度の向上のためには、電子ビーム１の軌道を安定化することが重要である。電子ビーム１の軌道の変動は、ビーム寸法（材料１０上でのビーム断面寸法）及びビーム位置（材料１０へのビーム入射位置）のドリフトの原因となる。
【０００６】
ビーム軌道の変動は、次の理由から生じる。先ず、電子ビーム１を起源とする散乱電子や２次電子が鏡筒内に帯電することにより電界が発生し、それが電子ビーム１を偏向させる。帯電量は時間とともに変化するから、偏向量も時間とともに変化する。或いは、電子ビーム１が成形開口板３，７に照射されることにより発生した熱により成形開口板３，７が変形し、開口の位置がずれる。
【０００７】
なお、ビーム寸法のドリフトは、ビーム寸法が縮小レンズ８により縮小（例えば倍率１／１０）されると同時に縮小される。また、縮小レンズ８以降で発生したビーム軌道の変動は、ビーム寸法ドリフトではなく、ビーム位置ドリフトとして表れる。これらの理由から、図１の光学系を初め電子ビーム描画装置では、ビーム寸法ドリフトよりはビーム位置ドリフトの方が原理的に大きくなりやすい。
【０００８】
ビーム軌道の変動によるビーム寸法・位置ドリフトは、描画前或いは描画中の装置較正（ビーム寸法・位置の測定及び補正）により補償される。ビーム寸法・位置ドリフトの測定は、材料１０とは別の領域に用意されたビーム寸法・位置測定用マークをビームで走査する際に得られる反射電子信号や透過電子信号を検出することによっている。得られた寸法ずれ及び位置ずれの分だけ偏向器１１，１２を働かせたり、またはステージにより材料１０の位置をずらすことで、ビーム寸法・位置が補正される。描画中に実施される装置較正の周期は、一般的には数分程度である。
【０００９】
以上のような技術は非特許文献１に記載されている。また、特許文献１〜６に記載されている。
【非特許文献１】K.Komagata, Y.Nakagawa, H.Takemura, and N.Gotoh, Proc.SPIE, vol.3096, pp. 125-136,(1997)
【特許文献１】特開平５−３０４０８０号公報（段落０００７〜０００９、図１〜３）
【特許文献２】特開平１０−１９９７８６号公報（段落０００９、図１、図２）
【特許文献３】特開平５−１６６７０８号公報（段落００１９〜００２８、図１〜３）
【特許文献４】特開平６−１８８１８０号公報（段落００１０〜００３２、図１〜３）
【特許文献５】特開平１０−２５６１１０号公報（段落００３２〜００５４、図１〜５）
【特許文献６】特開平８−３７１４１号公報（段落００２１〜００４４、図１、図６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ビーム位置ドリフトは、描画開始直後に大きく発生することが知られている（特許文献１，特許文献２）。描画中に周期的に装置較正を実施するにしても、このドリフトが大きくなると、描画精度が悪化する。
【００１１】
この問題を解決するために、描画前にビーム位置ドリフトをある程度収束させるための待ち時間を設けることが一般に行われている（特許文献１，特許文献２）。その待ち時間の間に、ビーム電流を描画時のビーム電流に近づけ、材料１０以外の領域に描画を行なうなどしてビーム位置ドリフトを収束させている。
【００１２】
ビーム位置ドリフトの収束は、帯電と放電（或いは発熱と放熱）のバランスと考えられる。しかしながら、ビーム位置ドリフトが収束するまでの時間は数１０分から数時間にも達する。待ち時間を長くすることは、描画スループットの観点から好ましくない。
【００１３】
ビーム位置ドリフトは、装置較正時にも問題となる（特許文献３，特許文献４）。特に、偏向フィールド歪測定では、ビーム位置測定に長い時間を要する（偏向フィールド内の多数の点、例えば１０×１０＝１００箇所にビームを偏向して行なわれる）ため、その分、測定中のビーム位置ドリフトが大きくなる。
【００１４】
ビーム位置ドリフトが発生していても、そのドリフトは測定を繰り返すうちにやがて収束するため、装置較正の際は必ずしも事前に待ち時間を設ける必要がないが、ビーム位置ドリフトが収束するまで偏向フィールド歪測定を繰り返すと、その測定時間は結果的に非常に長くなる。
【００１５】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、ビーム位置ドリフトを収束させるのに要する時間を短縮することができるビーム位置ドリフト抑制方法、ビーム寸法ドリフト抑制方法及び荷電粒子ビーム描画装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
（１）請求項１記載の発明は、荷電粒子ビーム描画装置に用いられるビーム位置ドリフトを抑制するビーム位置ドリフト抑制方法において、描画時又は装置較正時に発生するビーム位置ドリフトの収束値ｄcを、過去のビーム位置ドリフト対ビーム電流の関係から決定するステップと、ビーム電流ｉ（ｔ）を、ビーム位置ドリフトの収束値ｄc、ビーム位置ドリフトの測定値ｄm、ゲイン定数ｇ及び単位ビーム電流当たりのビーム位置ドリフト収束値ｃの関数として、
ｉ（ｔ）＝｛（１＋ｇ）・ｄc−ｇ・ｄm（ｔ）｝／ｃ
として求めるステップと、前記ビーム電流ｉ（ｔ）のゲイン定数ｇをｇ＞０としてｄmとｄcに関して、εを判断基準となる正の数として、ｄmがｄcに近づき、
│ｄm−ｄc│＜ε
となるかどうかをチェックするステップと、│ｄm−ｄc│＜εとなったら、制御を停止し、較正又は描画を行なうステップと、により構成されてなることを特徴とする。
【００１７】
（２）請求項２記載の発明は、前記ｄcの変化が観測された場合、その分だけｄcを修正し、それを前記ビーム位置ドリフト対ビーム電流の関係に反映させることを特徴とする。
（３）請求項３記載の発明は、前記ビーム位置ドリフトの代わりに、ビーム寸法ドリフトを制御することを特徴とする。
【００１８】
（４）請求項４記載の発明は、荷電粒子ビーム描画装置に用いられるビーム位置ドリフトを抑制する機能を持つ荷電粒子ビーム描画装置において、描画時又は装置較正時に発生するビーム位置ドリフトの収束値ｄcを、過去のビーム位置ドリフト対ビーム電流の関係から決定する手段と、ビーム電流ｉ（ｔ）を、ビーム位置ドリフトの収束値ｄc、ビーム位置ドリフトの測定値ｄm、ゲイン定数ｇ及び単位ビーム電流当たりのビーム位置ドリフト収束値ｃの関数として、
ｉ（ｔ）＝｛（１＋ｇ）・ｄc−ｇ・ｄm（ｔ）｝／ｃ
として求める手段と、前記ビーム電流ｉ（ｔ）のゲイン定数ｇをｇ＞０としてｄmとｄcに関して、εを判断基準となる正の数として、ｄmがｄcに近づき、
│ｄm−ｄc│＜ε
となるかどうかをチェックする手段と、を具備し、│ｄm−ｄc│＜εとなったら、制御を停止し、較正又は描画を行なうようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
（１）請求項１記載の発明によれば、ビーム電流を故意に大きくすることにより、ビーム位置ドリフトを収束させるのに要する時間を短縮することができる。
（２）請求項２記載の発明によれば、ｄcの変化が観測されたら、その分だけｄcを修正してビーム位置ドリフト対ビーム電流の関係に反映させるので、ビーム位置ドリフト制御をより正確に行なうことができる。
【００２０】
（３）請求項３記載の発明によれば、ビーム寸法ドリフトについても速く収束させることができる。
（４）請求項４記載の発明によれば、ビーム電流を故意に大きくすることにより、ビーム位置ドリフトを収束させるのに要する時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
本発明は、図１に示す荷電粒子ビーム装置に適用するものとする。ここで、本発明にかかる演算・制御は図１に示す装置の全体の動作を制御する制御装置（図示せず）が行なうものである。該制御装置としては、例えばコンピュータが用いられる。ビーム位置ドリフトを速く収束させ、描画前或いは装置較正前の待ち時間を短くすることを考える。そのためには、ビーム電流を描画時或いは装置較正時のそれより故意に大きくし、ドリフトを加速させる。図１に示す光学系即ち可変成形電子ビーム描画装置では、ビーム電流を大きくするには、偏向器１１を働かせてビーム寸法を変えればよい。
【００２２】
通常は、クーロン効果（同じ電荷同士は反発し、集束しにくくなる現象）によるビームぼけやレジストヒーティング効果によるレジスト感度変化を抑制するため、ビーム寸法に制限が設けられているが、必要なら一時的にその制限を解除するのもよい。
【００２３】
但し、ビーム電流ｉ（ｔ）は固定とはせず、
ｉ（ｔ）＝｛（１＋ｇ）・ｄc−ｇ・ｄm（ｔ）｝／ｃ      （１）
に基づき決定する。ここで、ｄcは描画時又は装置較正時におけるビーム位置ドリフト収束値であり、描画時或いは装置較正時における平均ビーム電流（ある一定期間内におけるビーム電流の時間平均）の関数である。ｄcは、過去のビーム位置ドリフト対ビーム電流の関係を内挿或いは外挿することにより求める。
【００２４】
ｄmはビーム位置ドリフトの測定値であり、時間ｔの関数である。ビーム位置ドリフト制御を開始する前はｉ＝０かつｄm＝０とする。ビーム位置ドリフト制御を開始した時点（ｔ＝０）で、（１）式よりｉ（０）＝（１＋ｇ）・ｄc／ｃとなる。ｇはゲイン定数である。ｇ（＞０）を大きくすることで、ビーム位置ドリフトの収束を速めることができる。ｃは単位ビーム電流当たりのビーム位置ドリフト収束値であり、ビーム電流によらず一定とする。描画時又は装置較正時の平均ビーム電流をｉcとすると、ｄc＝ｃ・ｉcの関係が成り立つ。
【００２５】
測定値ｄmは周期的に（一定周期でなくてもよい）測定する。ｄmはドリフト測定時点間は変わらないため、時間ｔに対して階段状の関数となる。従って、ドリフト測定時点間は、ビーム電流ｉの値は変わらない。なお、ｇ＝０とすることは、ビーム位置ドリフトを加速しないことに対応する。ｇ＝０の時、ビーム電流は描画時又は装置較正時の平均ビーム電流ｉc＝ｄc／ｃに等しくなる。
【００２６】
以上の制御により、ビーム位置ドリフトが収束したら、即ち一定期間以上にわたり
│ｄm−ｄc│＜εとなれば、その時ビーム電流ｉは、描画時や装置較正時のビーム電流
ｉc＝ｄc／ｃと等しくなっている。そこで、制御は停止し、描画や装置較正を開始する。ここで、εは収束の判断基準となる正の数である。
【００２７】
なお、多くの場合、（１）式において│ｄm│＜│（１＋ｇ）・ｄc／ｇ│であるが、
│ｄm│＞│（１＋ｇ）・ｄc／ｇ│となると、ビーム電流ｉの符号が変わる。ｇを大きくし、かつ測定周期を長くすると、測定時点間にビーム位置ドリフトが大きくなり、
│ｄm│＞│（１＋ｇ）・ｄc／ｇ│となることがある。
【００２８】
若し、ｉの符号を変えられるのであれば、ビーム位置ドリフトを減少の方向にも加速することができる。しかしながら、現実にはｉの符号を逆にすることはできない（ビーム断面積の符号を逆にすることはできない）から、その場合はｉ＝０とする。ｉ＝０では、ビーム位置ドリフトを減少の方向に加速することはできないため、その収束は遅くなる。従って、ｇの値を大きくする時は、測定周期を短くするのがよい。或いは、最初はｇを大きく設定しておくが、ｄmがある程度ｄcに近づいてきたら、途中からｇを小さくして、
│ｄm│＞│（１＋ｇ）・ｄc／ｇ│となることを防ぐという手段も別に考えられる。
【００２９】
また、描画時或いは装置較正時のビーム位置ドリフト収束値ｄcは、長期的には装置の使用時間とともに経時変化（電子鏡筒内のコンタミの増加などが原因）することも考えられる。そこで、以上の制御の後に実施する描画や装置較正の間に発生するビーム位置ドリフトを測定する。このビーム位置ドリフトは、ｄcの値に経時変化がなければ観測されないはずであるが、もし観測されればその分だけｄcを修正し、それを上記のビーム位置ドリフト対ビーム電流の関係に反映させる。次回の描画や装置較正の際は、この更新されたビーム位置ドリフト対ビーム電流の関係からｄcを決定する。このようにすれば、もしｄcが変化してもビーム位置ドリフト制御をより正確に行なうことができる。
【００３０】
図２はビーム位置ドリフト制御を表すブロック線図である。図２において、
Ｄm（ｓ）＝（１＋ｇ）・Ｈ（ｓ）・Ｄc（ｓ）／（ｃ＋ｇ・Ｈ（ｓ））
の関係、及び
Ｉ（ｓ）＝｛（１＋ｇ）・Ｄc（ｓ）−ｇ・Ｄm（ｓ）｝／ｃ
の関係が成り立つ。ここで、Ｄc（ｓ），Ｄm（ｓ），Ｉ（ｓ）は、それぞれｄc，ｄm（ｔ），ｉ（ｔ）をラプラス変換したものである。ｄcはｔ＜０で値が０、ｔ≧０で値が
ｄcとなるステップ関数として扱えるので、Ｄc（ｓ）＝ｄc／ｓとなる。Ｈ（ｓ）は、ビーム電流とビーム位置ドリフトの関係を示す伝達関数である。Ｈ（ｓ）を一次遅れ要素とすればＨ（ｓ）＝ｃ／（１＋ｓ・Ｔ）と表せる。ここで、Ｔはビーム位置ドリフトに関する時定数である。最終値定理より
【００３１】
【数１】
2009218474.tif 000003
【００３２】
となるから、ｄmは時間とともにｄcに収束することが分かる。
以上で述べたビーム位置ドリフト制御法の有効性を確かめるため、そのシミュレーションを行なった。図２のブロック線図に従い、ある時点で測定したビーム位置ドリフトｄmを（１）式に代入してビーム電流ｉを決定し、そのｉから次の時点のｄmを求めるという計算を繰り返した。ｄmは、一次遅れ要素Ｈ（ｓ）＝ｃ／（１＋ｓ・Ｔ）へ大きさｉの矩形パルス信号を入力した時に得られる出力を重ね合わせることで求めた。
【００３３】
ビーム位置ドリフト測定に要する時間は無視し、零とした。一次遅れ要素の時定数Ｔを６０分、ｄmの測定周期を１分、ｄcを１００ｎｍ、ゲイン定数ｇを０，１，２，５，１０，２０として実施したシミュレーションの結果をｄm対時間のグラフとして図３に示す。これらの数値は、制御開始からｄmの収束に至るまで│ｄm│＞│ｄc│とならないように選んだ。
（│ｄm│≦│ｄc│ならば、│ｄm│＞│（１＋ｇ）・ｄc／ｇ│とはならない。）図３より、ｇが大きくなるにつれてビーム位置ドリフトが速く収束する様子が分かる。図３において、縦軸がｄm［ｎｍ］、横軸が時間ｔ［ｍｉｎ］である。
【００３４】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、ビーム電流を故意に大きくすることにより、ビーム位置ドリフトを収束させるのに要する時間を短縮することができる。
（実施の形態２）
ビーム描画装置の構成は、図１に示すものを用いる。描画時や装置較正時の途中で平均ビーム電流が変わると、ｄcの値も変わるから、新たにビーム位置ドリフトが発生する。実施の形態２では、このビーム位置ドリフトを速く収束させる。即ち、実施の形態１では、（１）式に基づきビーム位置ドリフトを制御する前のビーム電流を零と考えていたが、実施の形態２ではそのビーム電流が零でない場合を扱う。
【００３５】
ビーム位置ドリフトを制御する前の平均ビーム電流が０でない場合は、制御実施前と制御実施後（ビーム位置ドリフト収束後）の平均ビーム電流の差をｉc＝ｄc／ｃと考え、これよりｄc＝ｃ・ｉcを決定する。そして、（１）式において、ｉを平均ビーム電流の変化量として扱い、ｄcを（１）式に代入してｉを決定する。但し、ビーム電流の符号を変えることができないため、大電流から小電流への切り替わり時には、ビーム位置ドリフトの収束を速めるのには限界がある。なお、平均ビーム電流が変わらない限りビーム位置ドリフトは発生しないから、描画時と装置較正時の平均ビーム電流はなるべく近づけるのがよい（特開平１０−１９９７８０号公報参照）。
【００３６】
上述の実施の形態では、ビーム位置ドリフトを収束させる技術について説明した。しかしながら、本発明はこれに限るものではなく、ビーム寸法ドリフトを速く収束させる場合についても同様に考えることができる。即ちビーム寸法ドリフトの場合、成形開口板３，７間のビーム軌道の変動を速く収束せさる場合に適用することができる。
【００３７】
また、上述の実施の形態では、荷電粒子ビーム描画装置として電子ビーム描画装置を用いた場合を例にとった。しかしながら、本発明はこれに限るものではなく、荷電粒子ビームとしてイオンビームを用いる場合にも同様に適用することができる。
【００３８】
また、上述の実施の形態では、可変面積型荷電粒子ビーム描画装置に用いた場合を例にとったが本発明はこれに限るものではなく、スポットビーム型荷電粒子ビーム描画装置についても同様に適用することができる。
【００３９】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、荷電粒子ビーム描画において、描画精度や装置較正精度の向上を目的に、描画中や装置較正中に問題となるビーム位置ドリフトを収束させるにあたり、
１）ビーム位置ドリフトが収束しない間は、ビーム電流を描画時或いは装置較正時のそれより故意に大きくし、ビーム位置ドリフトを加速するようにした。
２）特に、ビーム電流を（１）式、即ち
ｉ（ｔ）＝｛（１＋ｇ）・ｄc−ｇ・ｄm（ｔ）｝／ｃ
の関係から決定し、かつｇ（＞０）を大きくして、ビーム位置ドリフトを制御するようにした。その結果、
３）ビーム位置ドリフトが速く収束するようになった。即ち、その待ち合わせ時間を短かくすることができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】荷電粒子ビーム装置の構成概念図である。
【図２】ビーム位置ドリフト制御を示すブロック線図である。
【図３】ｄm対時間のシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１    電子ビーム
２    照射レンズ
３    成形開口板
４    光源
５    像
６    成形レンズ
７    成形開口板
８    縮小レンズ
９    対物レンズ
１０  材料
１１  偏向器
１２  偏向器
【図１】
2009218474.tif 000004
【図２】
2009218474.tif 000005
【図３】
2009218474.tif 000006