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JP2016115850A - リソグラフィ装置および方法ならびに物品の製造方法 - Google Patents

リソグラフィ装置および方法ならびに物品の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】パターニング精度とスループットとの両立に有利なリソグラフィ装置を提供する。
【解決手段】このリソグラフィ装置は、複数のビームでパターンの形成を基板に行うものであり、複数のビームのうちの少なくとも一部の特性を計測する計測部と、複数のビームのうちの一部を遮断する遮断部と、パターンの形成に要求される精度に関する情報と計測部の出力とに基づいて複数のビームのうちの一部を遮断部に遮断させる制御部と、を有する。
【選択図】図2

Description

本発明は、リソグラフィ装置および方法ならびに物品の製造方法に関する。
電子ビームなどの荷電粒子線の偏向走査およびブランキングを制御することで描画(パターン形成)を基板に行う描画装置(リソグラフィ装置)が知られている。描画装置の一例として、複数の荷電粒子線で基板に描画を行うマルチビーム方式の描画装置がある。この方式は、使用する荷電粒子線の数を増加させることでスループットを改善することができるという利点がある。その反面、この方式では、ビームサイズや真円度、焦点位置、テレセントリシティなどの特性がビーム間で大きくばらつくと、基板上のレジストにおける線量分布(パターニング)の精度に影響を及ぼす可能性がある。そこで、特許文献1は、ビームの電流、形状または照射位置を時間的な変動を含めて計測し、許容範囲外の特性を有するビームを遮断する描画方法を開示している。
特開2005−116743号公報
特許文献1に開示されている技術は、要求される線量分布(パターニング)の精度が変化しうることについては考慮していない。そのため、上記のような特性の許容範囲が可変になっておらず、よって、遮断する必要のないビームまで遮断することになりうる。
本発明は、例えば、パターニング精度とスループットとの両立に有利なリソグラフィ装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は、複数のビームでパターンの形成を基板に行うリソグラフィ装置であって、複数のビームのうちの少なくとも一部の特性を計測する計測部と、複数のビームのうちの一部を遮断する遮断部と、パターンの形成に要求される精度に関する情報と計測部の出力とに基づいて複数のビームのうちの一部を遮断部に遮断させる制御部と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、例えば、パターニング精度とスループットとの両立に有利なリソグラフィ装置を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る描画装置の構成を示す図である。 第1実施形態におけるビーム選択工程の流れを示すフローチャートである。 ナイフエッジ計測の原理を説明する図である。 ナイフエッジ計測により得られる結果を示すグラフである。 ビームの規格対応表である。 第2実施形態におけるビーム選択工程の流れを示すフローチャートである。 ユーザーの要求規格を20nmとしたときのビーム配置を示す図である。 使用不可能なビームがあるときのスキャン距離を説明する図である。 ユーザーの要求規格を19nmとしたときのビーム配置を示す図である。 ユーザーの要求規格を18nmとしたときのビーム配置を示す図である。
以下、本発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。
(第1実施形態)
まず、本発明の第1実施形態に係るリソグラフィ装置および方法について説明する。本実施形態におけるリソグラフィ装置は、複数の電子ビーム(荷電粒子線)を偏向させ、電子ビームの照射のON/OFFを個別に制御することで、所定の描画データを基板上の所定の位置に描画するマルチビーム方式の荷電粒子線描画装置とする。ここで、荷電粒子線は、本実施形態のような電子線に限定されず、イオン線などの他の荷電粒子線であってもよい。
図1は、本実施形態に係る描画装置100の構成を示す図である。なお、以下の各図では、基板110に対する電子ビームの照射方向にZ軸を取り、Z軸に垂直な平面内に互いに直交するX軸およびY軸を取っている。描画装置100は、電子銃120と、光学系121と、基板110を保持する基板ステージ122と、描画装置100の各構成要素の動作などを制御する制御部123とを備える。なお、電子ビームは、大気圧雰囲気ではすぐに減衰し、また、高電圧による放電を防止する意味もかねて、制御部123を除く上記構成要素は、不図示の真空排気系により内部圧力が適宜調整された空間内に設置される。例えば、電子銃120および光学系121は、高い真空度に保たれた電子光学鏡筒内に設置される。同様に、基板ステージ122は、電子光学鏡筒内よりも比較的低い真空度に保たれたチャンバー内に設置される。また、基板110は、例えば、単結晶シリコンからなるウエハであり、表面上には感光性のレジスト(感光剤)が塗布されている。
電子銃120は、熱や電界の印加により電子ビームを放出する。図中、クロスオーバ101から放出された電子ビームの軌道を点線で示している。
光学系121は、クロスオーバ101から発散した電子ビームを複数の電子ビームに分割、偏向および結像させる。光学系121は、コリメータレンズ102、アパーチャアレイ103、第1静電レンズアレイ104、ブランカアレイ105、ブランキングアパーチャアレイ106、第2静電レンズアレイ107、偏向器108および第3静電レンズアレイ109を備える。コリメータレンズ102は、電磁レンズで構成され、クロスオーバ101で発散した電子ビームを平行ビームとする光学素子である。アパーチャアレイ103は、マトリクス状に配列した複数の円形状の開口を有し、コリメータレンズ102から入射した電子ビームを複数の電子ビームに分割する。第1静電レンズアレイ104は、円形状の開口を有する3枚の電極板(図中、3枚の電極板を一体で示している)から構成されており、ブランカアレイ105に対して電子ビームを結像させる。ブランカアレイ(ブランキング偏向器アレイ)105およびブランキングアパーチャアレイ106は、各電子ビームのうちの一部を遮断可能とする遮断部である。このブランカアレイ105およびブランキングアパーチャアレイ106は、共にマトリクス状に配置され、各電子ビームの照射のON(非ブランキング状態)/OFF(ブランキング状態)動作を行う。偏向器108は、基板ステージ122に載置されている基板110の表面上の像をX軸方向に偏向可能する。さらに、第2静電レンズアレイ107および第3静電レンズアレイ109は、ブランキングアパーチャアレイ106を通過した電子ビームを基板110に結像させる。または、各静電レンズアレイ107、108は、基板ステージ122上に設置されている計測器112に対して元のクロスオーバ101の像を結像させる。
基板ステージ122は、基板110を、チャックを介して例えば静電吸着により保持しつつ、少なくともXYの2軸方向に可動とする基板保持部である。基板ステージ122の位置は、干渉計(レーザー測長器)などを用いて実時間で計測される。また、基板ステージ122は、その電子ビーム照射面に、照射された電子ビームののうちの少なくとも一部の特性を計測する計測器(計測部)112を備える。計測器112としては、ナイフエッジを構成したフォトダイオード、ファラデーカップまたはCCDエリアセンサなどが採用され得るが、本実施形態では、一例としてフォトダイオードを採用するものとする。ここで、計測項目は、例えば、ビーム電流、ビーム形状(ビーム径)、ビームの照射位置、焦点位置またはテレセントリシティなどである。
制御部123は、描画装置100の描画に関わる各構成要素の動作を制御する各種制御回路と、各制御回路を統括する主制御部113とを含む。各制御回路としては、例えば、ブランカ制御回路114や計測器制御回路115がある。ブランカ制御回路114は、制御部123内に含まれる、不図示の描画パターン発生回路、ビットマップ変換回路およびブランキング指令生成回路により生成されるブランキング信号に基づいて、ブランカアレイ105の動作を制御する。ここで、描画パターン発生回路は、描画パターンを生成し、生成された描画パターンは、ビットマップ変換回路によりビットマップデータに変換される。ブランキング指令生成回路は、ビットマップデータに基づいてブランキング信号を生成する。計測器制御回路115は、計測器112の動作を制御し、かつ計測結果を主制御部113に出力する。主制御部113は、描画に際し、ユーザーの要求仕様から予め決定されている閾値(許容範囲)と、計測器制御回路115から得られた計測結果とを比較する。比較結果は、ブランカ制御回路114に送信され、ブランカ制御回路114は、比較結果に基づいてブランカアレイ105を制御し、閾値を超えた電子ビームを偏向する。これにより、ブランカアレイ105で偏向された電子ビームは、ブランキングアパーチャアレイ106で遮断されるため、要求仕様を満たしていない電子ビームが基板110上に照射されることを抑えることができる。
次に、本実施形態における、描画に用いる電子ビーム(以下、単に「ビーム」という。)の選択方法について説明する。図2は、本実施形態におけるビーム選択工程の流れを示すフローチャートである。まず、主制御部113は、それぞれユーザーが予め設定した、レシピと、プロセス情報と、装置情報とを取得する(取得工程:ステップS101)。ここで、レシピは、パターンの寸法、ナイフエッジ302およびアライメントのうちの少なくとも1つであるパターンの形成に要求される精度に関する情報を含むユーザーの要求仕様情報である。この精度に関する情報とは、例えば、ショットレイアウト、最小線幅、アライメント精度、コンタクトホールサイズ、または、精度を特定するための特定パターンの有無などの情報である。プロセス情報は、基板形状、レジストの種類、または、描画結果と基板110上の感光剤を現像した後の現像結果との関係などを含むプロセスに関する情報である。装置情報は、基板ステージ122の動作精度(ステージ精度)、または、チャックのフラットネスなどを含む描画装置100に関する固有の情報である。
次に、主制御部113は、計測器制御回路115を介して、計測器112にビーム特性を計測させる(計測工程:ステップS102)。図3は、ナイフエッジ302とフォトダイオード303とを含む計測器112を用いて、計測対象であるビーム301に関する各計測項目を取得する、いわゆるナイフエッジ計測の流れを時系列で説明する概略側面図である。まず、計測を開始するに際し、ナイフエッジ302は、図3(a)に示すように、ビーム301がフォトダイオード303に照射されない位置に配置される。その後、図3(b)〜図3(e)に示すように、ナイフエッジ302の位置を図中左側(X軸方向マイナス側)に移動させていき、フォトダイオード303へ照射されるビーム301の面積を増加させていく間、フォトダイオード303は、透過電流を計測する。なお、ナイフエッジ302を固定とし、ビーム301の方を偏向させて計測を行っても、同様の結果が得られる。
図4は、ナイフエッジ計測により得られた結果を示すグラフである。このうち、図4(a)は、フォトダイオード303の出力を示すグラフである。横軸はナイフエッジ302の位置xであり、縦軸はセンサ出力Iである。図中、位置a〜eは、図3(a)〜図3(e)の各図に対応している。特に、位置eでは、ビーム301は、フォトダイオード303にすべて照射されているので、このときの出力がビーム電流の値となる。また、図4(b)は、図4(a)に示される結果を微分して表現したグラフである。横軸はナイフエッジ302の位置xであり、縦軸はセンサ出力を微分した値Dである。ここで、波形の重心位置またはピーク位置をビーム照射位置とし、一方、波形のFWHM(半値全幅)または任意の閾値までの幅をビーム径とし得る。ビーム焦点位置は、ナイフエッジ302をフォーカス方向(Z軸方向)に移動させて計測し、最もビーム径が小さくなる位置として特定し得る。さらに、上記の計測に加え、ナイフエッジ302を固定しておき、同一位置で複数回計測を行うことで、ビーム重心位置の揺らぎを計測し得る。なお、ステップS102における計測として、上記のように描画装置100内の計測器112を用いる以外に、描画装置100外で得られた描画結果を用いてビーム特性を求めてもよい。ここで、描画装置100外で得られる描画結果としては、例えば、LER(line−edge roughness)とLWR(line−width roughness)やCDばらつきを計測して得られた結果が挙げられる。
次に、主制御部113は、ビーム特性のばらつきに振り分けることが可能な精度バジェットを算出する(ステップS103)。ここで算出される精度バジェットは、ステップS101で取得したプロセス情報または装置情報に基づいて、例えば、ビーム以外の要因による最小線幅への影響を算出し、その結果を取り除いて得られる。
次に、主制御部113は、ステップS102の計測で得られたビーム特性と、ステップS103で算出された各線幅における精度バジェットとを比較し、評価項目を各ビームに対応する最小線幅とした規格対応表を作成する(ステップS104)。図5は、ステップS104で作成される規格対応表の一例である。規格対応表は、縦の項目を各ビームを特定するビームIDとし、横の項目を現像可能な最小線幅とした、各ビームと最小線幅との関係である。なお、パターン形成の条件である評価項目は、最小線幅に限るものではなく、他の評価項目として、それぞれの評価項目ごとに規格対応表を用意し、用いるものとしてもよい。ここで、評価項目としては、最小線幅以外に、例えば、孤立パターンや特定のコーナー形状などの特定パターンが現像可能かなど、パターンの種類に関する他の尺度や、基板110または基板ステージ122の種類などとしてもよい。また、表中の丸印は、現像可能を示し、バツ印は、現像不可能を示す。例えば、ビームIDがB050_001のビームを使用した場合、最小線幅19nmまでのパターンが現像可能、すなわち製造可能であることがわかる。
そして、主制御部113は、ステップS104で作成された規格対応表を用いて、ステップS101で取得されたレシピ、すなわちパターンに要求される精度を満たすビームを選択し(選択工程:ステップS105)、ビーム選択工程を終了する。ここで、パターンに要求される精度(規格)が最小線幅20nmであると想定する。この場合、図5を参照すると、B001_001、B001_002、B001_003、B050_001、B050_002、B050_003、B050_004、B105_001、B105_003、B105_004の各ビームが選択される。以降、主制御部113は、このビーム選択工程で選択された各ビームを用いて、言い換えれば、選択されなかったビームを遮断して(遮断工程)、描画を行うことになる。
なお、上記のビーム選択工程では、精度バジェットと規格対応表とを用いるものとして説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、ステップS101での取得対象であったレシピ、プロセス情報および装置情報、ステップS102での計測対象であったビーム特性と、現像結果との関係について統計情報を蓄積し、数理的にモデル化した上で、ビームを選択するものとしてもよい。また、上記のビーム選択工程では、評価項目をビームの最小線幅とした1つの規格対応表を用いるものとしたが、よりビーム選択の最適化を図るために、最小線幅以外の他の評価項目ごとの他の規格対応表を加えた複数の規格対応表を用いるものとしてもよい。
このように、描画装置100は、各ビーム間での特性にばらつきがある場合でも、スループットを低下させることなく、基板110上のレジストにおける線量分布(パターニング)の精度の低下を抑えることができる。したがって、描画装置100は、例えば、補正ユニットを別途構成に追加することなく、歩留まりの低下を抑えることができる。
以上のように、本実施形態によれば、パターニング精度とスループットとの両立に有利なリソグラフィ装置を提供することができる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係るリソグラフィ装置および方法について説明する。本実施形態に係るリソグラフィ装置等の特徴は、第1実施形態におけるビーム選択工程に、さらにスループットを判断項目に含ませる点にある。図6は、本実施形態におけるビーム選択工程の流れを示すフローチャートである。このうち、ステップS201からS205までの各工程は、図2に示した第1実施形態のビーム選択工程におけるステップS101からS105までと同様であるので説明を省略し、ここではステップS206から説明する。また、本実施形態に係る描画装置の各構成要素は、第1実施形態に係る描画装置100のものと同一であるので、以下同一の符号を付し、説明を省略する。
ここで、パターンに要求される精度(ユーザーが要求している規格)が最小線幅20nmであると想定する。このとき、第1実施形態において例示した図5を参照すると、B001_004およびB105_002以外のビームIDの各ビームが現像可能である。図7は、規格が20nmのときの使用可能(現像可能)である各ビームの配置を示す平面図である。図7中、符号701は、描画の対象となる描画範囲を示す。符号702は、1本のビーム(1本のビームで描画することができる範囲)を示す。なお、バツ印が記されているビーム702は、使用不可能(現像不可能)である。
ステップS205の後、主制御部113は、ステップS205で選択された各ビームを用いて描画を行う場合のスループットを算出する(ステップS206)。ここで、主制御部113は、例えば、描画を行う際のスキャン距離に基づいてスループットを算出し得る。
図8は、使用不可能なビームがあるときのスキャン距離について説明するための平面図である。図8において、左図は、使用不可能なビームがない場合を示し、右図は、左図に対応しつつ、特にビーム806が使用不可能となった場合を示している。例えば、ビーム802は、自身の描画範囲801を軌跡803に示すようにラスタスキャンしながらパターンを描画する。同様に、ビーム806も、自身の描画範囲805を描画する。ここで、右図に示すように、ビーム806が使用不可能になった場合について考える。この場合、ビーム806は、描画範囲805を描画することができないので、一般的には、ビーム806に代わり、ビーム802が描画範囲805を描画することになる。しかしながら、ビーム802は、2つの描画範囲801、805を描画することになるから、スキャン距離が2倍になり、結果としてスループットが半減する。さらに、ビーム808も使用不可能になった場合には、ビーム802は、3つの描画範囲801、805、807を描画することになるから、結果としてスループットは1/3になる。そして、図7に示す例に当てはめると、B001_004およびB105_002のビームが使用できないため、スキャン方向の上手側(Y軸方向マイナス側)にあるB001_003およびB105_001のビームが代わりに描画を行うことになる。なお、このときのスキャン距離703(図8に示すスキャン距離810)が、規格を20nmに設定したときの基準、すなわちスループットの許容範囲となる。
次に、主制御部113は、ステップS204で作成された規格対応表のうち、規格を次に厳しい規格(次に精度が高い規格)に変更し、再度、ビームを選択する(ステップS207)。ここでは、規格を20nm用に設定しているので、19nm用に変更する。このとき、新たに使用不可能になるビームは、ビームIDがB001_002のものである。
次に、主制御部113は、ステップS207で選択された各ビームを用いて描画を行う場合のスループットが、規格変更前と比べて変化したかどうかを判断する(ステップS208)。図9は、図7の表記に準じた、規格が19nmのときの使用可能である各ビームの配置を示す平面図である。このビーム配置によれば、スキャン距離901は、規格を20nm用にしているとき、すなわち規格変更前の図7に示すスキャン距離703と同じであるから、スループットに変化がない。
ここで、主制御部113は、ステップS208でスループットに変化がないと判断した場合(No)、ステップS207に戻り、引き続き、次に厳しい規格である18nmに規格を変更し、再度、ビームを選択する。このとき、新たに使用不可能になるビームは、ビームIDがB105_003のものである。一方、主制御部113は、ステップS208でスループットが変化(低下)すると判断した場合には(Yes)、規格を変更前の20nmとしたまま、ステップS205でのビーム選択を変更せずに採用する。
次に、主制御部113は、再度、ステップS208として、ステップS207で選択された各ビームを用いて描画を行う場合のスループットが、規格変更前と比べて変化したかどうかを判断する。図10は、図7の表記に準じた、規格が18nmのときの使用可能である各ビームの配置を示す平面図である。このとき、B105_002とB105_003とのビームが連続して使用不可能になるから、スキャン距離1001は、20nm用を規格としたときの1.5倍となる。ここで、主制御部113は、18nm用を規格としたのではスループットが変化(低下)すると判断し、スループットに変化がなく、最も規格が厳しい19nmを満たしているビームのみを選択する。
本実施形態におけるビーム選択工程で選択された各ビームを用いれば、スループットを変化(低下)させることなく、規格を20nmよりも厳しい19nmとしてパターンを描画することができる。そして、この効果が成り立つ条件としては、スループットが許容範囲を満たし、かつ、選択されないビームの数が最も多いこととなる。なお、上記の例で言えば、図5を参照すると、最小線幅で示される規格が20nmのときには、選択されないビームの数は2つであるが、19nmのときには3つである。
このように、本実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果を奏するとともに、特に所望のスループットの条件を反映させることができる。
(物品の製造方法)
本発明の実施形態に係る物品の製造方法は、例えば、半導体デバイスなどのマイクロデバイスや微細構造を有する素子などの物品を製造するのに好適である。該製造方法は、感光剤が塗布された基板の該感光剤に上記のリソグラフィ装置を用いて潜像パターンを形成する工程(基板に描画を行う工程)と、該工程で潜像パターンが形成された基板を現像する工程とを含みうる。さらに、該製造方法は、他の周知の工程(酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージングなど)を含みうる。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも1つにおいて有利である。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
100 描画装置
105 ブランカアレイ
106 ブランキングアパーチャアレイ
112 計測器
123 制御部

Claims (10)

  1. 複数のビームでパターンの形成を基板に行うリソグラフィ装置であって、
    前記複数のビームのうちの少なくとも一部の特性を計測する計測部と、
    前記複数のビームのうちの一部を遮断する遮断部と、
    前記パターンの形成に要求される精度に関する情報と前記計測部の出力とに基づいて前記複数のビームのうちの一部を前記遮断部に遮断させる制御部と、
    を有することを特徴とするリソグラフィ装置。
  2. 前記精度に関する情報は、前記パターンの寸法、エッジおよびアライメントのうちの少なくとも1つに関する情報を含むことを特徴とする請求項1に記載のリソグラフィ装置。
  3. 前記制御部は、前記精度と前記特性との関係を示す情報に基づいて前記一部を選択することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のリソグラフィ装置。
  4. 前記関係は、前記形成の条件ごとに用意されていることを特徴とする請求項3に記載のリソグラフィ装置。
  5. 前記条件は、前記パターンの種類に関することを特徴とする請求項4に記載のリソグラフィ装置。
  6. 前記条件は、前記基板の種類に関することを特徴とする請求項4または請求項5に記載のリソグラフィ装置。
  7. 前記基板を保持する保持部を有し、
    前記条件は、前記保持部の種類に関することを特徴とする請求項4ないし請求項6のうちいずれか1項に記載のリソグラフィ装置。
  8. 前記制御部は、前記一部により得られるスループットにも基づいて前記一部を選択することを特徴とする請求項1ないし請求項7のうちいずれか1項に記載のリソグラフィ装置。
  9. 複数のビームでパターンの形成を基板に行うリソグラフィ方法であって、
    前記パターンの形成に要求される精度に関する情報を取得し、
    前記複数のビームのうちの少なくとも一部の特性を計測し、
    前記精度の情報と前記特性の情報とに基づいて前記複数のビームのうちの一部を遮断する、
    ことを特徴とするリソグラフィ方法。
  10. 請求項1ないし請求項8のうちいずれか1項に記載のリソグラフィ装置または請求項9に記載のリソグラフィ方法を用いてパターンの形成を基板に行う工程と、
    前記工程で前記パターンの形成を行われた前記基板を現像する工程と、
    を含むことを特徴とする物品の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018078250A (ja) * 2016-11-11 2018-05-17 株式会社ニューフレアテクノロジー マルチ荷電粒子ビーム描画装置
JP2018082120A (ja) * 2016-11-18 2018-05-24 株式会社ニューフレアテクノロジー マルチ荷電粒子ビーム描画装置

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