JP2003297732A - 電子ビーム描画方法及び描画装置、並びにこれを用いた半導体製造方法 - Google Patents
電子ビーム描画方法及び描画装置、並びにこれを用いた半導体製造方法Info
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Abstract
置補正を偏向器アレイと膨大かつ高精度な駆動回路を用
いずに高精度かつ高速な電子ビーム描画技術を提供す
る。 【解決手段】複数の電子ビームの各々を独立にオンオフ
し走査して試料上に所望のパターンを描画する電子ビー
ム描画方法において、前記複数の電子ビームの各々が描
くパターンと描画すべき前記所望のパターンとのずれ
を、前記複数の電子ビームの各々が描くパターンのパタ
ーンデータの位置をシフトすることにより制御する。
Description
どの加工、描画に用いられる電子ビーム描画技術に関す
る。
密度化、高集積化が急速に進み、これに伴い形成すべき
回路パターンの微細化も急速に進んでいる。特に100
nmノード以下のパターン形成は、従来の光リソグラフ
ィーの延長では非常に困難とされている。
ーンを形成するためには有効な手段であるが、生産現場
に適用するためには、更に高いスループットが要求され
ている。近年、電子ビーム描画のスループット向上の手
段として大きく2つの方法が研究開発されてきている。
第1はステンシルマスクを用いて、電子ビームを縮小投
影してパターンを形成する方法である。この方法は、高
スループットを望めるものの、マスク製作が困難で、コ
ストがかかると予想されている。
画描画方法であるポイントビームや可変矩形ビームを同
時に複数用いて一度に描画を行う方式である。ここで
は、電子レンズや偏向器からなる1つの電子光学系に1
つの電子ビームを割り当てこの電子光学系を複数用いる
ものをマルチカラム方式、1つの電子光学系に複数のビ
ームを通すものをマルチビーム方式と定義する。
えば、特開平9−245708号公報に記載された方法
がある。1つの電子源から放射された電子ビームをコン
デンサレンズにて平行ビームを形成し、アパーチャアレ
イにより複数の電子ビームに分割する。このビームから
レンズアレイと偏向器アレイにより中間像を形成し、ブ
ランキングアレイにより独立にオンオフを制御した後、
偏向器を含む投影光学系により試料上に中間像を投影す
ることにより描画を行う。本方法は、レンズアレイと偏
向器アレイにより投影光学系にて発生する像面湾曲や歪
などをあらかじめ補正することが可能で、投影光学系の
設計が容易になるため高解像かつ高スループットを実現
する画期的な方法である。
マルチビーム描画方法では、アパーチャアレイやレンズ
アレイ、投影光学系の機械的製作誤差および、それに伴
う理想的なビーム中心軸に対する斜入射等により、マル
チビームの各々のビーム間隔が設計上想定した所定の値
にならないことが起こりうる。当然、ビーム間隔のばら
つきは、各ビームの位置を上記の偏向器アレイを用いて
補正が可能である。この偏向器アレイは空間の制約から
微小な4極以上の静電型偏向器を用いるため配線が困難
で、かつ、ビーム1本当り4個以上の高精度アナログ駆
動回路が必要になる。また、描画に同期した偏向や試料
高さ変動に伴い発生する倍率、回転、歪によるビーム位
置ずれを補正するためには、高速な駆動回路が必要とな
る。
の本数を1000〜4000本とすれば、回路規模は膨
大となり、かつ、駆動回路と偏向器アレイを結合する配
線数も多くなり、実装が大変困難となる。
のであり、マルチビーム描画方式において、各ビームの
位置補正を簡略な構成で可能にし、高精度かつ高速な電
子ビーム描画技術を提供することを目的とする。
に、本発明は、複数の電子ビームの各々を独立にオンオ
フし走査して試料上に所望のパターンを描画する電子ビ
ーム描画方法において、前記複数の電子ビームの各々が
描くパターンと前記所望のパターンとのずれを、前記複
数の電子ビームの各々が描くパターンのパターンデータ
の位置をシフトすることにより制御することを特徴とす
る。
を独立にオンオフし走査して試料上に所望のパターンを
描画する電子ビーム描画方法において、前記複数の電子
ビームの各々が描くべき前記所望のパターンを含む第1
の領域の周囲に偏向領域余裕に相当する第2の領域を付
加して第3の領域のパターンを設定する工程と、前記第
3の領域にて前記複数の電子ビームの各々が描くパター
ンのパターンデータの、前記所望のパターンのパターン
データに対する位置のシフト量を求める工程と、前記第
3の領域の範囲で前記位置シフト量に応じて前記複数の
電子ビームの各々を偏向制御する工程とを有することを
特徴とする。
を独立にオンオフ制御した後、偏向器を含む投影光学系
を介して試料上に投影することにより所望のパターンを
描画するようにした電子ビーム描画装置において、前記
複数の電子ビームの各々が描くべき前記所望のパターン
のパターンデータを保持するメモリと、前記所望のパタ
ーンのパターンデータに対する前記複数の電子ビームの
各々が描くパターンのパターンデータの、前記所望のパ
ターンのパターンデータに対する位置のシフト量を求め
るシフト演算回路と、前記位置シフト量に応じて前記複
数の電子ビームの各々を偏向制御する偏向制御手段とを
有することを特徴とする。
を独立にオンオフ制御した後、偏向器を含む投影光学系
を介して試料上を投影することにより所望のパターンを
描画する電子ビーム描画装置において、前記複数の電子
ビームの各々が描くべき前記所望のパターンを含む第1
の領域の周囲に偏向領域余裕に相当する第2の領域を加
えた第3の領域のパターンデータを保持するメモリと、
前記第3の領域にて前記複数の電子ビームの各々が描く
パターンのパターンデータの、前記所望のパターンのパ
ターンデータに対する位置のシフト量を求めるシフト演
算回路と、前記第3の領域の範囲で前記位置シフト量に
応じて前記複数の電子ビームの各々を偏向制御する偏向
制御手段とを有することを特徴とする。
は、全体の電子光学系もしくは前記試料の高さ変動に起
因して発生する、倍率誤差、回転誤差、もしくは歪によ
る誤差のような各種の誤差、あるいはこれらの組み合わ
せによる前記複数の電子ビームの位置ずれを補正する量
を設定する手段を有することを特徴とする。
う手段と描画のための偏向動作とを同期させる手段を有
することを特徴とする。
う手段はパターンデータの線形補間を行う手段により構
成されていて、線形補間の結果を照射量に変換する照射
量制御手段を有することを特徴とする。
う手段は、描画のための偏向位置に依存してシフト量を
設定することが可能であることを特徴とする。
々が描くべき第1の領域の周囲に付加するパターンの位
置シフト演算を行うための第2の領域の大きさを、描画
のための偏向位置に依存して変更することが可能である
ことを特徴とする。
用いて詳細に説明する。
の構成について説明する。図2は、マルチビーム方式の
電子ビーム描画装置の例である。
02は、コンデンサレンズ203によって略平行の電子
ビームになる。この電子銃201は、カソード、アノー
ド、グリッド(いずれも図示せず)などからなり、印加
する電圧によりクロスオーバーサイズを変えることが出
来る。略平行の電子ビームは、アパーチャアレイ204
により分離された電子ビーム206は、フォーカス制御
回路220に駆動されるレンズアレイ205によりブラ
ンキング絞り208近傍に電子銃のクロスオーバの中間
像209を結ぶ。これらの中間像209の位置は、レン
ズアレイ205の個々の強度を変えることにより光軸方
向の位置を変えることができる。
印加することにより中間像209は光軸と垂直方向に移
動し、ブランキング絞り208によって遮断され、個々
の分離された電子ビーム206についてオンオフの制御
が可能となる。このとき、アパーチャアレイ204によ
り分離された1本のビームに対するレンズアレイ、ブラ
ンキングアレイ、ブランキング絞りの各1要素からなる
電子光学系を要素電子光学系とする。要素電子光学系の
詳細につては、後述する。
10、第2投影レンズ214からなる投影光学系により
試料ステージ218上の試料217に投影する。投影光
学系は、第1投影レンズ210の後焦点位置と第2投影
レンズ214の前焦点位置を共有するようにレンズ制御
回路222によって駆動される。この配置は、対称磁気
ダブレット構成と呼ばれ、低収差で投影が可能となる。
用いられるLaB6は、電子銃のクロスオーバーサイズ
は10μm程度である。試料上でのビームサイズを10
nmにするためには1/1000に縮小する必要があ
る。今、レンズアレイの倍率を1/20とすると、投影
光学系には1/50の倍率が必要である。これを1組の
投影レンズで実現することは困難な場合がある。そのと
きには、投影レンズを2組用いて、例えば、1段目を1
/10、2段目を1/5に設定する。図2に示したブラ
ンキング絞り208と第1投影レンズと210の間に、
投影レンズを設置する。この投影レンズも、対称磁気ダ
ブレット構成を用いる。
の電子ビームは一括して主偏向器213および副偏向器
215により偏向され、位置決めされる。例えば、主偏
向213は偏向幅を広く、副偏向215は偏向幅を狭く
用いる。主偏向器213は電磁型、副偏向器215は静
電型で構成される。偏向器を動作させてビームを偏向し
た際に発生する偏向収差による焦点ずれは動的焦点補正
器211で、偏向により発生する偏向非点は動的非点補
正器212により補正を行う。焦点補正器、非点補正器
ともコイルで構成される。
料217を移動させることにより行う。219は、試料
ステージ上に搭載され、X方向およびY方向にナイフエ
ッジを有するファラデーカップである。このファラデー
カップ219は、レーザー干渉計などの座標測定機能
(図示せず)を含むステージ制御回路225と連動し
て、試料上での電子ビームを偏向またはファラデーカッ
プ219の移動と同期させて電荷量を測定することによ
り、各中間像からなる試料上での電子ビームの位置を計
測することが出来る。また、試料ステージ上に位置計測
用マーク227を取りつけ、その上を走査して電子検出
器216の信号を検出し、信号処理回路224で処理す
る方法でも、電子ビーム位置を測定できる。測定された
ビーム位置に基づいて各ビームのシフト量を求める。
に基づく照射量制御回路221によりビームのオンオフ
と、偏向制御回路223により駆動される主偏向器21
3および副偏向器215の偏向動作を同期させることに
より描画が行われる。このとき、ステージ制御回路22
5を通じて連続移動またはステップ移動により試料ステ
ージ218が移動する。
御する。
細を示す。図11は、図2のアパーチャアレイ204か
らブランキング絞り208までを抜粋し、斜め上から見
たものであり、符号は図2と同一である。アパーチャア
レイ204には略平行な電子ビーム(図示せず)が照射
されている。アパーチャアレイ204で分離された電子
ビーム206はレンズアレイ205で収束されブランキ
ング絞り208に中間像209を形成する。レンズアレ
イ205は3枚電極で、両極は接地、中間電極にのみ電
圧を印加するユニポテンシャルレンズである。例えば、
印加電圧1kVのときの焦点距離は100mm程度であ
る。
05、ブランキングアレイ207およびブランキング絞
り208の開口部の間隔(ピッチ)は略同一で、例え
ば、試料上で4μm間隔、投影光学系の倍率が1/50
とすると、200μmとなる。
ブランキング電極1101には電圧0Vを、ブランキン
グ電極1102には特定の電圧を印加した場合を示して
いる。ブランキング電極1101の間を通過したビーム
はブランキング絞り209の開口部に中間像を結び、下
流に達する。ブランキング電極1102の間には特定の
電圧が印加されており、このためビームが偏向され、中
間像はブランキング絞り208の非開口部に達して、下
流へは遮断される。このように、各ブランキング電極に
電圧を印加するかしないかで、ビームのオンオフが可能
となる。感度向上のため、対向する両電極に±逆符号の
電圧を印加するのが効率的である。例えば、100MH
z程度の動作で±5V〜±10Vの電圧を用いる。
る描画動作を示す。試料(この場合はウェハ)上に描く
べきパターンは、主偏向で偏向可能な範囲の幅を持つ短
冊形状のストライプ301に分割される。ストライプ3
01は、各中間像からなる試料上での電子ビームの配列
の大きさからなる副フィールド302単位で分割された
主フィールド303に分割される。副フィールド内の各
試料上での電子ビーム304(図3では64本)は副偏
向により偏向されて副フィールド302全てを描画す
る。副フィールド302の1つの電子ビームが描画を受
け持つ領域をマイクロフィールド305とし、マイクロ
フィールド305内は電子ビーム304の径と略同じ大
きさであるピクセル306を単位として、角から順にラ
スタスキャンのような偏向動作を行う。副フィールド内
302の全ての電子ビームは、一括して副偏向により偏
向をされる。このピクセル単位の偏向に同期して各電子
ビームをオンオフすることにより副フィールド内のパタ
ーンの描画を行う。
主偏向により副フィールド分だけ偏向を行う。上記と同
様に次の副フィールドの描画を行う。以下同様に副フィ
ールドの描画を行い、主偏向の偏向範囲、すなわち、主
フィールド端部まで描画を終了した時点で次の主フィー
ルドの描画に移行する。このとき、試料ステージは連続
的に移動させる。フィールドおよびストライプの大きさ
は、例えば、1ピクセルは20nm、マイクロフィール
ドは4μm角、副フィールドは256μm角(64×6
4本のビームに相当する)、主フィールドは256μm
×4mm、ストライプ幅は4mmである。
す。副フィールドを構成する各電子ビームの間隔は、図
2で示した要素電子光学系の間隔に投影光学系の倍率を
乗じて決定される。ところが、要素電子光学系の加工精
度による間隔のばらつき、投影光学系の製作誤差、およ
びそれらに伴って発生する各電子ビームの入射角度の誤
差などにより副フィールドを構成する各電子ビームの間
隔がばらつく可能性がある。これらの誤差要因は固定的
で、一度全ての電子光学系を組み上げて、結像条件を設
定すればビーム間隔は決定される。このビーム間隔は、
図2に示したナイフエッジを有するファラデーカップを
用いて個々に測定すれば可能であり、例えば、所定の値
からのずれ量を各ビーム毎に記憶しておけばよい。
変化する場合もある。そのときには、上記測定を適当な
時間間隔にて行えば良い。
フィールドを取り出して示した例である。図4(A)は
マイクロフィールド401と描画すべきパターン402
を示している。例えば、図4(B)の様に4つの電子ビ
ーム403の間隔が変動している場合、描画パターンは
ずれたものとなる。これに対して、個々のビームに対し
て独立な偏向器を持ち、図4(C)の矢印で示すように
ずれの補正404を行えば、描画すべきパターンは正し
く描かれる。
ず、各マイクロフィールド毎に偏向領域余裕405を設
け、マイクロフィールドのビームの位置ずれを打ち消す
方向に同マイクロフィールド毎に描画すべきパターンの
シフト406を行う。次に、図4(E)に示すように、
偏向領域余裕を含めてビーム偏向407を行いマイクロ
フィールドを描画すれば、各ビーム位置がずれたままで
も、結果として図4(F)に示すように、当初の描画す
べきパターンが正しく描かれることになる。
用いて説明する。CPU101に蓄えられている描画パ
ターンデータは、ビットマップ展開回路102にて図3
に示す1ピクセルを単位とするビットマップデータに展
開される。展開されたデータは、マイクロフィールドを
単位として分割され、マイクロフィールドの数で構成さ
れるビットマップメモリ103に照射量データとして格
納される。このビットマップメモリ103は、図4
(D)に示した偏向領域余裕に相当する分を加えたもの
であり、この段階で偏向領域余裕にはパターンが無いの
で初期値0が格納される。
マップシフト回路104とシフト量制御回路105で構
成されるシフト演算回路にてシフト演算を行う。各ビッ
トマップメモリ103のパターンデータをビットマップ
シフト回路104によりシフト演算を行う。このときの
シフト量などのパラメータは、シフト量制御回路105
から設定する。シフト演算された値(照射量データ)に
基づき、照射量制御回路106にてブランキングオフの
時間信号に変換され、ブランキングアレイ107の各ブ
ランキング電極に供給される。
制御は副フィールド内のビーム本数分並列に行われ、か
つ、偏向信号発生回路108からの同期信号によって同
期をとる。この同期信号は、偏向制御回路109にも入
力され、偏向制御回路の出力すなわち偏向器110に供
給される偏向信号とも同期されて描画を行う。このと
き、シフトされたパターンデータは偏向領域余裕を含め
て一つの偏向器110にて描画される。
試料ステージ111上のファラデーカップ112を用い
て各ビームの位置を検出して、CPU101に記憶して
おく。各ビームの位置検出は、ステージ制御回路113
からの位置情報と信号処理回路114からのビームプロ
ファイル信号を基にして行う。
べる。図5は、あるマイクロフィールドのビットマップ
メモリを示している。このメモリに格納されているx方
向i番目、y方向j番目のデータをf(i、j)によっ
て参照する。
す。ピクセル以下の移動は線形補間演算を用いる。線形
補間は以下の式で表される。x方向の移動を以下の通り
である。
量、dx、dyはピクセルサイズを1に規格化したシフ
ト量を示す。同様にy方向は以下の通りである。
いが、上式をまとめて、以下のようにすれば1度に演算
可能である。
加算、乗算で構成されている。これを実現する手段に
は、計算プログラムを持った汎用マイクロプロセッサの
ような演算回路を使用するのが一般的である。ただし、
例えば100MHz以上の高速に演算するには専用回路
を構成する必要がある。専用回路を構成するために、
(式1)を以下のように別の表現とする。
に都合が良い。回路構成の例を、図12に示す。ビット
マップメモリから読み出されたf(i、j)はシフトレ
ジスタ1201と符号反転されて加算器1202に入力
される。シフトレジスタは、1回前のデータを保持して
いるものである。この場合には、マイクロフィールド内
のビーム偏向をXの増加方向、すなわち、iがインクリ
メントされているとする。シフトレジスタ1201の出
力も加算器1202に入力され、結果として、f(i−
1、j)−f(i、j)が出力される。これに乗算器1
203によりdxが乗じられる。この出力と、ビットマ
ップメモリから読み出されたf(i、j)とが、加算器
1204に入力され、結果として(式4)が出力され
る。Y方向には、同じ回路を図12に示す回路の後段に
接続すれば良い。シフトレジスタ1201が1ライン前
のデータを保持している点以外は全く同様である。
イプライン処理を行えば高速化が可能となる。
プロファイルにて示す。図6(B)は、ビームぼけ20
nmのビームを、20nmピクセルの5ピクセル分にビ
ームを照射して、100nmのパターンを描画した例で
ある。なお、図6は説明簡略化のため1次元方向しか示
さないが、2次元でも全く同様である。図6(B)に対
してプラス方向(図では右方向)に4nmシフト(dx
=0.2)させた場合が図6(C)である。左端のビー
ム照射量が元の照射量に対して80%になり、右端6ピ
クセル目に20%照射量にて照射を行う。結果として、
100nmのパターンが4nm移動することになる。同
様に、図6(D)は10nmシフト(dx=0.5)し
た例である。両端のビーム照射量は50%になる。これ
ら100nmのパターンのシフトをまとめて示したもの
が、図6(A)である。このように線形補間演算を行え
ば、ピクセル以下の移動が可能となる。
述べる。ピクセル以上の移動は、ビットマップメモリの
読み出し位置を変えることで実現する。上記のf(i、
j)のiとjにオフセットを加えれば良い。
はx方向の読み出し位置オフセット、joffsetはy方向
の読み出し位置オフセットを示す。
読み出しオフセットとピクセル以下のシフト量は以下の
関係になる。
/ピクセルサイズ) ピクセル以下のシフト量=剰余部(移動量/ピクセルサ
イズ) 例えば、1ピクセルサイズが20nmで、移動量を50
nmの場合には読み出し位置オフセットは2に、ピクセ
ル以下のシフト量は10nmとなり、ピクセルサイズを
1に規格化したピクセルシフト量は0.5となる。
シフト量を組み合わせれば、移動の方向を変えることが
出来る。(式1)、(式2)に示した方式では、X方
向、Y方向それぞれ正の方向(座標が増加する方向)に
しか移動できない。負の方向に移動するためには、オフ
セットにてピクセル単位で必要な移動量以上にマイナス
側に移動して、必要な移動量との差をプラス側に移動す
れば良い。読み出し位置オフセットとピクセル以下のシ
フト量の関係は、以下のようになる。
動量/ピクセルサイズ)−1 ピクセル以下のシフト量=剰余部(移動量/ピクセルサ
イズ)+ピクセルサイズ 例えば、1ピクセルサイズが20nmで、マイナス方向
に35nm移動する場合には、読み出し位置オフセット
は−2に、ピクセル以下のシフト量は5nmになる。
シフトをビットマップメモリの読み出し、すなわち描画
動作と同期して行っている。しかし、固定的なビーム位
置シフトだけであれば、ビットマップ展開されたパター
ンデータをビットマップメモリに格納する前にビットマ
ップシフトを行う方法もある。図7に描画制御を示す。
図1との差異が少ないので同一符号を用いて説明する。
ビットマップメモリ103とビットマップシフト回路1
04の順序が図1と異なる。CPU101に蓄えられて
いる描画パターンデータは、ビットマップ展開回路10
2にて1ピクセルを単位とするビットマップデータに展
開される。展開されたデータは、マイクロフィールドを
単位として分割され、各マイクロフィールド毎にビット
マップシフト回路104にてシフト演算を行った後、マ
イクロフィールドの数で構成されるビットマップメモリ
103に照射量データとして格納される。
御回路105から設定する。このビットマップメモリ1
03も、図1と同様偏向領域余裕に相当する分を加えた
ものであるため、シフトされたデータを格納することが
出来る。
て照射量制御回路106が読み出し、ブランキングオフ
の時間信号に変換され、ブランキングアレイ107の各
ブランキング電極に供給される。その他の構成は、図1
と同様である。
に示す副フィールドの単位で同時に電子ビームが試料上
に照射される。これは、副フィールドを1つの面状ビー
ムと考えることと等価である。この副フィールドを主偏
向器によって偏向し描画を行う。この副フィールドの面
積が大きいほど描画速度は速くなる反面、収差は大きく
なる。本実施例では副フィールドは256μm角とした
ため、偏向収差を無視できない。この収差は、図2に示
す動的焦点、非点補正器により可能な限り小さくするの
が理想的である。しかし、偏向により発生する収差は、
焦点ずれ、非点、歪、倍率誤差、回転誤差など種類が多
くこれら全てに対し、同時に補正しようとすれば、焦点
補正器、非点補正器の数は補正する収差の数以上に設置
する必要があり、かつ、動的に制御が必要なため、実現
は困難となる。
誤差を図8に示す。図中の破線は理想格子を示し、実線
は理想格子点のずれを示している。これらは、各ビーム
位置がずれることに相当し、描画位置をシフトすること
により補正することが可能である。
であるために、偏向動作毎にシフト量を演算する必要が
ある。更に、偏向により発生する収差は、主偏向量に依
存した面状ビーム(副フィールド)内での場所依存をも
つ。更に、マイクロフィールドの形状も主偏向量と主偏
向量に依存した副フィールド内での場所依存をもつ。こ
れらの、場所依存性は理論的には偏向距離の3次の多項
式で近似できる。従って、あるマイクロフィールドでの
補正量は以下の式にて計算することが可能である。
置xμ、yμに依存した補正量を示している。a00か
らa33、およびb00からb33のそれぞれ10個の
係数は、主偏向量xm、ymと副フィールド内での位置
xs、ysに依存している。例えば、a00は副フィー
ルド内での位置xs、ysに依存しており、このときの
係数をc00からc33とすると(式6)と同様に(式
7)の様に表される。
の係数をdとすると、例えばc00は(式8)の様に表
される。
た、係数bも同様に求めることが出来る。従って、(式
3)のdx、dyは偏向位置に依存した値となり、dx
(i、j)、dy(i、j)という形で表現される。
ールド全体(全てのマイクロフィールド)のシフトや回
転は、主偏向にて補正を行えば、(式6)に示す各マイ
クロフィールドのシフトや回転量は最小限になり、描画
速度が向上する。
のa、bの係数は、代表的な場所を数点から数十点決め
て、前記のごとくビーム位置を全ての偏向量に対して測
定を行うか、または、試し描画を行って設計位置からの
ずれ量を測定し、最小二乗近似などを行えば求めること
ができる。
は、図1との差異が少ないので同一符号を用いて説明す
る。パターンデータのシフトは偏向座標に依存するた
め、偏向に同期して(式6)の演算を行う必要がある。
従って、偏向信号発生回路908からの同期信号と同期
して、シフト演算回路を構成するシフト量制御回路90
5にて主偏向量と副フィールド内での場所依存でのシフ
ト量の演算を行い、更にビットマップシフト回路904
により実際にパターンデータのシフト量が演算される。
以降の動作は図1に示した例と同一である。
変動した場合にも発生する。しかし、試料の高さ変動は
試料ステージ移動時に起こるものであり、偏向動作より
も頻度は低いので、(式6)に含めて演算可能である。
この場合には、試料の高さ変動に対する倍率変動量およ
び回転変動量をあらかじめ求めておき、(式6)中の偏
向量の1次項の係数に乗算すれば良い。
しても倍率、回転の変化をなくすことは可能である。ま
た、試料ステージに高さ補正機能や回転補正機能を搭載
すれば倍率や回転の誤差は発生しない。動焦点補正も高
さと回転補正機能付き試料ステージを搭載した場合にも
システムや制御が複雑になることは避けられない。本発
明の方法は、簡素な構成で、倍率、回転誤差を補正でき
るので有効である。
は3次の演算を行っている。しかし、偏向により発生す
る収差が小さい場合には、0次項(オフセット分の
み)、1次項、または2次項の演算のみで補正の簡略化
を行える場合もある。(式6)の演算も図12に示した
ような回路を用いるとすると、次数が少なくなるに従っ
て演算回数も減少するので、回路を簡素化することが出
来る。
イクロの各フィールドのサイズによっては必要精度に比
較して無視し得るほど収差を小さくすることが出来る場
合もある。従って、補正演算の偏向量の依存を減少さ
せ、簡略化した偏向量を用いることが可能な場合があ
る。例えば、実施例3に示したXμ、Yμを回転および
倍率のみにする(1次項のみ使用する)場合、Xμ、Y
μの依存を考慮しない場合がある。また、(式6)にお
けるaおよびbの係数の偏向量依存性を、それぞれXm
+Xs+XμおよびYm+Ys+Yμにしてもよいし、
それぞれXm+XsおよびYm+Ysとしてもよい。
使えば4mm主フィールドの端部で256μm角の副フ
ィールドの歪みを100nm程度にすることは可能であ
る。このとき、4μm角のマイクロフィールドの変形は
最大1nm程度となり無視できる。すなわち、Xμ、Y
μの依存は演算を行う必要がなくなる。
ールドと、副フィールド端部のマイクロフィールドの相
対位置関係にはずれが生じ、結果として隣接する副フィ
ールドとの接続にずれが発生する。ここでは、各マイク
ロフィールド毎に主偏向量と副フィールド内での位置に
依存するシフト項((式6)のa00、b00)だけを
演算した。この演算に基づき各マイクロフィールドの中
心位置をシフトさせて描画を行った結果、マイクロフィ
ールド間の接続誤差が無視し得る程度に小さくなった。
パターンシフトを示す。パターンデータ上のマイクロフ
ィールドサイズ1501と偏向領域余裕1502を示
す。図中の矢印は中心位置の移動方向である。
ムをそれぞれ独立しているとみなし、Xs、Ysの依存
を考慮せず、複数のビームそれぞれに主偏向依存を演算
しても良い。この場合、各ビームの補正量は(式6)と
同様に以下の様に表される。
れば1から1000)を示す。副フィールド内での位置
の依存を考慮しないため、係数aは主偏向量x m、ym
にだけ依存する。
方は、全てのビームに対して個別に主偏向量依存を測定
する方法を用いる。これは、主偏向で適当な間隔(例え
ば副フィールドサイズ)で数箇所偏向し、その各場所で
の各ビーム位置をマーク検出などで求める。それらの位
置を(式10)の多項式にて近似すれば、各ビームの係
数aの値を求めることが出来る。係数bも同様に求める
ことが出来る。
ド内の周辺部と中心部)の主偏向量依存を求めて、その
他の係数は多項式などを用いて代表点の係数から補完し
て求めれば、少ないビーム位置検出にて全ての係数aお
よびbを決定できる。
6μm角の副フィールドの歪みが100nm程度で、4
μm角のマイクロフィールドの変形が最大1nm程度の
とき、Xμ、Yμの依存は演算を行う必要がない。副フ
ィールド中心のマイクロフィールドと、副フィールド端
部のマイクロフィールドの相対位置関係にはずれは、全
てのビームの主偏向量に依存するシフト項((式9)の
a00、b00)だけを演算すればよい。この演算に基
づき各マイクロフィールドの中心位置をシフトさせて描
画を行った結果でも、マイクロフィールド間の接続誤差
が無視し得る程度に小さくなった。
により発生するビームの位置ずれは、通常偏向量に依存
して大きくなる。すなわち、偏向位置0(光軸上)と最
大偏向位置ではずれ量に差があることになる。
(A)は中心軸上での歪の形状を、図13(B)は最大
偏向位置での歪の形状を示している。今、図13を4×
4のマイクロフィールドとすれば、図中の斜線で示した
領域は、最も歪んだマイクロフィールドを示す。偏向位
置0でのマイクロフィールド1301よりも最大偏向位
置でのマイクロフィールド1302の方が変形が大き
く、データのシフト量が大きいため、大きな偏向領域余
裕が必要となる。図13(C)は偏向位置0でのマイク
ロフィールドサイズ1303と偏向領域余裕1304の
関係を、図13(D)は最大偏向位置でのマイクロフィ
ールドサイズ1305と偏向領域余裕1306の関係を
示している。例えば、1ピクセルが20nmの条件に
て、偏向位置0での歪み量が最大10nm、最大偏向位
置での歪み量が50nmであれば、偏向領域余裕はそれ
ぞれ1ピクセル、3ピクセル分となる。偏向余裕領域の
変化は、ビットマップメモリを読み出すカウンタの設定
値を、偏向量依存で設定すれば良い。
領域であり、偏向領域余裕が小さければ余分な領域の偏
向が無くなり、描画速度が向上する。
により発生するビームの位置ずれは、偏向動作に依存し
て常に一定である。一方、電子ビーム位置の経時変化、
いわゆるビームドリフトは予測できない場合が多い。特
に、複数のビーム間でドリフトの方向や大きさが異なる
場合には偏向領域余裕が効率的でない場合も想定され
る。そのような場合には、複数の各ビームにビーム位置
調整用の偏向器アレイを設けてもよい。
ーム位置調整用の偏向器アレイを設けた例である。図1
4は、図2と差異が少なく同じ符号を用いているため、
相違点だけを説明する。ブランキング絞り208の下に
偏向器アレイ1401を設けている。ブランキング絞り
208の上に設置しても同等の機能を得ることができ
る。この偏向器アレイ1401により、試料上でのビー
ム間隔が補正可能である。補正は、実施の形態1で示し
たように各ビーム位置を測定し、所定の間隔になる様、
光軸制御装置1402により電圧を印加する。一度設定
した光軸は、次の測定までは一定に保たれるため、光軸
制御装置1402には高速な回路は必要としない。この
状態にて、実施例3で示した偏向に依存するデータシフ
トによる補正を行えば、製作誤差によるビーム位置ずれ
を除くことが可能となり、偏向領域余裕を効率的に使用
できる。
ム描画方法を用いた半導体集積回路の製造工程を示す。
素子の断面図である。Nマイナスシリコン基板1020
に通常の方法でPウエル層1021、P層1022、フ
ィールド酸化膜1023、多結晶シリコン/シリコン酸
化膜ゲート1024、P高濃度拡散層1025、N高濃
度拡散層1026、などを形成した(図10A)。次
に、リンガラス(PSG)の絶縁膜1027を被着し、
絶縁膜1027をドライエッチングしてコンタクトホー
ル1028を形成した(図10B)。
030材を被着し、その上に感光剤1029を塗布し、
本発明の電子ビーム描画方法を用いて感光剤1029の
パターンニングを行った(図10C)。そして、ドライ
エッチングなどによりW/TiN電極配線1030を形
成した。
の方法でホールパターン1032を形成した。ホールパ
ターン1032の中はWプラグで埋め込み、Al第2配
線1033を連結した(図10D)。以降のパッシベー
ション工程は従来法を用いた。
明したが、W/TiN電極配線形成のリソグラフィ工程
で本発明の電子ビーム描画方法を用いたこと以外は、従
来法と同じ工程を用いた。以上の工程により、質が低下
することなくパターンを形成することができ、CMOS
LSIを高歩留まりで製造することが出来た。本発明の
電子ビーム描画方法を用い半導体集積回路を製作した結
果、描画精度が向上したことによる歩留まりが向上し生
産量が増加した。
マルチビーム方式の電子ビーム描画装置の例を示す。本
図では、電子ビームを発生する手段以外は図2に示す描
画装置と同一であり、図2と同一符号を用いて説明す
る。面状電子源1601から放射された分離された電子
ビーム206はフォーカス制御回路220に駆動される
レンズアレイ205により中間像209を結ぶ。これら
の中間像209の位置は、レンズアレイ205の個々の
強度を変えることにより光軸方向の位置を変えることが
できる。このとき、各分離された電子ビーム206のオ
ンオフは面状電子源1601の面内の各位置で放射のオ
ンオフを制御することにより可能となる。中間像209
以下の構成は図2と同一である。
金属)型、MIS(金属-絶縁体-半導体)型、針状のチ
ップを並べたFEA(フィールドエミッションアレイ)
型、カーボンナノチューブを並べたものなどを用いるこ
とができる。ここでは、Si基板上に、140ÅのSiO2で
絶縁層を形成し、更にその上に15ÅのAlと25ÅのAu
で金属層を形成したMIS型を用いた。この構造の金属
層に10Vの電圧を印加すると、金属層を突き抜けて電
子が1mA/cm2程度の電流密度で放出される。面状
電子源の電子放出部分の間隔を分離された電子ビームの
間隔200μmピッチと同一とし、各面状電子源の電子
放出部分の面積を100μm角とした場合、電子ビーム
1本当りの電流量は100nAとなる。
に起こり、電子ビームのオンオフは電圧にて制御可能で
ある。電子放出量は印加電圧の大小または電圧印加の時
間で制御する。これらの制御は、パターンデータに基づ
く照射量制御回路221により行われる。
ー径の小さい電子源を用いた場合にはレンズアレイによ
る像縮小が不要となり、中間像を作ることなく電子源像
をそのまま試料上に投影することも可能となる。図17
に、この例を示す。図17は図16と同一符号で説明す
る。面状電子源1701の像が図16に示す中間像20
9の位置に相当する位置にあること、レンズアレイとフ
ォーカス制御回路が無いこと以外は、図16と同一であ
る。FEA型の電子源は、引出し電極の電圧を制御する
ことによりオンオフと放射量の制御が可能であり、この
制御はパターンデータに基づく照射量制御回路221に
より行われる。
を、図18に示す。図18は、図1と同一の符号を用い
ている。照射量制御回路106からの出力がブランキン
グアレイではなく面状電子源1801に入力されること
以外は図1と同一である。
よるマルチビーム方式の電子ビーム描画装置の例を示
す。本図では、電子ビームを発生する手段以外は図16
に示す描画装置と同一であり、図16と同一符号を用い
て説明する。励起光発生装置1903により励起光19
02が放出され、光励起電子源1901に照射され、分
離された電子ビーム206が放射される。これ以下の構
成は図16と同一である。
ガラス基板上に半導体層と表面吸着層を形成して作製す
る。半導体層の材料は、p型半導体で、GaAs、AlAs、In
P、InAs、GaP、GaN等のIII-V族もしくはSi、C、Ge等の
IV族もしくはこれらの混合物である。表面吸着層は、C
s、Na等のアルカリ金属もしくは、Cs、Na等のアルカリ
金属と酸素、もしくはBa等のアルカリ土類と酸素、もし
くはこれらの混合物である。この光励起電子源に、波長
800〜600nmのレーザーダイオード光や、波長6
33nmのHe-Neレーザー光を照射することにより
電子を放出する。ここでは、ガラス基板上にAlGaAs膜を
厚さ2μm、GaAsを厚さ1.5μmで形成し、その上にC
sを数原子層形成したものを用いた。
ーザーダイオードにより励起光を照射した。このとき励
起光1mWで25μA程度の電流を得ることができた。
電子ビーム放射のオンオフと放射量は、励起光のオンオ
フおよび励起光の強度または照射時間で制御可能であ
り、これらの制御は、パターンデータに基づく照射量制
御回路221により行われる。
度を得ることが出来るので、光励起電子源で励起光を収
束すれば、図20に示す中間像の無い構成を取ることが
できる。本図では、図19と同じ符号を用いる。励起光
発生装置2003から発生した励起光2002を収束し
て光励起電子源2001に照射する。放出された分離さ
れた電子ビーム206以下は図19と同一である。
成を、図21に示す。図21は、図18と同一の符号を
用いている。照射量制御回路106からの出力がブラン
キングアレイではなく励起光発生装置2102に入力さ
れ、発生した励起光が光励起電子源2101に照射され
ること以外は図18と同一である。
は、図7および図9に示した制御装置も適用可能であ
る。
子ビーム描画方法及び装置において、簡略な構成で、高
精度かつ高速な描画を行うことが出来る。
示す図。
図。
す図。
す図。
ルにて示した図。
集積回路の製造工程の例を示す図。
を示す図。
の歪み形状と偏向領域余裕の関係を示す図。
パターンシフトの様子を示す図。
ーム描画装置の例を示す図。
ーム描画装置の他の例を示す図。
制御を示す図。
ビーム描画装置の例を示す図。
ビーム描画装置の他の例を示す図。
画制御を示す図。
3:ビットマップメモリ、104:ビットマップシフト
回路、105:シフト量制御回路、106:照射量制御
回路、107:ブランキングアレイ、108:偏向信号
発生回路、109:偏向制御回路、110:偏向器、1
11:試料ステージ、112:ファラデーカップ、11
3:ステージ制御回路、114:信号処理回路、20
1:電子銃、202:電子ビーム、203:コンデンサ
レンズ、204:アパーチャアレイ、205:レンズア
レイ、206:分離された電子ビーム、207:ブラン
キングアレイ、208:ブランキング絞り、209:中
間像、210:第1投影レンズ、211:動的焦点補正
器、212:動的非点補正器、213:主偏向器、21
4:第2投影レンズ、215:副偏向器、216:電子
検出器、217:試料、218:試料ステージ、21
9:ファラデーカップ、220:フォーカス制御回路、
221:照射量制御回路、222:レンズ制御回路、2
23:偏向制御回路、224:信号処理回路、225:
ステージ制御回路、226:CPU、227:位置計測
用マーク、301:ストライプ、302:、副フィール
ド、303:主フィールド、304:電子ビーム、30
5:マイクロフィールド、306:ピクセル、401:
マイクロフィールド、402:描画すべきパターン、4
03:電子ビーム、404:ずれの補正、405:偏向
領域余裕、406:パターンのシフト、407:ビーム
偏向、904:ビットマップシフト回路、905:シフ
ト量制御回路、908:偏向信号発生回路、1101:
ブランキング電極、1102:ブランキング電極、12
01:シフトレジスタ、1202:加算器、1203:
乗算器、1204:加算器、1301:マイクロフィー
ルド、1302:マイクロフィールド、1303:マイ
クロフィールドサイズ、1304:偏向領域余裕、13
05:マイクロフィールドサイズ、1306:偏向領域
余裕、1401:偏向器アレイ、1402:光軸制御装
置、1501:マイクロフィールドサイズ、1502:
偏向領域余裕、1601:面状電子源、1701:面状
電子源、1801:面状電子源、1901:光励起電子
源、1902:励起光、1903:励起光発生装置、2
001:光励起電子源、2002:励起光、2003:
励起光発生装置、2101:光励起電子源、2102:
励起光発生装置。
Claims (10)
- 【請求項1】複数の電子ビームの各々を独立にオンオフ
し走査して試料上に所望のパターンを描画する電子ビー
ム描画方法において、前記複数の電子ビームの各々が描
くパターンと前記所望のパターンとのずれを、前記複数
の電子ビームの各々が描くパターンのパターンデータの
位置をシフトすることにより制御してなることを特徴と
する電子ビーム描画方法。 - 【請求項2】複数の電子ビームの各々を独立にオンオフ
し走査して試料上に所望のパターンを描画する電子ビー
ム描画方法において、前記複数の電子ビームの各々が描
くべき前記所望のパターンを含む第1の領域の周囲に偏
向領域余裕に相当する第2の領域を付加して第3の領域
のパターンを設定する工程と、前記第3の領域にて前記
複数の電子ビームの各々が描くパターンのパターンデー
タの、前記所望のパターンのパターンデータに対する位
置のシフト量を求める工程と、前記第3の領域の範囲で
前記位置シフト量に応じて前記複数の電子ビームの各々
を偏向制御する工程とを有してなることを特徴とする電
子ビーム描画方法。 - 【請求項3】複数の電子ビームの各々を独立にオンオフ
制御した後、偏向器を含む投影光学系を介して試料上に
投影することにより所望のパターンを描画するようにし
た電子ビーム描画装置において、前記複数の電子ビーム
の各々が描くべき前記所望のパターンのパターンデータ
を保持するメモリと、前記所望のパターンのパターンデ
ータに対する前記複数の電子ビームの各々が描くパター
ンのパターンデータの、前記所望のパターンのパターン
データに対する位置のシフト量を求めるシフト演算回路
と、前記位置シフト量に応じて前記複数の電子ビームの
各々を偏向制御する偏向制御手段とを有してなることを
特徴とする電子ビーム描画装置。 - 【請求項4】複数の電子ビームの各々を独立にオンオフ
制御した後、偏向器を含む投影光学系を介して試料上を
投影することにより所望のパターンを描画する電子ビー
ム描画装置において、前記複数の電子ビームの各々が描
くべき前記所望のパターンを含む第1の領域の周囲に偏
向領域余裕に相当する第2の領域を加えた第3の領域の
パターンデータを保持するメモリと、前記第3の領域に
て前記複数の電子ビームの各々が描くパターンのパター
ンデータの、前記所望のパターンのパターンデータに対
する位置のシフト量を求めるシフト演算回路と、前記第
3の領域の範囲で前記位置シフト量に応じて前記複数の
電子ビームの各々を偏向制御する偏向制御手段とを有し
てなることを特徴とする電子ビーム描画装置。 - 【請求項5】前記パターンデータの位置シフト量は、前
記複数の電子ビームの各々のビーム間隔のばらつきを補
正する量、又は前記投影光学系を含む全体の電子光学系
もしくは前記試料の高さ変動に起因して発生する前記複
数の電子ビームの各々の位置ずれを補正する量を含むこ
とを特徴とする請求項3又は4記載の電子ビーム描画装
置 - 【請求項6】前記シフト演算回路における前記パターン
の位置シフト量の演算と、前記偏向制御手段における偏
向動作とを同期させてなることを特徴とする請求項3又
は4記載の電子ビーム描画装置。 - 【請求項7】前記シフト演算回路は、前記パターンの位
置シフト量の演算をパターンデータの線形補間を含む演
算により行なうよう構成し、かつ、前記線形補間の結果
を電子ビームの照射量に変換してなることを特徴とする
請求項3又は4記載の電子ビーム描画装置。 - 【請求項8】前記シフト演算回路は、前記複数の電子ビ
ームの各々を偏向する位置に依存して前記位置シフト量
を設定してなることを特徴とする請求項3又は4記載の
電子ビーム描画装置。 - 【請求項9】前記メモリにおいて、前記複数の電子ビー
ムの各々が描くべき前記所望のパターンを含む第1の領
域の周囲に付加する前記第2の領域の大きさを、描画の
ための偏向位置に依存して変更可能に構成したことを特
徴とする請求項4記載の電子ビーム描画装置。 - 【請求項10】請求項1又は2記載の電子ビーム描画方
法を用いて、半導体デバイスを作製することを特徴とす
る半導体装置の製造方法。
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