JP2003338460A - 電子ビーム描画装置および電子ビーム描画方法 - Google Patents
電子ビーム描画装置および電子ビーム描画方法Info
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Abstract
影響を除去するための照射量補正を高精度に行う。 【解決手段】 試料上の同じ領域に電子ビームを直接照
射することにより試料上に描画対象図形を描画する電子
ビーム描画装置において、描画対象図形を描画するため
の電子ビームの照射時間を決定する内挿回路55と、照
射時間をショット回数で割り算して得られる余り時間を
1回のショットで償却するように、ショット毎のショッ
ト時間を決定するショット時間変換回路56とを有す
る。
Description
置および電子ビーム描画方法に係り、特に電子ビームの
後方散乱による近接効果の影響を除去するための電子ビ
ームの照射時間制御システムに関する。
料に微細パターンを描画する装置として、電子ビーム描
画装置が用いられている。電子ビーム描画装置では、後
方散乱電子によりパターンの太りや細りが生じる、いわ
ゆる近接効果の影響が問題となる。そこで、最近、ショ
ット毎に電子ビームの照射時間を変化させる照射量補正
方法が用いられている。
を有する従来例の電子ビーム描画装置について説明す
る。この例は可変成形型電子ビーム描画装置と呼ばれる
装置であり、1はホストコンピュータ、2は図形展開回
路、4は図形分割回路、5は照射量補正回路、6は可変
成形ビーム寸法制御回路、7はブランキング制御回路、
8は偏向制御回路、9はレーザ測長系、10は試料台駆
動回路、11は試料台、12は試料、13は試料室、2
0は電子光学鏡筒、21は電子銃、22a〜22eは各
種レンズ系、23〜26は各種偏向器、27aはブラン
キング板、27b,27cはビーム成形用アパーチャマ
スクを示している。
から放出された電子ビームは、ブランキング用偏向器2
3によりオン・オフされる。このとき、電子ビームのオ
ン状態の時間を調整することによって、照射位置に応じ
て電子ビーム照射量を変化させることができる。ブラン
キング板27aを通過した電子ビームは、ビーム成形用
偏向器24およびビーム成形用アパーチャマスク27
b,27cにより矩形ビームに成形され、かつ矩形ビー
ムの寸法が可変される。そして、この成形された電子ビ
ームは主副2段で構成されている走査用偏向器25,2
6により試料12上で偏向走査され、このビーム走査に
よって試料12が所望パターンに描画される。
ンデータは、データ圧縮のためにホストコンピュータ1
上では階層化されている。ホストコンピュータ1は、こ
のパターンデータを図形展開回路2に転送する。図形展
開回路2は、階層化されたパターンデータを解凍し、図
形単位のデータにする。この図形単位のデータは、偏向
制御回路8による偏向位置を示す位置データと、図形の
寸法を示す図形サイズデータからなっている。
に描画する図形(描画対象図形という)の寸法は、装置
が一回で描画(転写)できる寸法より大きいため、図形
分割回路4によって一回で描画できる寸法以下の大きさ
に分割される。この一回で描画できる図形はショットと
呼ばれており、またその寸法はショットサイズと呼ばれ
ている。図形分割回路4は、図形展開回路2からのデー
タに基づき各ショットに対応する位置データおよびショ
ットサイズデータを出力する。図形分割回路4から出力
される位置データは偏向制御回路8に与えられ、ショッ
トサイズデータは可変成形ビーム寸法制御回路6に与え
られる。
ら出力される位置データおよびショットサイズデータの
両方が与えられる。この照射量補正回路5では、ショッ
トの位置と予め入力され格子状に並べられた照射時間を
示すデータとからそのショットを描画すべき時間を算出
し、その時間データをブランキング制御回路7に出力す
る。ブランキング制御回路7では、この時間データに基
づき電子ビームの照射時間を制御する。
ショットが描画されるように走査用偏向器25,26の
制御・駆動を行う。可変成形ビーム寸法制御回路6は、
試料上に所望のサイズのショットが描画されるようにビ
ーム成形用偏向器24の制御・駆動を行う。
画装置における照射量補正の原理について説明する。照
射量補正は、前述したように後方散乱による近接効果の
影響を除去するために、ショット毎に電子ビームの照射
時間を補正するものである。図10(a)は試料上に描
画すべき描画対象図形であり、この例では図形31aと
図形31bの2個の図形があるとする。それぞれの図形
31a,31bは一回で描画できる寸法より大きいた
め、前述したように幾つかのショットに分割されて描画
される。この例では、図形31a,31bがそれぞれ3
個のショット32に分割されている。
る線上の位置(x)と照射量(D)の関係を示したグラ
フである。122は所望とする電子ビームの照射量D0
を表し、123は各図形とその周囲の図形による後方散
乱に依存する照射量の関数f(x)を表している。照射
量補正は、全てのショット32の照射量がD0 となるよ
うに、図中の124に示されるように各ショットの照射
時間をD0 とf(x)の差に応じて制御することで行
う。以上説明したことを2次元に拡張すれば、試料上全
面において近接効果の補正を行うことができる。
射量補正の制御方法を説明する。電子ビームの照射時間
を示す照射時間データは、描画前にパターンデータ11
1より予め求められ、図11のような等間隔の格子状の
データ112として図12に示すようにホストコンピュ
ータ1からメモリ104に転送されている。格子の間隔
は数μmであり、また格子の大きさは補正精度により変
化させる。
際には、まず図12においてショット位置計算回路10
1でショット113の位置を求める。次に、メッシュ位
置計算回路102でショット113が格子状の照射時間
データ112のどの格子上にあるかを計算する。具体的
には、ショット113の位置を格子の間隔で割る。そし
て、求めた格子上のデータ114をメモリ104内の照
射時間データ112から読み込み回路103によって読
み出し、図9中のブランキング制御回路7に出力する。
されるパターンサイズの精度を向上させるには、電子ビ
ームの照射量補正の精度を上げる必要がある。照射量補
正の精度を上げるためには、照射時間データ112の格
子間隔を小さくしていけばよい。しかし、こうすると照
射時間データ112が増加するため、計算量が増加して
ホストコンピュータ1の負荷が増大し、ホストコンピュ
ータ1から照射量補正回路5へのデータ転送のスループ
ットが低下するという問題が発生する。
はショットの内部に照射量の違いが存在する。すなわ
ち、図10(b)に示されるように各ショットに対応す
る照射量は、所望の照射量D0 の近傍で後方散乱による
照射量の関数f(x)に応じて変化している。従来で
は、電子ビーム描画装置が描画できる最大のショットサ
イズで描画を行っても、ショット内部の照射量のばらつ
きは無視できる大きさであった。
げるべく照射量補正の精度をより向上させようとする
と、このショット内部の照射量のばらつきが無視できな
い値となってくる。例えば、図10において図形31b
は図形31aに比べて後方散乱の傾き、つまり関数f
(x)の傾きが大きいため、図形31bでは各ショット
の両端で照射量の誤差が大きくなってしまい、結果的に
図形の寸法にばらつきが生じる。これを解決する方法と
して、ショットサイズの最大サイズを小さくする方法が
あるが、これはスループットを著しく低下させることに
なるので、実用的でない。
方法として最近、多重描画法を用いることが考えられて
いる。多重描画法は、描画を数回に分けて行うことによ
り、偏向器のアンプ等の雑音の影響を減らす手法であ
る。この多重描画法と照射量補正を組み合わせて実施す
る場合、照射量補正回路5で求めた照射時間を多重描画
回数で割り、それを一回分の照射時間とすればよい。し
かし、ブランキング制御回路7に供給される照射時間デ
ータはディジタルデータであり、制御できる照射時間は
有限であるため、照射時間を多重描画の多重回数で割っ
た時間に量子化誤差が生じてしまい、照射量補正の精度
を効果的に上げることは難しい。
電子ビーム描画装置では、後方散乱電子による近接効果
の影響を除去すべく、照射量補正の精度を上げるために
照射時間データの格子間隔を小さくすると、データ量が
増大してスループットが低下し、またショット内部の電
子ビームの照射量のばらつきを小さくするためにショッ
トサイズを小さくすると、スループットが低下するとい
う問題があり、さらに従来の照射量補正法を多重描画法
と組み合わせた場合には、量子化誤差が問題となってい
た。
つ、近接効果の影響を除去するための電子ビームの照射
量補正を高精度に行うことができる電子ビーム描画装置
および電子ビーム描画方法を提供することを目的とす
る。
に本発明は、次のような構成を採用している。
ームを直接照射することにより試料上に描画対象図形を
描画する電子ビーム描画装置において、前記描画対象図
形を描画するための前記電子ビームの照射時間を決定す
る手段と、前記照射時間をショット回数で割り算して得
られる余り時間を少なくとも1回のショットで償却する
ように、前記ショット毎のショット時間を決定する手段
とを具備することを特徴とする。
ームを直接照射することにより試料上に描画対象図形を
描画する電子ビーム描画方法において、前記描画対象図
形を描画するための前記電子ビームの照射時間を決定す
るステップ(A)と、前記照射時間をショット回数で割
り算して得られる余り時間を少なくとも1回のショット
で償却するように、前記ショット毎のショット時間を決
定するステップ(B)とを具備することを特徴とする。
形態によって説明する。
ビーム描画装置の概略構成について説明する。この実施
形態は可変成形型電子ビーム描画装置であり、1はホス
トコンピュータ、2は図形展開回路、3は分割サイズ決
定回路、4は図形分割回路、5は照射量補正回路、6は
可変成形ビーム寸法制御回路、7はブランキング制御回
路、8は偏向制御回路、9はレーザ測長系、10は試料
台駆動回路、11は試料台、12は試料、13は試料
室、20は電子光学鏡筒、21は電子銃、22a〜22
eは各種レンズ系、23〜26は各種偏向器、27aは
ブランキング板、27b,27cはビーム成形用アパー
チャマスクを示している。本実施形態の電子ビーム描画
装置は、分割サイズ決定回路3が追加されている点と、
照射量補正回路5の構成が図9に示した従来の装置と異
なっている。
来の電子ビーム描画装置と同様である。すなわち、電子
銃21から放出された電子ビームは、ブランキング用偏
向器23によりオン・オフされる。このとき、電子ビー
ムのオン状態の時間を調整することによって、照射位置
に応じて照射量を変化させることができる。ブランキン
グ板27aを通過したビームは、ビーム成形用偏向器2
4およびビーム成形用アパーチャマスク27b,27c
により矩形ビームに成形され、かつ矩形ビームの寸法が
可変される。そして、この成形されたビームは主副2段
で構成されている走査用偏向器25,26により試料1
2上で偏向走査され、このビーム走査により試料12が
所望パターンに描画される。
て説明する。パターンデータは、データ圧縮のためにホ
ストコンピュータ1上では階層化されている。ホストコ
ンピュータ1は、このパターンデータを図形展開回路2
に転送する。図形展開回路2は、階層されたパターンデ
ータを解凍し、描画対象図形である図形単位のデータ
(以下、図形データという)にして取り出す。この図形
データは、図形のサイズを示す図形サイズデータと、偏
向制御回路8による偏向位置を示す位置データとからな
る。
データは、分割サイズ決定回路3に入力される。分割サ
イズ決定回路3では、図形データ中の位置データから分
割サイズ、すなわち図形分割回路4から出力される部分
図形(ショット)の最大寸法を計算し、これを図形の各
種データと共に図形分割回路4に与える。
入力される図形データについて図形サイズが分割サイズ
(部分図形の最大寸法)より小さい寸法になるように入
力された図形を分割し、各ショットに対応してショット
の偏向位置を示す位置データショットのサイズを示すシ
ョットサイズデータおよびショットの偏向位置を示す位
置データを発生する。ショットサイズデータは可変成形
ビーム寸法制御回路6に与えられ、位置データは偏向制
御回路8に与えられる。
ら出力される位置データおよびショットサイズデータの
両方が与えられる。この照射量補正回路5では、ショッ
トの位置と予め入力され格子状に並べられた照射時間を
示す照射時間データとから、そのショットを描画する際
の電子ビームの照射時間を算出し、照射時間データをブ
ランキング制御回路7に出力する。ブランキング制御回
路7では、この照射時間データに基づき試料12に対す
る電子ビームの照射時間を制御して、所望の照射時間に
なるようショットを描画する。
が描画されるように走査用偏向器25,26の制御・駆
動を行う。可変成形ビーム寸法制御回路6は、所望のサ
イズのショットが描画されるようにビーム成形用偏向器
24の制御・駆動を行う。
イズ決定回路3の具体的な構成例について説明する。
図である。図2(a)は試料上に描画する図形(描画対
象図形)のイメージ図であり、この例では図形31aと
図形31bの2個の図形があるものとする。それぞれの
図形31a,31bは幾つかのショット32に分割され
る程度の大きさであるとする。図形31a,31bを通
る線121上の位置(x)と照射量(D)の関係を示し
たのが図2(b)のグラフである。122は所望する照
射量D0 を表し、123は各図形とその周囲の図形によ
る後方散乱による照射量の関数f(x)を表している。
を描画するときの電子ビームの照射量(照射時間)は、
D0 とf(x)の差に応じて補正される。しかし、f
(x)の傾きが大きく、かつショットサイズが最大値に
近い場合、ショットの両端での照射量の誤差が大きくな
ってしまう。
ように、f(x)の傾きが大きいときにはショットサイ
ズを小さくし、f(x)の傾きが小さいときにはショッ
トサイズを大きくすることで、照射量補正の精度を向上
させている。図2では、図形31aは3個のショット3
2で描画しているが、図形31bはf(x)の傾きが大
きいため、4個のショット32で描画する。実際の照射
量は、図2(b)のような階段状になるが、それぞれの
段差はある値以下になる。このような制御を行うことに
よって、各ショット32内の照射量の誤差を減らすと共
に、それによる総ショット数の増加を防ぐことができ
る。
示すブロック図である。分割サイズは予め照射時間のデ
ータに基づいて計算され、ホストコンピュータ1からメ
モリ35a,35b上に分割サイズデータとして転送さ
れている。この例では図形の分割をXとY両方向に行う
ため、分割サイズデータはXとYの2種類が用意されて
いる。
子状に配置されている。例えば、図形31dの分割サイ
ズを求めるとすると、その図形に対応した分割サイズデ
ータが必ず存在するので、その分割サイズデータを読み
込んで出力する。図4の例では、データC13が図形3
1dに対応している。また、これらの分割サイズデータ
の格子の間隔を図形サイズ程度にしておけば、分割サイ
ズデータのデータ量はさほど大きくはならず、データ転
送上、特に問題になることはない。
図形展開回路2から入力された図形サイズデータと偏向
位置を示す位置データにより、描画対象図形の中心位置
を計算する。読み込み回路34では、この中心位置から
分割サイズデータの対応する格子を計算して、メモリ3
5a,35bからその格子のデータ(Xc,Yc)を読
み込み、図1中の図形分割回路4にそのデータを出力す
る。
例を示すブロック図である。この例は、分割サイズデー
タを予め作成せず、回路上で計算する構成となってい
る。図形位置計算回路33は、図3中に示したものと同
じである。読み込み回路34bは、照射量データを格納
したメモリ35cからショットに対応する場所のデータ
Di,j とその隣のデータDi,j+1 ,Di+1,j を読み込
む。そして、勾配計算回路36では次式(1)(2)に
示すように両者の差をとり、勾配Δx,Δyを計算す
る。
配Δx,Δyから分割サイズ、すなわちショットのX方
向の寸法XcおよびY方向の寸法Ycを計算する。
り十分小さい場合、上記の計算はその図形に対応する照
射量データを全て読み込んで各点での勾配Δx,Δyを
求め、最大勾配のデータを採用する。
補正の制御方法を説明する。照射時間を示す照射時間デ
ータは、描画前にホストコンピュータ1に格納されたパ
ターンデータ等より予め求められ、図11のような等間
隔の格子状のデータ112として装置内のメモリに転送
されている。この照射時間データ112の格子の間隔は
数μmであり、また大きさは補正精度により変化させ
る。
ブロック図である。照射量補正回路5には、図形分割回
路4からショッサイズデータと位置データが入力され
る。あるショットを描画する際、まずショット位置計算
回路51により、ショッサイズデータと位置データから
そのショットの位置が求められる。次に、メッシュ位置
計算回路52により、ショットの位置からそのショット
がメモリ54a〜54dに記憶されている格子状に配置
された照射時間データのどの格子上にあるかが計算され
る。具体的には、まずショットの位置を照射時間データ
の格子の間隔で割る。この割り算で得られた商の整数部
はショットの周囲の格子の位置情報であり、読み込み回
路53に出力される。商の小数部はそれらの格子に対す
るショットの相対位置の情報であり、後述の内挿回路5
5に出力される。
4dに記憶された照射時間データからショットの周囲4
点のデータを読み出して、内挿回路55に出力する。こ
こでメモリ54a〜54dからの読み込み時間が大きく
なり、描画スループットに影響を及ぼすときには、メモ
リのバンク数を4または2にして、読み込み回路53を
並列化すればよい。
る。あるショットに対応する照射時間を計算する際、格
子状に配置された照射量データ、つまり○印で示す格子
点上のデータを用いる。ショット501に対応する照射
時間を計算する場合は、読み込み回路53によりショッ
ト501の周囲4点502a,502b,502c,5
02dのデータD1 ,D2 ,D3 ,D4 を読み込む。一
方、メッシュ位置計算回路52では、格子間隔を1とし
たときのショット501の格子からの距離sとtを計算
する。内挿回路55では、これらのデータD1 ,D2 ,
D3 ,D4 およびs,tから次式(5)に示す内挿計算
を行ってショット501に対応する照射時間Dを求め、
それを照射時間変換回路56に出力する。
り、照射量データの格子間隔を必要以上に小さくするこ
となく、照射量補正の精度を上げることが可能となる。
照射時間データを用いて内挿計算を行ったが、読み込む
照射時間データの数をさらに増やして内挿計算を行え
ば、照射量補正の精度をより高くかることができる。内
挿計算の方法としては、スプライン補間、線形補間など
種々の方法があるが、どの方法を選択するかは要求精度
と回路規模の兼ね合いで決定すればよい。
いて説明する。
時に多重描画を行う場合に、内挿回路55で計算された
照射時間を多重描画の各段階での照射時間に変換する回
路である。この場合、計算された照射時間を多重描画の
多重回数で割ることで、一回の描画当たりの照射時間を
求めることができる。しかし、照射量補正回路5からブ
ランキング制御回路7に入力される照射時間データはデ
ィジタル量であるので、単純に割り算を行ったのでは、
多重描画の多重回数が多くなると量子化誤差が大きくな
り、精度の高い照射量補正が難しくなる。この対策とし
て、本実施形態の照射時間変換回路56では、上記の割
り算に代えて、メモリ57a,57bに格納された変換
テーブルA,Bを読み込んで変換された照射時間データ
を取り出すことにより、量子化誤差をなくしている。
た変換テーブルの例を示したものであり、照射時間に対
応させて2組の照射時間データ群A,Bを記述してい
る。ブランキング量子化幅(照射量補正回路5からブラ
ンキング制御回路7に入力される照射時間データの量子
化幅)を5nsecとし、多重描画の多重回数を4としたと
き、計算される照射時間が200nsec,205nsec,2
10nsec,215nsec,220nsecであるとすると、照
射時間データ群A,Bとして図のようなデータを記憶し
ておく。
間をキーとして、4回の多重描画のうち、3回の描画時
には照射時間データ群Aを参照して、計算された照射時
間に対応するデータを読み込み、残り1回の描画時には
照射時間データ群Bを参照して、計算された照射時間に
対応するデータを読み込む。このようにすると、例えば
計算された照射時間が215nsecの場合、照射時間デー
タは 215nsec=50nsec×(4−1)+65nsec となり、量子化誤差は発生しない。これに対して、計算
された照射時間を単純に多重回数で割り算した場合、商
は53.75nsecとなり、量子化幅が5nsecであること
を考慮すると、4回の各描画時の照射時間データは50
nsecとなるから、215−(50×4)=15nsecの誤
差が発生してしまう。
参照するかは、ホストコンピュータ1が判断して指定す
る。また、メモリ57a,57b上に変換テーブルを作
成するのも、ホストコンピュータ1である。
ーブルを設ければ、多重回数に対応して異なる照射時間
で描画することができるので(但し、トータルの照射時
間はは同じになる)、照射時間補正の誤差の累積を防い
で、より高精度の描画が可能となる。
データ群のみを照射時間に対応させたテーブルを用意
し、多重描画の各段階の描画毎にホストコンピュータ1
によりテーブルの内容を書き換え、照射時間データ群よ
り選択された照射時間データを読み込んで出力すること
によっても、同様の効果が得られる。
子ビーム描画装置によると、以下の効果が得られる。
に、ショット内の電子ビーム照射量(照射時間)の補正
誤差が減少する。
つ、補正の精度を高めることができる。
差を発生させない。
が可能なため、より精度の高いパターンを描画すること
が可能となる。
分図形位置に対応する照射時間を内挿計算により求める
ことによって、部分図形の最大寸法を必要以上に小さく
することなく、部分図形内の電子ビームの照射量のばら
つきを小さくできるので、同様に照射量補正の精度が向
上する。しかも、照射時間をショット回数で割り算して
得られる余り時間を少なくとも1回のショットで償却す
るように、ショット毎のショット時間を決定することに
より、多重描画の多重回数が多くなっても量子化誤差を
小さくして、精度の高い照射量補正を行うことができ
る。
子ビームの照射時間を決定して照射時間データを出力す
る際、複数組の照射時間データ群を記憶した記憶手段か
ら1組または複数組の照射時間データ群より選択された
照射時間データを読み込んで出力するか、記憶された照
射時間データ群を多重描画の各段階の描画毎に書き換え
て照射時間データ群より選択された照射時間データを読
み込んで出力することにより、決定した照射時間に一致
したあるいはより近い誤差の少ない照射時間データを得
ることが可能となる。特に、描画対象図形を複数の部分
図形に分割して多重描画を行う際には、このように照射
時間データを求めることによって、ブランキング制御の
量子化誤差の影響を受けにくくなり、照射量補正の精度
が向上する。
上げることが可能であるため、より精度の高いパターン
を描画することができる。
の構成を示す図
説明図
例を示すブロック図
構成例を示すブロック図
示すブロック図
を示す図
ク図
正の原理説明図
正動作を説明するための図
正回路の構成を示すブロック図
Claims (2)
- 【請求項1】試料上の同じ領域に電子ビームを直接照射
することにより試料上に描画対象図形を描画する電子ビ
ーム描画装置において、 前記描画対象図形を描画するための前記電子ビームの照
射時間を決定する手段と、 前記照射時間をショット回数で割り算して得られる余り
時間を少なくとも1回のショットで償却するように、前
記ショット毎のショット時間を決定する手段とを具備す
ることを特徴とする電子ビーム描画装置。 - 【請求項2】試料上の同じ領域に電子ビームを直接照射
することにより試料上に描画対象図形を描画する電子ビ
ーム描画方法において、 前記描画対象図形を描画するための前記電子ビームの照
射時間を決定するステップ(A)と、 前記照射時間をショット回数で割り算して得られる余り
時間を少なくとも1回のショットで償却するように、前
記ショット毎のショット時間を決定するステップ(B)
とを具備することを特徴とする電子ビーム描画方法。
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