JP2005101448A - 荷電ビーム描画装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 斜め図形を効率よく描画することができる荷電ビーム描画装置及び方法を得る。
【解決手段】 荷電ビーム放射源から放射された荷電ビームを複数のアパーチャの開口部で成形して試料上にパターンを形成するものであって、第１アパーチャと、第２アパーチャと、第１アパーチャを通過した荷電ビームを第２アパーチャの任意の位置に照射するための偏向器を有する。そして、第１アパーチャは、第１の標準矩形開口部と、この第１の標準矩形開口部に対して４５度回転した第１の４５度矩形開口部と、第１の三角形開口部を有する。また、第２アパーチャは、第２の標準矩形開口部と、この第２の標準矩形開口部に対して４５度回転した第２の４５度矩形開口部と、第２の三角形開口部を有する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、荷電ビーム放射源から放射された荷電ビームを複数のアパーチャの開口部で成形して試料上にパターンを形成する荷電ビーム描画装置及び方法に関するものである。

従来の荷電ビーム描画装置は、矩形の開口部を設けたアパーチャを用いて矩形ビームを形成していた。そして、近年では、三角形開口部を設けたアパーチャを用いて三角形ビームを形成するものも開発されている（例えば、特許文献１参照）。

この三角形ビームを形成する荷電ビーム描画装置は、矩形のビームを形成するものに比べて、第１アパーチャで成形された投影像を第２アパーチャ面内で大きな距離移動させる必要があるため、ビーム位置の移動時間、静定時間が大きくなていた。

しかし、従来は、荷電ビーム描画装置で描画する半導体素子やフォトマスクのパターンの大部分は、試料の各辺に対して０度又は９０度方向の図形から構成され、斜め図形は全体のごく一部に限られるため問題とはならなかった。
特開平３−２７０２１５号公報

近年の半導体素子のパターンサイズの微細化に伴い、半導体回路の密度は増大し、効率のよいパターン配置や配線遅延の低減のために、斜めに配線を引き回すことが検討されている。また、メモリと論理回路を１つの半導体素子に搭載する例も増えている。このため、斜め図形は増える傾向にある。

また、斜め図形を三角形ビームの合成によって形成する場合、０度又は９０度方向の図形を矩形ビームの合成によって形成する場合に比べて、図形形成の効率が落ちる。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、斜め図形を効率よく描画することができる荷電ビーム描画装置及び方法を得るものである。

本発明に係る荷電ビーム描画装置は、荷電ビーム放射源から放射された荷電ビームを複数のアパーチャの開口部で成形して試料上にパターンを形成するものであって、第１アパーチャと、第２アパーチャと、第１アパーチャを通過した荷電ビームを第２アパーチャの任意の位置に照射するための偏向器を有する。そして、第１アパーチャは、第１の標準矩形開口部と、この第１の標準矩形開口部に対して４５度回転した第１の４５度矩形開口部と、第１の三角形開口部を有する。また、第２アパーチャは、第２の標準矩形開口部と、この第２の標準矩形開口部に対して４５度回転した第２の４５度矩形開口部と、第２の三角形開口部を有する。本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。

本発明により、斜め図形を効率よく描画することができる。

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。図１は本発明の荷電ビーム描画装置の一例を示す概略図である。この荷電ビーム描画装置は、荷電ビーム放射源１１から放射された荷電ビームを第１アパーチャ１２及び第２アパーチャ１３の開口部で成形して試料１４上にパターンを形成する。また、第１アパーチャ１２を通過した荷電ビームを第２アパーチャ１３の任意の位置に照射するための偏向器１５と、電子線を試料１４に結像する対物レンズ１６を有する。

そして、第１アパーチャ１２は、図２に示すように、第１の標準矩形開口部である正方形の開口部Ａ１と、この第１の標準矩形開口部に対して４５度回転した第１の４５度矩形開口部である正方形の開口部Ｂ１と、第１の三角形開口部である垂直二等辺三角形の開口部Ｃ１を有する。

この開口部Ｂ１の辺長をＡ１の対角線の長さ以上とする。ここでは、開口部Ａ１の辺長をＬとし、開口部Ｂ１の辺長さを√２Ｌとする。また、開口部Ｃ１の等辺の長さをＬとする。そして、Ｌは試料１４に照射する最大ビームサイズＢ_ｍａｘよりも大きくし、その大きさの差δ＝Ｌ−Ｂ_ｍａｘは実験により求める。

また、荷電ビーム放射源１１から第１アパーチャ１２上に放射される荷電ビームは円形である。このため、第１アパーチャ１２の開口部を図３のように、荷電ビームの照射領域２１内に配列すれば、開口部の面積が最大となり、荷電ビームを有効に活用することができる。しかし、この配列では、荷電ビームがそれぞれの開口部を通過した際に相互に干渉してしまう。また、３つの開口部に囲まれる部分が抜け落ちてしまう。そこで、実際には、図２に示すように、開口部Ａ１と開口部Ｂ１の間に間隔ｄ１、開口部Ｂ１と開口部Ｃ１の間に間隔ｄ２、開口部Ｃ１と開口部Ａ１の間に間隔ｄ３が設けられている。そして、荷電ビーム放射源１１から放射された荷電ビームは、開口部Ａ１，Ｂ１，Ｃ１を全て含む領域に照射される。これにより、第１アパーチャ１２上での荷電ビームの照射位置を変えることなく、荷電ビームを最大限利用することができる。なお、間隔ｄ１〜ｄ３の値は実験により求める。

一方、第２アパーチャ１３は、図４に示すように、第２の標準矩形開口部である正方形の開口部Ａ２と、この第２の標準矩形開口部に対して４５度回転した第２の４５度矩形開口部である正方形の開口部Ｂ２と、第２の三角形開口部である垂直二等辺三角形の開口部Ｃ２を有する。そして、荷電ビームを成形して基板１４に投影する場合は、荷電ビームを偏向器１５で偏向して、開口部Ａ１，Ｂ１，Ｃ１の投影像である第１アパーチャ像Ａ１´，Ｂ１´，Ｃ１´を基準位置２２から移動させて開口部Ａ２，Ｂ２，Ｃ２と選択的に合成させる。また、開口部Ａ２，Ｂ２，Ｃ２を基準位置２２の周囲に配置することにより、第１アパーチャ像Ａ１´，Ｂ１´，Ｃ１´の第２アパーチャ１３上での移動距離を小さくすることができる。

開口部Ａ２は、基準位置２２に投影された第１アパーチャ像Ａ１´の左下側に間隔ｄ４だけ離して隣接させる。そして、Ａ２の辺長Ｌ１をＡ１´の辺長よりも大きくする。また、開口部Ｂ２は、基準位置２２に投影された第１アパーチャ像Ｂ１´の右側に間隔ｄ５だけ離して隣接させる。そして、Ｂ２の辺長Ｌ２をＢ１´の辺長よりも大きくする。また、開口部Ｃ２は、基準位置２２に投影された第１アパーチャ像Ｂ１´の上方に設ける。ただし、第１アパーチャ像Ｃ１´の左上の頂点から右上４５度方向に伸びる補助線２３と開口部Ｃ２の下側の頂点とが間隔ｄ６だけ離れるようにする。そして、開口部Ｃ２の右辺を下方に延長した補助線２４が、基準位置２２に投影された第１アパーチャ像Ｃ１´の右辺よりも間隔ｄ７だけ左側になるようにする。さらに、開口部Ｃ２の辺長Ｌ３を第１アパーチャ像Ｃ１´の辺長よりも大きくする。

このように、開口部Ａ２，Ｂ２，Ｃ２が基準位置２２に投影された第１アパーチャ像Ａ１´，Ｂ１´，Ｃ１´から所定の間隔だけ離れているため、第１アパーチャ像Ａ１´，Ｂ１´，Ｃ１´が基準位置２２に投影されている場合に、荷電ビームが開口部Ａ２，Ｂ２，Ｃ２を通って試料１４に投影されることはない。なお、間隔ｄ４〜ｄ７の値は実験により求める。

第１アパーチャ１２及び第２アパーチャ１３は、図６に示すように図５を左右反転した形状、図７に示すように図５を上下反転した形状としてもよい。ただし、以下では図２、図４及び図５の場合を例に取って説明する。

次に、上述の荷電ビーム描画装置を用いた描画方法について説明する。まず、荷電ビーム放射源１１から放射された荷電ビームを第１アパーチャ１２に照射する。次に、第１アパーチャ１２を通過した荷電ビームを第２アパーチャ１３の任意の位置に照射する。そして、第２アパーチャ１３を通過した荷電ビームを試料１４上に照射する。ここで、第１アパーチャ１２として、第１の標準矩形開口部と、この第１の標準矩形開口部に対して４５度回転した第１の４５度矩形開口部と、第１の三角形開口部を有するものを用いる。また、第２アパーチャ１３として、第２の標準矩形開口部と、この第２の標準矩形開口部に対して４５度回転した第２の４５度矩形開口部と、第２の三角形開口部を有するものを用いる。これにより、図８に示す各図形を描画することができ、斜め４５度方向の図形が多用された回路パターンでも、スループットを落とすことなく、効率よく描画することができる。この図８に示す各図形を描画する方法について以下説明する。

まず、図８（ａ）に示すような０度又は９０度方向の辺からなる標準矩形を形成する方法を図９を用いて説明する。第１アパーチャ像Ａ１´，Ｂ１´，Ｃ１´を基準位置２２から左下方向へ移動させ、第１アパーチャ像Ａ１´と開口部Ａ２を重ね合わせる。これにより、第１アパーチャ像Ａ１´の左辺及び下辺、開口部Ａ２の右辺及び上辺から標準矩形３１が形成される。ここで、Ａ２の辺長Ｌ１をＡ１´の辺長よりも大きくしているため、成形に寄与しない開口部Ａ２の左辺と下辺が影響を及ぼすのを防ぐことができる。

次に、図８（ｂ）に示すような標準矩形に対して時計方向又は反時計方向に４５度回転させた４５度矩形を形成する方法を図１０を用いて説明する。第１アパーチャ像Ａ１´，Ｂ１´，Ｃ１´を基準位置２２から右方向へ移動させ、第１アパーチャ像Ｂ１´と開口部Ｂ２を重ね合わせる。これにより、第１アパーチャ像Ｂ１´の右上辺及び右下辺、開口部Ｂ２の左上辺及び左下辺から４５度矩形３２が形成される。ここで、Ｂ２の辺長Ｌ２をＢ１´の辺長よりも大きくしているため、成形に寄与しない開口部Ｂ２の右上辺と右下辺が影響を及ぼすのを防ぐことができる。

次に、図８（ｃ）に示すような直角部が左下にある直角二等辺三角形である三角形１を形成する方法を図１１を用いて説明する。第１アパーチャ像Ａ１´，Ｂ１´，Ｃ１´を基準位置２２から開口部Ａ２を挟んだ対角側まで移動させ、第１アパーチャ像Ｂ１´と開口部Ａ２を重ね合わせる。これにより、第１アパーチャ像Ｂ１´の右上辺、開口部Ａ２の左辺及び下辺から第１三角形３３が形成される。

次に、図８（ｄ）に示すような直角部が左上にある直角二等辺三角形である第２三角形を形成する方法を図１２を用いて説明する。第１アパーチャ像Ａ１´，Ｂ１´，Ｃ１´を基準位置２２から開口部Ａ２の左上側まで移動させ、第１アパーチャ像Ｂ１´と開口部Ａ２を重ね合わせる。これにより、第１アパーチャ像Ｂ１´の右下辺、開口部Ａ２の左辺及び上辺から第２三角形３４が形成される。

次に、図８（ｅ）に示すような直角部が右下にある直角二等辺三角形である第３三角形を形成する方法を図１３を用いて説明する。第１アパーチャ像Ａ１´，Ｂ１´，Ｃ１´を基準位置２２から開口部Ｂ２の上側まで移動させ、第１アパーチャ像Ａ１´と開口部Ｂ２を重ね合わせる。これにより、第１アパーチャ像Ａ１´の右辺及び下辺、開口部Ｂ２の左上辺から第３三角形３５が形成される。

次に、図８（ｆ）に示すような直角部が右上にある直角二等辺三角形である第４三角形を形成する方法を図１４を用いて説明する。第１アパーチャ像Ａ１´，Ｂ１´，Ｃ１´を基準位置２２から上方向へ移動させ、第１アパーチャ像Ｃ１´と開口部Ｃ２を重ね合わせる。これにより、第１アパーチャ像Ｃ１´の上辺、開口部Ｃ２の右辺及び左下辺から第４三角形３６が形成される。ここで、Ｃ２の辺長Ｌ３をＣ１´の辺長よりも大きくしているため、成形に寄与しない開口部Ｃ２の上辺が影響を及ぼすのを防ぐことができる。

このような方法で成形する図形は、偏向器１５による偏向量を調整して、第１アパーチャ像Ａ１´，Ｂ１´，Ｃ１´と開口部Ａ２，Ｂ２，Ｃ２の重ね合わせ量を調整することで可変とすることができる。

また、開口部Ａ２と第１アパーチャ像Ａ１´が隣接し、開口部Ｂ２と第１アパーチャ像Ｂ１´が隣接しているため、標準矩形３１、４５度矩形３２を形成する際の基準位置２２からの第１アパーチャ像の偏向量は小さくてよい。そして、その偏向量は同程度であるため、標準矩形３１の形成と４５度矩形３２の形成の効率は変わらない。一方、第１三角形３３〜第４三角形３６を形成する際の偏向量は大きくなる。しかし、三角形パターンは形成しようとする図形の終端部などに現れる程度であり、ビームの移動時間が矩形の場合より多少遅くても構わない。

なお、第１アパーチャ１２の開口部の大きさに対して、第１アパーチャ１２を通過して第２アパーチャ１３上に投影される成形ビーム像の大きさ、及び、最終的に試料１４に投影される可変成形ビームの大きさは、電子光学系の縮小倍率により異なる。

本発明の荷電ビーム描画装置の一例を示す概略図である。 第１アパーチャの形状を示す図である。 第２アパーチャの形状を示す図である。 理想的な第１アパーチャの形状を示す図である。 第１アパーチャ像を第２アパーチャの基準位置に投影した状態を示す図である。 図５を左右反転した図である。 図５を上下反転した図である。 本発明により形成する図形を示す図である。 図８（ａ）に示す標準矩形を形成する方法を示す説明図である。 図８（ｂ）に示す４５度矩形を形成する方法を示す説明図である。 図８（ｃ）に示す第１三角形を形成する方法を示す説明図である。 図８（ｄ）に示す第２三角形を形成する方法を示す説明図である。 図８（ｅ）に示す第３三角形を形成する方法を示す説明図である。 図８（ｆ）に示す第４三角形を形成する方法を示す説明図である。

符号の説明

１１ 荷電ビーム放射源
１２ 第１アパーチャ
１３ 第２アパーチャ
１５ 偏向器
２２ 基準位置
Ａ１ 開口部（第１の標準矩形開口部）
Ｂ１ 開口部（第１の４５度矩形開口部）
Ｃ１ 開口部（第１の三角形開口部）
Ａ２ 開口部（第２の標準矩形開口部）
Ｂ２ 開口部（第２の４５度矩形開口部）
Ｃ２ 開口部（第２の三角形開口部）

Claims (5)

1. 荷電ビーム放射源から放射された荷電ビームを複数のアパーチャの開口部で成形して試料上にパターンを形成する荷電ビーム描画装置において、
   第１アパーチャと、
   第２アパーチャと、
   前記第１アパーチャを通過した荷電ビームを前記第２アパーチャの任意の位置に照射するための偏向器を有し、
   前記第１アパーチャは、第１の標準矩形開口部と、この第１の標準矩形開口部に対して４５度回転した第１の４５度矩形開口部と、第１の三角形開口部を有し、
   前記第２アパーチャは、第２の標準矩形開口部と、この第２の標準矩形開口部に対して４５度回転した第２の４５度矩形開口部と、第２の三角形開口部を有することを特徴とする荷電ビーム描画装置。
2. 前記荷電ビーム放射源から放射された荷電ビームは、前記第１の標準矩形開口部、前記第１の４５度矩形開口部及び前記第１の三角形開口部を全て含む領域に照射されることを特徴とする請求項１記載の荷電ビーム描画装置。
3. 前記第２の標準矩形開口部、前記第２の４５度矩形開口部及び前記第２の三角形開口部は、前記第１アパーチャを透過した荷電ビームが投影される前記第２アパーチャの基準位置の周囲に配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の荷電ビーム描画装置。
4. 前記第２の標準矩形開口部、前記第２の４５度矩形開口部及び前記第２の三角形開口部は、前記基準位置に投影された前記第１アパーチャの投影像から所定の間隔だけ離れていることを特徴とする請求項３記載の荷電ビーム描画装置。
5. 荷電ビーム放射源から放射された荷電ビームを複数のアパーチャの開口部で成形して試料上にパターンを形成する荷電ビーム描画方法において、
   前記荷電ビーム放射源から放射された荷電ビームを第１アパーチャに照射する工程と、
   前記第１アパーチャを通過した荷電ビームを第２アパーチャの任意の位置に照射する工程と、
   前記第２アパーチャを通過した荷電ビームを前記試料上に照射する工程を有し、
   前記第１アパーチャとして、第１の標準矩形開口部と、この第１の標準矩形開口部に対して４５度回転した第１の４５度矩形開口部と、第１の三角形開口部を有するものを用い、
   前記第２アパーチャとして、第２の標準矩形開口部と、この第２の標準矩形開口部に対して４５度回転した第２の４５度矩形開口部と、第２の三角形開口部を有するものを用いることを特徴とする荷電ビーム描画方法。

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