JP2005129850A - 荷電ビーム描画装置及び描画方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 空間電荷効果に起因するビーム分解能の変化によるパターン形成精度の劣化を抑制し、描画精度の向上をはかる。
【解決手段】 荷電ビーム源１１から放出された荷電ビームを少なくとも２つの成形アパーチャ１２，１４を使用して所望形状に成形する機構を備え、試料面上に形成すべきパターンをビーム成形機構で成形可能な複数の図形に分割し、分割された各図形をショット描画し、且つパターンの輪郭部を一定面積の成形ビームを使用して描画する可変成形ビーム方式の荷電ビーム描画装置であって、パターンの輪郭部の描画に使用する一定面積の成形ビームを用いてビームの焦点調整を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体集積回路等の微細な素子パターンを荷電ビームを用いて試料上に描画する荷電ビーム描画技術に係わり、特に可変成形ビーム方式の荷電ビーム描画装置及び描画方法に関する。
従来、半導体ウェハやマスク等の試料上にパターンを形成するには、光によってパターンを転写する方法や、イオンビームや電子ビームなどの荷電ビームを用いて所望のパターンを描画する方法が用いられてきた。特に、微細化した半導体集積回路等を形成するための光縮小露光装置に使用するパターンの原版であるマスクの作製には、主として電子源から放出された電子ビームを所望のビーム形状、ビーム寸法に成形して描画を行う可変成形ビーム方式の電子ビーム描画装置が用いられてきた。
可変成形ビーム方式の電子ビーム描画装置においては、空間電荷効果の影響を低減するために、パターン輪郭部のみは常に一定の面積のビームサイズを使用し、パターン内部は使用できる最大面積の図形で分割する方法が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。この方法では、パターン輪郭部のみは常に一定の面積のビームサイズを使用することから、ビームサイズの違いによるビーム分解能の変化はない。さらに、パターン内部を大きな図形で分割することから、図形数の増加に伴う描画時間の増大を抑制することができる。
しかしながら、この種の電子ビーム描画装置を用いて本発明者らが実際にパターンを描画したところ、依然として空間電荷効果に起因すると見られる描画精度の低下が認められた。これは、可変成形ビーム方式の電子ビーム描画装置では、予め任意サイズのビームを使用して焦点調整を行うが、実際に描画を行う際に使用するビームサイズが焦点調整時のビームサイズと異なることが多いためと推察される。
特開昭５９−１６７０１８号公報 特開平 ２−１３８７２３号公報
このように、従来の可変成形ビーム方式の電子ビーム描画装置においては、空間電荷効果に起因してビーム分解能が変化し、これに伴いパターン形成精度が劣化するという問題があった。
本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、空間電荷効果に起因するビーム分解能の変化によるパターン形成精度の劣化を抑制し、描画精度の向上をはかり得る可変成形ビーム方式の荷電ビーム描画装置を提供することにある。
上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。
即ち、本発明の一形態は、可変成形ビーム方式の荷電ビーム描画装置であって、荷電ビーム源から放出された荷電ビームを少なくとも２つの成形アパーチャを使用して所望形状に成形するビーム成形手段と、試料面上に形成すべきパターンを前記ビーム成形手段で成形可能な複数の図形に分割する図形分割手段と、前記分割された各図形をショット描画し、且つパターンの輪郭部は一定幅の成形ビームを使用して描画する描画手段と、前記パターンの輪郭部の描画に使用する一定幅の成形ビームを用いてビームの焦点調整を行う焦点調整手段と、を具備してなることを特徴とする。
また、本発明の別の一形態は、可変成形ビーム方式の荷電ビーム描画装置であって、 荷電ビーム源から放出された荷電ビームを少なくとも２つの成形アパーチャを使用して所望形状に成形するビーム成形手段と、試料面上に形成すべきパターンを前記ビーム成形手段で成形可能な複数の図形に分割する図形分割手段と、前記分割された各図形をショット描画し、且つパターンの輪郭部は一定面積の成形ビームを使用して描画する描画手段と、前記パターンの輪郭部の描画に使用する一定面積の成形ビームを用いてビームの焦点調整を行う焦点調整手段と、を具備してなることを特徴とする。
本発明によれば、パターンの輪郭部を一定幅又は一定面積の成形ビームで描画することにより、空間電荷効果によるビーム分解能の劣化を低減することができる。しかも、パターンの輪郭部を描画する際の成形ビームと同じ幅又は面積のビームを用いて焦点調整を行うことにより、パターン輪郭部を描画する際のビーム分解能を最適な条件に設定することができ、これにより描画精度の向上をはかることができる。
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係わる可変成形ビーム方式の電子ビーム描画装置を示す概略構成図である。
電子銃などの電子ビーム源１１から放出された電子ビームは、第１の成形アパーチャ１２に照射され、このアパーチャ１２を通過する際に成形される。アパーチャ１２で成形されたビームは、図示しない投影レンズにより第２の成形アパーチャ１４上に照射される。ここで、２つのアパーチャ１２，１４間には成形偏向器１３が設置されており、この偏向器１３により第１の成形アパーチャ１２の像位置を第２の成形アパーチャ１４上で動かすことができる。これにより、第１及び第２の成形アパーチャ１２，１４の光学的重なりによる所望の形状、寸法のビームが形成されるものとなっている。
第１及び第２の成形アパーチャ１２，１４で成形されたビームは、図示しない対物レンズにより、ステージ１６上に配置された試料１７上に結像照射されるようになっている。ここで、第２の成形アパーチャ１４と試料１７との間には走査用偏向器１５が設置されており、この偏向器１５により成形ビームは試料面上で走査される。つまり、可変成形ビームを形成すると共に、このビームを試料面で決められた位置に照射することにより、試料１７の上に所望のパターン、例えば集積回路パターンが描画されるようになっている。
なお、図には示さないが、ステージ１６の上面には微粒子などからなるマークが設けられている。このマークは、ビームの位置決めや焦点合わせに用いられるものである。さらに、ステージ１６の上方には、マーク上をビーム走査したときに得られる反射電子を検出するための反射電子検出器が設けられている。
上記のように、基本的な構成は従来一般的な描画装置と同様である。本装置が従来一般的な装置と異なる点は、描画すべきパターンの分割の仕方、及び描画の前段階としてのビーム調整の仕方にある。
電子ビームに代表される荷電ビームの特性として空間電荷効果と呼ばれる現象が存在する。これは、ビーム自身が持つ電荷のクーロン反発に起因してビームの焦点位置ずれ、ビームのエネルギー分散の変動が生じ、ビームの分解能が劣化するというものであり、その影響度は電流量に依存する。一定の電流密度のビームを成形して任意の形状のビームを形成する可変成形ビーム方式の電子ビーム描画装置では、ビーム電流は形成されたビームの面積に比例しており、結果としてビーム面積に応じたビーム分解能の差が生じる。
図２は、ビームのプロファイルを図示したものである。ビーム分解能はプロファイル端部の幅Ｗで定義され、ビームサイズはプロファイルの高さが１／２となる部分の幅Ｌで定義される。図３は、この定義を元に分解能の良いビームと分解能の悪いビームのプロファイルを図示したものである。図３の（ａ）が分解能の良いビームのプロファイルであり、（ｂ）が分解能の悪いビームのプロファイルである。
一般に、描画するパターンには様々なサイズの図形が含まれているが、使用できるビームサイズには上限があるため、実際に描画する際には所望の図形を１ショットのビームに相当する最大ビームサイズ以下の図形に分割して描画することとなる。この際、分割された各々の図形は、元の図形の部位や形状により異なった形状の図形となる。このことは、先に述べた空間電荷効果によるビーム分解能の変化と考え合わせると、元の図形の部位や形状により異なった分解能のビームを使用して描画しているに等しいこととなる。
図４は、この様子を図示したものである。元の図形は最大ビームサイズ以下の図形に分割されるが、図形内の部位により分割された図形の形状が異なっている。図中の４１は最大ビームサイズの図形、４２は最大ビームサイズよりも小さい図形である。
半導体製造工程においては、レジストを塗布した試料上に電子ビームを照射したのち、現像、エッチング等のプロセス処理を行うことにより所望のパターンを試料上に形成するが、この際のパターン形成精度はビーム分解能への依存性が強く、一般にビーム分解能が良いほど所望のパターンに対する形成されるパターンの忠実性が良くなる。
このような精度劣化を低減させる方法として、常に同一の面積のビームサイズを使用して描画するという方法がある。図５は、この様子を図示したものである。元の図形は全て同じ面積の図形５１で分割されているため、図形内の部位に依存してビームの分解能が変化することはない。しかし、この方法を使用した場合、使用するビームサイズは分割された図形のうち最も小さい面積に合わせることとなり、この結果図形の数が増加し描画に要する時間が増大するという問題が生じる。
そこで本実施形態では、パターン形成精度に影響を与えるのは主にパターン輪郭部のビームであるとの観点から、パターン輪郭部のみは常に一定の面積のビームサイズを使用する。図６は、この様子を図示したものである。パターン輪郭部６１は一定の面積の図形となっているが、パターン内部６２は使用できる最大面積の図形で分割されており、図形の増加量は図５の手法に比較して低減していることが分かる。
これに加えて本実施形態では、予めビームの焦点を調整する際に、パターン輪郭部６１を描画するためのビームと同じ面積の図形を使用している。より具体的には、焦点調整時に用いるビームと輪郭描画に用いるビームとを、同じ形状，同じサイズ（面積）としている。
ビームの焦点調整に際しては、図７（ａ）に示すように、微粒子マーク７１上をパターン輪郭部の描画に使用するビームと同じサイズのビーム７２で走査する。このときに得られる反射電子を検出し、図７（ｂ）に示すようなビームプロファイルを得る。そして、ビームプロファイルの端部Ｗの長さが最も短くように焦点合わせを行う。具体的には、前記対物レンズや他のレンズ系の励磁電流又は励磁電圧を調整する。
図８は、輪郭部の描画に使用したビームサイズＨと比較して小さいビームＡ、大きいビームＣ、同一サイズのビームＢにて焦点位置調整を行った後の、ビームサイズとビーム分解能の相関を図示したものである。この図から分かるように、輪郭部の描画に使用するビームと異なるサイズのビームＡ，Ｃで焦点位置調整を行うと、輪郭部はビーム分解能が劣化した状態で描画されることとなる。
本実施形態では、パターン輪郭部の描画に使用するビームＢのサイズと焦点調整に使用するビームサイズＨを同一にする。このため、常に図８中のＨの位置の分解能のビームＢを使用することとなり、パターンの部位，形状によらず最も分解能の良いビームで描画することが可能となる。即ち、パターン形成精度に最も影響を与えるパターンの輪郭部に対して、同一のビーム分解能で且つ高い分解能で描画を行うことができる。
このように本実施形態によれば、可変成形ビーム方式の電子ビーム描画装置において、パターン輪郭部を同じ面積のビームで描画し、且つパターンの輪郭部の描画に使用する一定面積の成形ビームを用いてビームの焦点調整を行うことにより、空間電荷効果に起因するビーム分解能の変化によるパターン形成精度の劣化を抑制し、描画精度の向上をはかることができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。実施形態では電子ビーム描画装置を例に説明したが、本発明はイオン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。さらに、描画装置の構成は前記図１に何ら限定されるものではなく、複数の成形アパーチャを用いてビームを成形する方式であればよい。
また、実施形態では焦点調整時に用いるビームとパターン輪郭部の描画に用いるビームとを同じ形状，同じ面積としたが、必ずしも形状と面積の両方を同じにする必要はなく、面積が同じであれば形状は異なっていてもよい。これは、空間電荷効果に対して面積が最も大きく効くからである。さらに、必ずしも同じ面積である必要はなく、ビームの幅が同じであればよい。この場合も、面積が同じ場合ほどではないが、ビーム分解能が劣化しない状態で描画できるという本発明の効果が得られる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
本発明の一実施形態に係わる可変成形ビーム方式の電子ビーム描画装置を示す概略構成図。 電子ビームのプロファイルを示す図。 分解能の良いビームと分解能の悪いビームのプロファイルを示す図。 描画すべきパターンを最大ショットサイズ以下の図形に分割した様子を示す図。 描画すべきパターンを全て同一サイズの図形に分割した様子を示す図。 本発明の一実施形態におけるパターン分割の例であり、描画パターンの輪郭部のみを同一サイズの図形に分割した様子を示す図。 ビームプロファイルの検出手段の例を示す図。 焦点位置調整を、輪郭部の描画に使用するビームのサイズと比較して大きい、同一、小さいビームで行ったときの、ビームサイズとビーム分解能の相関を示す図。
符号の説明
１１…電子ビーム源
１２…第１の成形アパーチャ
１３…成形偏向器
１４…第２の成形アパーチャ
１５…ビーム走査用偏向器
１６…ステージ
１７…試料
４１…最大ビームサイズの図形
４２…最大ビームサイズよりも小さい図形
５１…同一面積の図形
６１…パターン輪郭部
６２…パターン内部
７１…微粒子マーク
７２…電子ビーム

Claims (5)

  1. 可変成形ビーム方式の荷電ビーム描画装置であって、
    荷電ビーム源から放出された荷電ビームを少なくとも２つの成形アパーチャを使用して所望形状に成形するビーム成形手段と、
    試料面上に形成すべきパターンを前記ビーム成形手段で成形可能な複数の図形に分割する図形分割手段と、
    前記分割された各図形をショット描画し、且つパターンの輪郭部は一定幅の成形ビームを使用して描画する描画手段と、
    前記パターンの輪郭部の描画に使用する一定幅の成形ビームを用いてビームの焦点調整を行う焦点調整手段と、
    を具備してなることを特徴とする荷電ビーム描画装置。
  2. 可変成形ビーム方式の荷電ビーム描画装置であって、
    荷電ビーム源から放出された荷電ビームを少なくとも２つの成形アパーチャを使用して所望形状に成形するビーム成形手段と、
    試料面上に形成すべきパターンを前記ビーム成形手段で成形可能な複数の図形に分割する図形分割手段と、
    前記分割された各図形をショット描画し、且つパターンの輪郭部は一定面積の成形ビームを使用して描画する描画手段と、
    前記パターンの輪郭部の描画に使用する一定面積の成形ビームを用いてビームの焦点調整を行う焦点調整手段と、
    を具備してなることを特徴とする荷電ビーム描画装置。
  3. 前記焦点調整手段は、前記一定幅又は一定面積のビームでマーク上を走査し、その反射ビームの立ち上がり又は立ち下がりの強度プロファイルが急峻となるように、ビームを収束するためのレンズ系を調整するものであ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。
  4. 荷電ビーム源から放出された荷電ビームを少なくとも２つの成形アパーチャを使用して所望形状に成形し、試料面上に形成すべきパターンをビーム成形可能な複数の図形に分割し、分割した各図形をショット描画し、且つパターンの輪郭部は一定幅の成形ビームを使用して描画する荷電ビーム描画方法であって、
    前記パターンの描画の前に予め、前記パターンの輪郭部の描画に使用する一定幅の成形ビームを用いてビームの焦点調整を行うことを特徴とする荷電ビーム描画方法。
  5. 荷電ビーム源から放出された荷電ビームを少なくとも２つの成形アパーチャを使用して所望形状に成形し、試料面上に形成すべきパターンをビーム成形可能な複数の図形に分割し、分割した各図形をショット描画し、且つパターンの輪郭部は一定面積の成形ビームを使用して描画する荷電ビーム描画方法であって、
    前記パターンの描画の前に予め、前記パターンの輪郭部の描画に使用する一定面積の成形ビームを用いてビームの焦点調整を行うことを特徴とする荷電ビーム描画方法。
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