JP2006319258A - パターン描画システム、荷電ビーム描画方法、及びフォトマスク製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 近接効果の及ぶ範囲よりも広い範囲の被覆率に影響されることなく、正確に近接効果補正することを可能とするパターン描画システムを提供する。
【解決手段】 荷電ビーム照射機構230、グローバル被覆率と後方散乱係数の関係を近似する近似関数、及び製品パターンのグローバル被覆率に基づいて、製品パターンの後方散乱係数を算出する係数算出部343、及び製品パターンの後方散乱係数に基づいて製品パターンを荷電ビーム照射機構で描画する際に用いる製品照射量を算出する照射量算出部124を備える
【選択図】 図1

Description

本発明はパターン描画システム、荷電ビーム描画方法、及びフォトマスク製造方法に係り、特に、荷電ビーム描画装置の近接効果補正技術に係る。

荷電ビームを基板上に塗布されたレジスト膜に照射しパターンを形成する時に、基板に入射した電子が散乱して再びレジスト膜を感光させる「近接効果」が生じる。この場合レジスト膜上の任意の描画位置における照射量は、所望する照射量に、周辺パターンの描画時に入射してくる散乱電子の照射量が加味されることとなる。したがって、近接効果が及ぶ範囲に形成される周辺パターンの被覆率に応じて、描画位置における実効的な照射量が変動し、形成されるパターンに寸法変動が生じる。

近接効果を抑制する方法としては、散乱電子の照射量を相殺するように描画位置における荷電ビームの照射量を変化させて寸法変動を抑制する「照射量補正方法」がある。従来、照射量補正法は、周辺パターンの被服率を計算して描画位置における照射量を計算するため、計算時間が長いという問題があった。しかし近年のコンピュータの計算処理能力が向上し、照射量補正方法は近接効果補正方法として広く使われるようになってきた。

一方、近接効果が及ぶ領域よりも広い領域の被服率に依存する寸法変動要因がある。例えば、レジスト膜表面から反射したビームが描画装置内部の対物レンズ等の構造体で反射し、再びレジスト膜を感光させる「かぶり効果」がある。ガラス基板上にレジスト膜が塗布されている場合、近接効果の及ぶ範囲はおよそ10μmであるのに対し、かぶり効果の及ぶ範囲はおよそ1cmである。したがって、かぶり効果による寸法変動を抑制するために照射量補正方法を採用すると、被覆率を計算する領域が大きくなるため、近年のコンピュータの計算処理能力をもっても莫大な計算時間が必要となる。このため、かぶり効果等の近接効果より影響範囲が広い寸法変動要因を抑制するために、描画領域全体を格子状に区切り、単位格子に含まれるパターンの被覆率に応じて単位格子内の照射量を調整する方法が提案されている。

さらに、近接効果補正等の狭い範囲の被覆率に依存する寸法変動要因を抑制する補正方法と、かぶり効果補正等の広い範囲の被覆率に依存する寸法変動要因を抑制する補正方法とを同時に適用する方法も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、近接効果補正とかぶり効果補正の相乗効果により、むしろ補正誤差が増えるという問題があった。
特開２００３−１３３２０９号公報

本発明は、近接効果の及ぶ範囲よりも広い範囲の被覆率に影響されることなく、正確に近接効果補正することを可能とするパターン描画システム、荷電ビーム描画方法、及びフォトマスク製造方法を提供する。

上記目的を達成するために本発明の第1の特徴は、（イ）荷電ビーム照射機構と、（ロ）グローバル被覆率と後方散乱係数の関係を近似する近似関数、及び製品パターンのグローバル被覆率に基づいて、製品パターンの後方散乱係数を算出する係数算出部と、（ハ）製品パターンの後方散乱係数に基づいて製品パターンを荷電ビーム照射機構で描画する際に用いる製品照射量を算出する照射量算出部とを備えるパターン描画システムであることを要旨とする。

本発明の第2の特徴は、（イ）グローバル被覆率と後方散乱係数の関係を近似する近似関数、及び製品パターンのグローバル被覆率に基づいて、製品パターンの後方散乱係数を算出するステップと、（ロ）製品パターンの後方散乱係数に基づいて製品パターンの描画に用いる製品照射量条件を算出するステップと、（ハ）製品照射量条件を用いて製品パターンを描画するステップとを有する荷電ビーム描画方法であることを要旨とする。

本発明の第３の特徴は、（イ）グローバル被覆率と後方散乱係数の関係を近似する近似関数、及び製品パターンのグローバル被覆率に基づいて、製品パターンの後方散乱係数を算出するステップと、（ロ）製品遮光膜で覆われた製品マスク基板の上に製品レジスト膜を塗布するステップと、（ハ）製品パターンの後方散乱係数に基づいて算出される製品照射量条件で製品レジスト膜を照射して製品レジストパターンを形成するステップと、（ニ）製品レジストパターンをエッチングマスクにして製品遮光膜を選択的に除去し、製品マスク基板上に製品パターンを形成するステップとを有するフォトマスク製造方法であることを要旨とする。

本発明によれば、近接効果の及ぶ範囲よりも広い範囲の被覆率に影響されることなく、正確に近接効果補正することを可能とするパターン描画システム、荷電ビーム描画方法、及びフォトマスク製造方法を提供可能である。

次に図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。なお以下の示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は構成部品の配置等を下記のものに特定するものではない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

本発明の実施の形態に係るパターン描画システムは、図1に示すように、荷電ビーム照射機構230、及び荷電ビーム照射機構を制御する制御部301を有する。制御部301は、グローバル被覆率と後方散乱係数の関係を近似する近似関数、及び製品パターンのグローバル被覆率に基づいて、製品パターンの後方散乱係数を算出する係数算出部343、及び製品パターンの後方散乱係数に基づいて製品パターンを荷電ビーム照射機構で描画する際に用いる製品照射量を算出する照射量算出部124を有する。ここで「グローバル被覆率」とは、近接効果の及ぶ範囲より広い範囲における透明マスク基板上の遮光膜の被覆率をさす。

荷電ビーム照射機構230は、荷電ビームを射出する電子銃101を有する。電子銃101の下部には、第1コンデンサーレンズ103及び第2コンデンサーレンズ104が配置される。第1コンデンサーレンズ103及び第2コンデンサーレンズ104を透過することで、荷電ビームの電流密度及びケーラー照明条件が調整される。第2コンデンサーレンズ104の下部には第1成形アパーチャ105が配置される。第1成形アパーチャ105は荷電ビームの寸法を可変制御する。第1成形アパーチャ105の下部には第1投影レンズ106及び第2投影レンズ107が配置される。さらに第2投影レンズ107の下部には第2成形アパーチャ108が配置される。荷電ビームで照射して形成される第1成形アパーチャ105の像は、第1投影レンズ106及び第2投影レンズ107により第2成形アパーチャ108上に結像される。第2成形アパーチャ108は荷電ビームの寸法を可変制御する。第2成形アパーチャ108の下部には、縮小レンズ110及び対物レンズ111が配置される。また対物レンズ111の下部には製品マスク基板を保持するための可動ステージ116が配置される。製品マスク基板は石英ガラス等の透明材料からなり、製品マスク基板の表面はクロム(Cr)等からなる製品遮光膜が堆積している。また製品遮光膜上には荷電ビームに感光反応する製品レジスト膜がスピン塗布されている。製品レジスト膜はフォトレジスト等からなる。第2成形アパーチャ108を透過した荷電ビームは、縮小レンズ110及び対物レンズ111により縮小投影され製品マスク基板上の製品レジスト膜表面に結像される。

第2コンデンサーレンズ104と第1成形アパーチャ105の間には、ブランキング電極130及びブランキングアパーチャ131が配置されている。製品マスク基板の製品レジスト膜への荷電ビームの照射を止める場合に、ブランキング電極130は第2コンデンサーレンズ104を透過した荷電ビームをブランキングアパーチャ131上に偏向し、荷電ビームが製品マスク基板の製品レジスト膜に到達することを防止する。ブランキング電極130及びブランキングアパーチャ131で製品マスク基板上の製品レジスト膜への荷電ビームの照射を止めることにより製品マスク基板上の製品レジスト膜に結像される荷電ビームの照射時間を調整し、結像点における荷電ビームの照射量が調整される。第1投影レンズ106と第2投影レンズ107の間には成形偏向器109が配置される。成形偏向器109は、第1投影レンズ106を透過した荷電ビームを偏向して第2成形アパーチャ108上における荷電ビームの照射位置を制御する。対物レンズ111近傍には対物偏向器113が配置される。対物偏向器113は第1成形アパーチャ105及び第2成形アパーチャ108で成形された荷電ビームを偏向し、製品マスク基板上の製品レジスト膜表面における荷電ビームの結像位置を走査させる。

荷電ビーム照射機構230には制御部301が接続される。制御部301は、ブランキングアンプ122、成形偏向アンプ120、及び対物偏向アンプ121を有する。ブランキングアンプ122はブランキング電極130に偏向電圧を印加し、製品マスク基板上の製品レジスト膜への荷電ビームの照射の開始及び終了を設定することにより、製品レジスト膜への荷電ビームの照射量を調整する。成形偏向アンプ120は成形偏向器109に偏向電圧を印加し、製品マスク基板上の製品レジスト膜に照射される荷電ビームの形状及び寸法を設定する。対物偏向アンプ121は対物偏向器113に偏向電圧を印加し、製品マスク基板上の製品レジスト膜に照射される荷電ビームの走査位置を設定する。

係数算出部343は、(1)式で与えられる近似関数のグローバル被覆率の未知数Zに、製造されるフォトマスクのマスクパターン等の製品パターンのグローバル被覆率Z_Mの値を代入し、製品パターンの後方散乱係数η_Mを算出する。

η_M = C₁ × Z + C₂ × log(Z + 1) + C₃ …(1)
(1)式においてC₁、C₂、及びC₃のそれぞれは定数を表す。

照射量算出部124は、製品パターンの後方散乱係数η_Mを下記(2)式で与えられる照射量関数の未知数ηに、製品パターンのローカル被覆率S_Mをローカル被覆率の未知数Sにそれぞれ代入し、フォトマスクを製造する際の製品照射量条件D_Mを算出する。

D_M= C₄ / (1/2 + S × η) …(2)
(2)式において、C₄は定数を表す。さらに照射量算出部124は製品照射量条件D_Mを荷電ビームの照射時間に換算する。

制御部301にはさらに近似関数記憶部204、製造マスクデータ記憶部205、製造用係数記憶部206、及び照射量関数記憶部207を有する。近似関数記憶部204は、上記(1)式で与えられる近似関数を保存する。製造マスクデータ記憶部205は、荷電ビーム描画装置302で製造されるフォトマスクの製品パターンの設計データをCADデータ等で保存する。また製品パターンの任意の位置におけるローカル被覆率S_M及びグローバル被覆率Z_Mも保存する。製造用係数記憶部206は、係数算出部343が算出する製品パターンの後方散乱係数η_Mを保存する。照射量関数記憶部207は、上記(2)式で与えられる照射量関数を保存する。

ここで(1)式の求め方について説明する。まず、図2に示す検査マスクを複数作製する。検査マスクは透明な検査マスク基板112上に配置された第1被覆率領域2、第2被覆率領域3、及び第3被覆率領域4を有する。ここで、第1乃至第3被覆率領域2〜4のそれぞれの面積は、「かぶり効果」等の及ぶ範囲と等しく、例えば15mm四方である。さらに検査マスクは、検査マスク基板112上に孤立して配置された第1検査パターン15、周囲を第1被覆率領域2で囲まれた第2検査パターン25、周囲を第2被覆率領域3で囲まれた第3検査パターン35、及び周囲を第3被覆率領域4で囲まれた第4検査パターン45を有する。第1乃至第4検査パターン15〜45のそれぞれの面積は近接効果の及ぶ範囲と等しく、例えば11μm四方である。

検査マスクをパターン描画システムで作製する際に、近接効果の及ぶ範囲内における検査マスク基板112上の検査遮光膜の被覆率を「ローカル被覆率」とする。第1検査パターン15は検査マスク基板112上に孤立して配置されているため、第1検査パターン15の周囲の「グローバル被覆率」は0%である。第1被覆率領域2には、「グローバル被覆率」が33%となるように検査マスク基板112上の検査遮光膜が選択的に除去されている。第2被覆率領域3には、「グローバル被覆率」が66%となるように検査マスク基板112上の検査遮光膜が選択的に除去されている。第3被覆率領域4は、「グローバル被覆率」が100%であり、検査マスク基板112の表面が検査遮光膜で覆われている。

第1検査パターン15は、例えば「ローカル被覆率」がそれぞれ設計上25%、50%、及び75%である3種類の領域を含んでいる。「ローカル被覆率」が25%の領域には、例えばラインアンドスペース比が25:75の格子パターンが検査マスク基板112上に設けられている。「ローカル被覆率」が50%の領域には、例えばラインアンドスペース比が50:50の格子パターンが検査マスク基板112上に設けられている。「ローカル被覆率」が75%の領域には、例えばラインアンドスペース比が75:25の格子パターンが検査マスク基板112上に設けられている。第2乃至第4検査パターン25〜45のそれぞれの形状は、第1検査パターン15の形状と合同である。

図2に示す検査マスクを作製する際に、グローバル被覆率を考慮せずに予め取得された第1乃至第4検査パターン15〜45の共通の後方散乱係数η_Cに複数のスケーリング値のそれぞれを乗じて、複数の補正パラメータを算出する。ここで「複数のスケーリング値」とは、例えば0.999から1.001まで0.00001の間隔でとられた複数の定数である。さらに複数の補正パラメータのそれぞれを上記(2)式で与えられる照射量関数の後方散乱係数の未知数ηに代入し、第1乃至第4検査パターン15〜45のそれぞれを荷電ビームで描画する際の複数の検査照射量条件D_Sを算出する。

次に、複数の検査照射量条件D _Sを用いて作製された複数の検査マスクのそれぞれの図2に示す第1検査パターン15の寸法実測値と設計値とを比較し、第1検査パターン15の寸法変動を最小にする第1最適照射量条件D_B1を複数の検査照射量条件D _Sから抽出する。ここで、第1最適照射量条件D_B1で用いられた補正パラメータを第1検査パターン15における第1後方散乱係数η_B1とする。同様に第2検査パターン25の寸法変動を最小にする第2最適照射量条件D_B2、第3検査パターン35の寸法変動を最小にする第3最適照射量条件D_B3、及び第4検査パターン45の寸法変動を最小にする第4最適照射量条件D_B4のそれぞれを複数の検査照射量条件D _Sから抽出する。そして、第2最適照射量条件D_B2で用いられた補正パラメータを第2検査パターン25における第2後方散乱係数η_B2、第3最適照射量条件D_B3で用いられた補正パラメータを第3検査パターン35における第3後方散乱係数η_B3、第4最適照射量条件D_B4で用いられた補正パラメータを第4検査パターン45における第4後方散乱係数η_B4とする。

最後に、第1乃至第4後方散乱係数η_B1〜η_B4、及び第1乃至第4検査パターン15〜45の周囲のグローバル被覆率に基づいて、後方散乱係数η_Bとグローバル被覆率との関係を図3に示す近似関数で近似することにより、上記(1)式を算出する。したがって、近似関数記憶部204は、以上の方法で算出された近似関数を保存する。

次に図4に示すフローチャートを用いて実施の形態に係るフォトマスク製造方法について説明する。

(a) ステップS110で、係数算出部343は近似関数記憶部204から近似関数を読み出し、製造マスクデータ記憶部205から製品パターンのグローバル被覆率Z_Mを読み出す。係数算出部343は、(1)式のグローバル被覆率の未知数Zに、製品パターンのグローバル被覆率Z_Mを代入し、製品パターンの後方散乱係数η_Mを算出する。係数算出部343は算出した製品パターンの後方散乱係数η_Mを製造用係数記憶部206に保存する。

(b) ステップS111で、製品遮光膜が堆積された製品マスク基板を用意し、製品遮光膜上に製品レジスト膜を塗布する。なお製品遮光膜、製品マスク基板、及び製品レジスト膜のそれぞれの材料は、図2に示す検査マスクの製造に用いた検査遮光膜、検査マスク基板112、及び検査レジスト膜と同じ種類のものでよい。製品レジスト膜を塗布した後、製品マスク基板を図1に示す可動ステージ116上に配置する。

(c) ステップS112で、図1に示す成形偏向アンプ120及び対物偏向アンプ121は製造マスクデータ記憶部205に保存されている製品パターンの設計データを読み出し、図1に示す成形偏向器109及び対物偏向器113に製品パターンを製品レジスト膜上に描画するよう指示する。

(d) ステップS113で、照射量算出部124は製造用係数記憶部206から製品パターンの後方散乱係数η_Mを読み出し、照射量関数記憶部207に保存されている上記(2)式で与えられる照射量関数に代入する。さらに製品パターンの描画位置におけるローカル被覆率S_Mを製造マスクデータ記憶部205から読み出して上記(2)式に代入し、製品マスク基板上の個々の描画位置における製品照射量条件D_Mを算出する。照射量算出部124は算出した製品照射量条件D_Mを製品レジスト膜の照射時間に換算し、ブランキングアンプ122に伝達する。ブランキングアンプ122は図1に示すブランキング電極130に電圧を印加して製品レジスト膜の照射時間を制御する。描画を繰り返すことにより、パターン描画システムは製品マスク基板上の製品レジスト膜に製品パターンに対応する製品マスクパターンを描画する。

(e) ステップS114で、製品マスク基板のそれぞれに塗布された製品レジスト膜を現像装置で現像処理し、製品レジストパターンを形成する。製品レジストパターンをエッチングマスクにして、製品マスク基板を覆う製品遮光膜を選択的に除去し、製品パターンを有するフォトマスクを作製し、実施の形態に係るフォトマスク製造方法を終了する。

以上、図1及び図4に示した実施の形態に係るパターン描画システム及びフォトマスク製造方法によれば、グローバル被覆率に依存する寸法変動を最低限に抑え、なおかつローカル被覆率に依存する近接効果も抑制することが可能となる。例えば、ガラス基板上に荷電ビームでパターンを形成する際、周囲11μm内のローカル被覆率に依存する近接効果と、周囲15mm内のグローバル被覆率に依存するかぶり効果等の寸法変動の両方を照射量補正法で抑制しようとする場合に、図5に示すように、グローバル被覆率に依存して近接効果補正に用いる後方散乱係数η_Bが変化する。しかし、従来の照射量補正法による近接効果補正では、グローバル被覆率の影響を考慮せずに取得された一定の値の後方散乱係数ηを使用していた。そのため、グローバル被覆率の影響を考慮せずに取得された後方散乱係数ηと、実際の後方散乱係数η_Bとの差は、近接効果補正誤差として寸法精度の劣化を引き起こしていた。結果として、グローバル被覆率の影響を考慮せずに取得された後方散乱係数ηを近接効果補正に使用した場合、図6に示すように、グローバル被覆率の上昇とともに近接効果補正誤差による寸法誤差も上昇していた。これに対し、図1及び図4に示した実施の形態に係るパターン描画システム及びフォトマスク製造方法によれば、図4のステップS110でグローバル被覆率を考慮して後方散乱係数η_Bを算出し、ステップS113で後方散乱係数η_Bとローカル被覆率に基づいて製品照射量条件D_Mを算出することにより近接効果補正をしている。したがって図7に示すように、従来のグローバル被覆率の影響を考慮せずに取得された後方散乱係数ηを用いて近接効果補正をした場合と比較して、グローバル被覆率が上昇した場合にも近接効果補正誤差による寸法誤差を抑制することが可能となる。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。例えば、図2に示した第1乃至第4検査パターン15〜45の形状は任意であり、格子パターンに限らず、回路パターンでもかまわない。また検査マスク基板112をシリコンウェハに変更することで、半導体装置の製造工程に図1に示すパターン描画システムは適用可能である。さらに照射量算出部124が製品照射量条件D_Mの算出に利用する照射量関数は(2)式に限定されず、パターン描画システムの個々の機種に依存して適当な関数が利用可能である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明からは妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の実施の形態に係るパターン描画システムを示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る検査マスクの上面図である。 本発明の実施の形態に係るグローバル被覆率と後方散乱係数との関係を表す第１のグラフである。 本発明の実施の形態に係るフォトマスク製造方法を示すフローチャート図である。 本発明の実施の形態に係るグローバル被覆率と後方散乱係数との関係を表す第２のグラフである。 本発明の実施の形態に係るグローバル被覆率とローカル被覆率依存性寸法誤差との関係を表す第１のグラフである。 本発明の実施の形態に係るグローバル被覆率とローカル被覆率依存性寸法誤差との関係を表す第２のグラフである。

符号の説明

124…照射量算出部
230…荷電ビーム照射機構
343…係数算出部

Claims (5)

1. 荷電ビーム照射機構と、
   グローバル被覆率と後方散乱係数の関係を近似する近似関数、及び製品パターンの前記グローバル被覆率に基づいて、前記製品パターンの前記後方散乱係数を算出する係数算出部と、
   前記製品パターンの前記後方散乱係数に基づいて前記製品パターンを前記荷電ビーム照射機構で描画する際に用いる製品照射量を算出する照射量算出部
   とを備えることを特徴とするパターン描画システム。
2. グローバル被覆率と後方散乱係数の関係を近似する近似関数、及び製品パターンの前記グローバル被覆率に基づいて、前記製品パターンの前記後方散乱係数を算出するステップと、
   前記製品パターンの前記後方散乱係数に基づいて前記製品パターンの描画に用いる製品照射量条件を算出するステップと、
   前記製品照射量条件を用いて前記製品パターンを描画するステップ
   とを有することを特徴とする荷電ビーム描画方法。
3. 前記グローバル被覆率が異なる複数の検査パターンを、複数の近接効果補正された検査照射量条件の下、荷電ビームで描画するステップと、
   前記複数の検査パターンのそれぞれの寸法変動を抑制する最適照射量条件を前記複数の検査照射量条件から抽出するステップと、
   前記最適照射量条件に基づいて、前記複数の検査パターンのそれぞれにおける前記近似関数を取得するステップ
   とをさらに有することを特徴とする請求項２に記載の荷電ビーム描画方法。
4. 前記製品照射量条件を算出するステップは、前記製品パターンにおける前記近接効果が及ぶ範囲のローカル被覆率を取得する手順を含むことを特徴とする請求項２又は３に記載の荷電ビーム描画方法。
5. グローバル被覆率と後方散乱係数の関係を近似する近似関数、及び製品パターンの前記グローバル被覆率に基づいて、前記製品パターンの前記後方散乱係数を算出するステップと、
   製品遮光膜で覆われた製品マスク基板の上に製品レジスト膜を塗布するステップと、
   前記製品パターンの前記後方散乱係数に基づいて算出される製品照射量条件で前記製品レジスト膜を照射して製品レジストパターンを形成するステップと、
   前記製品レジストパターンをエッチングマスクにして前記製品遮光膜を選択的に除去し、前記製品マスク基板上に前記製品パターンを形成するステップ
   とを有することを特徴とするフォトマスク製造方法。

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