JP2008076922A - 可変成形描画装置の図形データ分割方法及び可変成形描画装置 - Google Patents

Abstract

【課題】矩形ショットの分割幅を最適な細さに維持しつつ斜めパターンの解像性を維持する可変成形描画装置の図形データ分割方法及び可変成形描画装置を提供すること。
【解決手段】全台形のパターン領域２０２に対して、長さｌで条件付けした短冊状の矩形ショット２０３を重ね合わせた結果を図３に示す。このように、矩形ショットとそれ以外の領域との分割位置をシフトさせることにより、短冊状の矩形ショット２０３の長辺は全てｌ以上となる。その結果、短冊状の矩形ショットの微小さに起因する描画不良を解消することが可能になる。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体デバイスパターンを露光するためのフォトマスクもしくはインプリントするためのモールド等を製造する際に使用する可変成形方式描画装置の図形データ分割方法及び可変成形描画装置に関する。

これまで、半導体デバイスの製造プロセス等の微細加工が要求されるパターンの形成にはレチクルと呼ばれる縮小露光を行い半導体基板上にパターンを転写するいわゆるフォトリソグラフィ法が使われている。なお、レチクルとは、半導体デバイスの製造工程でウエハ上に高集積な電気回路パターンを露光するために使用されるフォトマスクを指す。

近年、プロセッサ、メモリやシステムＬＳＩにおいては、高速化と大容量化を図るために電子デバイスの高集積化が進んでいる。そのため、特にＬＳＩ製造時の原版となるレチクルの超微細化に拍車がかかっている。このようなレチクルを形成する際には、可変成形方式のベクター型電子描画装置（以下、ベクター型電子描画装置をＥＢ描画装置と略記）が用いられている。ＥＢ描画装置は、矩形、３０°や４５°等の特定角度の斜め線を有する三角形に成形されたビームを用いて、パターン部のみを走査し描画する装置である。このため、ＥＢ描画装置は、解像性能、描画速度の観点から微細パターンを形成したレチクル作成に必要不可欠なものとなっている。

フォトリソグラフィ法は、形成するパターンのサイズや形状が露光する光の波長に大きく依存する。例えば、昨今の先端半導体デバイスの製造においては、露光波長が１５０ｎｍ以上であるのに対し、最小線幅は６５ｎｍ以下となってきており、光の回折現象による解像限界に達している。レジストの解像度を上げるために、近接効果補正（ＰＯＣ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｘｉｍｙ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）、位相シフトマスクや変形照明等の超解像技術を用いているものの、レチクル上パターンを半導体基板上に忠実に転写することが困難となってきている。

これらの問題を解決する次世代リソグラフィー技術として、インプリント法が候補の１つに挙げられている。インプリント法は、最終的に転写すべきパターンをネガポジ反転画像に対応するパターンが形成されたモールドと呼ばれる型をレジスト等のパターン形成したい材料に型押しし、その状態で熱あるいは紫外線等によって材料を硬化させることでパターン転写するものである。熱硬化によるものを熱インプリント法と呼び（例えば、非特許文献１及び非特許文献２参照）、紫外線硬化によるものを光インプリント法と呼んでいる（例えば、特許文献１参照）。

インプリント法で用いられるモールドは、半導体用途以外にも回折格子、偏光板、細胞培養シート等の光学やバイオの分野での機能性部材の開発、生産への適用が検討されている。これらの分野で適用されるモールドの形状には、半導体デバイスパターンに比べ、斜め線、特に特定の角度を持たない斜め線を含む多角形や円形のパターンが多いという特徴がある。

ナノメータレベルの微細パターンを有するモールドを作製するためには、同じナノメータレベルの超微細レジストパターンの作製が必要となる。半導体デバイスの高速化と大容量化を進めるため、ナノメータレベルのレチクルを形成する場合、ＥＢ描画装置には極限的な解像性と大面積への高速描画という両方の性能が要求される。また、実用的な大面積のモールドを低コストで供給する必要があることから、レチクル同様に描画速度の観点から可変成形方式のＥＢ描画装置を用いたプロセス開発が行われている場合がある。

可変成形方式のＥＢ描画装置の場合は、必要に応じてＯＰＣ処理されたレチクル用データまたはインプリント用データは、まず図形の重なり部分を消去するため輪郭抽出がなされた後、所定のアルゴリズムに従い水平、垂直方向に分割線が入れられて四角形以下の図形群に再分割処理され、描画データとなる。なお、このデータ処理プロセスをフラクチャと標記する。多角形を四角形以下の図形に分割するための分割線は、多角形の頂点を通る場合が多い。特に斜め線を含む多角形の設計データに対してフラクチャを行うと、垂直、水平方向の分割線と斜め線が交差する部分で三角形や台形が発生することになる。こうして作成された四角形以下の図形群のみを含む描画データを元に、可変成形方式のＥＢ描画装置は描画可能な大きさの矩形ショット（最大１辺数μｍ）を敷き詰めるように基板上に描画していく。

１辺の長さが最大ショットサイズよりも長い斜め線を含む平行四辺形パターン１００の例を図９に示す。この平行四辺形パターン１００に対して矩形ショット１０１を重ね合わせた結果を図１０に示す。図１０において、各矩形ショット１０１の外周部のパターン領域は三角形１０２となる。各三角形の領域を描画するためには、斜め線を有する特定の角度の三角形ショット又は細長い短冊状の矩形ショットを敷き詰めて描画することになる。

特に、インプリントモールド用のパターンデータには、特定の角度を持たない斜め線や円形のパターンが多い。このため、上記後者の短冊状の矩形ショットで斜め線パターンの描画を行えば、斜め線パターンの角度に依存しない描画が可能になる。以後、本明細書では、可変成形方式のＥＢ描画装置において斜め線を含む描画データに対して矩形ショットで描画する方法について説明する。

図１０の各矩形ショット１０１の外周部の各パターン領域に細長い短冊状の矩形ショット１０３を重ねた結果を図１１に示す。このように、斜め線を含むパターンを描画する場合は通常の矩形ショットで描画可能な領域と、それ以外の斜め線隣接領域に分けることができる。斜め線隣接領域を描画する細長い短冊状の矩形ショットの幅は、ＥＢ描画装置のパラメータにより変更可能である。特に、転写パターンと同サイズの微細パターンの形成が必要なインプリントモールドの場合、半導体用レチクルに比べてより微細な分割幅での描画が必要となる。このため、斜め部分の描画精度（線幅、ラフネス等）を精度良くパターンニングするために短冊状の矩形ショットの分割幅の調整が必要となる。
特開２０００−１９４１４２号公報 Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．ｖｏｌ．６７、１９９５年、Ｐ３３１４ 「ナノインプリント技術徹底解説」、Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｊｏｕｒｎａｌ、２００４年１１月２２日、Ｐ２０−３８

しかし、可変成形方式のＥＢ描画装置は、電子銃から放出されたビームがスリットによって遮られ所望の大きさに形成する方式であるため、斜め線を含むパターン領域において、短冊状の矩形ショットの分割幅を極端に細く設定しすぎると、ビーム自体の強度が劣化し、矩形性も悪くなり描画不良を発生させてしまう。ショット分割幅をビームの解像性が保たれる程度に最適化したとしても、頂点近辺において矩形ショットの長辺が短くなる。このため、ショット分割幅を細くしすぎた時と同様にショット強度、矩形性の低下が起こり描画不良が生じることになる。

上記図９に示した平行四辺形パターン１００において、短冊状の矩形ショットの長辺の長さに起因する描画不良が生じた場合のレジスト形状の模式図を図１２に示す。この場合、短冊状の矩形ショットの長辺の長さに起因する描画不良を回避するため、短冊状の矩形ショットの長辺を長くすると、解像性は保たれるようになる。しかし、長辺を長くした短冊状の矩形ショットにより微細パターンを描画すると、そのレジスト形状の設計データに対する忠実度が悪くなるという背反する問題が発生する。これはナノレベルの形状の精度が要求されるモールドパターン作成時において大きな問題となる。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、矩形ショットの分割幅を最適な細さに維持しつつ斜めパターンの解像性を維持する可変成形描画装置の図形データ分割方法及び可変成形描画装置を提供するものである。

本発明の可変成形描画装置の図形データ分割方法は、斜め線を含むパターンデータに基づいて基板上にパターンを描画する可変成形描画装置において、前記パターンデータを分割する図形データ分割方法であって、前記斜め線を含むパターンデータを第１の長方形と台形との組み合わせに分割し、前記分割した台形の部分を少なくとも一辺が前記可変成形描画装置の露光限界幅である複数の第２の長方形に分割する、ことを特徴とする。

前記分割した台形の上底及び下底は、前記露光限界幅より大きいようにしてもよい。

前記斜め線を含むパターンデータの分割位置をシフトして前記長方形と前記台形との組み合わせに分割するようにしてもよい。

前記分割位置は、前記露光限界幅又は該露光限界幅より大きくシフトするようにしてもよい。

また、本発明の可変成形描画装置は、斜め線を含むパターンデータに基づいて基板上にパターンを描画する可変成形描画装置であって、前記斜め線を含むパターンデータを第１の長方形と台形との組み合わせに分割し、前記分割した台形の部分を少なくとも一辺が前記可変成形描画装置の露光限界幅である複数の第２の長方形に分割する制御部を備えることを特徴とする。

本発明の可変成形描画装置の図形データ分割方法及び可変成形描画装置によれば、短冊状の矩形ショットの幅を変更せずに、矩形ショットが適切な解像に必要な長辺長さを確保することができ、斜めパターンの描画精度を向上させることができる。

以下、本発明の一実施形態に係る可変成形描画装置の図形データ分割方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、図９の平行四辺形パターン１００に対して描画不良を起こさないような短冊状の矩形ショットを形成するビームサイズの長辺の必要長さをｌとし、このビームサイズの条件を予め可変成形方式のＥＢ描画装置（以下、可変成形描画装置と略記する）の実験により求めておく。但し、長さｌは、可変成形描画装置の最大ショットサイズを超えない大きさである。

本実施形態において使用する可変成形描画装置の概略構造を図１により説明する。図１に示すように可変成形描画装置１０は、電子線源１１、第一レンズ１２、第一スリット１３、ビーム成形用の第二レンズ１４、第二スリット１５、ビーム縮小用の第三レンズ１６、対物用の第四レンズ１７等から構成される。走査手段の１つであるＸ，Ｙステージ２０上に基板２１が載置される。可変成形描画装置１０の各部は、コントローラ２２により制御される。電子線源１１からの電子ビーム（図中の電子線）は、第一レンズ１２、第一スリット１３、第二レンズ１４、第二スリット１５、及び第三レンズ１６により上記ビームサイズ条件に応じた短冊状の矩形ビームに成形されて基板２１に照射され、短冊状の矩形ショットで斜め線を含むパターンを描画する。コントローラ２２は、上記ビームサイズ条件を記憶する。

コントローラ２２は、上記ビームサイズ条件の必要長さｌを元に、図９の平行四辺形パターン１００に対して、矩形ショット（第１の長方形）と、その矩形ショット以外の領域に分割する。この時、ショットの種類を分別する際に、従来のアルゴリズムでは三角形を生じさせていた分割線（矩形領域とそれ以外を分割する縦線）を、隣接する図形側にｌまたはｌよりも大きな値だけシフトさせる。この分割線の移動により、図３に示すように、平行四辺形パターン１００を分割する矩形ショット２０１の大きさは、図１０に示した矩形ショット１０１よりも小さくなるが、矩形ショット１０１の外周部に形成されていた三角形のパターン領域１０２は、全て台形のパターン領域２０２となる。なお、台形の上底及び下底の各長さは、可変成形描画装置１０の露光限界幅より大きいものとする。

図２の全台形のパターン領域２０２に対して、上記長さｌで条件付けした短冊状の矩形ショット２０３（第２の長方形）を重ね合わせた結果を図３に示す。このように、矩形ショットとそれ以外の領域との分割位置をシフトさせることにより、短冊状の矩形ショット２０３の長辺は全て必要長さｌ以上となる。その結果、短冊状の矩形ショットの微小さに起因する描画不良を解消することが可能になる。

なお、本実施形態では、パターンデータとして水平方向に一組の平行辺を持つ平行四辺形の場合を示したが、これに限るものではなく平行辺が水平、垂直方向のいずれかに一組ある台形でも上記図形データ分割方法は適用可能である。

また、本実施形態の図形データ分割方法は、最大ショットサイズ以下の多角形設計データに対しても適用可能である。本実施形態の図形データ分割方法を、全長が最大ショットサイズ以下の正六角形に適用した例を図４に示す。

図４に示す正六角形パターン３００は、そのままではショットを割り当てることができないので、まずフラクチャにより四角形以下の図形群に分割する必要がある。従来の分割方法では、頂点から分割線が引かれ、図５に示すように三角形３０１と四角形３０２に分割される。その図形分割の結果、矩形ショットと短冊状の矩形ショット３０３を配置すると、図６に示すように、頂点部分で描画不良が発生することになる。

この描画不良に対して、本発明の図形データ分割方法を応用し、フラクチャ実施段階において短冊状の矩形ショットの長辺の必要長さｌを考慮して、三角形部分を台形に分割する。すなわち、図６において三角形を生じさせていた分割線（矩形領域とそれ以外を分割する横線）を移動させることにより、図７に示すように、正六角形パターン３００を分割する矩形ショット４０２の大きさは、図５に示した矩形ショット３０２よりも小さくなるが、矩形ショット３０２の外周部に形成されていた三角形のパターン領域３０１は、全て台形のパターン領域４０１となる。

このように、矩形ショットとそれ以外の領域との分割位置をシフトさせることにより、図８に示すように、短冊状の矩形ショット４０３で台形のパターン領域４０１を描画することにより、短冊状の矩形ショット４０３の長辺長さを確保することができる。その結果、最大ショットサイズ以下の微小なパターンデータに対しても描画形状を向上させることが可能となる。

以上のように、本実施形態によれば、可変成形描画装置においてショット分割位置をシフトさせることにより、パターンデータに含まれる斜め部のショット分割幅を最適な細かさに維持しつつ、ショットの解像性を保つことが可能になる。その結果、パターンの描画性能を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る可変成形描画装置の概略構造を示す図である。 本実施形態に係る描画パターン内部に矩形ショットを重ねた結果を示す図である。 図２の矩形ショットの外周部に短冊状の矩形ショットを重ねた結果を示す図である。 本実施形態に係る全長が最大矩形ショットサイズ以下の正六角形描画パターンを示す図である。 図４に対して従来のフラクチャを行った結果を示す図である。 図５の矩形ショットの外周部に短冊状の矩形ショットを重ねた結果を示す図である。 本実施形態に係るフラクチャを行った分割結果を示す図である。 図７の矩形ショットの外周部に短冊状の矩形ショットを重ねた結果を示す図である。 従来の斜め線を含む描画パターンの一例を示す図である。 図９の描画パターン内部に矩形ショットを重ねた結果を示す図である。 図１０に矩形ショットの外周部に短冊状の矩形ショットを重ねた結果を示す図である。 従来のショット長辺の長さに起因する描画不良が生じた場合のレジスト形状の模式図を示す図である。

符号の説明

１０ 可変成形描画装置
２３ コントローラ（制御部）
１００ 平行四辺形パターン
２０１、４０２ 矩形ショット
２０２、４０１ 台形のパターン領域
２０３、４０３ 短冊状の矩形ショット
３００ 正六角形パターン

Claims (5)

1. 斜め線を含むパターンデータに基づいて基板上にパターンを描画する可変成形描画装置において、前記パターンデータを分割する図形データ分割方法であって、
   前記斜め線を含むパターンデータを第１の長方形と台形との組み合わせに分割し、
   前記分割した台形の部分を少なくとも一辺が前記可変成形描画装置の露光限界幅である複数の第２の長方形に分割する、
   ことを特徴とする可変成形描画装置の図形データ分割方法。
2. 前記分割した台形の上底及び下底は、前記露光限界幅より大きいこと、を特徴とする請求項１記載の可変成形描画装置の図形データ分割方法。
3. 前記斜め線を含むパターンデータの分割位置をシフトして前記長方形と前記台形との組み合わせに分割すること、を特徴とする請求項１記載の可変成形描画装置の図形データ分割方法。
4. 前記分割位置は、前記露光限界幅又は該露光限界幅より大きくシフトすること、を特徴とする請求項３記載の可変成形描画装置の図形データ分割方法。
5. 斜め線を含むパターンデータに基づいて基板上にパターンを描画する可変成形描画装置であって、
   前記斜め線を含むパターンデータを第１の長方形と台形との組み合わせに分割し、前記分割した台形の部分を少なくとも一辺が前記可変成形描画装置の露光限界幅である複数の第２の長方形に分割する制御部を備えることを特徴とする可変成形描画装置。

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