JP2008244194A - 電子ビーム描画装置及び電子ビーム描画方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い精度で電子ビームによりパターンの描画を行なう。
【解決手段】偏向器で偏向した電子ビームをショットごとに順次照射することにより、ステージに固定された試料面上にパターンを描画する電子ビーム描画方法において、試料面上において面積が一定で、形状の異なる長方形又は正方形の領域を照射するショットの組み合わせからなる電子ビームを照射し補正パターンの描画を行なう工程と、描画された補正パターンに基づき電子ビームの形状の補正を行なう工程と、形状の補正された電子ビームによりパターンの描画を行なう工程を備えたことを特徴とする電子ビーム描画方法を提供することにより上記課題を解決する。
【選択図】図７

Description

本発明は、電子ビーム描画装置及び電子ビーム描画方法に関するものであり、特に、描画精度を高めた電子ビーム描画装置及び電子ビーム描画方法に関するものである。

マスクや半導体ウエハ上に塗布されたレジストに半導体集積回路パターンを形成するために、電子ビーム描画装置が用いられている。この電子ビーム描画装置では、電子ビームを電磁気的手段により偏向させることにより走査させて、マスクや半導体ウエハにおける所定の領域に照射する。

このように電子ビーム描画装置により、レジストの塗布されたマスク等の上に所定のパターンを描画する場合においては、マスク等を装着したＸ−Ｙステージ上に固定し、移動させながらショットごとに所定の領域に電子ビームし描画を行なう。電子ビーム描画装置では高い精度が要求されることから、より高い精度で照射するために、電子ビームが照射されるショット領域の形状を変化させた場合において、描画結果から補正を行なう手法が非特許文献１に開示されている。
WANG Zhigang et al., "Recent CD accuracy improvements for HL-7000M", Proceedings of SPIE, VOL. 5446, pp657-668, 2004

本発明は、電子ビームにより描画を行なう際に、描画精度を高めた電子ビーム描画装置及び電子ビーム描画方法を提供するものである。

本発明の一態様に係る電子ビーム描画装置は、偏向器で偏向した電子ビームをショットごとに順次照射することにより、ステージに固定された試料面上にパターンを描画する電子ビーム描画装置において、電子ビームの照射は、試料面上において形状の異なる長方形又は正方形の領域を照射するショットの組み合わせからなるものであり、長方形又は正方形の面積は一定であることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る電子ビーム描画装置は、複数段の偏向器で偏向した電子ビームをショットごとに順次照射することにより、ステージに固定された試料面上にパターンを描画する電子ビーム描画装置であって、描画するパターンの領域を主偏向で偏向可能なフレームに分割し、主偏向により電子ビームをフレーム内の任意のサブフィールド位置に位置決めし、サブフィールド単位で副偏向によりパターンを描画する電子ビーム描画装置において、電子ビームの照射は、試料面上において形状の異なる長方形又は正方形の領域を照射するショットの組み合わせからなるものであり、長方形又は正方形の面積は一定であることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る電子ビーム描画方法は、偏向器で偏向した電子ビームをショットごとに順次照射することにより、ステージに固定された試料面上にパターンを描画する電子ビーム描画方法において、試料面上において面積が一定で、形状の異なる長方形又は正方形の領域を照射するショットの組み合わせからなる電子ビームを照射し補正パターンの描画を行なう工程と、描画された補正パターンに基づき電子ビームの形状の補正を行なう工程と、形状の補正された電子ビームによりパターンの描画を行なう工程と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る電子ビーム描画方法は、複数段の偏向器で偏向した電子ビームをショットごとに順次照射することにより、ステージに固定された試料面上にパターンを描画する電子ビーム描画方法であって、描画するパターンの領域を主偏向で偏向可能なフレームに分割し、主偏向により電子ビームをフレーム内の任意のサブフィールド位置に位置決めし、サブフィールド単位で副偏向によりパターンを描画する電子ビーム描画方法において、試料面上において面積が一定で、形状の異なる長方形又は正方形の領域を照射するショットの組み合わせからなる電子ビームを照射しパターンの描画を行なう工程と、描画された補正パターンに基づき電子ビームの形状の補正を行なう工程と、形状の補正された電子ビームによりパターンの描画を行なう工程と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る電子ビーム描画方法は、電子ビームの形状の補正は、電子ビームの形状を変化させるための偏向器に印加する電圧を調整することにより行なうものであることを特徴とする。

本発明によれば、電子ビームにより描画を行なう場合において、精度の高い描画を行なうことができる。

〔電子ビーム描画装置〕
本発明における一実施の形態を以下に記載する。

図１は、本発明の第１の実施の形態における電子ビーム描画装置の構成図である。この電子ビーム描画装置の試料室１内に、電子ビーム描画されるマスク等の試料２が設置されたステージ３が設けられている。ステージ３は、ステージ駆動回路４によりＸ方向（紙面における左右方向）、Ｙ方向（紙面における垂直方向）に駆動される。ステージ３の移動位置は、レーザ測長計等を用いた位置回路５により測定される。

試料室１の上方には、電子ビーム光学系１０が設置されている。この光学系１０は、電子銃６、各種レンズ７、８、９、１１、フォーカスレンズ１２、ブランキング用偏向器１３、ビーム寸法可変用偏向器１４、ビーム走査用の主偏向器１５、ビーム走査用の副偏向器１６、及び２個のビーム成型用アパーチャ１７、１８等から構成されている。

通常の電子ビームによる描画は、図２に示すように、試料２上の描画すべきパターン５１を短冊状のフレーム領域５２に分割し、ステージ３をＸ方向に連続移動させながら各フレーム領域５２を描画する。このフレーム領域５２は、更に、サブフィールド領域５３に分割し、サブフィールド領域５３内の必要な部分のみを可変成型ビームである電子ビームのショット５４を偏向させ描画するものである。このため、主偏向器１５、副偏向器１６と２段の偏向器を用い、フレーム領域５２内におけるサブフィールド領域５３の位置決めは主偏向器１５で行い、サブフィールド領域５３内の描画は、副偏向器１６で行う。

電子ビーム描画装置において描画を行う際には、主偏向器１５により所定のサブフィールド領域５３に位置決めし、副偏向器１６によりサブフィールド領域５３内におけるパターンの描画位置の位置決めを行うともに、ビーム寸法可変用偏向器１４及びビーム成型用アパーチャ１７、１８によりビーム形状を制御し、ステージ３を一方向に連続移動させながらサブフィールド領域５３における描画を行う。このようにして、１つのサブフィールド領域５３における描画が終了したら次のサブフィールド領域５３における描画を行う。ここで、フレーム領域５２は、主偏向器１５の偏向幅で決まる短冊状の描画領域であり、サブフィールド領域５３は副偏向器１６の偏向幅で決まる単位描画領域である。

さらに、複数のサブフィールド領域５３の集合であるフレーム領域５２の描画が終了した後は、必要に応じてステージ３を連続移動させる方向と直交する方向にステップ移動させ、次のフレーム領域５２の描画を行う。

一方、制御計算機２０には記憶媒体である磁気ディスク２１が接続されており、マスクの描画データが格納されている。磁気ディスク２１から読み出された描画データは、フレーム領域５２毎にパターンメモリ２２に一時的に格納される。パターンメモリ２２に格納されたフレーム領域５２毎のパターンデータ、即ち描画位置及び描画データ等で構成されるフレーム情報は、データ展開ユニット３０を介し、データ解析部であるパターンデータデコーダ２３及び描画データデコーダ２４に送られる。

データ展開ユニット３０は、パターンメモリ２２に格納されるデータから、制御計算機２０によって設定されたフレーム領域に含まれるものを選択し抽出する機能を有している。

パターンデータデコーダ２３の出力は、ブランキング回路２５及びビーム成型器ドライバ２６に接続されている。具体的には、パターンデータデコーダ２３では、上記データに基づいてブランキングデータが作成され、このデータがブランキング回路２５に送られる。更に、所望とするビーム寸法データも作成され、このビーム寸法データがビーム成型ドライバ２６に送られる。そして、ビーム成型ドライバ２６から電子光学系１０のビーム寸法可変用偏向器１４に所定の偏向信号が印加され、これにより電子ビームの寸法が制御される。

描画データデコーダ２４の出力は、主偏向器ドライバ２７及び副偏向器ドライバ２８に送られる。主偏向器ドライバ２７から電子光学系１０の主偏向部１５に所定の偏向信号が印加され、これにより電子ビームは所定の主偏向位置に偏向走査される。また、副偏向器ドライバ２８から副偏向器１６に所定の副偏向信号が印加され、これによりサブフィールド領域５３内部の描画が行われる。

〔補正方法〕
次に、電子ビーム描画装置における補正について、より詳細に説明する。

図３に、一般的な電子ビーム装置について、異なるショット５４形状について補正を行なう場合について説明する。具体的には、同一のパターンを描画する場合において、図１に示すビーム成型用アパーチャ１７、１８によりショット５４形状を変化させて補正を行なう。例えば、図３（ａ）に示すように、左からショット幅を０．２５と、０．７５のものと組み合わせた場合、図３（ｂ）に示すように、２つのショット幅が０．５のものからなる場合、図３（ｃ）に示すように、左からショット幅を０．７５と、０．２５のものとを組み合わせた場合についてそれぞれ電子ビームを照射し、描画されたパターンのクリティカルディメンジョン（ＣＤ：Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）の変動量を計測することにより、ＣＤ変動量のショットサイズ依存性を求め補正を行なっていた。

しかしながら、この場合では異なる大きさのショット５４を用いて変動量を計測しているため、ショットサイズが変化することにより、クーロン効果により焦点距離が異なってしまう。

図４に基づき具体的に説明すると、電子ビームは最終段のフォーカスレンズ１２により絞られるが、同一のフォーカスレンズ１２を用いた場合であっても、ショットサイズが大きくなることにより、焦点距離も大きくなってしまう。このことは、電子ビームが荷電粒子であり、電子間において相互作用を有するため生じる現象であり、このような相互作用の生じない光等の電磁波においては生じない。

このため、フォーカスレンズ１２を一定な状態とした場合において、図３に示したパターンを描画した場合、図５に示すようなドーズ量の分布となる。具体的には、図３（ｂ）に示す電子ビームのショット５４によりフォーカスレンズ１２が最適となるような条件で描画を行なった場合では、図５（ｂ）に示すように、描画パターンのエッジ部分のドーズ量変動は急峻であるが、同一の条件で、図３（ａ）、図３（ｃ）に示す電子ビームのショット５４により描画を行なった場合には、図５（ａ）、図５（ｃ）に示すように、描画パターンのエッジ部分のドーズ量変動は緩慢となる。この場合において、図５の点線で示すように、最適のプロセスで現像等を行なった場合では、各々の矢印に示す幅のパターンが形成されるが、ドーズ量に変動が生じた場合や、プロセスが変動した場合では、図６に示すように、照射される電子ビームのショット５４の大きさにより異なるパターンとなってしまう。即ち、図６（ｂ）の場合では、エッジ部分のドーズ量変動が急峻であるため、ドーズ量変動やプロセス変動による影響を受けることが少なく、パターン形状の変動が少ないが、図６（ａ）、図６（ｃ）の場合では、エッジ部分のドーズ量変動が緩慢であるため、ドーズ量変動やプロセス変動による影響を受けやすく、パターン形状の変動が大きくなる
このことは、図４よりショットサイズに依存してフォーカスレンズ１２の焦点位置が変動することにより生じるものである。従って、ショットサイズを一定にすればフォーカスレンズ１２の焦点位置が変動することもないため、以上のような問題も生じない。また、電子ビームが照射される際のショット５４領域の面積が一定であれば、ショットサイズが一定であることも経験上得ている。

本発明は発明者が得た上記知見に基づくものであり、具体的には、図７に示すように、１回のショットにおいて電子ビームの照射される領域の面積を一定とすることにより、形成されるパターンのエッジ部分のドーズ量変動を一定にすることができるものである。

このようなショットサイズの電子ビームのショットを照射することにより、試料面におけるフォーカス変動がなく安定して正確なショットサイズ依存の形成パラメータの算出をすることができる。これに基づき補正を行なうことにより、精度の高い電子ビームによる描画を行なうことができる。

本実施の形態において補正を行なう描画方法について図８に基づき説明する。最初に、ステップ１０２（Ｓ１０２）において、図７に示すようなショットにより形成されたパターンの描画を行なう。具体的には、ステップ照射される各々の電子ビームのショットの面積は一定となるよう設定されている。即ち、図７（ａ）に示されるように、縦が１、横が０．２５となるショットと、縦が０．３３、横が０．７５となるショットが組み合わされたものと、図７（ｂ）に示されるように、縦が０．５、横が０．５となるショットが２つ組み合わされたものと、図７（ｃ）に示されるように、縦が０．３３、横が０．７５となるショットと、縦が１、横が０．２５となるショットが組み合わされたものとにより、パターンの描画を行なう。

次に、ステップ１０４（Ｓ１０４）において、ステップ１０２により描画されたパターンを現像した後に計測し、電子ビームの形状の補正を行なう。具体的には、ビーム成型器ドライバ２６により、ビーム寸法可変用偏向器１４に印加する電圧を調整することにより、電子ビームの形状の補正を行なう。尚、電子ビームの形状の補正は、ビーム成型用アパーチャ１７、１８のアパーチャ形状を変形させることによっても行なうことができる。

次に、ステップ１０６（Ｓ１０６）において、補正された形状の電子ビームを用いて実際のパターンの描画を行なうことにより、電子ビームによるパターン描画が終了する。

〔描画方法〕
次に、図１、図２に基づき本実施の形態における電子ビーム描画装置の描画の手順について具体的に説明する。

最初に、試料室１内のステージ３上に試料２を設置する。この後、ステージ３の位置検出を位置回路５により行い、制御計算機２０からの信号に基づいてステージ駆動回路４によりステージ３を描画可能な位置まで移動させる。

この後、電子銃６より電子ビームが発せられる。電子ビームは、照明レンズ７により集光され、ブランキング用偏向器１３により、電子ビームを試料２に照射するか否かの操作が行われる。

この後、ビーム成型用アパーチャ１７に入射した電子ビームは、ビーム成型用アパーチャ１７における開口部を通過し、ビーム成型器ドライバ２６により制御されたビーム寸法可変用偏向器１４によって偏向され、ビーム成型用アパーチャ１８に設けられた開口部を通過することにより、最終的に所望のビーム形状であるスポットパターンとなる。このスポットパターンとは、試料２に照射される電子ビームの描画単位であり、複数のスポットパターンにより一つの描画パターンが形成される。

ビーム形状形成後のスポットパターンである電子ビームは、縮小レンズ１１によってビーム形状が縮小される。試料２に描画される電子ビームの試料２における照射位置は、主偏向器ドライバ２７により制御された主偏向器１５と副偏向器ドライバ２８により制御された副偏向器１６とにより制御される。主偏向器ドライバ１５は、試料２における所定の副偏向領域に電子ビームを位置決め、即ち、フレーム領域５２の位置決めをする。また、副偏向器ドライバ１６は、サブフィールド領域５３内のパターン描画位置の位置決めを行う。

試料２への電子ビームによる描画は、ステージ３を一方向に移動させ、試料２上において電子ビームを走査し、照射することにより、サブフィールド領域５３内のパターンの描画が行われる。

次に、制御計算機２０による描画制御について説明する。制御計算機２０は、記憶媒体で磁気ディスク２１に記録されたマスクの描画データを読み出し、この読み出した描画データは、フレーム領域５２毎にパターンメモリ２２に一時的に格納される。

パターンメモリ２２に格納されたフレーム領域５２毎の描画データが形成され、データ解析部であるパターンデータデコーダ２３及び描画データデコーダ２４を介して、ブランキング回路２５、ビーム成型器ドライバ２６、主偏向器ドライバ２７、副偏向器ドライバ２８に送られる。

パターンデータデコーダ２３では、データ展開ユニット３０より送られる描画データに基づいてブランキングデータが作成され、このブランキングデータがブランキング回路２５に送られる。更に、この描画データに基づいて所望とするビーム形状データが作成され、このビーム形状データがビーム成型器ドライバ２６に送られる。

ビーム成型器ドライバ２６では、光学系１０のビーム寸法可変用偏向器１４に所定の偏向信号が印加され、これにより電子ビームの寸法が制御される。

描画データデコーダ２４では、描画データに基づいてサブフィールド位置決めデータが作成され、このサブフィールド位置決めデータが主偏向器ドライバ２７に送られる。この後、主偏向器ドライバ２７から主偏向器１５へ所定の偏向信号が印加され、これにより電子ビームは所定のサブフィールド位置に偏向走査される。

また、描画データデコーダ２４では、描画データに基づいて副偏向器１６の走査のコントロール信号を生成し、このコントロール信号が副偏向器ドライバ２８に送られる。そして、副偏向器ドライバ２８から副偏向器１６に所定の副偏向信号が印加され、これにより、サブフィールド領域５３内の描画が行われる。

このように、本実施の形態においては、面積が一定でショット形状の異なる電子ビームを照射し補正を行なうことにより、電子ビーム描画装置における描画精度を向上させることができる。

以上、実施の形態において本発明における電子ビーム描画装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、これ以外の形態をとることが可能である。

本実施の形態における電子ビーム描画装置の構成図 本実施の形態における電子ビーム描画方法の概要図 補正のための描画パターンの構成図 ショットサイズとフォーカスレンズの焦点距離の相関図 図３のパターンを照射した場合のドーズ量分布（１） 図３のパターンを照射した場合のドーズ量分布（２） 本実施の形態における補正のための描画パターンの構成図 本実施の形態における電子ビーム描画方法のフローチャート

符号の説明

１・・・試料室、２・・・試料（マスク）、３・・・ステージ、４・・・ステージ駆動回路、５・・・位置回路、６・・・電子銃、７、８、９、１１・・・各種レンズ、１０・・・光学系、１２・・・フォーカスレンズ、１３・・・ブランキング用偏向器、 １４・・・ビーム寸法可変用偏向器、１５・・・主偏向器、１６・・・副偏向器、１７、１８・・・ビーム成型用アパーチャ、２０・・・制御計算機、２１・・・磁気ディスク、２２・・・パターンメモリ、２３・・・パターンデータデコーダ、２４・・・描画データデコーダ、２５・・・ブランキング回路、２６・・・ビーム成型器ドライバ、 ２７・・・主偏向ドライバ、２８・・・副偏向ドライバ、３０・・・データ展開ユニット、５４・・・ショット

Claims (5)

1. 偏向器で偏向した電子ビームをショットごとに順次照射することにより、ステージに固定された試料面上にパターンを描画する電子ビーム描画装置において、
   前記電子ビームの照射は、前記試料面上において形状の異なる長方形又は正方形の領域を照射するショットの組み合わせからなるものであり、
   前記長方形又は正方形の面積は一定であることを特徴とする電子ビーム描画装置。
2. 複数段の偏向器で偏向した電子ビームをショットごとに順次照射することにより、ステージに固定された試料面上にパターンを描画する電子ビーム描画装置であって、描画するパターンの領域を主偏向で偏向可能なフレームに分割し、主偏向により電子ビームを前記フレーム内の任意のサブフィールド位置に位置決めし、サブフィールド単位で副偏向によりパターンを描画する電子ビーム描画装置において、
   前記電子ビームの照射は、前記試料面上において形状の異なる長方形又は正方形の領域を照射するショットの組み合わせからなるものであり、
   前記長方形又は正方形の面積は一定であることを特徴とする電子ビーム描画装置。
3. 偏向器で偏向した電子ビームをショットごとに順次照射することにより、ステージに固定された試料面上にパターンを描画する電子ビーム描画方法において、
   前記試料面上において面積が一定で、形状の異なる長方形又は正方形の領域を照射するショットの組み合わせからなる電子ビームを照射し補正パターンの描画を行なう工程と、
   前記描画された補正パターンに基づき前記電子ビームの形状の補正を行なう工程と、
   前記形状の補正された電子ビームによりパターンの描画を行なう工程と、
   を備えたことを特徴とする電子ビーム描画方法。
4. 複数段の偏向器で偏向した電子ビームをショットごとに順次照射することにより、ステージに固定された試料面上にパターンを描画する電子ビーム描画方法であって、描画するパターンの領域を主偏向で偏向可能なフレームに分割し、主偏向により電子ビームを前記フレーム内の任意のサブフィールド位置に位置決めし、サブフィールド単位で副偏向によりパターンを描画する電子ビーム描画方法において、
   前記試料面上において面積が一定で、形状の異なる長方形又は正方形の領域を照射するショットの組み合わせからなる電子ビームを照射しパターンの描画を行なう工程と、
   前記描画された補正パターンに基づき前記電子ビームの形状の補正を行なう工程と、
   前記形状の補正された電子ビームによりパターンの描画を行なう工程と、
   を備えたことを特徴とする電子ビーム描画方法。
5. 前記電子ビームの形状の補正は、前記電子ビームの形状を変化させるための偏向器に印加する電圧を調整することにより行なうものであることを特徴とする請求項３又は、４に記載された電子ビーム描画方法。
   

Images