JP2009038055A - 荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画方法 - Google Patents

Abstract

【目的】小領域毎に可変速な描画速度で描画する際の各小領域の描画速度が従来と比較してより適した速度になる描画装置及び方法を提供することを目的とする。
【構成】本発明の一態様の描画装置１００は、試料１０１の描画領域を描画方向に沿って複数の小領域に仮想分割する分割部１２２と、線形計画法を用いて複数の小領域の描画速度を演算する線形計画法演算部１２８と、電子ビーム２００を用いて、演算された各小領域の描画速度で各小領域に所望するパターンを描画する描画部１５０と、を備えたことを特徴とする。本発明によれば、トータルな描画時間を短縮することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画方法に係り、例えば、ブロック分割されたストライプを可変速な描画速度で描画する際の最適な描画速度を算出する描画装置及び方法に関する。

半導体デバイスの微細化の進展を担うリソグラフィ技術は半導体製造プロセスのなかでも唯一パターンを生成する極めて重要なプロセスである。近年、ＬＳＩの高集積化に伴い、半導体デバイスに要求される回路線幅は年々微細化されてきている。これらの半導体デバイスへ所望の回路パターンを形成するためには、高精度の原画パターン（レチクル或いはマスクともいう。）が必要となる。ここで、電子線（電子ビーム）描画技術は本質的に優れた解像性を有しており、高精度の原画パターンの生産に用いられる。

図６は、可変成形型電子線描画装置の動作を説明するための概念図である。
可変成形型電子線（ＥＢ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ）描画装置は、以下のように動作する。まず、第１のアパーチャ４１０には、電子線３３０を成形するための矩形例えば長方形の開口４１１が形成されている。また、第２のアパーチャ４２０には、開口４１１を通過した電子線３３０を所望の矩形形状に成形するための可変成形開口４２１が形成されている。荷電粒子ソース４３０から照射され、開口４１１を通過した電子線３３０は、偏向器により偏向される。そして、可変成形開口４２１の一部を通過して、ステージ上に搭載された試料に照射される。ステージは、描画中、所定の一方向（例えば、Ｘ方向とする）に連続的に移動している。このように、開口４１１と可変成形開口４２１との両方を通過できる矩形形状が、試料３４０の描画領域に描画される。開口４１１と可変成形開口４２１との両方を通過させ、任意形状を作成する方式を可変成形方式という。

ここで、電子ビーム描画装置では、描画領域を短冊状のフレーム（或いはストライプともいう）に分割して、そのフレームを描画単位として、連続して描画を行なっていた。その際、そのフレームを固定または任意の長さでブロック分割して、このブロック毎のステージ速度を求め、最も遅いステージ速度に合わせて描画するといった手法があった（例えば、特許文献１参照）。すなわち、フレーム中を等速度でステージ移動させながら描画するといった手法である。

しかしながら、各ブロック内のパターン密度は異なっているため、各ブロックに照射する電子ビームのショット数も異なってくる。そのため、全てのブロックを同じ速度で描画するのでは効率が悪い。そこで、ブロック毎に可変速なステージ速度で描画することが求められる。しかし、従来、これを最適化する手法が確立されていなかった。

その他、可変成形型の描画装置ではないが、パターンが形成されたマスクに電子ビームを照射して、そのマスクパターンをウェハに転写する装置において、ステージ速度調整に関する記載が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２０００−２１７４７号公報 特開２０００−４９０８６号公報

上述したように、ブロック（小領域）毎に可変速なステージ速度、すなわち、可変速な描画速度で描画することが求められるが、これを最適化する手法が確立されていなかった。

そこで、本発明は、かかる課題を克服し、小領域毎に可変速な描画速度で描画する際の各小領域の描画速度が従来と比較してより適した速度になる描画装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様の荷電粒子ビーム描画装置は、
試料の描画領域を描画方向に沿って複数の小領域に仮想分割する分割部と、
線形計画法を用いて複数の小領域の描画速度を演算する線形計画法演算部と、
荷電粒子ビームを用いて、演算された各小領域の描画速度で各小領域に所望するパターンを描画する描画部と、
を備えたことを特徴とする。

線形計画法を用いることで、小領域毎により適した描画速度を算出することができる。

また、線形計画法演算部は、複数の小領域の初期描画速度と複数の小領域の長さと許容加速度と所定の加速時間とを用いて上述した複数の小領域の描画速度を演算する。

そして、線形計画法演算部は、複数の小領域をすべて描画するための描画時間がより短く、かつ各小領域の描画速度が対応する各小領域の初期描画速度を超えないように、前記複数の小領域の描画速度を演算すると好適である。

また、複数の小領域のうち、第１番目の小領域の描画速度は、第１番目の小領域の初期描画速度に設定すると好適である。

本発明の一態様の荷電粒子ビーム描画方法は、
試料の描画領域を描画方向に沿って複数の小領域に仮想分割する工程と、
線形計画法を用いて複数の小領域の描画速度を演算する工程と、
荷電粒子ビームを用いて、演算された各小領域の描画速度で各小領域に所望するパターンを描画する工程と、
を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、描画速度がより適した速度となる。よって、トータルな描画時間を短縮することができる。その結果、スループットを向上させることができる。

以下、実施の形態では、荷電粒子ビームの一例として、電子ビームを用いた構成について説明する。但し、荷電粒子ビームは、電子ビームに限るものではなく、イオンビーム等の他の荷電粒子を用いたビームでも構わない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１における描画装置の構成を示す概念図である。
図１において、描画装置１００は、描画部１５０と制御部１６０を備えている。描画装置１００は、荷電粒子ビーム描画装置の一例となる。そして、描画装置１００は、試料１０１に所望するパターンを描画する。制御部１６０は、磁気ディスク装置１０９、偏向制御回路１１０、デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）１１２、増幅器（アンプ）１１４、制御計算機１２０、メモリ１２９、描画データ処理回路１３０、レーザ測長部１４０、及びステージ制御回路１４２を備えている。描画部１５０は、電子鏡筒１０２、描画室１０３を有している。電子鏡筒１０２内には、電子銃２０１、照明レンズ２０２、第１のアパーチャ２０３、投影レンズ２０４、偏向器２０５、第２のアパーチャ２０６、対物レンズ２０７、及び偏向器２０８が配置されている。また、描画室１０３内には、移動可能に配置されたＸＹステージ１０５が配置されている。ＸＹステージ１０５上には、ミラー１０８、及び試料１０１が配置されている。試料１０１として、例えば、ウェハにパターンを転写する露光用のマスクが含まれる。また、このマスクは、例えば、まだ何もパターンが形成されていないマスクブランクスが含まれる。また、磁気ディスク装置１０９には、描画データが格納されている。また、制御計算機１２０内では、ショットデータ生成部１２１、分割部１２２、ショット密度計算部１２４、初期ブロック速度計算部１２６、及び線形計画法演算部１２８といった機能の処理が実行される。制御計算機１２０内での入出力或いは演算されたデータは都度メモリ１２９に記憶される。ここで、図１では、実施の形態１を説明する上で必要な構成部分について記載している。描画装置１００にとって、通常、必要なその他の構成が含まれても構わないことは言うまでもない。

また、図１では、コンピュータの一例となる制御計算機１２０で、ショットデータ生成部１２１、分割部１２２、ショット密度計算部１２４、初期ブロック速度計算部１２６、及び線形計画法演算部１２８といった各機能の処理を実行するように記載しているがこれに限るものではなく、電気的な回路によるハードウェアにより実施させても構わない。或いは、電気的な回路によるハードウェアとソフトウェアとの組合せにより実施させても構わない。或いは、かかるハードウェアとファームウェアとの組合せでも構わない。

描画データ処理回路１３０は、磁気ディスク装置１０９から描画データを読み出し、複数のチップを一つのチップにマージするチップマージ処理や制御計算機１２０に入力可能なフォーマットに変換する。そして、ショットデータ生成部１２１に変換されたデータが送信され、描画装置１００のハードウェアに入力するデータ、ここではショットデータが生成される。また、制御計算機１２０内では、ブロック分割やＸＹステージ１０５のステージ速度Ｖの算出が行なわれる。そして、ショットデータは、偏向制御回路１１０に出力される。そして、偏向制御回路１１０は、ＤＡＣ１１２、及びアンプ１１４を介して偏向器２０８を制御する。ここでは図示していないが、同様に、偏向器２０５を制御する。また、ステージ速度Ｖやブロックサイズ等は、ステージ制御回路１４２に送信される。そして、ステージ制御回路１４２は、それらのデータに基づいてＸＹステージ１０５の速度や位置を制御する。ＸＹステージ１０５の位置は、レーザ測長部１４０から照射されたレーザ光とそれをミラー１０８で反射した反射光とに基づいて測長される。

照射部の一例となる電子銃２０１から出た電子ビーム２００は、照明レンズ２０２により矩形例えば長方形の穴を持つ第１のアパーチャ２０３全体を照明する。ここで、電子ビーム２００をまず矩形例えば長方形に成形する。そして、第１のアパーチャ２０３を通過した第１のアパーチャ像の電子ビーム２００は、投影レンズ２０４により第２のアパーチャ２０６上に投影される。かかる第２のアパーチャ２０６上での第１のアパーチャ像の位置は、偏向器２０５によって偏向制御され、ビーム形状と寸法を変化させることができる。その結果、電子ビーム２００は成形される。そして、第２のアパーチャ２０６を通過した第２のアパーチャ像の電子ビーム２００は、対物レンズ２０７により焦点を合わせ、偏向器２０８により偏向される。その結果、連続移動するＸＹステージ１０５上の試料１０１の所望する位置に照射される。

図２は、実施の形態１におけるステージ移動の様子を説明するための図である。
試料１０１に描画する場合には、ＸＹステージ１０５を例えばｘ方向に連続移動させながら、描画（露光）領域１０を電子ビーム２００が偏向可能な幅の短冊状の複数のストライプ（フレーム）２０に仮想分割された試料１０１の１つのストライプ２０上を電子ビーム２００が照射する。ＸＹステージ１０５のＸ方向の移動は、連続移動とし、同時に偏向器２０８で電子ビーム２００のショット位置もステージ移動に追従させる。連続移動させることで描画時間を短縮させることができる。そして、１つのストライプ２０を描画し終わったら、ＸＹステージ１０５をｙ方向にステップ送りしてｘ方向（今度は逆向き）に次のストライプ２０の描画動作を行なう。各ストライプ２０の描画動作を蛇行させるように進めることでＸＹステージ１０５の移動時間を短縮することができる。

図３は、実施の形態１における描画方法の要部工程を示すフローチャート図である。
図３において、実施の形態１における描画方法は、描画データ処理工程（Ｓ１０２）と、ショットデータ生成工程（Ｓ１０４）と、ブロック分割工程（Ｓ１０６）と、ショット密度計算工程（Ｓ１０８）と、初期ブロック速度演算工程（Ｓ１１０）と、線形計画法演算工程（Ｓ１１２）と、描画工程（Ｓ１１４）といった一連の工程を実施する。

Ｓ（ステップ）１０２において、描画データ処理工程として、描画データ処理回路１３０は、磁気ディスク装置１０９からある１つのストライプ分の描画データを読み出す。そして、読み出した描画データを処理し、次のショットデータ生成に用いる装置内フォーマットのデータに変換する。この描画データには、描画する図形の位置を示す座標、形を示す図形コード及び図形サイズ等が定義されている。そして、変換されたデータの情報は、制御計算機１２０に出力される。

Ｓ１０４において、ショットデータ生成工程として、ショットデータ生成部１２１は、描画データが変換されたデータを入力し、描画データに基づいて描画部１５０に入力するデータ、ここではショットデータを生成する。

Ｓ１０６において、ブロック分割工程として、分割部１２２は、試料１０１のストライプ（描画領域）２０を描画方向に沿って複数のブロック（小領域）に仮想分割する。
図４は、実施の形態１におけるブロック分割されたストライプの一例を示す図である。
図４において、ストライプ２０は、描画方向Ｓに沿って固定或いは任意の長さＬ_ｉで複数のブロック３０に仮想分割する。

Ｓ１０８において、ショット密度計算工程として、ショット密度計算部１２４は、ブロック３０毎にショット密度ρ_{shot（ｉ）}を計算する。

Ｓ１１０において、初期ブロック速度演算工程として、初期ブロック速度計算部１２６は、ブロック３０毎に初期ブロック速度Ｖ_ｉ（０）（初期描画速度）を計算する。初期ブロック速度Ｖ_ｉ（０）は、以下の式（１−１）〜式（１−３）によって求めることができる。

ここで、式（１−１）〜式（１−３）中のパラメータとして、ｙ方向ストライプ寸法ｗ_ｙ、多重度Ｎ、平均照射量Ｄ、電流密度Ｊ、サブフィールド（ＳＦ）寸法ｓ、ショットセトリング時間ｔ_{ｓｈｏｔ（ｓｔｔ）}、ＳＦセトリング時間ｔ_ＳＦ、ショット密度ρ_{ｓｈｏｔ（ｉ）}を用いる。

Ｓ１１２において、線形計画法演算工程として、線形計画法演算部１２８は、線形計画法を用いて複数のブロックのブロック速度Ｖ_ｉ（描画速度）を演算する。線形計画法演算部１２８は、各ブロック３０の初期ブロック速度Ｖ_ｉ（０）と各ブロック３０の長さＬ_ｉと許容加速度ｇと一定の加速時間Ｔｓ（所定の加速時間）とを用いて各ブロック３０のブロック速度Ｖ_ｉを演算する。

ここで、描画装置１００では、加速度を一定値以上に上げることができないため、初期ブロック速度Ｖ_ｉ（０）ではブロック３０間の移動で所望する速度に到達できない場合が生じ得る。また、あるブロック３０の速度を変えてしまうことは他のブロックの速度に影響を及ぼすことになる。そこで、実施の形態１では、与えられたストライプ２０における描画速度を最短にするために、各ブロック３０のブロック速度Ｖ_ｉの最適化を以下の方法で行なう。

図５は、実施の形態１におけるブロック速度の一例を示す図である。
図５では、設定される各ブロック３０のブロック速度Ｖ_ｉを実線の棒グラフで示している。また、実際の速度変化を点線で示している。また、図５に示すように、始端のブロックＢ_１のブロック速度Ｖ_１を考慮して、初速度ゼロから許容加速度ｇでブロック速度Ｖ_１まで加速できるように、図４に示すような適当な長さＬ_０のブロックＢ_０を追加する。同様に、終端のブロックＢ_ｎのブロック速度Ｖ_ｎを考慮して、ブロック速度Ｖ_１から許容加速度ｇで速度ゼロまで減速できるように、図４に示すような適当な長さＬ_ｎ＋１のブロックＢ_ｎ＋１を追加する。また、速度計算の関係上、１つのブロック３０では、加速或いは減速だけ行なうようにする。そのために、ブロック速度の極大となる極大ブロック（図５ではブロックＢ_２で示す）では、中点或いは任意点で分割して、仮想的に２つのブロックとして扱う。

ここで、ブロックＢ_ｉにおける、ブロック長Ｌ_ｉとブロック速度Ｖ_ｉ及びブロック速度Ｖ_ｉ−１との間には、非線形の関係が存在するが、これを初期ブロック速度Ｖ_ｉ（０）及び初期ブロック速度Ｖ_{ｉ−１（０）}でテーラー展開し、以下の式（２−１）〜式（２−ｎ）で近似する。非線形の関係のままでは描画しながらブロック速度Ｖ_ｉを計算するには時間が多大にかかるが、以下のように計算することでリアルタイムにブロック速度Ｖ_ｉを計算することができる。

かかる式（２−１）〜式（２−ｎ）のｎ式のすべてを満たすという第１の条件と、さらに、ブロック速度Ｖ_ｉは、初期ブロック速度Ｖ_ｉ（０）を越えてはならない、すなわち、Ｖ_ｉ≦Ｖ_ｉ（０）を満たすという第２の条件とを制約条件して、ΣＶ_ｉ／Ｌ_ｉが最大となるブロック速度Ｖ_ｉを線形計画法で求める。ΣＶ_ｉ／Ｌ_ｉが最大となることは複数のブロック３０をすべて描画するための描画時間がより短くなることと同義となる。以上の演算により、制約条件を満たす最適化されたブロック速度Ｖ_ｉを得ることができる。各ブロック３０のステージ速度は、最適化されたブロック速度Ｖ_ｉとすればよい。

ここで、助走加速区間となるブロックＢ_０を仮想的に追加したので、加速時間Ｔｓが許せば、ブロック速度Ｖ_１を最大速度の初期ブロック速度Ｖ_１（０）とすることができる。

Ｓ１１４において、描画工程として、描画部１５０は、電子ビーム２００を用いて、演算された各ブロック３０のブロック速度Ｖ_ｉで各ブロック３０に所望するパターンを描画する。すなわち、ステージ制御回路１４２は、ブロック速度Ｖ_ｉでＸＹステージ１０５を駆動させる。これに合わせて、偏向制御回路１１０は、ＤＡＣ１１２、及びアンプ１１４を介して偏向器２０８を制御する。

以上の説明において、「〜部」或いは「〜工程」と記載したものは、コンピュータで動作可能なプログラムにより構成することができる。或いは、ソフトウェアとなるプログラムだけではなく、ハードウェアとソフトウェアとの組合せにより実施させても構わない。或いは、ハードウェアとファームウェアとの組合せでも構わない。また、プログラムにより構成される場合、プログラムは、磁気ディスク装置、磁気テープ装置、ＦＤ、ＣＤ、ＤＶＤ、ＭＯ或いはＲＯＭ等の読み取り可能な記録媒体に記録される。例えば、プログラムは、メモリ１２９に記憶される。或いは、別途、これらの記録媒体の少なくとも１つが制御計算機１２０に接続されればよい。或いは、制御計算機１２０内部に搭載されていればよい。

以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。

また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。例えば、描画装置１００を制御する制御部構成については、記載を省略したが、必要とされる制御部構成を適宜選択して用いることは言うまでもない。

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての荷電粒子ビーム描画方法及び装置は、本発明の範囲に包含される。

実施の形態１における描画装置の構成を示す概念図である。 実施の形態１におけるステージ移動の様子を説明するための図である。 実施の形態１における描画方法の要部工程を示すフローチャート図である。 実施の形態１におけるブロック分割されたストライプの一例を示す図である。 実施の形態１におけるブロック速度の一例を示す図である。 従来の可変成形型電子線描画装置の動作を説明するための概念図である。

符号の説明

１０ 描画領域
２０ ストライプ
３０ ブロック
１００ 描画装置
１０１，３４０ 試料
１０２ 電子鏡筒
１０３ 描画室
１０５ ＸＹステージ
１０８ ミラー
１０９ 磁気ディスク装置
１１０ 偏向制御回路
１１２ ＤＡＣ
１１４ アンプ
１２０ 制御計算機
１２１ ショットデータ生成部
１２２ 分割部
１２４ ショット密度計算部
１２６ 初期ブロック速度計算部
１２８ 線形計画法演算部
１２９ メモリ
１３０ 描画データ処理回路
１４０ レーザ測長部
１４２ ステージ制御回路
１５０ 描画部
１６０ 制御部
２００ 電子ビーム
２０１ 電子銃
２０２ 照明レンズ
２０３，４１０ 第１のアパーチャ
２０４ 投影レンズ
２０５，２０８ 偏向器
２０６，４２０ 第２のアパーチャ
２０７ 対物レンズ
３３０ 電子線
４１１ 開口
４２１ 可変成形開口
４３０ 荷電粒子ソース

Claims (5)

1. 試料の描画領域を描画方向に沿って複数の小領域に仮想分割する分割部と、
   線形計画法を用いて前記複数の小領域の描画速度を演算する線形計画法演算部と、
   荷電粒子ビームを用いて、演算された各小領域の描画速度で各小領域に所望するパターンを描画する描画部と、
   を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
2. 前記線形計画法演算部は、前記複数の小領域の初期描画速度と前記複数の小領域の長さと許容加速度と所定の加速時間とを用いて前記複数の小領域の描画速度を演算することを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム描画装置。
3. 前記線形計画法演算部は、前記複数の小領域をすべて描画するための描画時間がより短く、かつ各小領域の前記描画速度が対応する各小領域の前記初期描画速度を超えないように、前記複数の小領域の描画速度を演算することを特徴とする請求項１又は２記載の荷電粒子ビーム描画装置。
4. 前記複数の小領域のうち、第１番目の小領域の描画速度は、前記第１番目の小領域の初期描画速度に設定することを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の荷電粒子ビーム描画装置。
5. 試料の描画領域を描画方向に沿って複数の小領域に仮想分割する工程と、
   線形計画法を用いて前記複数の小領域の描画速度を演算する工程と、
   荷電粒子ビームを用いて、演算された各小領域の描画速度で各小領域に所望するパターンを描画する工程と、
   を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。

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