JP2010267723A - 荷電粒子ビーム描画装置および荷電粒子ビーム描画方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レジストヒーティングによる寸法変動を多重描画で抑制し、それによるスループットの増加を小さくすることのできる荷電粒子ビーム描画方法および荷電粒子ビーム描画装置を提供する。
【解決手段】所定の多重度で描画したときの試料上での温度分布を予測し、この温度分布に基づいてパターン毎に多重度を決定する。多重度は、描画に必要な荷電粒子ビームの照射量と、各パターンに要求される位置精度とから決定できる。また、パターン毎の多重度は、所定偏向領域内のパターン毎に決定できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、荷電粒子ビーム描画装置および荷電粒子ビーム描画方法に関する。

近年、半導体集積回路の高集積化に伴って、ＬＳＩ（Large Scale Integration）のパターンは、より微細化および複雑化する傾向にある。このため電子ビームを用いてフォトマスクにパターンを描画する、電子ビームリソグラフィ技術の開発が進められている。

電子ビームリソグラフィ技術は、利用する電子ビームが荷電粒子ビームであるために、本質的に優れた解像度を有している。また、焦点深度を大きく確保することができるので、高い段差上でも寸法変動を抑制できるという利点も有している。このため、ＤＲＡＭを代表とする最先端デバイスの開発に適用されている他、一部ＡＳＩＣの生産にも用いられている。さらに、ウェハにＬＳＩパターンを転写する際の原版となるマスクまたはレチクルの製造現場においても、電子ビームリソグラフィ技術が広く一般に使われている。

特許文献１には、電子ビームリソグラフィ技術に使用される可変成形型電子ビーム描画装置が開示されている。こうした装置における描画データは、ＣＡＤシステムを用いて設計された半導体集積回路などの設計データ（ＣＡＤデータ）に、補正や図形パターンの分割などの処理を施すことによって作成される。例えば、図形パターンの分割処理は、電子ビームのサイズにより規定される最大ショットサイズ単位で行われ、併せて、分割された各ショットの座標位置、サイズおよび照射時間が設定される。そして、描画する図形パターンの形状や大きさに応じてショットが成形されるように、描画データが作成される。描画データは、短冊状のフレーム（主偏向領域）単位で区切られ、さらにその中は副偏向領域に分割されている。つまり、チップ全体の描画データは、主偏向領域のサイズにしたがった複数の帯状のフレームデータと、フレーム内で主偏向領域よりも小さい複数の副偏向領域単位とからなるデータ階層構造になっている。

副偏向領域は、副偏向器によって、主偏向領域よりも高速に電子ビームが走査されて描画される領域であり、一般に最小描画単位となる。副偏向領域内を描画する際には、パターン図形に応じて準備された寸法と形状のショットが成形偏向器により形成される。具体的には、電子銃から出射された電子ビームが、第１のアパーチャで矩形状に成形された後、成形偏向器で第２のアパーチャ上に投影されて、そのビーム形状と寸法を変化させる。その後、上述の通り、副偏向器と主偏向器により偏向されて、ステージ上に載置されたマスクに照射される。

ところで、微細化に対する高い要求に応えるため、電子ビームリソグラフィ技術では、多重描画方式が採用されている。この方式は、パターンを繰り返し重ねて描画することで、パターン位置精度の誤差と、偏向領域の境界で生じるパターンの接続精度の誤差とを、平均化の効果によって改善しようとするものである。多重描画は、レジストヒーティングの現象にも有効である。レジストヒーティングとは、電子ビームによってレジストに与えられたエネルギーからレジストの感光に必要なエネルギーを差し引いたエネルギーが熱としてレジストに蓄積されることによって、レジストに局所的な感度変化をもたらす現象である。レジストヒーティングによる誤差は、マスクに描画されるパターンの寸法変化となって現れる。

従来の方式では、描画する全てのパターンについて多重描画を行っていた。このため、多重描画を行わない場合に比べて、描画時間が大幅に増大し、スループットが低下するという問題が生じた。これに対して、特許文献２には、セトリング時間を長くすることでレジストヒーティングを抑制できることが記載され、また、電子ビームのショットサイズに応じてセトリング時間を変える方法が開示されている。この場合、セトリング時間は、ショットサイズが大きいほど長くなるように設定される。また、特許文献３には、描画するパターン毎に多重度を決定する方法が開示されている。この方法によれば、パターン毎に寸法や形状、周辺のパターンとの関係が分析され、多重描画が不要であると判断された場合には、多重描画用のパターンを出力せずに１回の照射で描画を行う。

特開平９−２９３６７０号公報 特開２００１−１８９２６２号公報 特開２００５−７９１１１号公報

特許文献２では、図形データ中のショットサイズを抽出し、このショットサイズに応じてレジストヒーティングの影響が少ないセトリング時間が設定される。具体的には、パターンデータデコーダで作成されたビーム形状データからショットサイズを抽出し、この抽出された情報に基づいてセトリング時間が決められる。一方、レジストに低感度のものを用いた場合、必要となる電子ビームの照射量が高感度のものに比べて大きくなるので、図形データが同じであっても高感度のものよりレジストヒーティングが起こりやすくなる。また、レジスト感度が低い場合、セトリング時間の調整のみではヒーティングの抑制ができない可能性もある。特許文献２では、レジストの感度を考慮に入れていないために、低感度レジストを用いた場合にはレジストヒーティングを十分に抑制できないおそれがあった。

一方、特許文献３では、パターンが単純な形状で高い精度を要求されず、また、偏向領域の境界によって分割されない場合に、多重描画を行わないか、あるいは、多重度を下げることとしている。つまり、特許文献３では、多重描画用の描画データのデータ量を低減することを目的としており、多重描画を行うか否かの判断をパターンの形状や大きさで判断している。このため、レジストの感度変化と必ずしも対応しないことが予想され、レジストヒーティングを十分に抑制できないおそれがあった。

本発明は、こうした点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、レジストヒーティングによる寸法変動を多重描画で抑制し、それによるスループットの増加を小さくすることのできる荷電粒子ビーム描画方法および荷電粒子ビーム描画装置を提供することにある。

本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。

本発明の第１の態様は、荷電粒子ビームを用いて試料上に多重描画により所望のパターンを描画する荷電粒子ビーム描画方法において、
所定の多重度で描画したときの試料上での温度分布を予測する工程と、
この温度分布に基づいてパターン毎に多重度を決定する工程とを有することを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法に関する。

本発明の第１の態様においては、所定の多重度を、描画に必要な荷電粒子ビームの照射量と、パターンに要求される位置精度とから決定することができる。

本発明の第１の態様において、パターン毎に多重度を決定する工程は、所定偏向領域内のパターン毎に多重度を決定する工程とすることができる。

本発明の第２の態様は、荷電粒子ビームを試料上に照射して多重描画を行う荷電粒子ビーム描画装置において、
所定の多重度で描画したときの試料上での温度分布を予測する温度予測部と、
この温度分布に基づいて描画するパターン毎に多重度を決定する多重度決定部と、
この多重度に基づいて試料上に荷電粒子ビームで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に関する。

本発明の第２の態様は、所定の多重度が、描画に必要な荷電粒子ビームの照射量と、パターンに要求される位置精度とから決定されるように構成されたものとすることができる。

本発明の第１の態様によれば、所定の多重度で描画したときの試料上での温度分布を予測し、この温度分布に基づいてパターン毎に多重度を決定するので、レジストヒーティングによる寸法変動を抑制するとともに、多重描画によるスループットの増加を小さくすることのできる荷電粒子ビーム描画方法が提供される。

本発明の第２の態様によれば、所定の多重度で描画したときの試料上での温度分布を予測する温度予測部と、この温度分布に基づいて描画するパターン毎に多重度を決定する多重度決定部とを有するので、レジストヒーティングによる寸法変動を抑制するとともに、多重描画によるスループットの増加を小さくすることのできる荷電粒子ビーム描画装置が提供される。

本実施の形態による電子ビーム描画方法のフローチャートである。 本実施の形態における電子ビーム描画装置の構成図である。 本実施の形態の電子ビームによる描画方法の説明図である。

上述したように、レジストヒーティングは、マスクに描画されるパターンの寸法変動をもたらす。これを抑制するには多重描画が効果的であるが、多重描画は、スループットの低下という新たな問題を引き起こす。一方、従来の多重描画では、電子ビームの照射量が最大となるパターンを基準にして多重度を決定していた。しかしながら、最大の照射量が必要となるパターンは、マスクに描画されるパターン全体の一部に過ぎないことが多い。つまり、パターンの殆どは、上記パターンより小さい照射量でよく、上記パターンに合わせた多重度で照射を行う必要はない。したがって、必要な照射量と位置精度に応じてパターン毎に多重度を決定し、この多重度にしたがって描画を行えば、無駄なショットを低減できるのでスループットが向上する。また、このとき、マスク上での温度分布を予測し、温度に応じて多重度を決定すれば、レジストヒーティングを十分に抑制しつつスループットを向上することが可能となる。

図１は、本実施の形態による電子ビーム描画方法を示すフローチャートである。この図に示すように、まず、マスク上に描画する際の多重度Ｄ_０を決定する（Ｓ１０１）。多重度とは照射回数のことで、描画に必要な電子ビームの照射量をパターン毎に取得した後、各パターンに要求される位置精度を考慮して決定する。高い位置精度が要求されるパターンでは高い多重度が必要になるので、例えば、照射量が最大となるパターンの照射量を基準とし、最も高い位置精度が要求されるパターンに合わせて多重度Ｄ_０を決定する。尚、低感度レジストでは、照射量が大きくなるために、高い位置精度が要求されなくても高い多重度が必要になる場合がある。

次に、多重度Ｄ_０で描画を行ったときのマスク上での温度分布を予測する（Ｓ１０２）。例えば、照射量の大きい部分やパターン密度の大きい部分では、温度が上昇しやすい。また、描画順序の遅い部分ほどそれ以前に描画された部分から伝わる熱エネルギーの影響を受けるので、温度が上昇しやすい。こうしたことを考慮したシミュレーションによって、温度分布を予測することができる。

次に、Ｓ１０２で取得した温度分布を考慮して、パターン毎に多重度を調整する（Ｓ１０３）。つまり、ある基準温度Ｔ_０に対して相対的に高い温度となることが予想される部分については、多重度Ｄ_０より高い多重度とする。一方、基準温度Ｔ_０より相対的に低い温度となることが予想される部分については、多重度Ｄ_０より低い多重度とする。尚、高い温度となる部分および低い温度となる部分のいずれか一方を多重度Ｄ_０のままとし、他方を多重度Ｄ_０より高くするか、あるいは、多重度Ｄ_０より低くしてもよい。尚、本実施の形態においては、最低の多重度を１とすることもできる。つまり、温度分布を考慮して、多重描画を実施するパターンと、多重描画を実施しないパターンとに分けることができる。また、多重描画を実施するパターンについては、温度分布を考慮してパターン毎に多重度を変えることもできる。例えば、基準温度Ｔ_０より高い温度となることが予想される部分については、多重度を４として４回照射して描画し、それ以外の部分については、多重度を２として２回照射して描画することができる。尚、描画のためのデータ処理を容易にする点から、多重度はいずれも２^ｎ（ｎ：整数）とすることが好ましい。

次に、Ｓ１０３で決定したパターン毎の多重度にしたがって、マスクに電子ビームで描画する（Ｓ１０４）。

例えば、副偏向領域内の各パターンを多重度Ｄ_０で描画した後、所定のセトリング時間をおいてから、副偏向器を偏向して、この副偏向領域内でＤ_０より大きい多重度のパターンに電子ビームを照射する。多重度がＤ_０より大きい場合には、同様にセトリング時間をおいた後に電子ビームを照射する行為を繰り返す。セトリング時間は、アンプ等の電気回路が安定するまでに要する時間であり、ショットとショットの間の時間に相当する。セトリング時間が長くなる、すなわち、ショット間の時間が長くなれば、レジストで発生した熱が拡散してレジストヒーティングを抑制しやすくなる。

また、本実施の形態においては、主偏向領域内の各パターンを多重度Ｄ_０で描画した後、別のステージ位置で、主偏向領域を変えてＤ_０より大きい多重度のパターンに電子ビームを照射してもよい。

また、本実施の形態においては、多重度が最大のパターンに合わせて多重度Ｄ_０を決定し、多重度が低いパターンについては、所定の回数以上電子ビームを照射しないようにすることもできる。

さらに、本実施の形態においては、多重度Ｄ_０で全てのパターンを描画した後、ステージを移動させてＤ_０より大きい多重度のパターンに電子ビームをさらに照射することもできる。

図２は、本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。

図２において、電子ビーム描画装置の試料室１内には、試料としてのマスク基板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）と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、１２、ブランキング用偏向器１３、成形偏向器１４、ビーム走査用の副偏向器１５、ビーム走査用の主偏向器１６、および、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。

図３は、電子ビームによる描画方法の説明図である。この図に示すように、マスク基板２上に描画されるパターン５１は、短冊状のフレーム領域５２に分割されている。電子ビーム５４による描画は、ステージ３が一方向（例えば、Ｘ方向）に連続移動しながら、フレーム領域５２毎に行われる。フレーム領域５２は、さらに副偏向領域５３に分割されており、電子ビーム５４は、副偏向領域５３内の必要な部分のみを描画する。尚、フレーム領域５２は、主偏向器１６の偏向幅で決まる短冊状の描画領域であり、副偏向領域５３は、副偏向器１５の偏向幅で決まる単位描画領域である。

副偏向領域５３内での電子ビーム５４の位置決めは、主偏向器１６で行われ、副偏向領域５３内での描画は、副偏向器１５によって制御される。すなわち、主偏向器１６によって、電子ビーム５４が所定の副偏向領域５３に位置決めされ、副偏向器１５によって、副偏向領域５３内での描画位置が決められる。さらに、成形偏向器１４とビーム成型用アパーチャ１７、１８によって、電子ビーム５４の形状と寸法が決められる。そして、ステージ３を一方向に連続移動させながら、副偏向領域５３内を描画し、１つの副偏向領域５３の描画が終了したら、次の副偏向領域５３を描画する。フレーム領域５２内の全ての副偏向領域５３の描画が終了したら、ステージ３を連続移動させる方向と直交する方向（例えば、Ｙ方向）にステップ移動させる。その後、同様の処理を繰り返して、フレーム領域５２を順次描画して行く。

マスクパターンの設計データ（ＣＡＤデータ）は、電子ビーム描画装置に入力可能な形式のレイアウトデータに変換された後、さらに描画データに変換される。描画データは、記憶媒体である磁気ディスクに記録された後、入力部２０から制御計算機１９によって読み出され、フレーム領域５２毎にパターンメモリ２１に一時的に格納される。

パターンメモリ２１に格納されたフレーム領域５２毎のパターンデータ、すなわち、描画位置や描画図形データ等で構成されるフレーム情報は、描画データ補正部３１で補正される。描画データ補正部３１では、補正処理部３１ａにおいて、公知の方法により、近接効果補正、ローディング効果補正およびかぶり効果補正を考慮した補正量が算出される。次いで、この補正量に基づいて、照射量取得部３１ｂで実際の照射位置における電子ビームの照射量が算出される。続いて、この照射量と各パターンに要求される位置精度を考慮して、多重度Ｄ_０決定部３１ｃで多重度Ｄ_０が決定される。

多重度Ｄ_０の値は、温度予測部３２に送られる。そして、温度予測部３２において、多重度Ｄ_０で描画を行ったときのマスク上での温度分布が予測される。予測された温度分布の結果は、描画データ補正部３１にフィードバックされ、パターン毎の多重度決定部３１ｄにおいて、パターン毎に適した多重度が決定される。ここで、パターン毎とは、副偏向領域内のパターン毎であってもよく、また、主偏向領域内のパターン毎であってもよい。副偏向領域内のパターン毎とした場合には、例えば、副偏向領域内の各パターンを多重度Ｄ_０で描画した後、所定のセトリング時間をおいてから、副偏向器を偏向して、この副偏向領域内でＤ_０より大きい多重度のパターンに電子ビームを照射する。多重度がより大きい場合には、同様にセトリング時間をおいた後に電子ビームを照射する行為を繰り返す。一方、主偏向領域毎のパターン毎とした場合には、例えば、主偏向領域内の各パターンを多重度Ｄ_０で描画した後、主偏向器を偏向して、この主偏向領域内でＤ_０より大きい多重度のパターンに電子ビームを照射する。

描画データ補正部３１で決定された照射量と多重度のデータは、データ解析部であるパターンデータデコーダ２２と描画データデコーダ２３に送られる。次いで、これらを介して、副偏向領域偏向量算出部２８、ブランキング回路２４、ビーム成型器ドライバ２５、副偏向器ドライバ２６、主偏向器ドライバ２７に送られる。

また、制御計算機１９には、偏向制御部３０が接続している。偏向制御部３０は、セトリング時間決定部２９に接続し、セトリング時間決定部２９は、副偏向領域偏向量算出部２８に接続し、副偏向領域偏向量算出部２８は、パターンデータデコーダ２２に接続している。また、偏向制御部３０は、ブランキング回路２４と、ビーム成型器ドライバ２５と、副偏向器ドライバ２６と、主偏向器ドライバ２７とに接続している。また、偏向制御部３０はステージ３にも接続しており、これによってステージ３の移動速度が制御される。

パターンデータデコーダ２２からの情報は、ブランキング回路２４とビーム成型器ドライバ２５に送られる。具体的には、パターンデータデコーダ２２で描画データに基づいてブランキングデータが作成され、ブランキング回路２４に送られる。また、描画データに基づいて所望とするビーム寸法データも作成されて、副偏向領域偏向量算出部２８とビーム成型器ドライバ２５に送られる。そして、ビーム成型器ドライバ２５から、電子光学系１０の成形偏向器１４に所定の偏向信号が印加されて、電子ビーム５４の形状と寸法が制御される。

副偏向領域偏向量算出部２８は、パターンデータデコーダ２２で作成したビーム形状データから、副偏向領域５３における、１ショットごとの電子ビームの偏向量（移動距離）を算出する。算出された情報は、セトリング時間決定部２９に送られ、副偏向による移動距離に対応したセトリング時間が決定される。

セトリング時間決定部２９で決定されたセトリング時間は、偏向制御部３０へ送られた後、パターンの描画のタイミングを計りながら、偏向制御部３０より、ブランキング回路２４、ビーム成型器ドライバ２５、副偏向器ドライバ２６、主偏向器ドライバ２７のいずれかに適宜送られる。

描画データデコーダ２３では、描画データに基づいて副偏向領域５３の位置決めデータが作成され、このデータは、副偏向器ドライバ２６と主偏向器ドライバ２７に送られる。そして、主偏向器ドライバ２７から、電子光学系１０の主偏向器１６に所定の偏向信号が印加されて、電子ビーム５４が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２６から、副偏向器１５に所定の副偏向信号が印加されて、副偏向領域５３内での描画が行われる。この描画は、具体的には、設定されたセトリング時間が経過した後、電子ビーム５４を繰り返し照射することによって行われる。

以上述べたように、本実施の形態によれば、電子ビームの多重度を決定して、この多重度で描画したときの試料上での温度分布を予測し、この温度分布に基づいてパターン毎に多重度を決定するので、多重描画用の描画データのデータ量を低減することはもとより、レジストヒーティングによる寸法変動を抑制しつつ、多重描画によるスループットの増加を小さくすることができる。また、レジストに低感度のものを用いた場合であっても、レジストヒーティングを十分に抑制することが可能である。

尚、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々変形して実施することができる。例えば、上記実施の形態では電子ビームを用いたが、本発明はこれに限られるものではなく、イオンビームなどの他の荷電粒子ビームを用いた場合にも適用可能である。

１ 試料室
２ マスク基板
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、１２ 各種レンズ
１０ 光学系
１３ ブランキング用偏向器
１４ 成形偏向器
１５ 副偏向器
１６ 主偏向器
１７ 第１のアパーチャ
１８ 第２のアパーチャ
１９ 制御計算機
２０ 入力部
２１ パターンメモリ
２２ パターンデータデコーダ
２３ 描画データデコーダ
２４ ブランキング回路
２５ ビーム成形器ドライバ
２６ 副偏向器ドライバ
２７ 主偏向器ドライバ
２８ 副偏向領域偏向量算出部
２９ セトリング時間決定部
３０ 偏向制御部
３１ 描画データ補正部
３２ 温度予測部
５１ 描画されるパターン
５２ フレーム領域
５３ 副偏向領域
５４ 電子ビーム

Claims (5)

1. 荷電粒子ビームを用いて試料上に多重描画により所望のパターンを描画する荷電粒子ビーム描画方法において、
   所定の多重度で描画したときの試料上での温度分布を予測する工程と、
   前記温度分布に基づいてパターン毎に多重度を決定する工程とを有することを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
2. 前記所定の多重度は、描画に必要な前記荷電粒子ビームの照射量と、前記パターンに要求される位置精度とから決定されることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム描画方法。
3. 前記パターン毎に多重度を決定する工程は、所定偏向領域内のパターン毎に多重度を決定する工程であることを特徴とする請求項１または２に記載の荷電粒子ビーム描画方法。
4. 荷電粒子ビームを試料上に照射して多重描画を行う荷電粒子ビーム描画装置において、
   所定の多重度で描画したときの前記試料上での温度分布を予測する温度予測部と、
   前記温度分布に基づいて描画するパターン毎に多重度を決定する多重度決定部と、
   前記多重度に基づいて前記試料上に前記荷電粒子ビームで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。
5. 前記所定の多重度が、描画に必要な前記荷電粒子ビームの照射量と、前記パターンに要求される位置精度とから決定されるように構成されたことを特徴とする請求項４に記載の荷電粒子ビーム描画装置。
   
   

Images