JP2017022359A - 荷電粒子ビーム描画装置の調整方法及び荷電粒子ビーム描画方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】描画精度を向上させることが可能なオフセット量を求めると共に、このオフセット量を求めるのに要する時間を短縮する。【解決手段】本実施形態による荷電粒子ビーム描画装置の調整方法は、荷電粒子ビーム描画装置に設定されるビームサイズのオフセット量を求めるものである。この方法は、所定寸法のビームの分割数を振り、分割したビームを用いて描画を行い、基板上にライン状の評価パターンを形成する工程と、前記評価パターンの線幅の設計寸法からの変化量を分割数毎に求める工程と、分割数毎の前記変化量に、荷電粒子ビームが与えるエネルギーの分布に基づく線幅のモデル関数をフィッティングし、前記オフセット量を算出する工程と、を備える。【選択図】図１
Description
本発明は、荷電粒子ビーム描画装置の調整方法及び荷電粒子ビーム描画方法に関する。
ＬＳＩの高集積化に伴い、半導体デバイスの回路線幅は年々微細化されてきている。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、縮小投影型露光装置を用いて、石英上に形成された高精度の原画パターン（マスク、或いは特にステッパやスキャナで用いられるものはレチクルともいう。）をウェーハ上に縮小転写する手法が採用されている。高精度の原画パターンは、電子ビーム描画装置によって描画され、所謂、電子ビームリソグラフィ技術が用いられている。
電子ビームリソグラフィの一方式として、可変成形ビームを用いるＶＳＢ方式が挙げられる。この方式は、例えば第１の成形アパーチャの開口と、第２の成形アパーチャの開口とを通過することで任意の形状に成形された電子ビームを用いて、可動ステージに載置された試料上に図形パターンを描画するものである。
このようなＶＳＢ方式は、種々の寸法・形状に成形されたビームをつなぎ合わせてパターンを形成する。試料上に高精度なパターンを描画するには、ビームサイズのずれ量であるオフセットを最適な値に調整し、描画装置に設定する必要がある。
最適オフセット量を求める従来の方法では、まず、分割した同一幅の矩形ビームをつなぎ合わせたラインパターンを、分割数とオフセット量とを振って描画し、評価パターンを形成する。次に、オフセット量毎に、分割数に対する評価パターンの線幅の変化の度合い（傾き）を求める。続いて、各オフセット量と、評価パターンの線幅の変化の傾きとから、傾きがゼロとなるオフセット量を求め、このオフセット量を、分割数によって線幅が変化しない最適オフセット量として算出していた。
しかし、線幅の変化量と分割数とは非線形の関係にあり、上述の方法で求めたオフセット量と、実際の最適オフセット量とにはずれが生じていた。そのため、描画装置に最適なオフセット量を設定することができず、描画精度を向上させることが困難であった。
また、上述の従来の方法では、分割数とオフセット量とを振って評価パターンを描画する必要があるため、最適オフセット量を求めるのに時間がかかっていた。
本発明は、上記従来の実状に鑑みてなされたものであり、描画精度を向上させることが可能なオフセット量を求めると共に、このオフセット量を求めるのに要する時間を短縮することができる荷電粒子ビーム描画装置の調整方法、及びこのようなオフセット量が設定された描画装置を用いて高精度なパターンを描画することができる荷電粒子ビーム描画方法を提供することを課題とする。
本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画装置の調整方法は、荷電粒子ビーム描画装置に設定されるビームサイズのオフセット量を求める荷電粒子ビーム描画装置の調整方法であって、所定寸法のビームの分割数を振り、分割したビームを用いて描画を行い、基板上にライン状の評価パターンを形成する工程と、前記評価パターンの線幅の設計寸法からの変化量を分割数毎に求める工程と、分割数毎の前記変化量に、荷電粒子ビームが与えるエネルギーの分布に基づく線幅のモデル関数をフィッティングし、前記オフセット量を算出する工程と、を備えるものである。
本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画装置の調整方法において、前記モデル関数は、基板上のレジストの種類、及び前記評価パターンの線幅の設計寸法に応じて複数準備されており、分割数及びオフセット量が変数となっていることを特徴とする。
本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画装置の調整方法は、荷電粒子ビーム描画装置に設定されるオフセット量を一定として前記評価パターンを描画することを特徴とする。
本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画装置の調整方法は、前記評価パターンを描画する際に前記荷電粒子ビーム描画装置に設定されるオフセット量がゼロであることを特徴とする。
本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画方法は、上述の方法で算出されたオフセット量が設定された荷電粒子ビーム描画装置を用いて描画処理を行うものである。
本発明によれば、描画精度を向上させることが可能なオフセット量を求めると共に、このオフセット量を求めるのに要する時間を短縮することができる。また、このようなオフセット量が設定された描画装置を用いて高精度なパターンを描画することができる
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
電子ビーム描画装置には、装置の調整段階でビームサイズのずれ量であるオフセット量が設定され、このオフセット量を用いてビームサイズを補正して描画を行う。図１は、電子ビーム描画装置に設定される最適なオフセット量を求める描画装置の調整方法を説明するフローチャートである。
図１に示すように、この方法は、基板上のレジスト膜にビームサイズを変えながら評価パターンを描画する工程（ステップＳ１０１〜Ｓ１０３）と、現像処理を行ってレジストパターンを形成する工程（ステップＳ１０４）と、レジストパターンをマスクにしてエッチング処理を行い、遮光膜に評価パターンを形成する工程（ステップＳ１０５）と、評価パターンの線幅を計測する工程（ステップＳ１０６）と、モデル関数のフィッティング工程（ステップＳ１０７）と、最適オフセット量の算出工程（ステップＳ１０８）と、を備える。
図２は、評価パターンの描画を行う電子ビーム描画装置の概略図である。電子ビーム描画装置は、電子ビーム鏡筒４０及び描画室５０を有している。電子ビーム鏡筒４０内には、電子銃４１、ブランキングアパーチャ４２、第１アパーチャ４３、第２アパーチャ４４、ブランキング偏向器４５、成形偏向器４６、対物偏向器４７、レンズ４８（照明レンズＣＬ、投影レンズＰＬ、対物レンズＯＬ）が配置されている。
描画室５０内には、移動可能に配置されたＸＹステージ５２が配置される。ＸＹステージ５２上には、評価用のマスク基板１０が載置されている。マスク基板１０は、ガラス基板上にクロム膜などの遮光膜とレジスト膜とが積層されたものである。
電子銃４１から放出された電子ビーム４９は、照明レンズ４８（ＣＬ）により矩形の穴を持つ第１アパーチャ４３全体を照明する。ここで、電子ビーム４９をまず矩形に成形する。そして、第１アパーチャ４３を通過した第１アパーチャ像の電子ビームは、投影レンズ４８（ＰＬ）により第２アパーチャ４４上に投影される。第２アパーチャ４４上での第１アパーチャ像の位置は、成形偏向器４６によって制御され、ビーム形状と寸法を変化させることができる。そして、第２アパーチャ４４を通過した第２アパーチャ像の電子ビームは、対物レンズ４８（ＯＬ）により焦点が合わされ、対物偏向器４７により偏向されて、ＸＹステージ５２上のマスク基板１０の所望する位置に照射される。
電子銃４１から放出された電子ビーム４９は、ブランキング偏向器４５によって、ビームオンの状態では、ブランキングアパーチャ４２を通過するように制御され、ビームオフの状態では、ビーム全体がブランキングアパーチャ４２で遮蔽されるように偏向される。ビームオフの状態からビームオンとなり、その後ビームオフになるまでにブランキングアパーチャ４２を通過した電子ビームが１回の電子ビームのショットとなる。各ショットの照射時間により、マスク基板１０の表面のレジスト膜に照射される電子ビームのショットあたりの照射量が調整されることになる。
電子ビーム描画装置の各部は図示しない制御装置により制御される。例えば、制御装置は、対物偏向器４７の偏向量及びＸＹステージ５２の移動量を制御して、電子ビームの照射位置を変える。また、制御装置は、成形偏向器４６の偏向量を制御して、ビーム形状及び寸法を変える。これにより、マスク基板１０上のレジスト膜に、形状や寸法を変えて電子ビームを照射することができる。
図３（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態による評価パターンの描画方法の例を示す。評価パターンの描画では、ラインパターンを長手方向（図中左右方向）に同一サイズの矩形Ｒに分割し、さらに、この矩形Ｒをラインパターンの短手方向（図中上下方向）に分割した形状のビームを使用する。このビームをつなぎ合わせて、評価パターンとしてのラインパターンを描画する。また、短手方向の分割数を振ってビームの形状を変えて、同様に評価パターンとしてのラインパターンを描画する。図３（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ分割数が３、４、８の例を示す。
このように、分割数を振り、サイズ（短手方向の幅）を変えたビームを使用して、マスク基板１０上のレジスト膜に、複数のラインパターンからなる評価パターンを描画する（ステップＳ１０１〜Ｓ１０３）。なお、評価パターンを描画する際、電子ビーム描画装置に設定されるオフセット量は一定である。このオフセット量は、電子ビーム描画装置の電子ビーム鏡筒４０や制御部分の僅かなずれ等に起因するビームサイズのずれを補正するためのビームサイズのずらし量である。オフセット量をゼロとすることで、電子ビーム描画装置においてビームサイズの演算処理が容易になる。
全ての分割数について描画を行った後（ステップＳ１０２＿Ｙｅｓ）、公知の現像装置及び現像液を用いて、電子ビームが照射されたレジスト膜を現像する（ステップＳ１０４）。レジスト膜のうち、電子ビームが照射された箇所が現像液に対して可溶化し、レジストパターンが形成される。
ステップＳ１０５では、レジストパターンをマスクとして、露出した遮光膜をエッチングする。これにより、遮光膜が加工され、評価パターンが形成される。エッチング処理後、アッシング等によりレジストパターンを除去する。
ステップＳ１０６では、ＣＤ−ＳＥＭ等の計測装置を用いて、評価パターンの寸法（線幅）を計測する。そして、描画時の分割数毎に、評価パターンの寸法と、設計寸法との差を求める。図４は、分割数毎の設計値からの線幅変化量の例を示すグラフである。
ステップＳ１０７では、電子ビームが与えるエネルギーの分布に基づくパターンの線幅をモデル化したモデル関数Ｌｍを用いて、ステップＳ１０６で求めた分割数毎の設計値からの線幅変化量をフィッティングする。
図５（ａ）は、電子ビームが与えるエネルギーの分布と、パターンの線幅との関係を示すグラフである。エネルギーが閾値以上となる領域が線幅に対応する。このようなエネルギー分布からモデル関数Ｌｍ＝ｆ（ｎ，ａ）が定まる。ここで、ｎは分割数、ａはオフセット量である。すなわち、モデル関数Ｌｍは、分割数とオフセット量を規定することで、パターンの線幅が算出される関数である。
エネルギー分布は、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、レジスト材料の種類や設計寸法に応じて異なったものとなる。そのため、エネルギー分布に基づくモデル関数Ｌｍについても、レジスト材料や設計寸法に応じて異なるものが複数準備される。ステップＳ１０７で用いられるモデル関数Ｌｍは、マスク基板１０に形成されたレジスト膜の種類や、評価パターンの設計寸法に基づいて選定される。実際は、モデル関数Ｌｍは設計寸法やレジスト材料（及びプロセス条件）に応じた定数を入力する変数を備えており、これらを入力することでフィッティングに使用するモデル関数Ｌｍ＝ｆ（ｎ，ａ）が選定される。
図６は、分割数毎の設計値からの線幅変化量にモデル関数Ｌｍをフィッティングした例を示している。
ステップＳ１０８では、分割数毎の設計値からの線幅変化量にモデル関数Ｌｍが最も近似する最適オフセット量ａ０を最小二乗法により算出する。具体的には、以下の数式のＳが最小となるオフセット量ａが最適オフセット量ａ０となる。
上記の数式においてｎ１〜ｎｋは分割数であり、ｄ１〜ｄｋは分割数ｎ１〜ｎｋの時の評価パターンの線幅の計測結果である。
このような方法により求めた最適オフセット量ａ０は、分割数を変えて、ビーム形状を変えても、描画パターンの線幅がほとんど変化しないものである。このような最適オフセット量ａ０を電子ビーム描画装置に設定することで、描画精度を向上させることができる。
［比較例］
比較例によるオフセット量の算出方法を図７及び図８を用いて説明する。この方法では、上記実施形態と同様に分割数を振ってビームの形状を変えると共に、さらに描画装置に設定されるオフセット量も振って評価パターンを描画する。
比較例によるオフセット量の算出方法を図７及び図８を用いて説明する。この方法では、上記実施形態と同様に分割数を振ってビームの形状を変えると共に、さらに描画装置に設定されるオフセット量も振って評価パターンを描画する。
続いて、現像、エッチング等を行い、遮光膜に評価パターンを形成する。そして、評価パターンの寸法（線幅）を計測し、描画時の分割数毎及びオフセット量毎に、評価パターンの寸法を求める。図７は、分割数毎及びオフセット量毎の線幅の例を示すグラフである。
次に、オフセット量毎に、分割数に対する線幅の変化の傾きを求める。図８は、オフセット量毎の、線幅の変化の傾きの例を示すグラフである。そして、線形近似により、線幅の変化の傾きがゼロとなるオフセット量ａ１を求める。
この方法は、オフセット量による線幅の変化量が分割数と線形の関係にあることを前提としている。しかし、オフセット量による線幅の変化量と分割数とは非線形の関係にあるため、図８に示すオフセット量ａ１と、実際の最適オフセット量とにはずれが生じる。また、この方法は、分割数だけでなく、オフセット量を振って描画を行うため、評価パターンの描画に要する時間が長くなる。
一方、上述した本実施形態によれば、電子ビームが与えるエネルギーの分布に基づくモデル関数を描画結果にフィッティングすることで、電子ビーム描画装置の描画精度を向上させることが可能な最適オフセット量ａ０を求めることができる。
また、評価パターンの描画時は、分割数を振り、オフセット量を振る必要はないため、比較例の方法と比較して、オフセット量を求めるのに要する時間を短縮することができる。
上記実施形態では、電子ビームを用いた構成について説明したが、イオンビーム等の他の荷電粒子ビームを用いてもよい。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
１０ マスク基板
４０ 電子ビーム鏡筒
４１ 電子銃
４２ ブランキングアパーチャ
４３ 第１アパーチャ
４４ 第２アパーチャ
４５ ブランキング偏向器
４６ 成形偏向器
４７ 対物偏向器
４８ レンズ
４９ 電子ビーム
５０ 描画室
５２ ＸＹステージ
４０ 電子ビーム鏡筒
４１ 電子銃
４２ ブランキングアパーチャ
４３ 第１アパーチャ
４４ 第２アパーチャ
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４６ 成形偏向器
４７ 対物偏向器
４８ レンズ
４９ 電子ビーム
５０ 描画室
５２ ＸＹステージ
Claims (5)
- 荷電粒子ビーム描画装置に設定されるビームサイズのオフセット量を求める荷電粒子ビーム描画装置の調整方法であって、
所定寸法のビームの分割数を振り、分割したビームを用いて描画を行い、基板上にライン状の評価パターンを形成する工程と、
前記評価パターンの線幅の設計寸法からの変化量を分割数毎に求める工程と、
分割数毎の前記変化量に、荷電粒子ビームが与えるエネルギーの分布に基づく線幅のモデル関数をフィッティングし、前記オフセット量を算出する工程と、
を備える荷電粒子ビーム描画装置の調整方法。 - 前記モデル関数は、基板上のレジストの種類、及び前記評価パターンの線幅の設計寸法に応じて複数準備されており、分割数及びオフセット量が変数となってい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装置の調整方法。
- 荷電粒子ビーム描画装置に設定されるオフセット量を一定として前記評価パターンを描画することを特徴とする請求項１又は２に記載の荷電粒子ビーム描画装置の調整方法。
- 前記評価パターンを描画する際に前記荷電粒子ビーム描画装置に設定されるオフセット量はゼロであることを特徴とする請求項３に記載の荷電粒子ビーム描画装置の調整方法。
- 請求項１乃至４のいずれかに記載の方法で算出されたオフセット量が設定された荷電粒子ビーム描画装置を用いて描画処理を行うことを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
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