JP2512184B2 - 荷電粒子線描画装置及び描画方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、荷電粒子線によって極微細なパターンを描
画する荷電粒子線描画装置に関するものであり、特に、
極めて集積度の高い半導体集積回路の製造に好適な描画
装置を提供するものである。

【従来の技術】

半導体集積回路の回路パターンの微細化は留まること
を知らず、その微細なパターンの形成には、より解像力
の高い荷電粒子線による描画が用いられるようになって
きている。ところが、解像力の高い荷電粒子線において
も、パターンが微細化してくると、大きな図形の接近し
ている部分の間隙の幅がさらに狭く形成されるというよ
うな現象が現われ、微細パターン形成上の問題になって
いる。この現象は、荷電粒子線による微細パターン描画
の最大の課題であり、一般に近接効果として知られてい
る。この現象の原因は、照射された荷電粒子が感光剤
（以後、レジストと言う）を通過して半導体基板中に入
り、基板中で散乱された荷電粒子の一部が再びレジスト
面に戻って感光させることにある。この再感光の効果は
広範囲にぼけた荷電粒子線パターンを再び薄く照射した
のと等価であり、パターン密集部分の露光が結果として
過剰露光になるため、前述のように間隙の幅が変わって
しまう現象として現われる。 従来、この近接効果の影響を少なくするために、描画
すべきパターンに対する工夫が様々に行われている。そ
の第１の方法は、描画パターンの近接効果による変形を
予め計算し、それを補償する変形を描画パターンの方に
前もってかけておくことである。すなわち、前述のよう
に狭い間隙は近接効果によってさらに狭くなるので、描
画パターンデータの方で予め狭い間隙部分を捜し、狭い
間隙部分を広げるように両側の図形の幅を適切な寸法だ
け細くするようにする。このようにすれば、近接効果に
よって狭い間隙がさらに狭くなっても、所望の寸法が形
成できる。第２の方法は、近接効果を補償するように描
画時の露光量を変える方法である。前述のように、近接
効果はぼけた描画パターンが再露光されて生じるので、
ぼけを補償するようにパターンの変化部分を強調して描
画するようにすれば、ぼけの結果、所望の露光が為され
たと同じようなパターンを形成することが出来る。具体
的には、例えば、各図形の輪郭部分だけを分解して切り
出し、輪郭部分は中央部分に比べて長い時間露光するよ
うにする。このようにすると、露光パターンの高周波成
分を強調したパターンが描画されたことになり、ぼけに
よる低周波成分強調の効果を打ち消して、ある程度近接
効果の影響の少ない露光を行うことが出来る。 また、第３の方法として、単位面積あたりの露光面積
比率によって粒子線の照射量を変える方法もある。近接
効果は、過剰露光がその原因なので、描画面積比率の高
いところでは照射時間を短くし、描画面積比率が低いと
ころでは照射時間を長くするようにすると、同様な補正
効果が得られる。また、特開昭58−32420号公報及び特
開昭59−139625号公報にはフォトマスク又はウエハ全体
に対し面積比率を求め、照射量の補正を行う点について
は記載されているものの部分領域に分けて近接効果によ
る影響を補正するという点については何ら開示されてい
ない。特開昭61−284921号公報には、本願の特徴である
部分領域の集合体を有しておらず実時間処理についても
何ら記載されていない。 更にまた、特開平１−199428号公報にはパターン密度
によってステージ速度をかえることが開示されているも
のの本願の部分領域については記載されていない。

【発明が解決しようとする課題】

近接効果は、以上のように、図形処理によって原理的
には解決可能である。しかし、近年の高密度集積回路の
描画パターン数は合計で数百万図形を超える膨大な量に
なっており、そのために、これらの図形処理は、超大型
計算機をもってしても、１つの回路パターンの計算だけ
で数十時間から数百時間以上かかる膨大なものになって
いた。しかも、この計算時間は、パターンの集積度が上
がれば上がるほど急激に増える状況にあり、現実的な意
味においてその実施が困難になっていた。 本発明の目的は、このような近接効果補正の計算時間
の課題を抜本的に解決し、荷電粒子線描画装置による極
微細パターンの描画を、現実的な意味において可能にす
ることである。

【課題を解決するための手段】

本発明では、前述の課題を解決するため、荷電粒子線
描画装置の描画パターン制御回路に近接効果補正のため
の回路を付加し、僅か数分間の予備的な処理を行うこと
によって、ほとんど等価な補正処理を実現する。そのた
めに、まず、描画すべき試料面を複数の部分領域に分割
し、各部分領域ごとの露光量を計算する回路を付加す
る。この計算回路は、実際の描画に先立って予め描画制
御回路だけを動かしながら、荷電粒子線の形状を制御す
る信号によって１度に露光する荷電粒子線の断面積を計
算し、その断面積を各部分領域ごとに累積加算するよう
にする。特に、可変成形型露光装置においては、全ての
図形は重なりの無い小さな矩形図形に分解されて露光さ
れるので、その粒子線の断面積はただ単に縦幅と横幅を
掛けるだけでよく、実現は容易である。また、露光装置
は複雑な図形を超高速で分解し、描画する専用回路を内
蔵しているので、この計算に要する実際の時間を数秒か
ら数十秒程度に収めることができる。 各部分領域ごとの露光量が計算されたら、各部分領域
の数値を近接効果の及ぶ範囲の他の部分領域の数値と平
均化するなどして平滑化し、マクロ的に変化する露光量
をその部分領域の数値とするように修正する。このよう
にすると、修正された露光量の数値は、基板からの散乱
によって露光されるぼけた描画パターンの傾向を反映す
ることになる。 実際に描画する時点では、描画図形ごとに描画制御回
路からその位置を読みだしてその図形が含まれる部分領
域を検知し、その部分領域の数値（露光量）が大きいと
ころでは照射時間が少なくするように制御する。このよ
うにすれば、散乱による過剰露光の効果が相殺でき、近
接効果にする図形の形状変化を補償することができる。
またこの時、ただ単に描画すべき図形の属する部分領域
の数値を読みだすのではなく、隣接部分領域の数値も併
せて読みだし、線形補間によって図形の位置に対応する
数値をより精密に計算するようにすることもできる。こ
のようにすれば、さらにきめの細かい近接効果補正が可
能になる。 以上に述べた各部分領域の露光量の計算は、新しい描
画パターンデータが設定されたときに１回だけ行えば良
い。その値を描画パターンデータの付属データとして記
憶する手段を持たせると、同じパターンの描画には何度
でも呼び出して使用することができる。また、この処理
は描画装置の制御回路にとっては、前述のごとくたかだ
か数分程度の処理である。したがって、本発明を実施す
れば、描画装置で数分の予備処理をするだけで、前述の
大型計算機による数十から数百時間の近接効果補正計算
を省略することができ、実用的な価値は極めて高い。

【実施例】

第１図に可変成形型荷電粒子線描画装置の全体構成を
示す。制御用計算機１の補助記憶装置２から入力された
描画パターンデータ３は、一旦高速のバッファーメモリ
４に記憶され、描画時に高速に読みだされる。読みださ
れたパターンデータは通常多くのデータ圧縮処理を行わ
れたデータであるので、まず、その圧縮データを復元回
路５で一つ一つの独立した基本図形データへと復元す
る。次に、その基本図形を図形分解回路６において１回
で露光可能な特定寸法以下の矩形データの集まりに分解
する。この図形分解回路６からの出力は、粒子線照射時
間を示す信号Ｔ、矩形図形の縦横寸法（H,W）、位置座
標（X,Y）からなっている。従来の描画装置では、照射
時間Ｔは直接照射時間生成回路７に入力されて粒子線の
照射／非照射タイミング信号８に変換され、縦横寸法
（H,W）は直接DA変換器９に入力されて粒子線断面形成
用のアナログ偏向信号10に変換され、さらに位置座標
（X,Y）は直接DA変換器11に入力されて位置偏向用のア
ナログ信号12に変換され、それぞれ、荷電粒子線の鏡体
部13の描画の制御に用いられていた。 すなわち、可変成形型荷電粒子線描画装置の描画制御
回路は、１つの矩形図形を露光するたびに、矩形図形の
位置（X,Y）、矩形図形の縦、横幅（W,H）、さらに荷電
粒子を照射する時間Ｔをその制御データとして出力する
ように構成されている。本発明では、図形分解回路６の
後段に、図のように近接効果補正回路14を新たに付加す
ることによって、前述の露光量の計算処理、および照射
時間の変更処理を行う。次に、この近接効果補正回路14
の処理内容についてより詳細に説明する。 第２図は近接効果補正回路14の実施例を示したもので
ある。説明を判り易くするために、位置座標X,Yは０〜1
023の値をとるものと仮定する。すなわち、X,Yは各々12
ビットであるとする。いま、図のようにＹの上位４ビッ
トを上位とし、Ｘの上位４ビットを下位とする８ビット
の数値21を選択回路22を介して記憶回路23の番地入力と
すると、Ｙが０〜63でＸが０〜63の部分領域は記憶回路
23の０番地に対応し、Ｙが０〜63でＸが64〜127の部分
領域は１番地に対応するというように、64×64毎に区切
られた各部分領域が記憶回路23の１つの番地に対応する
ようになる。そこで、露光すべき矩形データの１つ１つ
について、X,Y座標を図のように記憶回路の番地とし、
乗算器24によって計算されたＷ×Ｈの値25を、その番地
の読みだされた内容27に加算器26で加算し、選択回路28
を介して再び記憶回路23に書き込むようにしておく、全
露光データの露光が終了した時点では、記憶回路23中に
各部分領域ごとの図形面積の総和が記憶されることにな
る。ただし、露光に先立って、記憶回路23の内容は全て
“0"が書き込まれているものとする。厳密に言えば、矩
形データが複数の部分領域にまたがることもあるので、
この方法で精密に計算できるわけではないが、通常、露
光される矩形の寸法が部分領域の寸法に比べて十分に小
さいので、その差は無視できる。 このようにして記憶回路23の内部に領域単位の露光面
積が計算できたら、次には、各部分領域の計算数値をそ
の近傍の部分領域の数値を用いて平滑化し、マクロな露
光量分布を計算する。その１つの具体的な方法は、各部
分領域の数値をその部分領域を中心とする５×５個の部
分領域の数値の加算平均値で置き換えることである。こ
の場合、パターン領域から外れる外部の部分領域は、露
光量が０であるとして計算する。このような計算は、単
に記憶回路23の内容を読みだして平均し、再び書き込む
だけであるから、記憶回路に通常の計算回路29を付加す
るだけで、十分に実施可能である。すなわち、計算回路
29より所望の部分領域に対応するアドレス信号30を選択
回路22を介して記憶回路23に入力し、その時の記憶回路
の出力27を用いて平滑化計算を行い、その結果31を選択
回路28を介して記憶回路に再び書き込むことで実現でき
る。もちろん、専用の計算回路を付加せずに、描画装置
の制御用計算機に記憶回路の内容を読み込み、計算後に
その結果を再び記憶回路に書き込むようにしても良い。 実際の描画時には、矩形データの位置座標によって、
対応する部分領域の修正された露光量が記憶回路23から
読み出せるので、その信号27を変換回路32によって補正
係数34に交換し、矩形データの付属情報である照射時間
Ｔに乗算器33でこの補正係数34を掛け、新しい照射時間
データＴ′とする。本実施例では照射時間の変換に乗算
器33を用いているが、照射時間の標準値が既知の場合に
は、加減算によって変換しても等価である。変換回路32
は、予め適切な値を計算して記憶させておいた読みだし
専用回路で構成することもできるし、その都度外部から
変換値を書き込むことのできる記憶回路で構成し、記憶
回路23の出力信号27をアドレスとしてその内容を読みだ
すようにしても良い。この変換回路32では、露光量の大
きいところでは小さい補正係数を出力するようにし、露
光量の少ないところでは大きな補正係数を出力するよう
にする。このようにすれば、パターン密度が大きく露光
量の多いところでは自然に照射時間の少ない露光を行う
ことになり、前述のような近接効果は大幅に小さくする
ことができる。 また、露光量の変化を滑らかにするために、各部分領
域の値をその領域の中心位置の値と考えて、各図形位置
の露光量の値27をその周辺の部分領域の露光量の値から
線形補間で求めることもできる。このようにすれば、近
接効果の補正がさらにきめ細かく実施できることにな
る。この場合でも、回路は前述の実施例よりも複雑にな
るが、通常の回路技術で容易に実施できる。 次に本発明の効果を第３図によって具体的に説明す
る。第３図の（イ）は描画すべき図形パターンである。
描画図形は、このように左側に細い縦長の図形が１つあ
り、中央から右側にかけて同じ図形が５本あるものとす
る。いま、これを描画したときの荷電粒子線の露光量を
ａ−ａ′の断面で図示すると、もし基板内面からの散乱
による再露光が無ければ、一様な露光をしただけで、
（ロ）に示すように粒子線のぼけの範囲で理想的に露光
されることになる。したがって、露光レベルθで現像す
れば、図形を所定の形状に形成することが出来るはずで
ある。しかし、現実には基板内面からの散乱による再露
光があるので、（ハ）に示すように露光面積の大きいと
ころで過剰露光が起こることになる。この場合、露光レ
ベルθで現像すると、（ニ）のようにぼけた図形が形成
されることになり、もはや微細な図形の形成は困難にな
る。これが近接効果と呼ばれる現象である。本発明で
は、この近接効果を補正するために、まず、描画領域を
部分領域に分割し、各部分領域内の露光面積を計算して
それを平滑化する。これにより、（ホ）のようにおおま
かな露光量の波形を得ることができる。そこで、この波
形の大きいところでは露光量を少なくし、波形の小さい
ところでは露光量を多くして露光するようにすると、実
際の露光量として（ヘ）のような波形が得られる。露光
量が（ヘ）のようになれば、露光レベルθで現像したと
きに、ほぼ所定の線幅の図形パターンを形成することが
出来る。このように、本発明を実施すれば、近接効果の
影響を少なくして、所定の微細図形を形成することが可
能になる。 なお、本実施例においては、矩形断面だけを持つ可変
成形型の荷電粒子線描画装置だけを取り上げたが、３
角、Ｌ字形など任意の多角形の断面を持つ荷電粒子線で
あっても、描画装置にはその形状を制御する数値信号が
必ず含まれているので計算回路によってその断面積を計
算することが可能であり、本発明を容易に実施すること
が出来る。可変成形のためのアパーチャとして特定回路
パターン形状のものを選択し、そのパターンを繰返し露
光することのできる機能を持った描画装置であっても、
特定パターンの露光面積は予めわかっているので、その
面積をパラメータとして持ち、累積加算するようにする
ことで、やはり本発明を適用することが出来る。 また、点あるいは成形された断面を持つ粒子線を試料
面上で走査して露光する描画装置であっても、走査距離
を区切って考えれば、それを等価な露光断面積を計算す
ることは可能であり、本発明を適用することが出来る。
ただし、この場合には、露光量の調整は露光面積によっ
て粒子線断面積を変更するか走査速度を変更することに
なる。

【発明の効果】

本発明により、従来、大型計算機で数十から数百時間
以上必要とした近接効果補正のための図形処理計算を省
略することができる。図形処理の計算時間の膨大さが、
従来から高密度集積回路の製造の大きな障害になってい
たので、本発明によって超LSIの製造が容易になる。ま
た、本発明によれば、露光量の補正は微小な矩形データ
単位になるので近接効果補正の質も格段に向上し、従来
の手法に比べてその分だけ微細なパターンの露光が可能
になる。以上述べたことにより、超LSI製造にかかわる
本発明の経済効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る荷電粒子線描画装置の全体構成
図。第２図は本発明の近接効果補正を実現する付加回路
の構成図。第３図は本発明の近接効果補正処理の効果を
説明する説明図。 １……制御用計算機、２……補助記憶装置、３……描画
パターンデータ、４……バッファーメモリ、５……復元
回路、、６……図形分解回路、７……照射時間生成回
路、８……照射／非照射タイミング信号、９……DA変換
器、10……アナログ偏向信号、11……DA変換器、12……
位置偏向用のアナログ信号、13……荷電粒子線の鏡体
部、（X,Y）……矩形図形の位置座標、（W,H）……矩形
図形の縦、横寸法、Ｔ……荷電粒子を照射する時間、14
……近接効果補正回路、22……選択回路、23……記憶回
路、24……乗算器、25……Ｗ×Ｈの値、26……加算器、
28……選択回路、29……計算回路、30……アドレス信
号、32……変換回路、34……補正係数、33……乗算器、
Ｔ′……新しい照射時間データ、をそれぞれ示す。

Claims (23)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】荷電粒子線で描画すべきパターンを描画図
   形ごとに描画する荷電粒子線描画装置であって、 該描画すべきパターンを複数の部分領域に分割する手段
   と、 該部分領域ごとの露光量を計算する手段と、 該露光量を分布として記憶する記憶手段と、 該記憶手段からの情報に基づいて該描画図形ごとに露光
   時間を補正する補正手段と、 試料面上に該荷電粒子線で該描画図形を露光するための
   荷電粒子線光学手段を有することを特徴とする荷電粒子
   線描画装置。
2. 【請求項２】上記露光量を計算する手段として上記描画
   図形を露光する荷電粒子線の断面積を累積加算する手段
   から成ることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線描
   画装置。
3. 【請求項３】上記補正手段が加減算回路を含むことを特
   徴とする請求項１記載の荷子線描画装置。
4. 【請求項４】上記補正手段は、予め定められた荷電粒子
   線の走査速度を修正する手段を含むことを特徴とする請
   求項１記載の荷電粒子線描画装置。
5. 【請求項５】上記補正手段が乗算器を含むことを特徴と
   する請求項１記載の荷電粒子線描画装置。
6. 【請求項６】上記描画図形の断面形状が多角形で有るこ
   とを特徴とする請求項２記載の荷電粒子線描画装置。
7. 【請求項７】上記描画図形の断面形状が三角形で有るこ
   とを特徴とする請求項２記載の荷電粒子線描画装置。
8. 【請求項８】上記描画図形の断面形状がＬ字形で有るこ
   とを特徴とする請求項２記載の荷電粒子線描画装置。
9. 【請求項９】荷電粒子線で描画すべきパターンを描画図
   形ごとに描画する荷電粒子線描画装置であって、 上記描画すべきパターンを複数の部分領域に分割する手
   段と、 該部分領域ごとの露光量を計算する手段と、 該露光量と分布として記憶する記憶手段と、 上記記憶手段からの情報に基づいて該露光量の分布を近
   接した複数の上記部分領域の間で修正する修正手段と、 荷電粒子線の描画図形ごとに露光時間を補正する補正手
   段と、 試料面上に上記荷電粒子線で上記描画すべきパターンを
   露光するための荷電粒子線光学手段を有することを特徴
   とする荷電粒子線描画装置。
10. 【請求項１０】上記補正手段は、予め定められた荷電粒
    子線の走査速度を修正する手段を含むことを特徴とする
    請求項９記載の荷電粒子線描画装置。
11. 【請求項１１】上記荷電粒子線の描画図形が断面形状を
    有することを特徴とする請求項９記載の荷電粒子線描画
    装置。
12. 【請求項１２】上記描画図形の断面積の寸法が上記部分
    領域の寸法より小さいことを特徴とする請求項９記載の
    荷電粒子線描画装置。
13. 【請求項１３】上記修正手段として上記部分領域間で平
    滑化する手段を有することを特徴とする請求項９記載の
    荷電粒子線描画装置。
14. 【請求項１４】上記平滑化する手段は上記部分領域間の
    上記露光量を加算平均する計算回路であることを特徴と
    する請求項13記載の荷電粒子線描画装置。
15. 【請求項１５】近接する上記部分領域で線形補間する手
    段を上記修正手段に付加したことを特徴とする請求項９
    記載の荷電粒子線描画装置。
16. 【請求項１６】上記露光量を計算する手段として上記描
    画図形の断面積を累積加算する手段からなることを特徴
    とする請求項９記載の荷電粒子線描画装置。
17. 【請求項１７】上記補正手段が加減算回路から成ること
    を特徴とする請求項９記載の荷電粒子線描画装置。
18. 【請求項１８】上記補正手段が乗算器から成ることを特
    徴とする請求項９記載の荷電粒子線描画装置。
19. 【請求項１９】上記描画図形の断面形状が多角形で有る
    ことを特徴とする請求項11記載の荷電粒子線描画装置。
20. 【請求項２０】上記描画図形の断面形状が三角形で有る
    ことを特徴とする請求項11記載の荷電粒子線描画装置。
21. 【請求項２１】上記描画図形の断面形状がＬ字形で有る
    ことを特徴とする請求項11記載の荷電粒子線描画装置。
22. 【請求項２２】荷電粒子線で描画すべきパターンを描画
    図形ごとに描画する荷電粒子線描画方法であって、 該描画すべきパターンを複数の部分領域に分割する工程
    と、 該部分領域ごとの露光量を計算する工程と、 該露光量を分布として記憶する記憶工程と、 該記憶工程からの情報に基づいて描画図形ごとに露光時
    間を補正する工程と、試料面上に該荷電粒子線で該描画
    図形を露光する工程から成ることを特徴とする荷電粒子
    線描画方法。
23. 【請求項２３】上記露光量を計算する工程として上記描
    画図形の断面積を累積加算する工程により求めることを
    特徴とする請求項22記載の荷電粒子線描画方法。