JP2819967B2 - 荷電ビーム描画装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は半導体装置製造技術の
改良に関し、詳しくは、ウエハやフォトマスク等（以
後、基板という）の現像工程やエッチング工程で生じる
パタンの出来上り寸法の誤差を予測して、露光工程にお
いて、荷電ビームの露光量を調節することができるよう
にした荷電ビーム描画装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来の荷電ビーム描画装置の構成
例を示すブロック図であり、１は荷電ビームを照射する
荷電ビーム装置、２は荷電ビームの露光量を制御する荷
電ビーム制御装置、３は荷電ビームのビームの焦点が描
画の対象となる基板上で合うようにフォーカスを制御す
るフォーカス制御装置、４は基板を描画を行う位置に運
搬する基板ローディング部、５は基板ローディング部４
を制御する基板ローディング制御装置、６は基板を所定
の位置に移動させる基板移動部、７は基板移動部６を制
御する基板移動制御装置、８は基板上の荷電ビームが照
射される位置の座標（ｘ₁，ｙ₁）をレーザ干渉計等によ
り計測する計測装置である。

【０００３】このような構成において、まず、描画する
パタンの描画順序および描画線の太さや長さ等からなる
描画順序データが、荷電ビーム制御装置２、フォーカス
制御装置３、基板ローディング制御装置５、基板移動制
御装置７に伝達される。そして、この伝達された描画順
序データに基づいて、基板ローディング制御装置５から
基板ローディング部４に制御データが伝達されると、伝
達された制御データにより基板ローディング部４が作動
し、描画すべき基板が基板移動部６上に運搬される。さ
らに、基板移動制御装置７から基板移動部６に、描画位
置が荷電ビーム照射口の真下になるように、基板を動か
すための制御データが伝達され、基板が所定位置に動か
される。そして、計測装置８において、基板上の荷電ビ
ームが照射される位置の座標（ｘ₁，ｙ₁）が計測され、
この座標（ｘ₁，ｙ₁）が基板移動制御装置７にフィード
バックされ、基板位置が正確に制御される。

【０００４】また、上述した動作と並行して、荷電ビー
ム制御装置２とフォーカス制御装置３から荷電ビーム装
置１に荷電ビームの露光量やビーム幅等の制御データが
伝達される。これにより、伝達された制御データに合致
した荷電ビームが荷電ビーム装置１から基板移動部６上
の基板に照射される。以上説明した動作が繰り返される
ことにより、基板上に、例えば図７（ａ）に示すパタン
が描画される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の荷電ビーム描画装置においては、露光工程終了時
に、正確な寸法で描画されたパタンが、現像工程やエッ
チング工程終了時には、図７（ｂ）に示すように、特に
基板周辺部において、その寸法（以後、出来上り寸法と
いう）に誤差が含まれるという現象があった。

【０００６】これは、現像装置やエッチング装置（以後
プロセス装置という）の基板支持部上での基板の回転、
プラズマ・エッチング装置やイオン・ビーム・エッチン
グ装置の放電部と基板上の各位置との位置関係の差異等
から生じる現象であり、従来は、発生する誤差を最小に
するために、現像工程以降でのプロセス装置の各種工夫
や、プロセスパラメータの修正等で寸法精度を向上させ
ていた。

【０００７】しかし、基板の大型化（８インチウエハ、
７インチマスク等）に伴い、現像工程以降のプロセス装
置で基板上の寸法精度の向上を計ることは困難になって
きているという問題があった。この発明は、このような
背景の下になされたもので、現像工程やエッチング工程
において生じる基板上のパタン寸法の誤差を制御するこ
とができる荷電ビーム描画装置を提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１に記載の発明においては、所定のパタンを
描画すべき基板に荷電ビームを照射する荷電ビーム装置
と、前記所定のパタンの少なくとも描画順序を含む描画
順序データに従って、次に描画すべき描画線の前記基板
上における描画位置が、前記荷電ビーム装置の直下にく
るように前記基板を移動させる基板移動手段と、該基板
移動手段による前記基板の移動結果に基づいて、前記基
板における前記描画位置の座標を計測する計測手段と、
前記座標と、前記基板上の全座標に亙る前記所定のパタ
ンの寸法の誤差分布を近似する２次元分布関数とに基づ
いて、前記描画位置における最適な露光量を示す描画位
置露光量データを算出する算出手段と、前記描画位置露
光量データに基づいて、前記荷電ビーム装置から前記描
画位置に照射される荷電ビームの露光量を制御する荷電
ビーム制御手段とを具備することを特徴としている。

【０００９】また、請求項２に記載の発明においては、
所定のパタンを描画すべき基板に荷電ビームを照射する
荷電ビーム装置と、前記所定のパタンの少なくとも描画
順序を含む描画順序データに従って、次に描画すべき描
画線の前記基板上における描画位置が、前記荷電ビーム
装置の直下にくるように前記基板を移動させる基板移動
手段と、前記所定のパタンの各描画線の長さや太さおよ
び描画順序を含む、該所定のパタンのパタン図に対応し
たデータである描画設計データと、前記基板上の全座標
に亙る前記所定のパタンの寸法の誤差分布を近似する２
次元分布関数とに基づいて、前記描画位置における最適
な露光量を示す描画位置露光量データを算出するととも
に、前記描画設計データに基づいて前記描画順序データ
を求め、該求めた描画順序データおよび前記描画位置露
光量データに基づいて、前記基板移動手段を制御すると
ともに、前記荷電ビーム装置から前記描画位置に照射さ
れる荷電ビームの露光量を制御する制御手段とを具備す
ることを特徴としている。

【００１０】

【作用】上記請求項１に記載の装置によれば、まず、所
定のパタンの描画順序を含む描画順序データが基板移動
手段に伝達される。該基板移動手段において、伝達され
た描画順序データに従って、所定のパタンを描画すべき
基板上における、次に描画すべき描画線の描画位置が、
前記荷電ビーム装置の直下にくるように前記基板が動か
される。該基板移動手段による前記基板の移動結果に基
づいて、前記基板における前記描画位置の座標が計測手
段に計測される。

【００１１】さらに、前記座標と、前記基板上の全座標
に亙る前記所定のパタンの寸法の誤差分布を近似する２
次元分布関数とが算出手段に伝達される。該算出手段に
おいて、前記描画位置における最適な露光量を示す描画
位置露光量データが算出され、荷電ビーム制御手段に伝
達される。該荷電ビーム制御装置により、伝達された前
記描画位置露光量データに基づいて、荷電ビーム装置か
ら前記描画位置に照射される荷電ビームの露光量が制御
される。制御された荷電ビーム装置から基板に荷電ビー
ムが照射される。

【００１２】また、上記請求項２に記載の装置によれ
ば、まず、制御手段に所定のパタンの各描画線の長さや
太さおよび描画順序を含む、該所定のパタンのパタン図
に対応したデータである描画設計データと、前記基板上
の全座標に亙る前記所定のパタンの寸法の誤差分布を近
似する２次元分布関数とが制御手段に伝達される。該制
御手段において、前記描画位置における最適な露光量を
示す描画位置露光量データが算出されるとともに、前記
描画設計データに基づいて前記所定のパタンの描画順序
データが求められる。

【００１３】次に、制御手段により、前記描画順序デー
タおよび前記描画位置露光量データに基づいて、基板移
動手段と、荷電ビーム装置から前記描画位置に照射され
る荷電ビームの露光量とが制御される。制御された基板
移動手段により、次に描画すべき描画線の前記基板上に
おける描画位置が、前記荷電ビーム装置の直下にくるよ
うに前記基板が動かされる。次に、制御された荷電ビー
ム装置から前記基板に荷電ビームが照射される。

【００１４】

【実施例】まず、本発明の基本となる考え方を説明し、
次に具体的な実施例について図面を用いて説明する。本
発明の基本となる考え方は以下の通りである。従来の荷
電ビーム描画装置から照射される荷電ビームにより、基
板上に描画された図４（ａ）に示すパタン（基板と平行
な辺を有する一辺Ｗ₀μｍの正方形）は、現像工程また
はエッチング工程を経て図４（ｂ）に示すパタンとな
り、パタンの周辺部であるほど出来上がり寸法により大
きな誤差を含む。

【００１５】ここで、図４（ｂ）に記載したグラフは、
基板上の横方向（Ｘ方向）および縦方向（Ｙ方向）の位
置に対する出来上がり寸法の分布を示し、このグラフか
ら、基板上の２次元の座標（ｘ，ｙ）に対する出来上が
り寸法Ｗを近似する式（１）は、基板の中心部での出来
上がり寸法をＷ₀とすると、以下に示すようになる。 Ｗ＝Ｗ₀×ｆ（ｘ，ｙ）……（１） ここで、ｆ（ｘ，ｙ）は、２次元分布関数（例えばガウ
ス分布等）である。ただし、ｆ（ｘ，ｙ）は確率密度関
数ではなく、０＜ｆ（ｘ，ｙ）＜１という条件を満たす
ものである。

【００１６】したがって、式（１）に基板上の各々の座
標（ｘ，ｙ）を代入することにより、それぞれの座標
（ｘ，ｙ）におけるパタンの出来上がり寸法が算出でき
ることになる。次に、前記式（１）から、描画位置に対
する最適な露光量の計算式を導出する。露光量と出来上
り寸法の関係は、一般に、図５に示す通りであり、露光
量が減少すれば、出来上り寸法もそれに応じて縮小す
る。したがって、必要とされる出来上り寸法になるよう
に、位置に合わせて露光量を調節すれば良い。

【００１７】その際、基板上の描画位置に応じた露光量
Ｄは、基板の所定位置（本実施例においては中心位置）
で目的の出来上り寸法を得ることができる所定位置最適
露光量をＤ₀とすると、以下の式で表現される。 Ｄ＝Ｄ₀｛１−ｆ（ｘ，ｙ）｝……（２） したがって、基板上の位置（ｘ，ｙ）での最適な露光量
が決定され、出来上がり寸法が正確な値をとる描画が可
能となる。次に、具体的な実施例を図面を用いて説明す
る。

【００１８】図１は本発明の第１の実施例による荷電ビ
ーム描画装置の構成を示すブロック図であり、この図に
おいて、図６の各部に対応する部分には同一の符号を設
け、その説明を省略する。図１に示す荷電ビーム描画装
置が、図６のものと異なる点は、計測装置８において計
測された描画位置の座標（ｘ₀，ｙ₀）と誤差分布を近似
する２次元分布関数に基づいて、描画位置露光量を算出
する算出手段９を設けた点である。

【００１９】図１の荷電ビーム描画装置においては、荷
電ビームが照射される前に、照射される基板上の位置の
座標（ｘ₁，ｙ₁）が、計測装置８において測定される。
また、上述した動作と並行して、設計時の露光量データ
（Ｄ₀）が計測装置８に入力される。計測装置８におい
て、座標（ｘ₁，ｙ₁）が基板移動制御装置７にフィード
バックされ、座標（ｘ₁，ｙ₁）が描画位置の座標
（ｘ₀，ｙ₀）と一致するように基板移動部６が制御され
る。次に、計測装置８から、座標（ｘ₀，ｙ₀）および露
光量データ（Ｄ₀）が算出手段９に伝達される。これに
より、算出手段９は、式（２）に基づいて、描画位置露
光量データＤを算出し、出力する。算出手段９から出力
された描画位置露光量データＤは、荷電ビーム制御装置
２に入力され、制御データに変換されて荷電ビーム装置
１に入力される。

【００２０】前記制御データが入力された荷電ビーム装
置１は、描画位置露光量Ｄで荷電ビームを照射する。そ
の結果、照射後の基板上のパタンは、図２（ａ）に示す
ように、基板の中心からの距離が大きくなるにつれ、寸
法が小さくなる。しかしながら、このようなパタンが描
画された基板に現像工程またはエッチング工程を施す
と、前記の理由により、図２（ｂ）に示すように、基板
の中央部と周辺部に誤差のない出来上り寸法のパタンが
形成される。

【００２１】ところで、上述した図１の構成による第１
の実施例では、描画時に、描画位置露光量を逐次計算し
たが、描画前に基板上の全ての描画位置に対する描画位
置露光量を計算する第２の実施例を、図面を用いて以下
に説明する。図３は本発明の第２の実施例による荷電ビ
ーム描画装置の構成を示すブロック図であり、この図に
おいて、図１の各部に対応する部分には同一の符号を設
け、その説明を省略する。図３に示す荷電ビーム描画装
置において、１０は基板上の全ての描画位置に対する描
画位置露光量を算出および記憶し、荷電ビーム装置１お
よび基板移動部６を制御する描画制御装置である。

【００２２】図３の荷電ビーム描画装置において、荷電
ビームの描画位置露光量は、図１の構成の荷電ビーム描
画装置のように、荷電ビームが照射される基板上の描画
位置に合わせて逐次算出されるのではなく、描画制御装
置１０により、露光工程前に、パタンの描画設計データ
および２次元分布関数ｆ（ｘ，ｙ）と所定位置最適露光
量とに基づいて、式（２）から算出される。ここで、描
画設計データとは、描画順序データに変換される前のパ
タン図そのものである。次に、描画設計データの描画順
序等に関する部分が描画順序データに変換され、描画位
置露光量データとともに、描画制御装置１０に記憶され
る。

【００２３】描画制御装置１０に記憶された描画順序デ
ータと描画位置露光量データは、基板移動部６と荷電ビ
ーム装置１を制御可能な制御データに変換され、それぞ
れ、基板移動部６と荷電ビーム装置１に伝達される。制
御データを伝達された基板移動部６と荷電ビーム装置１
の動作により、前記の図１の装置と同様に、図２（ａ）
に示すパタンが描画される。さらにまた、前記の図１の
装置と同様に、現像工程、エッチング工程を終了した基
板上には、基板の中央部と周辺部とに誤差のない出来上
り寸法の、図２（ｂ）に示すパタンが形成される。

【００２４】以上説明したように、上述した第１および
第２の実施例によれば、基板の周辺部のパタン寸法に誤
差の無い基板が製造される。なお、上述した実施例にお
いては、基板上の座標に対する誤差を示す関数がガウス
分布に従う例を示したが、ガウス分布以外の２次元分布
関数でも同様である。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
現像工程やエッチング工程で生じるパタン寸法の誤差を
２次元分布関数で近似し、荷電ビームによる描画時の露
光量を描画時あるいは描画前に描画位置に合わせて調節
するものであるので、現像工程以降のプロセス装置に変
更を加える必要がなく、各種パラメータを変更する必要
もない。さらに、前記のように誤差の分布を２次元分布
関数で表せれば、基板が大型化しても容易に寸法精度の
向上が計れるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施例における荷電ビーム描
画装置の構成を示すブロック図である。

【図２】 本発明の荷電ビーム描画装置において算出さ
れる露光量の２次元分布と、現像処理等の後の基板のパ
タンを示す図である。

【図３】 本発明の第２の実施例における荷電ビーム描
画装置の構成を示すブロック図である。

【図４】 本発明の基本的な考え方を説明するための図
である。

【図５】 荷電ビームの露光量と露光されたパタンの出
来上り寸法との関係を示す特性図である。

【図６】 従来の荷電ビーム描画装置の構成例を示すブ
ロック図である。

【図７】 従来の技術における出来上がり寸法の誤差を
示す図である。

【符号の説明】

１……荷電ビーム装置、２……荷電ビーム制御装置（荷
電ビーム制御手段）、６……基板移動制御装置（基板移
動手段）、７……基板移動部（基板移動手段）、８……
計測装置（計測手段）、９……算出手段、１０……描画
制御装置（制御手段）。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定のパタンを描画すべき基板に荷電ビ
   ームを照射する荷電ビーム装置と、 前記所定のパタンの少なくとも描画順序を含む描画順序
   データに従って、次に描画すべき描画線の前記基板上に
   おける描画位置が、前記荷電ビーム装置の直下にくるよ
   うに前記基板を移動させる基板移動手段と、 該基板移動手段による前記基板の移動結果に基づいて、
   前記基板における前記描画位置の座標を計測する計測手
   段と、 前記座標と、前記基板上の全座標に亙る前記所定のパタ
   ンの寸法の誤差分布を近似する２次元分布関数とに基づ
   いて、前記描画位置における最適な露光量を示す描画位
   置露光量データを算出する算出手段と、 前記描画位置露光量データに基づいて、前記荷電ビーム
   装置から前記描画位置に照射される荷電ビームの露光量
   を制御する荷電ビーム制御手段とを具備することを特徴
   とする荷電ビーム描画装置。
2. 【請求項２】 所定のパタンを描画すべき基板に荷電ビ
   ームを照射する荷電ビーム装置と、 前記所定のパタンの少なくとも描画順序を含む描画順序
   データに従って、次に描画すべき描画線の前記基板上に
   おける描画位置が、前記荷電ビーム装置の直下にくるよ
   うに前記基板を移動させる基板移動手段と、 前記所定のパタンの各描画線の長さや太さおよび描画順
   序を含む、該所定のパタンのパタン図に対応したデータ
   である描画設計データと、前記基板上の全座標に亙る前
   記所定のパタンの寸法の誤差分布を近似する２次元分布
   関数とに基づいて、前記描画位置における最適な露光量
   を示す描画位置露光量データを算出するとともに、前記
   描画設計データに基づいて前記描画順序データを求め、
   該求めた描画順序データおよび前記描画位置露光量デー
   タに基づいて、前記基板移動手段を制御するとともに、
   前記荷電ビーム装置から前記描画位置に照射される荷電
   ビームの露光量を制御する制御手段とを具備することを
   特徴とする荷電ビーム描画装置。