JP2862825B2 - 荷電粒子線描画装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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。

【０００２】

【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
粒子力線においても、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。

【０００３】従来、この近接効果に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パータンの変化部分を強調
して描画するようにすれば、ぼけの効果、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。

【０００４】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。露光面積比率によって露光
時間を変える考え方は、既に、特公昭５８−３２４２
０，５９−１３９６２５，６１−２８４９２１にも述べ
られており、近効効果補正に効果のあることが知られて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近効効果は、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
数百万図形を越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。

【０００６】本発明の目的は、上記課題を解決すべく、
描画パターンの集積度が増大したとしても、実際の描画
に先立つ僅かな予備的な空描画処理を付加するだけで、
実際に描画する際描画図形単位で高速に近接効果補正を
行いながら極微細パターンの描画を高速で実現できるよ
うにした荷電粒子線描画装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、描画すべき図形パターンのデータを、特
定寸法以下の描画図形のデータに分解する図形分解回路
と、該図形分解回路で分解された描画図形データ単位
で、位置データ（Ｘ，Ｙ）に応じて描画図形の照射時間
データ（Ｔ）を補正する近接効果補正回路と、該近接効
果補正回路で補正された照射時間データに基づいて荷電
粒子線の照射／非照射を制御し、更に上記図形分解回路
で分解された描画図形データに基づいて荷電粒子線の偏
向を制御する荷電粒子線制御回路とを備えることを特徴
とする荷電粒子線描画装置である。また、本発明は、上
記荷電粒子線描画装置において、上記近接効果補正回路
は、予め上記描画すべき図形パターンを部分領域に分割
して該分割された部分領域毎に計算された露光量を記憶
する記憶手段を有し、該記憶手段に記憶された露光量を
参照して描画図形の照射時間データ（Ｔ）を補正するよ
うに構成することを特徴とする。また、本発明は、上記
荷電粒子線描画装置において、上記近接効果補正回路に
おける露光量は、試料面に荷電粒子線を照射した際試料
の内部から生じる散乱による再露光を反映させたもので
あることを特徴とする。また、本発明は、上記荷電粒子
線描画装置において、上記近接効果補正回路における照
射時間データ（Ｔ）の補正を、露光量が多い部分領域で
は短く、露光量が少ない部分領域では長くするように構
成することを特徴とする。また、本発明は、上記荷電粒
子線描画装置において、上記近接効果補正回路は、上記
描画すべき図形パターンを部分領域に分割し、該分割さ
れた部分領域毎に露光量を計算する計算回路を有するこ
とを特徴とする。また、本発明は、上記荷電粒子線描画
装置において、上記計算回路は、上記図形分解回路から
得られる描画図形データから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毎に累積加
算する回路で構成することを特徴とする。また、本発明
は、上記荷電粒子線描画装置において、上記図形分解回
路における分解される描画図形のデータとして、予め定
まった特定形状パターンのデータ で構成することを特徴
とする。 また、本発明は、上記荷電粒子線描画装置にお
いて、上記特定形状パターンのデータは、矩形、３角
形、Ｌ字形などの任意の多角形のデータであることを特
徴とする。 即ち、本発明では、荷電粒子線描画装置にお
いて、基本図形データ（描画すべき図形パターンのデー
タ）を特定寸法以下の描画図形データの集まりに分解す
る図形分解回路の後段に、描画実時間での近接効果補正
のための近接効果補正回路を付加し、僅か数分間の予備
的な処理（空描画処理）を行うことによって、集積度が
増大しない前とほとんど等価な近接効果補正処理を実現
することにある。そのために、まず、近接効果補正回路
において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算出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（空描画しながら）、描画図形を示
す荷電粒子線の形状を制御する信号によって１度に露光
（描画）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
変成形型描画装置においては、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。特に、本発明によれば、描画装
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。このように描画
されるパターンが高集積化されたとしても、実際の描画
に先立つ、僅か数分間の予備的な処理（空描画処理）を
行うだけで、実際に描画する際、描画図形単位で高速に
近接効果補正を行いながら極微細パターンの描画を高速
で実現することができる。

【０００８】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。

【０００９】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を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、近接効果によ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が
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。

【００１０】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。

【００１１】

【実施例】図１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。

【００１２】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。

【００１３】図２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０〜１０２３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
ておくと、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。

【００１４】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。

【００１５】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に変換し、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。

【００１６】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。

【００１７】次に本発明の効果を図３によって具体的に
説明する。図３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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、超ＬＳＩ等のように描
画されるパターンが高集積化されたとしても、実際の描
画に先立つ、僅かな予備的な処理（空描画処理）を行う
だけで、従来、大型計算機で数＋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時間を省略するこ
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描画図形単位にな
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となる。
以上述べたことにより、超ＬＳＩ製造にかかわる本発明
の経済的効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る荷電粒子線描画装置の全体構成
図。

【図２】本発明の近接効果補正を実現する付加回路の構
成図。

【図３】本発明の近接効果補正処理の効果を説明する説
明図。

【符号の説明】

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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−224321（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−298019（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−284921（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−199428（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−229047（ＪＰ，Ａ) 特許2512184（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/027

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】描画すべき図形パターンのデータを、特定
   寸法以下の描画図形のデータに分解する図形分解回路
   と、該図形分解回路で分解された描画図形データ単位で、位
   置データ（Ｘ，Ｙ）に応じて描画図形の照射時間データ
   （Ｔ）を補正する近接効果補正回路と 、該近接効果補正回路で補正された照射時間データに基づ
   いて荷電粒子線の照射／非照射を制御し、更に上記図形
   分解回路で分解された描画図形データに基づいて荷電粒
   子線の偏向を制御する荷電粒子線制御回路とを備えるこ
   とを特徴とする荷電粒子線描画装置 。
2. 【請求項２】 上記近接効果補正回路は、予め上記描画す
   べき図形パターンを部分領域に分割して該分割された部
   分領域毎に計算された露光量を記憶する記憶手段を有
   し、該記憶手段で記憶された露光量を参照して描画図形
   の照射時間データ（Ｔ）を補正するように構成すること
   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】 上記近接効果補正回路における露光量は、
   試料面に荷電粒子線を照射した際試料の内部から生じる
   散乱による再露光を反映させたものであることを特徴と
   する請求項２記載の荷電粒子線描画装置 。
4. 【請求項４】 上記近接効果補正回路における照射時間デ
   ータ（Ｔ）の補正を、露光量が多い部分領域では短く、
   露光量が少ない部分領域では長くするように構成するこ
   とを特徴とする請求項２記載の荷電粒子線描画装置 。
5. 【請求項５】 上記近接効果補正回路は、上記描画すべき
   図形パターンを部分領域に分割し、該分割された部分領
   域毎に露光量を計算する計算回路を有することを特徴と
   する請求項１記載の荷電粒子線描画装置 。
6. 【請求項６】 上記計算回路は、上記図形分解回路から得
   られる描画図形データから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毎に累積加算
   する回路で構成することを特徴とする請求項５記載の荷
   電粒子線描画装置 。
7. 【請求項７】 上記図形分解回路において、上記分解され
   る描画図形のデータとして、予め定まった特定形状パタ
   ーンのデータで構成す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 。
8. 【請求項８】 上記特定形状パターンのデータは、矩形、
   ３角形、Ｌ字形などの任意の多角形のデータであること
   を特徴とする請求項７記載の荷電粒子線描画装置 。