JP3806668B2

JP3806668B2 - 電子ビーム投影露光装置用のデータ作成方法

Info

Publication number: JP3806668B2
Application number: JP2002156438A
Authority: JP
Inventors: 公俊高橋; 浩山下
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2002-05-29
Filing date: 2002-05-29
Publication date: 2006-08-09
Anticipated expiration: 2022-05-29
Also published as: JP2003347202A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビーム露光装置用のデータ作成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の集積度の増加に伴い個々の素子の寸法は微小化が進み、各素子を構成する半導体領域の寸法も微細化されている。そして、微細化の鍵を握るリソグラフィ技術においては７０ｎｍ〜５０ｎｍ、さらにはより微細なデザイン・ルールを視野に入れた現実的なリソグラフィ技術の早期実現が望まれている。
【０００３】
従来、半導体デバイスの生産工程においては光露光技術が用いられてきたが、近年の先端デバイスではそのパターン寸法が限界解像度に近づきつつあることから、より高解像度の露光技術の開発が急務となっている。こうしたなかで、電子ビーム露光技術は本質的に優れた解像度を有しているために、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。しかし、電子ビーム露光技術では電子銃で回路１つ１つを一筆書きの要領で描画しなければならず、単位時間あたりのウェハ処理能力（スループット）が低いためデバイスの量産には不向きであるという問題があった。
【０００４】
一方、次世代の露光技術として電子ビーム投影露光技術（ＥｌｅｃｔｒｏｎＰｒｏｊｅｃｔｉｏｎＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，以下、ＥＰＬという）が提案されている。これは、従来の電子ビーム露光の問題点であったスループットの飛躍的向上を目指して開発されたものである。
【０００５】
ＥＰＬの露光原理について、図４を用いて説明する。まず、１００ｋＶの電圧で加速した電子ビーム９を開口パターンが形成されているステンシルマスク１０に照射する。ステンシルマスク材としては、通常厚さ２μｍ程度のシリコン（Ｓｉ）が用いられる。ステンシルマスク１０で大きく散乱されたマスク散乱電子１１は制限アパチャ１２でそのほとんどが阻止される。一方、ステンシルマスク１０の開口部１０ａを通過した電子は自由通過するために、対物レンズ１３を介してほとんどの電子が制限アパチャ１２を通過することができる。このようなアパチャ透過率の違いを利用して、投影レンズ１４を介しウェハ１５上にパターン１６が形成される。現在開発されている露光装置における電子ビームの照射領域はマスク上で１ｍｍ角程度であり、この転写エリアをステップアンドリピート方式により４分の１の倍率で順次縮小転写する。
【０００６】
ＥＰＬによれば、１回のショットでウェハ上の２５０μｍ角の領域を一括転写することができるので、電子ビームの偏向幅（５ｍｍ）の大きさとも相まって、露光時間を大幅に短縮してスループットの飛躍的向上を図ることが可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電子ビーム投影露光装置で用いられるステンシルマスクには、次のような問題があった。図５は、ステンシルマスクに形成されたパターンの平面図である。図５（ａ）は、周囲を開口部１７で囲まれた未開口部１８を有するパターン（以下、ドーナツパターンという）を示している。この場合、未開口部１８を支える部分が存在しないことから、ドーナツパターンを有するステンシルマスクを作製することはできない。図５（ｂ）は、一端１９を除いて周囲を開口部２０で囲まれた未開口部２１を有するパターン（以下、リーフパターンという）を示している。この場合、未開口部２１を支える保持部は開口されていない一端１９のみである。したがって、リーフパターンを有するステンシルマスクでは、未開口部２１の重みに保持部が耐え切れずにマスクの変形、破損等を生じやすい。図５（ｃ）は、Ｌ字型の開口部２２を有するパターン（以下、Ｌ字パターンという）を示している。この場合、未開口部２３を支える面積はリーフパターンよりは大きいものの、同様にマスクの変形、破損等の問題は生じ得る。
【０００８】
また、図６に示すようなライン・アンド・スペースのパターンにおいてもステンシルマスクの変形の問題がある。図６（ａ）はマスク孔形成直後のステンシルマスクの平面図であり、図６（ｂ）はマスク孔形成後に洗浄工程を経たステンシルマスクの平面図である。図６（ｂ）に示すように、洗浄後のステンシルマスクでは、洗浄液（純水など）の表面張力によって隣接するラインが接触し、離れなくなるという問題がある。
【０００９】
さらに、マスクの周辺部に大開口パターン（図示せず）を有する場合にもステンシルマスクの変形が起こりやすい。
【００１０】
このような問題を解決するために、従来より相補マスク分割が行われている。これは、ドーナツパターン等のステンシルマスクでは物理的に形成できないパターンや、リーフパターン等の機械的強度の観点から問題となるパターンを安全に形成できるように、本来のパターンを複数のパターンに相補的に分割し、複数のマスクを用いて露光するものである。しかしながら、相補マスク分割においては、分割点を抽出するために階層構造で表現されたパターンデータを展開してフラットなデータを作成した後に、パターン形状の輪郭線を作成する必要があるために、データ容量が大きく増大してしまうという問題があった。また、かかる処理は非常に複雑となるため、全体の処理時間が長くなるという問題もあった。
【００１１】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものである。即ち、本発明は、データ容量を小さくし、処理時間の短縮化を図ることのできる電子ビーム投影露光装置用のデータ作成方法を提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、マスクの物理的強度を向上させることのできる電子ビーム投影露光装置用のデータ作成方法を提供することを目的とする。
【００１３】
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。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電子ビーム投影露光装置用のデータ作成方法において、階層化されたマスクのパターンデータを展開してフラットなデータを作成する工程と、このフラットなデータについてパターンの輪郭線を抽出する輪郭化処理を行う工程と、このフラットなデータから同一の形状のポリゴンを有するセルを抽出して階層化する工程とを含むことを特徴とする。マスクは、ステンシルマスクであってもよいし、メンブレンマスクであってもよい。
【００１５】
本発明は、複数回参照されないポリゴンについてもセルとして抽出して階層化する工程をさらに含んでいてもよい。
【００１６】
フラットなデータを作成する工程は、パターンデータに重なりを有するセルが含まれる階層についてのみ行ってもよい。
【００１７】
セルは１種類のポリゴンからなっていてもよいし、２種類以上のポリゴンからなっていてもよい。また、マスク上で近接した位置にあるポリゴンだけを取り出して１つのセルとしてもよい。
【００１８】
本発明は、さらに、抽出したセルを複数の相補マスクに分割する工程を含んでいてもよい。この際、相補マスクに形成する開口部の面積密度が各相補マスク間で同等であり、前記開口部の面積密度バランスが各相補マスク内で均等になるように、前記抽出したセルを複数の相補マスクに分割することができる。そして、抽出したセルを複数の相補マスクに分割する工程は、セルがアレイ構造を形成している場合には、隣接するセルを異なる相補マスクに振り分ける工程とすることができる。ここで、「異なる相補マスク」とは、物理的に異なる別個の相補マスクでなくともよい。同一のマスクの異なる位置に相補的なパターンが形成されたマスクを用い、隣接するセルをそれぞれ異なる相補的なパターンに振り分けてもよい。
【００１９】
また、本発明は、さらに、近接効果補正処理を行う工程を含んでいてもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、電子ビーム露光装置で用いられるマスクのパターンデータについて、その階層構造を説明するための図である。図で最上位のトップセルはＬＳＩチップに対応する。トップセルはセルＤおよびセルＥからなっている。ここで、セルＤは複数繰り返して配置されるアレイ構造を形成している。また、セルＤはセルＣからなり、セルＣはセルＡおよびセルＢからなっている。セルＣはアレイ構造を形成せずに不規則に配置される構造を有するが、複数回参照されるとする。
【００２１】
本実施の形態においては、まず、マスクのパターンデータの階層構造を展開してフラットなデータを作成する（工程１）。本発明におけるマスクは、ステンシルマスクおよびメンブレンマスクのいずれであってもよい。
【００２２】
フラット化は、データの階層構造を最小限保持したままサブフィールドに分割した後で行うことができる。また、フラット化した後に得られたデータをサブフィールドに分割することもできる。但し、サブフィールドに分割する処理を行うことは、本発明においては必ずしも必要ではない。
【００２３】
また、フラット化は全てのパターンデータについて行ってもよいが、パターンデータに重なりを有する場合にのみ行ってもよい。全てのパターンデータについてフラット化するとフラット化後のデータ容量の増加が大きくなるが、後に行う階層化処理により全体の構造を簡略化させることができる。一方、パターンデータに重なりを有する場合にのみフラット化すると、フラット化後のデータ容量の増加を最小限に抑えることができるとともに、元の階層構造を活かすことができるので、全体の処理時間の短縮化を図ることができる。
【００２４】
次に、フラット化されたデータについてパターンの輪郭線を抽出する輪郭化処理を行う（工程２）。例えば、図２（ａ）に示すようにフラット化されたデータが重複してパターンに重なりを生じている場合、図２（ｂ）に示すようにパターンの輪郭線を抽出する。また、パターンに重なりを生じていない場合であっても、かかる輪郭化処理を行うことによって分割ポイントを抽出することが可能となる。
【００２５】
次に、フラットなデータから同一の形状を有するセルを抽出して階層化する（工程３）。セルはアレイ構造を形成してもよいし、アレイ構造を形成せずに不規則に配置される構造であってもよい。例えば、図２（ｂ）に示すデータから同一の形状を有する図形Ｘ_１およびＸ_２を抽出してセルＸとする。同様に、同一の形状を有する図形Ｙ_１およびＹ_２を抽出してセルＹとする。このようにレイアウトデータに規則性または再現性のある同一図形を抽出しセルとして階層化することにより、データ容量を小さくすることが可能となる。また、後で相補分割処理を行う場合にもその処理回数を削減することができることから、全体の処理時間の短縮化を図ることもできる。
【００２６】
また、本発明においては、複数回参照されないポリゴンについてもセルとして抽出して階層化することができる。これにより、階層構造が統一されて後処理が容易になるという効果が得られる。
【００２７】
本発明におけるセルは、上記セルＸおよびセルＹのように１種類のポリゴンからなっていてもよいが、２種類以上のポリゴンからなっていてもよい。すなわち、図形Ｘおよび図形Ｙを一組としてセルＺとしてもよい。セルが１種類のポリゴンのみからなる場合には、規則性のないパターンにも有効でフラットなデータから多くの同一図形を抽出することができるために、後で相補分割処理を行う場合にその処理回数を削減して、全体の処理時間の短縮化を図ることができる。一方、セルが２種類以上のポリゴンからなる場合には、同一図形の数は１種類のポリゴンからなるセルに比較すると少なくなるが、全体のセルの数を少なくすることができる。また、後述するように、セル内の近接するパターンについて異なる相補マスクに振り分ける処理を行うことにより、相補マスクの物理的強度の低下を防ぐことが可能となる。
【００２８】
以上述べたように、本実施の形態によれば、フラット化されたデータから同一図形を抽出しセルとしてデータの再階層化を行うことにより、データ容量を小さくするとともに、処理時間の短縮化を図ることができる。
【００２９】
実施の形態２．
本実施の形態においては、実施の形態１で述べたデータの再階層化に続いてセルを複数の相補マスクに分割する工程を行うことを特徴とする。
【００３０】
ステンシルマスクを用いる場合、セル内にドーナツパターン、リーフパターン、Ｌ字パターン、ライン・アンド・スペースのいずれかのパターンがある場合や、マスクの周辺部に大開口パターンがある場合には、相補マスク分割が必要となる。また、メンブレンマスクは全面に保持膜が設けられた構造を有していることからドーナツパターン等が問題となるおそれはないが、例えばより高いパターンの位置精度等が要求される場合にはメンブレンマスクにおいても相補マスク分割が必要となる可能性はある。したがって、本実施の形態は、ステンシルマスクおよびメンブレンマスクのいずれにも適用可能である。
【００３１】
本発明における相補分割は、例えば、抽出したセル単位で分割を行い、複数の相補マスクを用いて別々に露光することにより最終的に完全なパターンとするものである。図３（ａ）に示すドーナツパターンの場合、一のマスクで開口部１を露光した後、他の一のマスクで開口部２を露光して最終的に矩形形状を形成する。
【００３２】
また、本発明においては、相補マスクに形成する開口部の面積密度が各相補マスク間で同等であり、開口部の面積密度バランスが各相補マスク内で均等になるように抽出したセルを複数の相補マスクに分割することを特徴とする。例えば、図３（ａ）に示すドーナツパターンがアレイ構造を形成せずに不規則に位置している場合、相補マスクに形成する開口部の面積密度が各相補マスク間で同等であり、且つ、開口部の面積密度バランスが各相補マスク内で均等になるように、各ドーナツパターンを各相補マスクに振り分ける。このようにすることにより、各相補マスクの物理的強度が向上し、マスクの変形や破損を防いで、全体の歩留まりを向上させることができる。
【００３３】
また、図３（ｂ）に示すように、ドーナツパターンがアレイ構造を形成する場合にも相補マスクに形成する開口部の面積密度が各相補マスク間で同等であり、且つ、開口部の面積密度バランスが各相補マスク内で均等になるように抽出したセルを複数の相補マスクに分割する。具体的には、隣接するセルを異なる相補マスクに振り分ければよい。（図３（ｂ）の例では、隣接するポリゴンでマスクの開口部が互い違いになるように形成している。）このようにすることにより、それぞれの相補マスク内の位置に作用する応力によって生じるマスクの物理的変位が最小となるようにすることができるため、マスクの物理的強度が向上してマスク作製が容易になり、全体の歩留まり向上を図ることができる。また、クーロン効果によるビームだれが均一になり、パターンの寸法精度を向上させることもできる。
【００３４】
また、図３（ｃ）に示すように、セルＺがアレイ構造を形成する場合には、一のマスク（マスクα）で図形Ｘ_１の開口部３および図形Ｘ_２の開口部４並びに図形Ｙ_１の開口部５を露光し、続いて他の一のマスク（マスクβ）で図形Ｘ_１の開口部６および図形Ｘ_２の開口部７並びに図形Ｙ_２の開口部８を露光することにより完全なパターンを形成する。すなわち、図形Ｘ_１および図形Ｘ_２について相補分割を行った後、さらに、相補マスクに形成する開口部の面積密度が各相補マスク間で同等であり、且つ、開口部の面積密度バランスが各相補マスク内で均等になるように、相補分割された各パターンをマスクαまたはマスクβに振り分ける。また、相補分割を行わないポリゴン（図形Ｙ_１，Ｙ_２）についても該ポリゴンがアレイ構造を形成する場合には、隣接するポリゴンを異なる相補マスクαまたはβに振り分ける。このようにすることで、各相補マスクに作用する応力によって生じる変位を最小のものとして、相補マスクの変形や破損等を防ぐことができる。また、クーロン効果によるビームだれが均一になり、パターンの寸法精度を向上させることもできる。
【００３５】
本実施の形態においては、相補的なパターンが別個の相補マスクに形成される場合について述べたが、本発明はこれに限られるものではない。相補的なパターンが同一のマスク上に形成されていてもよい。
【００３６】
以上述べたように、本実施の形態によれば、セルを複数の相補マスクに分割することにより、ステンシルマスクについてはドーナツパターン等の問題を解消することができる。また、メンブレンマスクについても高精度のパターンを形成することができる。
【００３７】
さらに、本実施の形態によれば、相補マスク内の位置に作用する応力によって生じるマスクの物理的変位が最小となるように開口部の形状を決定することにより、マスクの物理的変形や破損等を防ぐことができる。
【００３８】
実施の形態３．
本実施の形態においては、実施の形態１または実施の形態２で述べた工程に加えてさらに近接効果補正処理を行うことを特徴とする。
【００３９】
電子ビーム露光装置を用いてパターンの描画を行う場合、いわゆる近接効果により描画精度が悪化する。近接効果は、電子ビームがレジストや基板内で散乱されて、露光部以外のレジスト内にもエネルギーが蓄積されることにより生じるものである。この近接効果により、具体的には、描画されたパターンの幅がパターン密度によって変化したり、近接している複数の図形の形状が劣化したりするなどの不良が発生する。
【００４０】
本発明における近接効果補正処理としては、例えば、近接効果によるパターンの寸法変動をあらかじめ見込んでおき、これに対応してマスクの設計寸法を補正する方法（以下、マスクバイアス法という）を挙げることができる。具体的には、セルごとまたはセル内のポリゴンごとにマスク上でパターンの寸法を変化させる処理を行えばよい。
【００４１】
マスクバイアス法において、開口部の寸法を設計寸法よりも大きくするような補正を行う場合、マスクの物理的強度が低下することによって、マスクの変形や破損が生じるおそれがある。しかしながら、本発明によれば、相補マスクに形成する開口部の面積密度が各相補マスク間で同等であり、且つ、開口部の面積密度バランスが各相補マスク内で均等になるように、抽出したセルを複数の相補マスクに分割するので、相補マスクの物理的強度の低下を防ぐことができる。例えば、セルがアレイ構造を形成している部分において開口部の設計寸法を大きくする場合、隣接するセルを異なる相補マスクに振り分けることによって相補マスクの物理的強度の低下を防ぐことができる。したがって、マスクの変形や破損等が生じるおそれが小さくなり、全体の歩留まりを向上させることができる。
【００４２】
以上述べたように、本実施の形態によれば、近接効果処理を行うことにより、高精細なパターンを形成することが可能となる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、フラット化されたデータから同一図形を抽出しセルとしてデータの再階層化を行うことにより、データ容量を小さくするとともに、処理時間の短縮化を図ることができる
【００４４】
また、本発明によれば、セルを複数の相補マスクに分割することにより、ステンシルマスクについてはドーナツパターン等の問題を解消することができる。また、メンブレンマスクについても高精度のパターンを形成することができる。
【００４５】
また、本発明によれば、相補マスク内の位置に作用する応力によって生じるマスクの物理的変位が最小となるように開口部の形状を決定することにより、マスクの物理的変形や破損等を防ぐことができる。
【００４６】
また、本発明によれば、近接効果処理を行うことにより、高精細なパターンを形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子ビーム露光装置で用いられるマスクのパターンデータの階層構造について説明する図である。
【図２】実施の形態２において、（ａ）は輪郭化処理を説明する図、（ｂ）はセル抽出処理を説明する図である。
【図３】実施の形態３において、（ａ）はドーナツパターンについて、（ｂ）はアレイ構造を有するドーナツパターンについて、（ｃ）はドーナツパターン以外のパターンを含むセルについて、それぞれ相補分割を説明する図である。
【図４】ＥＰＬの露光原理についての説明図である。
【図５】図５（ａ）はドーナツパターン、（ｂ）はリーフパターン、（ｃ）はＬ字パターンの平面図である。
【図６】ライン・アンド・スペースのパターンの平面図である。
【符号の説明】
１，２，３，４，５，６，７，８，１７，２０，２２開口部、９電子ビーム、１０ステンシルマスク、１１マスク散乱電子、１２制限アパチャ、１３対物レンズ、１４投影レンズ、１５ウェハ、１６パターン、１８，２１，２３未開口部、１９一端。

Claims

電子ビーム投影露光装置用のデータ作成方法において、
階層化されたマスクのパターンデータを展開して、該パターンデータに重なりを有するセルが含まれる階層についてのみフラットなデータを作成する工程と、
前記フラットなデータについて前記パターンの輪郭線を抽出する輪郭化処理を行う工程と、
前記フラットなデータから同一の形状のポリゴンを有するセルを抽出して階層化する工程と、
複数回参照されないポリゴンについてもセルとして抽出して階層化する工程とを含み、
前記セルは、前記マスク上で近接した位置にあるポリゴンからなることを特徴とする電子ビーム投影露光装置用のデータ作成方法。
前記ポリゴンは１種類である請求項１に記載の電子ビーム露光装置用のデータ作成方法。
前記ポリゴンは２種類以上である請求項１に記載の電子ビーム露光装置用のデータ作成方法。
前記抽出したセルを複数の相補マスクに分割する工程をさらに含む請求項１〜３に記載の電子ビーム投影露光装置用のデータ作成方法。
前記相補マスクに形成する開口部の面積密度が各相補マスク間で同等であり、前記開口部の面積密度バランスが各相補マスク内で均等になるように、前記抽出したセルを複数の相補マスクに分割する請求項４に記載の電子ビーム投影露光装置用のデータ作成方法。
前記抽出したセルを複数の相補マスクに分割する工程は、前記セルがアレイ構造を形成している場合に隣接するセルを異なる相補マスクに振り分ける工程である請求項５に記載の電子ビーム投影露光装置用のデータ作成方法。
近接効果補正処理を行う工程をさらに含む請求項１〜６に記載の電子ビーム露光装置用のデータ作成方法。