JP4156186B2

JP4156186B2 - 電子ビーム描画装置および描画方法

Info

Publication number: JP4156186B2
Application number: JP2000259478A
Authority: JP
Inventors: 公明安藤; 晴夫依田; 力生冨吉; 雅道川野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-08-29
Filing date: 2000-08-29
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2020-08-29
Also published as: US20060033050A1; JP2002075833A; US20040178366A1; US20020024020A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビームを用いて微細なパターンを描画する電子ビーム描画装置および描画方法に係り、特に斜め図形における斜辺の描画精度向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から電子ビーム描画装置は、描画するためのＬＳＩパターンを描画パターンメモリに格納し、図形分解回路などによって描画可能な微細な矩形パターンに分解して、複数のアパーチャで形成された電子ビームをウエハ上に照射してパターンを描画している。
【０００３】
図１２は従来の矩形アパーチャによる描画方法を示した図である。電子ビーム１０１は、矩形開口１０２を有する第１のアパーチャを通り、第２の矩形開口１０６を有する第２のアパーチャ１０４との切り合い（お互いの開口を通過したビーム）によって、矩形ビーム１１０を成形する。第１のアパーチャを通過したビームは、偏向器１２０によって偏向され第２のアパーチャ上を通過するビームを制限することで可変矩形ビームを生成する。
【０００４】
図１３は、従来の矩形ビーム方式による微細パターン、特に斜辺図形の精度劣化について説明した図である。従来は、図１３の（ａ）に示すように、三角図形７０１を描画する場合、可変の長方形７０２を用いて描画していた。近年描画パターンの微細化が進み、長方形７０２の高さ方向の大きさが大きいため、斜辺部分７０３が階段状になり、エッジラフネスが生じ、描画精度を劣化させてしまうという問題があった。図１３の（ｃ）に示すように、細い長方形のビーム７１３は、アパーチャ７１１とアパーチャ７１２の切りあいによって生成している。パターンの微細化が進むにしたがって、第１アパーチャ７１１と第２アパーチャ７１２との位置関係は高精度に調整する必要があり、調整で合わせ込むことは非常に難しくなってきている。図１３の（ｄ）に示すように、どちらかのアパーチャが微小に回転、例えばアパーチャ7１２が反時計方向に回転している場合においては、成形された長方形ビームは、７１４に示すようにくさび状になり、図１３の（ｅ）に示すように斜辺部分に精度不良を生じる原因となっていた。
【０００５】
電子ビームで矩形（可変形状矩形）を形成する方法として、図１２に示すように上段アパーチャーを通過した矩形ビームをＷ（幅）／Ｈ（高さ）の偏向器で偏向し、矩形ビームの一部が下段のアパーチャを通過するように制御して、矩形を形成する方法がある。
【０００６】
三角形や台形などの斜め部分や斜め配線パターンなどの描画については、図１３の（ａ）、（ｂ）に示すように上記矩形ビームを用い、細かい（細長い）ビームを形成し描画している。また、三角形のアパーチャを用いて、三角形をつなぎ合わせて描画する方法もある。
【０００７】
また、特開平１１−２３８６６０号公報に記載のように、複雑な複数のアパーチャを用意して、三角図形や斜めを含む複雑な図形を描画する方法もある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
斜め図形を描画する第１の方法、すなわち前記従来技術で述べたように細長い矩形（長方形）を用いる方法である。この方法によると例えば、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、長方形の高さを大きくすると斜め図形のエッジ部分が階段状になてしまう問題があった。また、長方形の高さを同図（ｃ）のように小さくする方法があるが、第１のアパーチャと第２のアパーチャが偏向軸に対して回転変位している場合に、図１３（ｄ）示すように矩形が台形に近い形になってしまい、これをもって描画すると図１３の（ｅ）に示したように描画精度を劣化させたり、高さが小さすぎる場合には電子ビームが解像しない、などの問題があった。さらに、極めて薄い（高さが小さい）長方形ビームによって描画すると、図形枚数が増加し、スループットが低下するという問題もあった。
【０００９】
斜め図形を描画する第２の方法には、前記従来技術の三角アパーチャを用いる方法がある。これによると、三角形のアパーチャを用いて描画するので、上記第１の方法に比べて図形数はそれほど大きくならないが、４５度のコーナ部分に図形の接続点となるため、微細なパターンでは各図形の接続部分がオーバ露光になったり、アンダー露光になるなどの不良が発生するという問題があった。
【００１０】
また上記の先行技術、特開平１１−２３８６６０号公報に記載されているような描画方法では、特殊な用途の斜め図形を描画する場合に有効ではあるが、一般的な斜め図形描画への適用は困難である。しかし、従来の描画装置では、斜め部分のエッジラフネスが発生したり、三角の接続不良などによって斜め部分を高精度に描画することが困難であった。
【００１１】
本発明の目的は、これらの課題を解決するために、微細なバターンルールにおいてスループットを低下させることなく、斜め図形を高精度に描画できる電子ビーム描画装置および描画方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、四辺形であって相対向する二辺が平行でコーナーが直角な矩形からなる第１のアパーチャと、四辺形であって相対向する二辺が平行である平行四辺形の第２のアパーチャとを設け、前記第１、第２のアパーチャの組み合わせにより大きさを可変できる平行四辺形の電子ビームを形成して描画することに特徴がある。
【００１３】
四辺形の相対向する二辺が平行でコーナーが直角である四角形の第１のアパーチャと、相対向する二辺が並行な平行四辺形の第２のアパーチャと、前記第２のアパーチャを通過した電子ビームの偏向手段とを具備し、試料面上に所望のパターンを描画することに特徴がある。
【００１４】
また、前記平行四辺形形状の第２のアパーチャは斜め方向の幅が１μｍ以下であり、長さ方向は前記第１のアパーチャとの関係で大きさを可変可能に構成されていること。描画形状の斜辺部分をアパーチャ形状に合わせたあらかじめ定められた幅で切り出すための斜辺部輪郭分解手段を設け、切り出された斜辺部分を前記平行四辺形のアパーチャを用いて描画すること。斜辺部輪郭分解手段によって切り出された図形に対して平行四辺形、三角図形および四角形にそれぞれコードを付加し、前記図形コードに対応したアパーチャ番号発生手段を設け、斜辺部分は可変平行四辺形のアパーチャを、斜辺の内側部分は三角形アパーチャーと四角形アパーチャを用いて描画することに特徴がある。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明による平行四辺形アパーチャを用いた電子ビーム描画装置におけるビーム形成の一例を示す図である。電子ビーム１０１は、四角形（相対向する辺が平行で各コーナ角が直角である四角形で矩形を含む）開口２を有する第１アパーチャ１を通過したビーム２ａは、さらに、Ｘ軸に平行な２辺を有する平行四辺形開口４を有する第２アパーチャ３を通過し、平行四辺形形状のビーム５を生成する。このように第１、第２のアパーチャの組み合わせにより、所望の、この場合は平行四辺形のビームを形成する。
【００１６】
図２は、第１アパーチャ１および第２アパーチャ３を上から見た場合の、可変平行四辺形ビームの生成方法を示す図である。前記四角形開口を通過した四角形ビーム２ａは、平行四辺形開口４上に偏向器によって偏向照射され、平行四辺形ビーム５を成形する。偏向器によって四角形ビーム２ａを矢印２１方向に制御することによって、高さ方向ｈを可変にすることができる平行四辺形ビーム５を形成する。
【００１７】
図３について説明する。図３の（ａ）は、平行四辺形アパーチャを示す図であり、４種類の平行四辺形形状の開口と、四角形（含む矩形）アパーチャとから構成される。平行四辺形開口は、Ｘ軸に平行な２辺をもち互いに傾き方向が反対である平行四辺形４および４２と、Ｙ軸に平行な２辺をもち互いに傾き方向が反対である平行四辺形４１および４３とが形成される。また中央部分には、ＸＹ軸に平行な四角形（矩形）開口４０から構成する場合の例を示している。このように第１アパーチャで形成された四角形（矩形）ビーム２ａをそれぞれ図中に示す矢印方向に変化させることによって、平行四辺形ビーム５の可変形成を行なうことができる。
【００１８】
図３の（ｂ）は、平行四辺形アパーチャの別の実施例を示す図である。４種類の平行四辺形アパーチャ４５、４６、４７、４８、を用いて、図に示すように斜めの台形形状のビームを形成することができる。
【００１９】
図４は、可変三角ビームを成形するための三角アパーチャ（第２アパーチャ）とそれによって形成される三角ビームを示す図である。三角アパーチャは、それぞれ傾きの異なる４種類の三角開口４０１、４０２、４０３、４０４から構成され、偏向器によって、第１アパーチャ像、すなわち第１アパーチャを通過したビーム２ａの照射位置を、図中矢印方向に制御することによって、可変三角ビームを形成することができる（図４の中央部は四角ビーム形成）。
【００２０】
図５は本発明の制御装置の構成を示す図である。電子ビーム描画装置は、コントローラ５０１によって全体が制御され、描画データは、描画パターンデータ発生回路５０２に送信され、電子ビーム描画装置本体５１０（電子ビーム鏡体ともいう）を制御して、ウエハ５４０を搭載したステージ５５０は、ステージ制御回路５０８によってコントロールされる。描画データは、描画パターンデータ発生回路５０２で、台形を基本型とするパターンデータに変換され、斜辺分解回路５０３によって、台形の斜辺部分について、一定幅の輪郭部分と、輪郭斜辺を除く内側の図形とに分解される。さらに、内側の図形に斜辺部分を持つ場合には、描画可能な大きさの三角図形と矩形とに分解される。斜辺分解された各図形は、アパーチャ番号発生回路５０４によって、図形の形状毎に図形コード（信号５６２）が付加されて、アパーチャ制御回路５０５を経由して、アパーチャ５６０を制御して、所望の形状のビームを選択形成する。アパーチャ５６０は、図１から図４に示した第1のアパーチャ１、第2のアパーチャ３から成る二つのアパーチャと第２のアパーチャ上の、所定の開口部（２ａ）に電子ビームを照射するための機構（電子ビーム偏向器）をまとめて表わしたものである。アパーチャ５６０はアパーチャ制御回路５０５で生成されたアパーチャ選択信号（電子ビーム偏向信号）５６１によって、所定の形状（平行四辺形や三角形）の電子ビームを生成しウエハ上に照射する。
【００２１】
一方、所定の図形形状をしたビームを位置決めする偏向データ、および電子ビームをオンオフする露光時間制御信号は、描画制御回路５０６で生成され、偏向制御回路５０７をとおり、偏向信号５３１、ビームオンオフ信号５２１により、それぞれ偏向器５３０、ブランキング電極５２０をコントロールしウエハ上に電子ビームを照射する。
【００２２】
図６に、図形形状と図形コードの一例を示す。アパーチャ番号発生回路５０４によって、切り出された平行四辺形や三角形、矩形に対して、図６に示す図形コードを発生し、アパーチャの選択を行なう。具体的には、図形コードとして、矩形をＡ−０とし、４種類の平行四辺形をＢ−１、Ｂ−２、Ｂ−３、Ｂ−４、４種類の三角形をＣ−１，Ｃ−２、Ｃ−３，Ｃ−４としている。
【００２３】
図７の（ａ）、（ｂ）に本発明の並行四辺形アパーチャを用いた図形描画の一実施例を示す。図７の（ａ）は、細い平行四辺形７０を描画した例であり、高さ方向に寸法が可変となる平行四辺形ビーム６２０、６２１によって描画を行なう例である。また、図７の（ｂ）は、台形７２の斜辺部の輪郭部分を切り出し、輪郭部分については平行四辺形ビーム６３０、６３１によって描画を行なった例である。このようにすることによって外郭部分のびょうが精度が向上する。
【００２４】
一方、斜辺の内側部分については、図８の（ｄ）〜（ｆ）のように、三角ビーム６３２、６３３と四角形ビーム６３４、６３５を用いて描画を行なう。このような方法で描画を行なうことによって、平行四辺形６３０と三角形６３２、四角形（矩形）６３４の接続部分において多少精度が悪くても、図形の端辺ではないため、従来方法のようにアンダー露光、オーバー露光による精度の劣化は発生しない。
【００２５】
本発明と比較のために、従来方式による斜辺を含む図形の描画例を以下に示す。
【００２６】
図８の（ａ）〜（ｆ）は、従来方式による斜辺を含む図形の描画例を示す図である。図８の（ａ）〜（ｃ）は、高さが小さい（１μｍ以下）平行四辺形６０２により描画する場合の一例である。描画するべき平行四辺形６０１は、（ｂ）または（ｃ）の方法で描画される。（ｂ）は斜辺部分を、０．１μｍ以下の高さの極細い長方形（矩形）ビーム６０２を用いて描画する方法である。（ｃ）の方法は、三角形ビーム６０３、６０４、を用いて描画する。また、図形の寸法によっては、三角ビーム６０３、６０４および矩形ビーム６０５を用いて描画を行なう。図８の（ｄ）〜（ｆ）は、台形を描画する場合の一例を示す図である。台形６１１を描画する場合で、（ｅ）、（ｆ）の2種類の方法がある。（ｅ）の方法は、極めて細い矩形ビーム６０２を用いて斜辺部分を描画し、斜辺の内側部分は、可変矩形６０５を用いて描画を行なう。（ｆ）の方法は、斜辺部分について三角形アパーチャによる三角ビーム６０３を用いて描画し、斜辺の内側部分は、可変矩形６０５を用いて描画を行なう。図８の（ｂ）あるいは（ｃ）の場合はどうしても輪郭部分の精度がでない。また、図８の（ｅ）あるいは（ｆ）も同じである。
【００２７】
次に輪郭部分の描画精度について図９（ａ）〜（ｄ）により説明する。図９の（ｂ）の方法を拡大して（ａ）に示したが、下側三角図形８０１と上側三角図形８０２の鋭角コーナーＡおよびＣと、右側四角図形８０３のコーナーＢが一点で接続されるため、それぞれのアパーチャによって成形されたビームの接続精度を極めて高精度に合わせ込む必要があり、特に微細パターンにおいて、精度を確保することは困難である。この３点（Ａ，Ｂ，Ｃ）が外郭部分で接続されるために、外郭部の描画精度が悪くなる。また図９の（ｃ），（ｄ）は各々のアパーチャによる図形の接続精度に問題がある場合の描画結果の一例であり、各図形の接続部分が重なると（ｃ）に示すように、接続点８１０がオーバードーズ（オーバー露光）になり、斜辺部に突起ができる。また、図形の接続点が離れると（ｄ）のように、接続点８２０のようにアンダードーズ（アンダー露光）となり、斜辺部分に窪みができてしまう。図９の（Ｃ）、（ｄ）についても問題点は同じである。アンダー露光、オーバ露光が外郭部に現れることが問題になる。
【００２８】
図１０の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ本発明による別の実施例である。
【００２９】
これらの実施例は、斜辺部分は平行四辺形を用いて描画を行ない、内側の図形について三角図形を用いず、矩形を用いているところに特徴がある。図１０の（ａ）は、台形を描画する場合の実施例であり、２種類の平行四辺形９０１、９０２を用いて斜辺部分を描画し、内側については、長方形（矩形）９０５を用いて描画する。図９の（ｂ）は、二等辺三角形を描画する場合の実施例であり、可変高さの平行四辺形９０１、９０２、９０３、９０４で斜辺を描画し、内側を矩形９０５で描画する。そして、三角形の頂点部分については、細かい矩形９０６を用いて描画する。また、図９の（ｃ）は、平行四辺形の描画方法の一例であり、平行四辺形ビーム９１１と矩形ビーム６０７とを用いて描画する。このように描画することによって輪郭部分の描画精度をあげることができる。
【００３０】
図１１は、図１０の描画方法について補足説明を行なう図である。平行四辺形９０１と四角形（矩形）９０５との接続部分において、Ａ点は離れている（隙間が生じている）状態となっており、Ｂ点は重なっている状態となっている。通常このような状態においては、アンダー露光、オーバー露光となり精度不良となる。しかし、アンダー露光部分（Ａ点）については、ビーム形状９０１、９０５の大きさを最適に選ぶことによって、電子ビーム露光における近接効果などの影響によって、Ａ点は実際の描画位置９５１、９５５より大きく露光（９５０）され、隙間は殆どなくなる。また、Ｂ点については、実際の描画位置９６１、９６５が重なりオーバー露光となり、９６０に示すように多少突起部分が生じる。しかし、このようなアンダー露光部分、オーバー露光部分は、描画図形の内側部分であるため、輪郭描画精度の劣化にはつながらない。特に、本発明方式のように、輪郭部分を切り出して描画する方法においては、輪郭の内側における上記現象は、全く問題にならない。
【００３１】
図１０、図１１に示す描画方法を用いることによって、斜辺部分を従来のように極めて細い長方形を用いることなく描画できるため、スループットが向上する。さらに、三角ビームを使用する必要もなくなるため、アパーチャが簡単になるなどの利点もある。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、微細な斜めパターンを、斜め平行四辺形アパーチャと三角アパーチャを用いて描画するため、スループットを低下させることなく、図形の外郭部に対して高精度に描画することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による平行四辺形アパーチャによるビーム成形の一例を示す図である。
【図２】可変平行四辺形ビームの生成方法を示す図である。
【図３】平行四辺形アパーチャの実施例を示す図である。
【図４】可変三角ビームを成形するための三角アパーチャを示す図である。
【図５】本発明の制御装置の構成を示す図である。
【図６】図形形状と図形コードの一例を示す図である。
【図７】本発明の並行四辺形アパーチャを用いた図形描画の一実施例を示す図である。
【図８】本発明と比較する従来方式による斜辺を含む図形の描画例を示す図である。
【図９】描画不良の一例を示す図である。
【図１０】本発明による描画方法の別の実施例を示す図である。
【図１１】本発明描画方法の補足説明図である。
【図１２】従来の矩形アパーチャによる描画方法を示す図である。
【図１３】従来の矩形ビーム方式における問題点を説明する図である。
【符号の説明】
１…第１アパーチャ、２、４０…矩形開口、３…第２アパーチャ、４、４１、４２、４３…平行四辺形開口、５…平行四辺形ビーム、１０１…電子ビーム、４５、４６、４７、４８…平行四辺形アパーチャ４０１〜４０４…三角開口アパーチャ、５０１…コントローラ、５０２…描画パターンデータ発生回路、５０３…斜辺分解回路、５０４…アパーチャ番号発生回路、５０５…アパーチャ制御回路、５０６…描画制御回路、５０７…偏向制御回路、５０８…ステージ制御回路、５１０…電子ビーム描画装置本体、５３０…偏向器、５４０…ウエハ、５５０…ステージ、５６２…図形コード、５６０…アパーチャ、５６１…アパーチャ選択信号、６０１…平行四辺形、６０２、６０５…矩形ビーム、６０３、６０４…三角ビーム６２０、６２１、６３０、６３１…平行四辺形ビーム、６３２、６３３…三角ビーム６３４、６３５…矩形ビーム、９０１〜９０４、９１１…平行四辺形ビーム、９０５〜９０７…矩形ビーム、１０３…第１アパーチャ、１０４…第2アパーチャ、１２０…偏向器、７０１…三角形パターン、７０２…長方形（矩形）ビーム、７１１…第１アパーチャ、７１２…第2アパーチャ、７１３…長方形ビーム、７１４…斜辺部描画事例。

Claims

複数のアパーチャを用いて形成された電子ビームを試料面上に照射して、所望のパターンを描画する電子ビーム描画装置において、四辺形の相対向する二辺が平行でコーナーが直角である四角形の第１のアパーチャと、相対向する二辺が並行な平行四辺形の第２のアパーチャと、電子ビームの偏向手段とを具備し、描画形状の斜辺部分をアパーチャ形状に合わせたあらかじめ定められた幅で切り出すための斜辺部輪郭分解手段を設け、切り出された斜辺部分を前記平行四辺形のアパーチャを用いて描画することを特徴とする電子ビーム描画装置。
前記請求項１において、前記平行四辺形形状の第２のアパーチャは斜め方向の幅が１μｍ以下であり、長さ方向は前記第１のアパーチャとの関係で大きさを可変可能に構成されていることを特徴とする電子ビーム描画装置。
請求項１または２において、斜辺部輪郭分解手段によって切り出された図形に対して平行四辺形、三角図形および四角形にそれぞれコードを付加し、前記図形コードに対応したアパーチャ番号発生手段を設け、斜辺部分は可変平行四辺形のアパーチャを、斜辺の内側部分は三角形アパーチャと四角形アパーチャを用いて描画することを特徴とする電子ビーム描画装置。
複数のアパーチャをいて形成された電子ビームを試料面上に照射して、所望のパターンを描画する電子ビーム描画方法において、四辺形の相対向する二辺が平行でコーナーが直角である四角形の第１のアパーチャにより矩形電子ビームを形成し、第１のアパーチャによって形成された矩形電子ビームを偏向手段によって偏向し、該偏向された矩形電子ビームを、相対向する二辺が並行な平行四辺形の第２のアパーチャを通過させて可変平行四辺形電子ビームを形成し、第２のアパーチャを通過した可変平行四辺形電子ビームを電子ビーム描画形状の斜辺部分に応じて偏向し、試料面上に所望のパターンを描画し、斜辺部輪郭部を分解し、分解により切り出された図形に対して平行四辺形、三角図形および四角形にそれぞれコードを付加し、前記図形コードに対応したアパーチャ番号を付し、斜辺部分は可変平行四辺形のアパーチャを、斜辺の内側部分は三角形アパーチャと四角形アパーチャを選択して描画することを特徴とする電子ビーム描画方法。