JP4398342B2 - 荷電ビーム描画装置及び描画方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＳＩ等のパターンをマスクやウェーハ等の試料上に描画するための荷電ビーム描画技術に係わり、特に可変成形ビーム方式の荷電ビーム描画装置及び描画方法に関する。

近年、ＬＳＩパターンは益々微細かつ複雑になってきている。これに伴いマスク上のパターンに要求される精度も厳しくなっており、解像性の高いマスク作製用の電子ビーム描画装置が必要となっている。電子ビーム描画装置の高解像性を実現するには、ビームの加速電圧を上げること、ビームの電流密度を上げることが有効である。

一方、電子ビーム描画装置の高加速電圧化と高電流密度化は、レジストヒーティングという現象を引き起こす。レジストヒーティングとは、電子ビームによってレジストに輸送されるエネルギーからレジストの感光に必要なエネルギーを差し引いたエネルギーが熱として蓄積され、局所的な感度変化をもたらす現象である。マスクの材料が熱伝導率の悪いガラスであることもこの現象を増幅する要因となっている。

レジストヒーティングによる感度変化は、寸法変化として観測される。図６にこれを示す。図６（ａ）はサブフィールド６０の内部に描画されたラインアンドスペースである。描画順序はＸ方向が左から右へ、Ｙ方向が下から上へとなっている。サブフィールド６０内の寸法を２次元的に測定した結果が図６（ｂ）である。描画が時間的に後になるほど、それよりも前に描画された部分の熱が影響するので、手前よりも奥に行くほど寸法が太くなっていることが判る。

この感度変化を低減する第１の従来技術として、レジストの感光に必要な照射量を複数に分割し、各々の照射量でパターンを重ねうちする多重描画技術がある。しかしながら、多重描画を実施したとしても、寸法変化量の低減は十分とは言えず、高精度化の要求から寸法変化量を更に小さくする必要が生じている。

第２の従来技術として、描画時の最大ショットサイズを制限する方法がある。図７は、サブフィールド内部のラインアンドスペースの描画面積率をパラメータとした、可変成形ビーム７３のショットサイズ（Ｓｘ＝Ｓｙ）とサブフィールド内寸法変動の関係を表したグラフである。７０は描画面積率２５％、７１は描画面積率５０％、７２は描画面積率７０％の場合である。描画面積率、ショットサイズとも、各々が大きくなるほど、寸法変動量が増加しているのがわかる。この例では、寸法変動を最も小さくするには、最大ショットサイズを０．２５［μｍ］に制限すれば良いことになる。

しかしながら、最大ショットサイズの制限は、高精度なマスクの製作には有利だが、生産性、即ちスループットの低下を招く。

第３の従来技術として、偏向アンプなどのセトリング時間を延長する方法がある。セトリング時間とは、アンプなどの電気回路が安定するまでに要する時間のことで、描画という観点から眺めると、ショットとショットの間の時間に相当する。ショット間の時間問隔が長ければ、即ちセトリング時間が長ければ、レジストで発生した熱が拡散してしまい、レジストヒーティングに起因する寸法変動量を小さくすることができる。従って、精度を維持したままショットサイズの制限を緩和することが可能になる。

ところが、この方法は全てのショットに対して、同じセトリング時間が設定されるので、無駄な時間が生じてしまう。図８のような斜線近似を含むパターンが典型である。この図で８０はセトリング時間ｔ₀ でレジストヒーティングを最小に抑える最大サイズのショット、８１はレジストヒーティングを無視できるサイズのショットである。８０のショット数は８個、８１のショット数は２２個である。一律にセトリング時間が課せられる場合、このパターンの描画時間は、Ｔをこのパターンの電子ビーム照射時間として、
Ｔ＋（８＋２２）×ｔ₀ …（１）
である。しかし、８１のショットはセトリング時間ｔ₀ ではレジストヒーティングが無視できるのだから、（１）式の第３項は無駄時問が含まれることになる。

第４の従来技術として、ショットサイズに応じてセトリングタイムを変える方法がある（例えば、特許文献１参照）。図９（ａ）にショット指示タイミング信号とセトリング時間との関係を示す。ショット指示が時刻ｔ₀ でやってきても、信号が安定するまで実際にはショットできない。信号の安定後、時刻ｔ₂ でショットしたとすると、ｔ₂ −ｔ₀ がセトリング時間である。この図によると、時刻ｔ₁ よりも速くショットできないので、セトリングタイムの設定には下限（ｔ₁ −ｔ₀ ）があることが分かる。よって、図９（ｂ）に示したように、ショットサイズがＳ₀ より小さい場合は、セトリング時間が一定になってしまう。つまり、スループットが頭打ちになってしまう。
特開２００１−１８９２６２

このように、従来より種々の描画方法或いは描画装置が提案されて、その欠点も明らかになったが、描画精度の更なる高精度化、スループットの向上に対して、未だ有効なものがない。

即ち、第１の従来技術は、多重描画を適用してレジストヒーティングによる寸法変動の低減を図ったが、マスク精度の高精度化の要求に伴い、更に寸法変動を抑える必要が生じてきた。第２の従来技術は、レジストヒーティングに起因した寸法変動を所望の精度に抑えるよう最大ショットサイズを制限するために、生産性、即ちスループットの低下を招くという問題があった。第３の従来技術は、アンプ等のセトリング時間、換言すればショットとショットの時間間隔を延長して精度向上と高スループットの両立を図ったが、微小なショットを多数含むパターンで無駄時間が増加してしまうという問題があった。第４の従来技術は、セトリング時間を可変にしても下限が存在し、それがスループットを律速するという問題があった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、高精度と高スループットを維持してレジストヒーティングに起因する寸法変動を無駄なく効率的に抑えることのできる荷電ビーム描画装置及び描画方法を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。

即ち、本発明の一態様に係わる荷電ビーム描画装置は、荷電ビーム源から放出された荷電ビームの形状及び寸法を制御して可変成形ビームを成形するビーム成形手段と、試料上のレジストに描画すべきパターンを前記ビーム成形手段で成形可能な複数のショット図形に分割する手段と、前記各ショット図形の面積を検出する手段と、前記検出される前記各ショット図形の面積が前記レジスト及び基板の種類に応じて予め定められた最大面積に近づくように前記各ショット図形を再構築する手段と、を具備してなることを特徴とする。

また、本発明の別の一態様に係わる荷電ビーム描画装置は、荷電ビーム源から放出された荷電ビームの形状及び寸法を制御して可変成形ビームを成形するビーム成形手段と、試料上に描画すべきパターンを前記ビーム成形手段で成形可能な複数のショット図形に分割する手段と、前記各ショット図形の面積を検出する手段と、前記検出される前記各ショット図形の面積が、前記レジスト及び基板の種類に応じて予め定められ、１つのショット図形を描画するためにビーム照射した後に次のショット図形を描画するためにビーム照射するまでのセトリング時間で決まるレジストヒーティングによる寸法変動が無視できる最大面積に近づくように、前記各ショット図形を再構築する手段と、を具備してなることを特徴とする。

本発明によれば、試料上に描画すべきパターンを分割して得られるショット図形の面積を検出し、この面積に応じてショット図形を再構築することにより、ショット図形の面積を、レジストヒーティングによる寸法変動が無視できる最大値に近づけることができる。このため、高い描画精度及び高スループットを維持して、レジストヒーティングに起因した寸法変動を効率的に抑えることができる。

以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる可変成形ビーム方式の電子ビーム描画装置の概略構成を示す模式図である。

図中１は試料室を示しており、この試料室１内にはマスク基板などの試料２を載置したステージ３が収容されている。このステージ３は、制御計算機２０からの指令の下に、ステージ駆動回路４によりＸ方向（紙面左右方向）及びＹ方向（紙面表裏方向）に駆動される。そして、ステージ３の移動位置は、レーザ測長計などを用いた位置検出回路５により測定され、その測定情報が制御計算機２０に入力されるようになっている。

試料室１の上方には、電子ビーム光学系１０が設置されている。この電子ビーム光学系１０は、電子銃６、各種レンズ７，８，９，１１，１２、ブランキング用偏向器１３、ビーム寸法可変用偏向器１４、ビーム走査用主偏向器１５、ビーム走査用副偏向器１６、及び２個のビーム成形用アパーチャ１７，１８などから構成されている。

そして、主偏向器１５により試料２上の所定の副偏向領域（サブフィールド）に位置決めし、副偏向器１６によりサブフィールド内で図形描画位置の位置決めを行うと共に、ビーム寸法可変用偏向器１４及びビーム成形用アパーチャ１７，１８によりビーム形状を制御し、ステージ３を一方向に連続移動させながらサブフィールドを描画処理する。このようにして、１つのサブフィールドの描画が終了したら次のサブフィールドの描画に移る。さらに、複数のサブフィールドの集合であるフレームの描画が終了したら、ステージ３を連続移動方向と直交する方向にステップ移動させ、上記処理を繰り返して各フレーム領域を順次描画するようになっている。

ここで、フレームとは主偏向器１５の偏向幅で決まる短冊状の描画領域であり、サブフィールドとは副偏向器１６の偏向幅で決まる単位描画領域である。

一方、制御計算機２０は、記憶媒体である磁気ディスク２１に記録されたマスクの描画データを読み出し、この読み出した描画データは、フレーム領域毎にパターンメモリ２２に一時的に格納される。

このパターンメモリ２２に格納されたフレーム領域毎の描画データ、つまり描画位置及び描画図形データなどで構成されるフレーム情報は、データ解析部であるパターンデータデコーダ２３及び描画データデコーダ２４を介して面積認識部３０，主偏向器ドライバ２７及び副偏向器ドライバ２８に送られる。

パターンデータデコーダ２３では、上記描画データに基づいて所望とするビーム形状データ（ショット図形）が作成され、このビーム形状データが面積認識部３０に送られる。即ち、上記描画データに基づいて、所望とするビーム形状データが作成され、このビーム形状データが面積認識部３０に送られる。

面積認識部３０は、上記ビーム形状データから面積を算出し、この情報は描画データ修正部３１に送られる。なお、本実施形態では、面積認識部３０と描画データ修正部３１を別々にしているが、一体化しても良い。描画データ修正部３１では、制御計算機２０から転送された、レジスト及び基板の種類に応じた最大面精情報を基に、ビーム形状がこの最大面積を超えないよう描画データを再構築する。そして、これらの修正データは制御計算機２０によって制御されている偏向制御部３２へ送られ、図形データの描画タイミングをはかりながら、ブランキング回路２５、ビーム成形器ドライバ２６、主偏向器ドライバ２７、副偏向器ドライバ２８の何れかにセットされる。

ビーム成形器ドライバ２６では、電子ビーム光学系１０のビーム寸法可変用偏向器１４に所定の偏向信号が印加され、これにより電子ビームの寸法が制御される。

描画データデコーダ２４では、上記描画データに基づいてサブフィールド位置決めデータが作成され、このサブフィールド位置決めデータが主偏向器ドライバ２７に送られる。そして、主偏向器ドライバ２７から電子ビーム光学系１０の主偏向器１５の所定の偏向信号が印加され、これにより電子ビームは指定のサブフィールド位置に偏向走査される。

さらに、描画データデコーダ２４では、上記描画データに基づいて副偏向器走査のコントロール信号を生成し、このコントロール信号が副偏向器ドライバ２８に送られる。そして、副偏向器ドライバ２８から副偏向器１６に所定の副偏向信号が印加され、これによりサブフィールド内部の描画が行われる。

図２は、本実施形態の特徴となる、パターンデータデコーダ２３からの偏向制御部３２への描画データの流れをフローチャートで示したものである。

まず、パターンデータデコーダ２３から順次ショット位置データ（Ｘ，Ｙ）及びサイズデータ（Ｌｘ，Ｌｙ）が面積認識部３０に読み込まれる（ステップＳ１）。続いて、それぞれのショットの面積（Ｌｘ×Ｌｙ）を算出し（ステップＳ２）、隣接するショットの面積を加算する（ステップＳ３）。

次いで、加算された面積が、予め登録されている許容面積（レジストヒーティングに起因する寸法変動が無視できる面積）以下であるか否かが判定される（ステップＳ４）。加算された面積が許容面積以下であれば、これらのショットをマージし（ステップＳ５）、ショット位置データとサイズデータを書き換える（ステップＳ６）。一方、加算された面積が許容面積より大きければ、データはもとのままで、偏向制御部へ送られる。

このように本実施形態によれば、面積認識部３０及び描画データ修正部３１により図形データの面積を算出し、レジスト及び基板情報に基づいて決められた最大面積を持つよう描画データが再構築されるので、同じセトリング時間を設定しても、パターンによって無駄時間が増加してしまうことはない。従って、精度及びスループットを低下させることなく、レジストヒーティングに起因した寸法変動を抑え込むことが可能となる。この効果は特に、ビームの加速電圧が高く（例えば２０ｋｅＶ以上）、ビーム電流密度の大きい解像性の高いマスク用の電子ビーム描画装置に有効である。

（第２の実施形態）
本実施形態における電子ビーム描画方法の特徴は、描画すべき可変成形ビームの最大面積を、レジスト及び基板の種類に応じて予め実験的に求められた相関関係が登録してあるテーブルを参照して決定することにある。

図３は、可変成形ビームの面積とレジスト及び基板の種類が描画精度とどのような関係にあるかを調べるためのテストパターンである。本実施形態では、ラインの幅（Ｌｗ）とスペースの幅（Ｓｗ）を共に２．０［μｍ］に固定している。即ち、描画面積率は５０％である。そして、あるレジストについて、ラインの内部をＳｘ＝Ｓｙ＝０．２５［μｍ］，０．５［μｍ］，１．０［μｍ］，２．０［μｍ］の４種類のサイズで各々描画している。なお、図中の３５はサブフィールド、３６はショット図形である。

図４は、上記パターンのサブフィールド３５内部における寸法変動のレンジを、ショット３６の面積（Ｓｘ×Ｓｙ）に対してプロットしたグラフである。パラメータはレジストの種類で、４０はレジストＡ、４１はレジストＢ、４２はレジストＣである。このグラフによると、サブフィールド内の寸法変動を２．５［ｎｍ］以下に抑える可変成形ビームの最大面積は、レジストＡでは４．０［μｍ² ］、レジストＢでは１．４［μｍ² ］、レジストＣでは０．４［μｍ² ］となる。これらの値を図１における制御計算機２０のメモリ部にデータとして登録しておけば、レジストの種類に応じた最適な最大ビーム面積が選定可能である。

前記図８のパターンでその効果を比較する。図８のパターンは、上端及び下端の４つの正方形ビーム８１が、最大のビームサイズＳｘ及びＳｙ（Ｓｘ＝Ｓｙ）で描画される。しかし、パターンの中ほどの斜め線は矩形近似による凹凸を小さくするため、Ｓｙが半分になっている。Ｓｘに関しては、Ｘ方向の最大ビームサイズの制限によりこれ以上大きくできない。従って、従来はこのパターンの描画に３０個のビームを打たねばならなかった。

一方、本実施形態によれば、ビーム面積でビームの縦と横のサイズを規定できるので、図５のように描画することができる。即ち、ビーム５２の面積は（２Ｓｘ）×（Ｓｙ／２）＝Ｓｘ×Ｓｙでビーム５０（図８ではビーム８０）と面積を同じにすることができる。その結果、描画精度を損なうことなく少ないビームで描画が完了している。この例では、ビーム数は３０から１９に減り、正味３７％のスループットが向上したことになる。

さらに、ビームの面精が変化すると、クーロン反発力に起因する電子ビームのぼけが変化して描画精度を劣化させるが、本実施形態ではビーム面積を可能な限り一定に保つので、この効果を最小限に抑えられる利点もある。

（変形例）
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。描画装置の構成は前記図１に何ら限定されるものではなく、仕様に応じて適宜変更可能である。要は、可変成形ビームを作製してショット描画する方式であればよい。また、実施形態では、電子ビームによる描画方法を例にとり説明したが、電子ビームに限らずイオンビームによる描画方法にも本発明は適用できる。さらに、マスクの描画に限るものではなく、ウェハ上に直接パターンを描画する方式にも本発明は適用できる。

その他、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、種々に変形して実施することができる。

第１の実施形態に係わる可変成形ビーム方式の電子ビーム描画装置を示す概略構成図。 パターンデータデコーダから偏向制御部への描画データの流れを示すフローチャート。 第２の実施形態を説明するためのもので、ビームの面積と描画精度の関係を調べるためのテストパターンを示す模式図。 レジストの種類をパラメータにした、ビーム面積とサブフィールド内寸法変動の関係を示す模式図。 第２の実施形態によるショット分割の例を示す模式図。 レジストヒーティングに起因する寸法変動を示す模式図。 描画面積率をパラメータとしたショットサイズと寸法変動の関係を示す模式図。 第３の従来技術によるショット分割の例を示す模式図。 第４の従来技術の問題点を説明するためのもので、ショットサイズと寸法変動との関係を示す特性図。

符号の説明

１…試料室
２…試料
３…ステージ
４…ステージ駆動回路
５…位置検出回路
６…電子銃
７，８，９，１１，１２…各種レンズ
１０…電子ビーム光学系
１３…ブランキング用偏向器
１４…ビーム寸法可変用偏向器
１５…ビーム走査用主偏向器
１６…ビーム走査用副偏向器
１７，１８…ビーム成形用アパーチャ
２０…制御計算機
２１…磁気ディスク
２２…パターンメモリ
２３…パターンデータデコーダ
２４…描画データデコーダ
２５…ブランキング回路
２６…ビーム成形器ドライバ
２７…主偏向器ドライバ
２８…副偏向器ドライバ
３０…面積認識部
３１…描画データ修正部
３２…偏向制御部
３５…サブフィールド
３６…ショット図形
４０…レジストＡ
４１…レジストＢ
４２…レジストＣ
５０…レジストヒーティングを最小に抑える最大サイズのショット
５２…５０と同じ面積を持つショット

Claims (6)

1. 荷電ビーム源から放出された荷電ビームの形状及び寸法を制御して可変成形ビームを成形するビーム成形手段と、
   試料上のレジストに描画すべきパターンを前記ビーム成形手段で成形可能な複数のショット図形に分割する手段と、
   前記各ショット図形の面積を検出する手段と、
   前記検出される前記各ショット図形の面積が前記レジスト及び基板の種類に応じて予め定められた最大面積に近づくように前記各ショット図形を再構築する手段と、
   を具備してなることを特徴とする荷電ビーム描画装置。
2. 荷電ビーム源から放出された荷電ビームの形状及び寸法を制御して可変成形ビームを成形するビーム成形手段と、
   試料上に描画すべきパターンを前記ビーム成形手段で成形可能な複数のショット図形に分割する手段と、
   前記各ショット図形の面積を検出する手段と、
   前記検出される前記各ショット図形の面積が、前記レジスト及び基板の種類に応じて予め定められ、１つのショット図形を描画するためにビーム照射した後に次のショット図形を描画するためにビーム照射するまでのセトリング時間で決まるレジストヒーティングによる寸法変動が無視できる最大面積に近づくように、前記各ショット図形を再構築する手段と、
   を具備してなることを特徴とする荷電ビーム描画装置。
3. 前記各ショット図形の最大面積は、前記レジスト及び試料の種類に応じて予め実験的に求められた相関関係が登録してあるテーブルを参照して決定されることを特徴とする請求項１又は２記載の荷電ビーム描画装置。
4. 前記各ショット図形を再構築する手段として、隣接するショット図形をマージ後の面積が前記最大面積を超えない範囲でマージすることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の荷電ビーム描画装置。
5. 荷電ビーム源から放出された荷電ビームの形状及び寸法を制御して可変成形ビームを成形する工程と、
   試料上のレジストに描画すべきパターンを前記ビーム成形手段で成形可能な複数のショット図形に分割する工程と、
   前記各ショット図形の面積を検出する工程と、
   前記検出される前記各ショット図形の面積が前記レジスト及び基板の種類に応じて予め定められた最大面積に近づくように前記各ショット図形を再構築する工程と、
   を含むことを特徴とする荷電ビーム描画方法。
6. 荷電ビーム源から放出された荷電ビームの形状及び寸法を制御して可変成形ビームを成形する工程と、
   試料上に描画すべきパターンを前記ビーム成形手段で成形可能な複数のショット図形に分割する工程と、
   前記各ショット図形の面積を検出する工程と、
   前記検出される前記各ショット図形の面積が、前記レジスト及び基板の種類に応じて予め定められ、１つのショット図形を描画するためにビーム照射した後に次のショット図形を描画するためにビーム照射するまでのセトリング時間で決まるレジストヒーティングによる寸法変動が無視できる最大面積に近づくように、前記各ショット図形を再構築する工程と、
   を含むことを特徴とする荷電ビーム描画方法。

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