JP4682734B2 - フォトマスクのパターン描画方法 - Google Patents

Description

本発明は、元より実施されている近接効果補正（ＰＥＣ）、フォギング効果補正のいずれにも実質的な影響を与えることなく、フォトマスク面内の位置による寸法バラツキを補正し、さらに、描画を開始してから終了するまでの真空中のＰＥＤ（Post Exposure Delay）によるパターン寸法の変動を補正することができるフォトマスクのパターン描画方法に関する。

近年の半導体集積回路の高集積化に伴い、半導体集積回路の製造に用いるフォトマスクにも、なお一層のパターンの微細化、高精度化が要求されている。
そのために、フォトマスクの製造工程において、電子線描画装置による描画工程においても、描画後のパターンの微細化、高精度化が要求されている。

電子線描画装置による描画工程において下記の問題が発生している。
その一つは、フォトマスク面内の寸法バラツキである。
１枚のフォトマスクの面内でも、面内の位置により寸法のバラツキが発生することがある。傾向をもって発生する寸法バラツキは、１〜２ｎｍ程度であっても、問題となるレベルになっている。

他の一つは、真空中のＰＥＤ（Post Exposure Delay）による寸法の変動である。
ＰＥＤとは、描画してからＰＥＢ（Post Exposure Bake）するまでの時間の遅れのことである。
特に、化学増幅型レジストを使用する場合には、真空中において描画してからＰＥＢするまでの間に寸法が変動してしまう。
その原因としては、化学増幅型レジストは描画により発生する酸を触媒として反応を促進し、レジストが不溶化あるいは可溶化するものであるが、発生した酸がレジスト中で露光領域から非露光領域に拡散することや、雰囲気中に塩基性成分が存在する場合に塩基性成分がレジストに吸着することで酸の活性が損なわれることが原因となる。
真空中のＰＥＤによる寸法変動は、従来は無視されてきたが、描画時間に数十時間かかるような場合には、描画の始めと終わりで数ｎｍ程度変動する可能性がある。

上記フォトマスク面内のパターン寸法の変動バラツキ対応については、電子線の露光量（Dose量）を面内で補正しながら描画する方法があり、例えば、面内の場所によってビームのショット時間を変更して寸法を変化させ、寸法変動と相殺させる方法や、露光後のベークで面内の場所によって温度を変更し、ブランク感度を変化させることで寸法変動と相殺させる方法などが実用化されている。

また、真空中のＰＥＤによる寸法の変動については、特に有効な方法はなかった。強いて挙げるならば、描画時間経過とともに、露光量を補正しながら描画する方法がある。

しかしながら、フォトマスク面内の寸法バラツキを補正するために露光量を変更しながら描画すると、近接効果補正（ＰＥＣ）とフォギング効果補正を加味した露光量が変更されてしまうので、近接効果補正のずれとフォギング効果補正のずれが発生する。

近接効果の具体例として、基板上に塗布したレジスト膜に電子ビームを照射してパターン描画する電子ビーム露光では、当該レジスト膜中での電子散乱、あるいは基板からの後方散乱を繰り返すことによって、電子ビームを照射した位置の周辺部分にも電荷が蓄積さ
れる。
このため、その後の現像処理によって形成されるパターンは、電荷が蓄積した量に対応してパターン形成がなされるので、予期しない位置にパターンが形成されることがある。これらの現象は近接効果と呼ばれ、高精度なパターン形成では阻害要因となっている。

上記近接効果を補正する方法としては次の方法がある。すなわち、規定のパターン像が得られるように、電子ビーム露光時の露光条件として、例えば電子ビーム照射量や加速電圧を制御する方法がある。この場合には、描画データに基づいて電子ビーム露光を行なった場合の近接効果によるパターンの歪みを計算する。
さらにその歪みを補正する計算を行ない、その計算した結果を描画データ中の電子描画露光装置の制御データに加えて、描画データを更新する。その後、更新した描画データを入力した電子ビーム露光装置で露光を行なう。

上記近接効果を補正する別の方法として、光リソグラフィー工程で生じる光近接効果の補正量により決められた電子ビーム描画時の露光量補正データを、マスクパターンデータに付加し、電子ビーム描画の際に、露光量補正データに従って露光量を変化させて電子ビーム露光を行う光近接効果補正マスクの製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

上記フォギング効果の具体例として、露光面積密度が領域により異なる場合、露光面積の異なる領域間で形成されるレジストパターン開口寸法に差が生じてしまうという問題があった。その原因としては、電子ビームが遮光体で反射され、その反射電子がさらに電子ビーム露光装置の対物レンズで反射され、レジストに照射される現象のためである。
これにより、露光面積密度の大きい領域の方は、露光時間に応じた電子反射による露光量分多く露光されるからである。これはフォギング効果と言われている。

上記フォギング効果を補正する方法としては次の方法がある。
現在、フォギング効果を補正するために、描画密度からフォギング効果の影響を受けるエリア及びフォギング効果の影響を受ける量を、あらかじめ計算により算出し、描画時にフォギング効果の影響を受けるパターンの露光量を下げることにより、フォギング効果による寸法変動を補正する方法が利用されている。

マスク面内の場所によって補正をいれる上記補正は、経時的に変化する寸法変化などの時間依存の変動は補正することができない。
また、描画機によっては、面内の場所によって露光量を変える機能がついていない場合がある。
特開２０００−０４７３６５号公報

本発明は上記問題に鑑み考案されたものであり、元より施されている近接効果補正（ＰＥＣ）、フォギング効果補正のいずれにも実質的な影響を与えることなく、フォトマスクの面内の位置によるパターン寸法の変動バラツキを補正し、さらに、描画を開始してから終了するまでの、真空中のＰＥＤによるパターン寸法の変動を補正することを可能ならしめるフォトマスクのパターン描画方法を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するために、電子線によるフォトマスクのパターン描画において、電子ビーム描画装置のショットサイズに対し、フォトマスク面内の各位置に応じたオフセット補正をかけてショットサイズを変更しながら、パターン描画することを特徴とするフォトマスクのパターン描画方法としたものである。

本発明の請求項１に係るフォトマスクのパターンの描画方法によれば、露光量を変更することなく、フォトマスクの面内の位置による寸法のバラツキを補正することができるので、露光量を変更するための複雑な計算や制御が不要であり、しかも、元より施されている近接効果補正（ＰＥＣ）、フォギング効果補正のいずれにも悪影響を与えることなく、フォトマスクの面内の位置によるパターン寸法の変動バラツキを補正することができる。

発明の実施の形態に付き説明する。
図１（ａ）〜（ｃ）は、１μｍのショットサイズに対し１ｎｍ、−１ｎｍのオフセット補正した場合のショットサイズの変化を示す。
図１（ａ）は、オフセット補正なしの１μｍのショットサイズを示す。
図１（ｂ）は、１μｍのショットサイズに対し、−１ｎｍのオフセット補正した場合の０．９９９μｍのショットサイズを示し、ショット間には０．２ｎｍの隙間が空くことになる。
図１（ｃ）は、１μｍのショットサイズに対し、１ｎｍのオフセット補正した場合の１．００１μｍのショットサイズを示し、ショット間には０．１ｎｍのオーバーラップができることになる。
このように、１μｍのショットサイズに対し１ｎｍ、−１ｎｍのオフセット補正した場合ショット間に隙間が空いたり、２重露光になったりするが、１〜２ｎｍ程度のズレで有れば、パターン形状に影響を及ぼすことはない。

図２（ａ）及び（ｂ）は、フォトマスク面内のパターン寸法の変動バラツキの一例を示すもので、図２（ａ）は、フォトマスク面内を３６分割したときのパターン寸法の変動バラツキを模式的に、図２（ｂ）は、フォトマスクの面内を３６分割したときのパターン寸法の変動バラツキをデータでそれぞれ示したもので、このフォトマスク面内のパターン寸法の変動バラツキレンジは２ｎｍである。

図３は、請求項１に係るフォトマスク面内の各位置に応じたオフセット補正の一例を示すもので、ここでは、フォトマスク面内を３×３の９分割して、各位置の１μｍのショットサイズに対して−１ｎｍ、１ｎｍのオフセット補正をかけて得られた各位置のショットサイズの具体例を示す。

図４（ａ）及び（ｂ）は、図２（ａ）及び（ｂ）の面内のパターン寸法の変動バラツキを示すフォトマスクに、図３に示す面内の各位置に応じたオフセット補正をかけてショットサイズを変更してパターン描画して得られたフォトマスク２００の面内のパターン寸法の変動バラツキを示す。
このように、フォトマスク面内の各位置に応じたオフセット補正をかけてショットサイズを変更してパターン描画することにより、オフセット補正をかけないときに面内のパターン寸法の変動バラツキが２ｎｍ有ったものが、０．８ｎｍに改善される。
オフセット補正エリアを細かく分割すれば、さらなる面内のパターン寸法の変動バラツキの改善を図ることができる。

図５は、描画を開始してから終了するまでの真空中のＰＥＤ（Post Exposure Delay）によるパターン寸法変動例に対して、描画開始からの経過時間にしたがって、電子ビーム描画装置のショットサイズに付加するオフセット値を漸次減少しながらオフセット補正した一例を示すものである。
ｙ軸に各描画時間におけるパターン寸法の変動量を、ｘ軸に描画開始からの経過時間をそれぞれ示す。
図５の補正なしのグラフでは、描画開始から２０時間後のパターン寸法の変動量が２．０ｎｍ発生している。
このため、補正ありのグラフでは、１時間ごとにショットサイズを０．１ｎｍづつ小さくするオフセット補正をいれることで、描画終了後のパターン寸法変動量を０．１ｎｍ以内に制御することができ、結果として、パターン描画して得られたフォトマスクの面内のパターン寸法の変動バラツキを抑えることができる。

（ａ）〜（ｃ）は、１μｍのショットサイズに対し１ｎｍ、−１ｎｍのオフセット補正した場合のショットサイズの変化を示す。（ａ）は、オフセット補正なしの１μｍのショットサイズを示す。（ｂ）は、１μｍのショットサイズにたいし、−１ｎｍのオフセット補正した場合の０．９９９μｍのショットサイズを示す。（ｃ）は、１μｍのショットサイズにたいし、１ｎｍのオフセット補正した場合の１．００１μｍのショットサイズを示す。 （ａ）及び（ｂ）は、フォトマスク面内のパターン寸法の変動バラツキの一例を示すもので、（ａ）は、フォトマスク面内を３６分割したときのパターン寸法の変動バラツキを模式的に示す。（ｂ）は、フォトマスクの面内を３６分割したときのパターン寸法の変動バラツキのデータを示す。 本発明の請求項１に係るフォトマスク面内の各位置に応じたオフセット補正の一例を示す。 （ａ）及び（ｂ）は、図２（ａ）及び（ｂ）の面内のパターン寸法の変動バラツキを示すフォトマスクに、図３に示す面内の各位置に応じたオフセット補正をかけてショットサイズを変更してパターン描画して得られたフォトマスク２００の面内のパターン寸法の変動バラツキを示すもので、（ａ）は、フォトマスク面内を３６分割したときのパターン寸法の変動バラツキを模式的に示す。（ｂ）は、フォトマスクの面内を３６分割したときのパターン寸法の変動バラツキのデータを示す。 描画を開始してから終了するまでの真空中のＰＥＤ（Post Exposure Delay）によるパターン寸法変動例に対して、描画開始からの経過時間にしたがって、電子ビーム描画装置のショットサイズに付加するオフセット値を漸次減少しながらオフセット補正した一例を示す。

符号の説明

１００、２００…フォトマスクのパターン寸法の変動バラツキ
１１０…フォトマスク面内の各位置に応じたオフセット補正の一例

Claims (1)

1. 電子線によるフォトマスクのパターン描画において、電子ビーム描画装置のショットサイズに対し、フォトマスク面内の各位置に応じたオフセット補正をかけてショットサイズを変更しながら、パターン描画することを特徴とするフォトマスクのパターン描画方法。

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