JP5437124B2

JP5437124B2 - 荷電粒子ビーム描画方法および荷電粒子ビーム描画装置

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Publication number: JP5437124B2
Application number: JP2010062505A
Authority: JP
Inventors: 知生本杉; 博人安瀬; 剛彦勝又
Original assignee: Nuflare Technology Inc
Current assignee: Nuflare Technology Inc
Priority date: 2010-03-18
Filing date: 2010-03-18
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2030-03-18
Also published as: JP2011198922A

Description

本発明は、荷電粒子ビーム描画方法および荷電粒子ビーム描画装置に関する。

近年、大規模集積回路（ＬＳＩ）の高集積化および大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路線幅は益々狭くなっている。半導体素子は、回路パターンが形成された原画パターン（マスクまたはレチクルを指す。以下では、マスクと総称する。）を用い、いわゆるステッパと呼ばれる縮小投影露光装置でウェハ上にパターンを露光転写して回路形成することにより製造される。こうした微細な回路パターンをウェハに転写するためのマスクの製造には、電子ビーム描画装置が用いられる。

電子ビーム描画装置は、利用する電子ビームが荷電粒子ビームであるため本質的に優れた解像度を有し、また、焦点深度を大きく確保することができるので、高い段差上でも寸法変動を抑制できるという利点を有する。特許文献１には、電子ビーム描画装置を用いた半導体集積回路装置の製造方法が開示されている。

電子ビームによる描画では、描画パターンの寸法が設計データの寸法と同一になるようにビーム照射量を変動させる補正処理が必要である。この処理は、近接効果、かぶり効果、ローディング効果といった、パターンの寸法変動を引き起こす要因に対して行われる。

特許文献２には、上記要因による寸法変動を補正して照射量を求める手法が開示されている。近接効果補正を例にとると、近接効果補正係数ηと、基準照射量Ｄ_ｂａｓｅと、パターンの寸法ＣＤ（ＣｒｉｔｉｃａｌＤｉｍｅｎｓｉｏｎ）との関係を求めるために、パターン面積密度Ｕの異なる複数のラインパターンを配置して、近接効果補正係数η、基準照射量Ｄ_ｂａｓｅおよび近接効果の影響範囲σ_Ｂの各値を変えてパターンを描画する。次に、描画後のパターンの寸法ＣＤを測定し、各パターンの寸法ＣＤの差が最も小さくなるときの近接効果補正係数ηを求める。次いで、近接効果条件を満たす最適な近接効果補正係数ηと基準照射量Ｄ_ｂａｓｅの組合せを求め、各組合せにおいて、各パターンの寸法ＣＤの差が最も小さくなる影響範囲を最適な影響範囲σ_Ｂとする。以上の結果を基に線形補間を行い、最適な近接効果補正係数ηと基準照射量Ｄ_ｂａｓｅと寸法ＣＤとが、それぞれ連続的な相関となるようにする。

ところで、電子ビームを用いたリソグラフィ技術においては、スピンコータやスリットコータ等で基板表面に薄膜状に成膜され、電子ビームとの反応を利用して不要な部分を除去されてパターニングされる、レジスト膜が重要な役割を果たしている。パターニングされたレジスト膜は、下地のクロム膜などに対してエッチングを行う際のマスクとなる。

上記したような従来の補正処理では、パターニング後のクロム膜の寸法ＣＤを測定し、この値を用いて補正係数を求める。この場合、レジスト膜の膜厚が薄くなれば、エッチング後におけるレジスト膜の残膜率は低くなるが、クロム膜のＣＤ分布の傾向は変わらないとしている。しかしながら、非特許文献１に記載されているように、レジスト膜の残膜率がある値よりも低くなると、クロム膜のＣＤ分布の傾向がそれまでとは変わることが判明している。このため、上記値を境として、残膜率が高いときのＣＤ分布から類推したビーム照射量では、残膜率が低いときに所望の寸法ＣＤを有するパターンを形成できなくなる。一方、近年、半導体素子の寸法の微細化に伴い、世代毎にレジスト膜の薄膜化が進んでおり、その膜厚は１００ｎｍ以下となっている。それ故、膜厚にかかわらずクロム膜のＣＤ分布の傾向が一様であることを前提とする従来の補正処理では実情にそぐわない場合があり、改善が急務となっている。

特開平１１−３１２６３４号公報特開２００７−１５０２４３号公報

ＳａｔｏｒｕＮｅｍｏｔｏら他７名、「２２ｎｍマスク形成におけるマスク材料とレジスト膜厚に依存したバイナリマスクのエッチング特性（ＥｔｃｈＣｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆＢｉｎａｒｙＭａｓｋＤｅｐｅｎｄｅｎｃｅｏｎＭａｓｋＭａｔｅｒｉａｌａｎｄＲｅｓｉｓｔＴｈｉｃｋｎｅｓｓｆｏｒ２２ｎｍＭａｓｋＦａｂｒｉｃａｔｉｏｎ）」、Ｐｒｏｃ．ｏｆＳＰＩＥ第７３７９巻、ｐｐ．７３７９０７−１〜７３７９０７−１１

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、レジスト膜の膜厚に応じた照射量の補正処理を行い、所望のパターンを描画することのできる荷電粒子ビーム描画方法および荷電粒子ビーム描画装置を提供することにある。

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。

本発明の第１の態様は、基板上に第１の膜および第２の膜をこの順に形成し、第２の膜に荷電粒子ビームを照射した後、第２の膜を現像して得られる膜をマスクとする第１の膜のエッチングにより第１の膜を所定パターンに加工する工程と、
エッチング後の第２の膜の膜厚と第１の膜のＣＤ分布の相関性と、エッチング後の第２の膜の膜厚特性とを求める工程と、
荷電粒子ビームを照射する前の第２の膜の膜厚と膜厚特性とから、エッチング後の第２の膜の膜厚を求める工程と、
エッチング後の第２の膜の膜厚と上記相関性とから第１の膜のＣＤ分布を予測し、基板上の所定位置における第１の膜の寸法補正量を求めて第１の寸法補正マップを作成する工程と、
この寸法補正マップを用いて、基板上の所定位置における荷電粒子ビームの照射量を求める工程とを有することを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法に関する。

本発明の第１の態様は、複数のエッチング条件について上記相関性を求める工程と、
これらのエッチング条件から１つを選択し、このエッチング条件と荷電粒子ビームを照射する前の第２の膜の膜厚から、エッチング後の第２の膜の膜厚を求める工程とを有することが好ましい。

本発明の第１の態様において、複数のエッチング条件は、エッチング時のガス流量、プラズマパワー、圧力および時間よりなる群から選ばれる少なくとも１つが異なるものであることが好ましい。

本発明の第１の態様は、第２の膜の所定位置に荷電粒子ビームを照射した後、第２の膜を現像して得られる膜をマスクとする第１の膜のエッチングにより第１の膜を所定パターンに加工して、このパターンの基板上の所定位置における測定寸法と設計寸法の差から寸法補正量を求めて第２の寸法補正マップを作成する工程と、
第１の寸法補正マップと第２のの寸法補正マップとから、これらの寸法補正量を足し合わせた第３の寸法補正マップを作成する工程と、
第３の寸法補正マップを用いて、基板上の所定位置における荷電粒子ビームの照射量を求める工程とを有することが好ましい。

本発明の第２の態様は、本発明の第１の態様の荷電粒子ビーム描画方法の実施に使用される荷電粒子ビーム描画装置であって、
荷電粒子ビームを照射する前の第２の膜厚と第２の寸法補正マップとが入力される入力部と、
上記相関性と膜厚特性を保持しており、これらと入力部に入力された荷電粒子ビームを照射する前の第２の膜厚とから第１の寸法補正マップを作成し、さらにこの第１の寸法補正マップと第２の寸法補正マップとから第３の寸法補正マップを作成する寸法補正マップ作成部とを有することを特徴とするものである。

本発明によれば、レジスト膜の膜厚に応じた照射量の補正処理を行い、所望のパターンを描画することのできる荷電粒子ビーム描画方法および荷電粒子ビーム描画装置が提供される。

本実施の形態における電子ビーム描画装置の構成図である。電子ビームによる描画方法の説明図である。（ａ）はレジスト膜がエッチングされる前のマスクの断面図、（ｂ）はレジスト膜がエッチングされた後のマスクの断面図、（ｃ）はマスク面内でのＣＤ分布を示す図である。（ａ）はレジスト膜がエッチングされる前のマスクの断面図、（ｂ）はレジスト膜がエッチングされた後のマスクの断面図、（ｃ）はマスク面内でのＣＤ分布を示す図である。（ａ）はレジスト膜がエッチングされる前のマスクの断面図、（ｂ）はレジスト膜がエッチングされた後のマスクの断面図、（ｃ）はマスク面内でのＣＤ分布を示す図である。本発明におけるデータの流れを示す一例である。本発明におけるデータの流れを示す他の例である。本発明におけるデータの流れを示す他の例である。

図１は、本実施の形態における電子ビーム描画装置の構成図である。

図１に示すように、電子ビーム描画装置の試料室１内には、試料であるマスク２が設置されるステージ３が設けられている。マスク２は、例えば、石英等のマスク基板上に、遮光膜としてのクロム（Ｃｒ）膜が形成され、さらにこの上にレジスト膜が形成されたものである。クロム膜は本発明における第１の膜に対応し、レジスト膜は本発明における第２の膜に対応する。尚、クロム膜に代えてモリブデンシリコン（ＭｏＳｉ）膜などとしてもよい。また、レジスト膜は、化学増幅型レジストを用いて形成された膜とすることができる。

本実施の形態では、レジスト膜に対して電子ビームで描画を行う。ステージ３は、ステージ駆動回路４によりＸ方向（紙面における左右方向）とＹ方向（紙面における垂直方向）に駆動される。ステージ３の移動位置は、レーザ測長計等を用いた位置回路５により測定される。

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、成形偏向器１４、ビーム走査用の主偏向器１５、ビーム走査用の副偏向器１６、および、２個のビーム成形用のアパーチャ１７、１８等から構成されている。

図２は、電子ビームによる描画方法の説明図である。この図に示すように、マスク２上に描画されるパターン５１は、短冊状のフレーム領域５２に分割されている。電子ビーム５４による描画は、ステージ３が一方向（例えば、Ｘ方向）に連続移動しながら、フレーム領域５２毎に行われる。フレーム領域５２は、さらに副偏向領域５３に分割されており、電子ビーム５４は、副偏向領域５３内の必要な部分のみを描画する。尚、フレーム領域５２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、副偏向領域５３は、副偏向器１６の偏向幅で決まる単位描画領域である。

副偏向領域の基準位置の位置決めは、主偏向器１５で行われ、副偏向領域５３内での描画は、副偏向器１６によって制御される。すなわち、主偏向器１５によって、電子ビーム５４が所定の副偏向領域５３に位置決めされ、副偏向器１６によって、副偏向領域５３内での描画位置が決められる。さらに、成形偏向器１４とビーム成形用のアパーチャ１７、１８によって、電子ビーム５４の形状と寸法が決められる。そして、ステージ３を一方向に連続移動させながら、副偏向領域５３内を描画し、１つの副偏向領域５３の描画が終了したら、次の副偏向領域５３を描画する。フレーム領域５２内の全ての副偏向領域５３の描画が終了したら、ステージ３を連続移動させる方向と直交する方向（例えば、Ｙ方向）にステップ移動させる。その後、同様の処理を繰り返して、フレーム領域５２を順次描画して行く。

副偏向領域は、副偏向器１６によって、主偏向領域よりも高速に電子ビーム５４が走査されて描画される領域であり、一般に最小描画単位となる。副偏向領域内を描画する際には、パターン図形に応じて準備された寸法と形状のショットが成形偏向器１４により形成される。具体的には、電子銃６から出射された電子ビーム５４が、第１のアパーチャ１７で矩形状に成形された後、成形偏向器１４で第２のアパーチャ１８に投影されて、そのビーム形状と寸法を変化させる。その後、電子ビーム５４は、上述の通り、副偏向器１６と主偏向器１５により偏向されて、ステージ３上に載置されたマスク２に照射される。

設計者（ユーザ）が作成したＣＡＤデータは、ＯＡＳＩＳなどの階層化されたフォーマットの設計中間データに変換される。設計中間データには、レイヤ（層）毎に作成されて各マスクに形成される設計パターンデータが格納される。ここで、一般に、電子ビーム描画装置は、ＯＡＳＩＳデータを直接読み込めるようには構成されていない。すなわち、電子ビーム描画装置の製造メーカー毎に、独自のフォーマットデータが用いられている。このため、ＯＡＳＩＳデータは、レイヤ毎に各電子ビーム描画装置に固有のフォーマットデータに変換されてから装置に入力される。

図１で、符号２０は入力部であり、記憶媒体である磁気ディスクを通じて電子ビーム描画装置にフォーマットデータが入力される部分である。設計パターンに含まれる図形は、長方形や三角形を基本図形としたものであるので、入力部２０には、例えば、図形の基準位置における座標（ｘ，ｙ）、辺の長さ、長方形や三角形等の図形種を区別する識別子となる図形コードといった情報であって、各パターン図形の形、大きさ、位置等を定義した図形データが格納される。

さらに、数十μｍ程度の範囲に存在する図形の集合を一般にクラスタまたはセルと称するが、これを用いてデータを階層化することが行われている。クラスタまたはセルには、各種図形を単独で配置したり、ある間隔で繰り返し配置したりする場合の配置座標や繰り返し記述も定義される。クラスタまたはセルデータは、さらにフレームまたはストライプと称される、幅が数百μｍであって、長さがフォトマスクのＸ方向またはＹ方向の全長に対応する１００ｍｍ程度の短冊状領域に配置される。

図形パターンの分割処理は、電子ビームのサイズにより規定される最大ショットサイズ単位で行われ、併せて、分割された各ショットの座標位置、サイズおよび照射時間が設定される。そして、描画する図形パターンの形状や大きさに応じてショットが成形されるように、描画データが作成される。描画データは、短冊状のフレーム（主偏向領域）単位で区切られ、さらにその中は副偏向領域に分割されている。つまり、チップ全体の描画データは、主偏向領域のサイズにしたがった複数の帯状のフレームデータと、フレーム内で主偏向領域よりも小さい複数の副偏向領域単位とからなるデータ階層構造になっている。

ところで、電子ビーム描画装置では、描画後のパターン寸法が設計データの寸法と同一になるようにビーム照射量を変動させる補正処理が必要である。この処理は、近接効果、かぶり効果、ローディング効果といったパターンの寸法変動を引き起こす要因に対して行われる。

近接効果は、レジスト膜に照射された電子がガラス基板の内部で反射してレジスト膜を再照射する現象である。また、かぶり効果は、レジスト膜に照射された電子がその表面で反射し、さらに電子ビーム描画装置の光学部品に反射した後、レジスト膜を広範囲に渡って再照射してしまう現象である。この現象は、レジスト膜に電子が照射されて発生した二次電子によっても引き起こされる。さらに、ローディング効果は、レジストパターンをマスクとして下層の遮光膜等をエッチングする際に、面内でのレジスト膜や遮光膜の面積の違いが原因となって起こる寸法変動である。近接効果の影響半径σが十数μｍ程度であるのに対して、かぶり効果の影響半径σ_Ｆは十ｍｍ程度、さらに、ローディング効果の影響半径σ_Ｌは十ｍｍ〜数十ｍｍにも及ぶ。

上記要因によって生じる寸法変動を補正するため、マスク上の描画領域全体を所定の小区画に分割する。そして、レジスト膜に電子ビームを照射した後、このレジスト膜を現像して得られるレジストパターンをマスクとしたクロム膜のエッチングによって、クロム膜を所定のパターンに加工する。次に、マスク上の所定位置におけるパターンの測定寸法と設計寸法の差から寸法補正量を求めて、この寸法補正量を表した寸法補正マップを作成する。尚、後述する第１の寸法補正マップに対応させて、以下では、この寸法補正マップを第２の寸法補正マップと称する。第２の寸法補正マップは、マスク上の各位置における電子ビームの照射量を計算するのに用いられる。

例えば、描画領域全面を所定のグリッド寸法でメッシュ状に分割する。そして、基板上の各所定位置におけるパターンの測定寸法と設計寸法の差から寸法補正量を求めて第２の寸法補正マップを作成する。ここで、従来の照射量補正は、マスク毎に求められた補正係数と、第２の寸法補正マップとを用いて行われてきた。

ところで、近接効果の影響分布はガウス分布で近似され、その大きさや影響半径は、レジスト膜の膜厚によって異なる。それ故、近接効果補正照射量もレジスト膜の膜厚によって異なる。すなわち、膜厚に応じた最適な補正係数を用いて電子ビームの照射量を決定する必要がある。こうしたことは、かぶり効果やローディング効果についても言える。

また、レジスト膜の膜厚は、同一の試料であっても面内で分布を有している。このため、試料表面をメッシュ状の小領域に区切ると、レジスト膜の膜厚はメッシュ間で異なる場合がある。そこで、メッシュ領域毎に対応する補正係数を適用したり、レジスト膜の面内での膜厚の平均値を求めてこの値に対応する補正係数を適用したりすることが行われている。ここで、従来は、レジスト膜の膜厚が変化してもその分布の傾向は同様であるとしていた。

図３〜図５は、レジストの膜厚とＣＤ分布との関係を示したものである。これらの図において、（ａ）は、マスク基板１０１の上に、クロム膜１０２とレジスト膜１０３が順に形成されたマスクの断面図である。レジスト膜１０３は電子ビームによる描画前の状態であり、各膜厚は図３で２００ｎｍ、図４で１５０ｎｍ、図５で１００ｎｍである。（ｂ）は、クロム膜１０２がエッチングされた後のマスクの断面図であり、エッチング後のレジスト膜１０３の膜厚分布を模式化したものである。エッチング条件は、図３〜図５でいずれも同じとする。（ｃ）は、マスク面内でのクロム膜１０２のＣＤ分布を示したものである。尚、（ａ）および（ｂ）は、いずれもＸ方向に沿う断面図であり、（ｃ）は、同じＸ方向に沿ってＣＤ測定を行った図である。

図３〜図５から分かるように、クロム膜１０２をエッチングすると、レジスト膜１０３に膜減りが起こる。そして、膜減り後のレジスト膜１０３のマスク面内における膜厚は一定ではなく、ばらつきを持っている。例えば、図３（ｂ）では、マスクの中央付近で薄く、周辺部に行くほど厚くなる傾向がある。そして、この場合のクロム膜１０２のＣＤ分布を測定すると、図３（ｃ）に示すように、マスクの中央付近でＣＤが小さくなり、周辺部に行くほどＣＤが大きくなっている。

図４は、図３よりレジスト膜１０３の初期膜厚を薄くした例である。図４（ｂ）および（ｃ）に現れている傾向は、図３（ｂ）および（ｃ）と同様である。したがって、例えば、図３の例を基にビーム照射量の補正処理を行い、得られた補正係数に膜厚差を考慮したものを図４の例に適用すれば、図３の例と同様に図４の例についても描画後のパターン寸法が設計データの寸法と同一になるようにすることが可能である。

しかしながら、図５の例についても同様の処理を行おうとすると、以下に述べるような問題を生じる。

図５は、図４よりレジスト膜１０３の初期膜厚をさらに薄くした例である。図５（ｂ）から分かるように、エッチング後にレジスト膜１０３の膜厚が薄くなる様子は、図３（ｂ）や図４（ｂ）と同様である。一方、図５の例でクロム膜１０２のＣＤ分布を測定した結果は、図３や図４の例とは異なる様相を呈する。すなわち、図３（ｃ）および図４（ｃ）に示すように、これらの例では、マスクの中央付近でＣＤが小さくなり、周辺部に行くほどＣＤが大きくなっている。しかし、図５の例では、（ｃ）に示すように、マスクの中央付近でＣＤが大きくなり、周辺部に行くとＣＤは一旦減少した後に再び増加するようになる。つまり、図５の例におけるＣＤ分布は、図３や図４の例におけるＣＤ分布とは明らかに異なっている。したがって、図３の例を基に算出した補正係数を図５の例に適用したところで、描画後のパターン寸法が設計データの寸法と同一になるようにすることはできない。すなわち、図５の例に基づいた新たな補正処理が必要になる。

そこで、本発明は、レジスト膜の膜厚特性とクロム膜のＣＤ分布の相関性が、閾値となるあるレジスト膜厚のところで変化する現象に着目し、レジスト膜の初期膜厚（すなわち、電子ビームによる描画前の膜厚。以下同じ）と上記膜厚特性とから、マスク上の各位置におけるクロム膜のＣＤ補正量を算出して、電子ビームの照射量を補正することを特徴とする。ここで、「レジスト膜の膜厚特性」とは、エッチング後のレジスト膜の膜厚および膜厚分布を言う。これは、閾値となる膜厚がエッチング後のレジスト膜厚となるからである。

本実施の形態では、エッチング後のレジスト膜の膜厚とクロム膜のＣＤ分布との相関テーブルを作成する。また、このとき、エッチング後のレジスト膜の膜厚特性も測定しておく。次に、レジスト膜の初期膜厚を測定し、この値と、エッチング後のレジスト膜の膜厚特性とから、エッチング後のレジスト膜の膜厚を計算する。次いで、この膜厚と、先に求めた相関テーブルとから、クロム膜のＣＤ分布を予測する。そして、マスク上の各位置におけるクロム膜の寸法補正量を求めて、新たな寸法補正マップ（以下、第１の寸法補正マップと称する。）を作成する。

エッチング後のレジスト膜の膜厚は、エッチング時のガス流量、プラズマパワー、圧力および時間などによって変動するので、複数のエッチング条件毎に相関テーブルを用意しておくことが好ましい。これにより、エッチング条件とレジストの初期膜厚が分かれば、これらからエッチング後のレジスト膜の膜厚を予測し、相関テーブルを用いてクロム膜のＣＤ分布を予測できる。

第１の寸法補正マップから求められるクロム膜の寸法補正量を、上記した第２の寸法補正マップから求められる寸法補正量に加算して、第３の寸法補正マップを作成する。この第３の寸法補正マップを用いて、マスク上の各位置における電子ビームの照射量を算出する。このようにすることで、レジスト膜の膜厚にかかわらず、描画後のパターン寸法が設計データの寸法と同一になるようにすることができる。尚、照射量の算出に用いる補正係数は、近接効果補正係数、かぶり補正係数およびローディング効果補正係数の少なくとも１つとすることができる。

描画領域の各位置における電子ビームの照射量は、例えば、上記した特許文献２（特開２００７−１５０２４３号公報）に記載の方法が参照できる。この方法では、まず、描画領域が第１の寸法でメッシュ状に分割された各第１のメッシュ領域におけるかぶり効果補正照射量を計算する。また、描画領域が第２の寸法でメッシュ状に分割された各第２のメッシュ領域におけるローディング効果補正寸法値も計算する。そして、この補正寸法値に基づいて、各第２のメッシュ領域における電子ビームの基準照射量マップと近接効果補正係数マップを作成する。次いで、これらのマップを用いて、描画領域が第１と第２の寸法よりも小さい第３の寸法でメッシュ状に分割された各第３のメッシュ領域における近接効果補正照射量を計算する。そして、かぶり効果補正照射量と近接効果補正照射量とに基づいて、描画領域の各位置における電子ビーム照射量を計算する。

上記の処理は、図１の描画データ補正部３１で行われる。描画データ補正部３１は、寸法補正マップ作成部３１ａと、この寸法補正マップに対応した補正照射量を求める補正照射量算出部３１ｂと、補正照射量からマスクの所定位置における電子ビームの照射量を求める照射量算出部３１ｃとを有する。ここで、補正照射量は、近接効果補正照射量、かぶり補正照射量およびローディング効果補正照射量の少なくとも１つとすることができる。

寸法補正マップ作成部３１ａは、レジスト膜の膜厚特性とクロム膜のＣＤ分布の相関テーブルとを保持しており、これらと、入力部２０から入力されたレジスト膜の初期膜厚とから、クロム膜のＣＤ分布を予測する。そして、マスク上の各位置におけるクロム膜の寸法補正量を求めて、新たな寸法補正マップ（以下、第１の寸法補正マップと称する。）を作成する。次いで、この第１の寸法補正マップと、入力部２０から入力された第２の寸法補正マップとから、第３の寸法補正マップを作成する。図６は、本実施の形態におけるデータの流れを示したものである。尚、図６において、図１と同じ符号を付したものは、同じものであることを示している。

図７は、本実施の形態におけるデータの流れの別の例である。この例においては、電子ビーム描画装置の外部において、エッチング後のレジスト膜の膜厚とクロム膜のＣＤ分布との相関テーブルを作成する。また、このとき、エッチング後のレジスト膜の膜厚特性も測定しておく。次に、レジスト膜の初期膜厚を測定し、この値と、エッチング後のレジスト膜の膜厚特性とから、エッチング後のレジスト膜の膜厚を計算する。次いで、この膜厚と、先に求めた相関テーブルとから、クロム膜のＣＤ分布を予測する。そして、マスク上の各位置におけるクロム膜の寸法補正量を求めて、第１の寸法補正マップを作成する。そして、第１の寸法補正マップと第２の寸法補正マップが、入力部２０に入力される。

入力部２０に入力された情報は、描画データ補正部３１の寸法補正マップ作成部３１ａに送られる。寸法補正マップ作成部３１ａは、レジスト膜の膜厚特性とクロム膜のＣＤ分布の相関テーブルを用いて作成された第１の寸法補正マップと、第２の寸法補正マップとから、第３の寸法補正マップを作成する。

入力部２０には、既に説明したように、電子ビーム描画装置に固有のフォーマットデータに変換された描画データも入力される。制御計算機１９によって入力部２０から読み出された描画データは、フレーム領域５２毎にパターンメモリ２１に一時的に格納される。パターンメモリ２１に格納されたフレーム領域５２毎のパターンデータ、すなわち、描画位置や描画図形データ等で構成されるフレーム情報は、図６の例では、レジスト膜の初期膜厚や第２の寸法補正マップとともに、図７の例では、第１の寸法補正マップおよび第２の寸法補正マップとともに、描画データ補正部３１に送られる。

描画データ補正部３１で補正されたフレーム情報は、データ解析部であるパターンデータデコーダ２２と描画データデコーダ２３に送られる。

パターンデータデコーダ２２からの情報は、ブランキング回路２４とビーム成形器ドライバ２５に送られる。具体的には、パターンデータデコーダ２２で上記データに基づいたブランキングデータが作成され、ブランキング回路２４に送られる。また、所望とするビーム寸法データも作成されて、ビーム成形器ドライバ２５に送られる。そして、ビーム成形器ドライバ２５から、光学系１０の成形偏向器１４に所定の偏向信号が印加されて、電子ビーム５４の寸法が制御される。

図１の偏向制御部３０は、セトリング時間決定部２９に接続し、セトリング時間決定部２９は、副偏向領域偏向量算出部２８に接続し、副偏向領域偏向量算出部２８は、パターンデータデコーダ２２に接続している。また、偏向制御部３０は、ブランキング回路２４と、ビーム成形器ドライバ２５と、主偏向器ドライバ２６と、副偏向器ドライバ２７とに接続している。

描画データデコーダ２３の出力は、主偏向器ドライバ２６と副偏向器ドライバ２７に送られる。そして、主偏向器ドライバ２６から主偏向器１５に所定の偏向信号が印加されて、電子ビーム５４が所定の主偏向位置に偏向走査される。また、副偏向器ドライバ２７から副偏向器１６に所定の副偏向信号が印加されて、副偏向領域５３内での描画が行われる。

次に、電子ビーム描画装置による描画方法について説明する。

まず、試料室１内のステージ３上にマスク２を載置する。次いで、ステージ３の位置検出を位置回路５により行い、制御計算機１９からの信号に基づいて、ステージ駆動回路４によりステージ３を描画可能な位置まで移動させる。

次に、電子銃６より電子ビーム５４を出射する。出射された電子ビーム５４は、照明レンズ７により集光される。そして、ブランキング用偏向器１３により、電子ビーム５４をマスク２に照射するか否かの操作を行う。

第１のアパーチャ１７に入射した電子ビーム５４は、第１のアパーチャ１７の開口部を通過した後、ビーム成形器ドライバ２５により制御された成形偏向器１４によって偏向される。そして、第２のアパーチャ１８に設けられた開口部を通過することにより、所望の形状と寸法を有するビーム形状になる。このビーム形状は、マスク２に照射される電子ビーム５４の描画単位である。

電子ビーム５４は、ビーム形状に成形された後、縮小レンズ１１によって縮小される。そして、マスク２上における電子ビーム５４の照射位置は、主偏向器ドライバ２６によって制御された主偏向器１５と、副偏向器ドライバ２７によって制御された副偏向器１６とにより制御される。主偏向器１５は、マスク２上の副偏向領域５３に電子ビーム５４を位置決めする。また、副偏向器１６は、副偏向領域５３内で描画位置を位置決めする。

マスク２への電子ビーム５４による描画は、ステージ３を一方向に移動させながら、電子ビーム５４を走査することにより行われる。具体的には、ステージ３を一方向に移動させながら、各副偏向領域５３内におけるパターンの描画を行う。そして、１つのフレーム領域５２内にある全ての副偏向領域５３の描画を終えた後は、ステージ３を新たなフレーム領域５２に移動して同様に描画する。

上記のようにして、マスク２の全てのフレーム領域５２の描画を終えた後は、新たなマスクに交換し、上記と同様の方法による描画を繰り返す。

次に、制御計算機１９による描画制御について説明する。

制御計算機１９は、入力部２０で磁気ディスクに記録されたマスクの描画データを読み出す。読み出された描画データは、フレーム領域５２毎にパターンメモリ２１に一時的に格納される。

パターンメモリ２１に格納されたフレーム領域５２毎の描画データ、つまり、描画位置や描画図形データ等で構成されるフレーム情報は、描画データ補正部３１でレジスト膜の膜厚に応じて補正された後、データ解析部であるパターンデータデコーダ２２と描画データデコーダ２３を介して、副偏向領域偏向量算出部２８、ブランキング回路２４、ビーム成形器ドライバ２５、主偏向器ドライバ２６、副偏向器ドライバ２７に送られる。

パターンデータデコーダ２２では、描画データに基づいてブランキングデータが作成されてブランキング回路２４に送られる。また、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て副偏向領域偏向量算出部２８とビーム成形器ドライバ２５に送られる。

副偏向領域偏向量算出部２８は、パターンデータデコーダ２２により作成したビーム形状データから、副偏向領域５３における、１ショットごとの電子ビームの偏向量（移動距離）を算出する。算出された情報は、セトリング時間決定部２９に送られ、副偏向による移動距離に対応したセトリング時間が決定される。

セトリング時間決定部２９で決定されたセトリング時間は、偏向制御部３０へ送られた後、パターンの描画のタイミングを計りながら、偏向制御部３０より、ブランキング回路２４、ビーム成形器ドライバ２５、主偏向器ドライバ２６、副偏向器ドライバ２７のいずれかに適宜送られる。

ビーム成形器ドライバ２５では、光学系１０の成形偏向器１４に所定の偏向信号が印加されて、電子ビーム５４の形状と寸法が制御される。

描画データデコーダ２３では、描画データに基づいて副偏向領域５３の位置決めデータが作成され、このデータは主偏向器ドライバ２６に送られる。次いで、主偏向器ドライバ２６から主偏向器１５へ所定の偏向信号が印加されて、電子ビーム５４は、副偏向領域５３の所定位置に偏向走査される。

描画データデコーダ２３では、描画データに基づいて、副偏向器１６の走査のための制御信号が生成される。制御信号は、副偏向器ドライバ２７に送られた後、副偏向器ドライバ２７から副偏向器１６に所定の副偏向信号が印加される。副偏向領域５３内での描画は、設定されたセトリング時間が経過した後、電子ビーム５４を繰り返し照射することによって行われる。

以上述べたように、本実施の形態では、エッチング後のレジスト膜の膜厚とクロム膜のＣＤ分布との相関テーブルを作成するとともに、エッチング後のレジスト膜の膜厚特性を測定する。そして、レジスト膜の初期膜厚と、エッチング後のレジスト膜の膜厚特性とから、エッチング後のレジスト膜の膜厚を計算する。次いで、この膜厚と、先に求めた相関テーブルとから、クロム膜のＣＤ分布を予測する。そして、マスク上の各位置におけるクロム膜の寸法補正量を求めて、第１の寸法補正マップを作成する。その後、第１の寸法補正マップから求められるクロム膜の寸法補正量を第２の寸法補正マップから求められる寸法補正量に加算して、第３の寸法補正マップを作成する。この第３の寸法補正マップを用いて、マスク上の各位置における電子ビームの照射量を算出し、この照射量に基づいて電子ビームを照射することで、レジスト膜の膜厚にかかわらず、描画後のパターン寸法が設計データの寸法と同一になるようにすることができる。

尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々変形して実施することができる。

例えば、上記実施の形態では、第１の寸法補正マップと第２の寸法補正マップを電子ビーム描画装置に入力し、装置内で第３の寸法補正マップを作成しているが、本発明はこれに限られるものではない。本発明の別の実施形態では、図８に示すように、電子ビーム描画装置の外部で第３の寸法補正マップを作成して装置に入力するようにしてもよい。この場合、描画データ補正部３１は、寸法補正マップ作成部３１ａを有しなくてよい。

図８では、まず、レジスト膜の初期膜厚と、エッチング後のレジスト膜の膜厚特性データと、クロム膜のＣＤ分布データとから、レジスト膜の膜厚とクロム膜のＣＤ分布の相関テーブルを作成する。次に、レジストの初期膜厚とエッチング後のレジスト膜の膜厚特性から、エッチング後のレジスト膜の膜厚を計算し、この値と相関テーブルを用いてクロム膜のＣＤ分布を予測する。そして、マスク上の各位置におけるクロム膜の寸法補正量を求めて、第１の寸法補正マップを作成し、これと第２の寸法補正マップから第３の寸法補正マップを作成した後、この第３の寸法補正マップを電子ビーム描画装置に入力する。その後は、装置内でマスク上の各位置における照射量を算出し、得られた照射量に基づいて電子ビームを照射する。これにより、上記実施の形態と同様に、レジスト膜の膜厚にかかわらず、描画後のパターン寸法が設計データの寸法と同一になるようにすることができる。

また、第２の寸法補正マップを使用せず、第１の寸法補正マップを第３の寸法補正マップとし、この第３の寸法補正マップを用いてマスク上の各位置における照射量を算出することも可能である。

さらに、上記実施の形態では電子ビームを用いたが、本発明はこれに限られるものではなく、イオンビームなどの他の荷電粒子ビームを用いた場合にも適用可能である。

１試料室
２マスク
３ステージ
４ステージ駆動回路
５位置回路
６電子銃
７、８、９、１１、１２各種レンズ
１０光学系
１３ブランキング用偏向器
１４成形偏向器
１５主偏向器
１６副偏向器
１７第１のアパーチャ
１８第２のアパーチャ
１９制御計算機
２０入力部
２１パターンメモリ
２２パターンデータデコーダ
２３描画データデコーダ
２４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副偏向領域偏向量算出部
２９セトリング時間決定部
３０偏向制御部
３１ａ寸法補正マップ作成部
３１ｂ補正照射量算出部
３１ｃ照射量算出部
３１描画データ補正部
５１描画されるパターン
５２フレーム領域
５３副偏向領域
５４電子ビーム
１０１マスク基板
１０２クロム膜
１０３レジスト膜

Claims

基板上に第１の膜および第２の膜をこの順に形成し、前記第２の膜に荷電粒子ビームを照射した後、前記第２の膜を現像して得られる膜をマスクとする前記第１の膜のエッチングにより前記第１の膜を所定パターンに加工する工程と、
前記エッチング後の第２の膜の膜厚と前記第１の膜のＣＤ分布の相関性と、前記エッチング後の第２の膜の膜厚特性とを求める工程と、
前記荷電粒子ビームを照射する前の第２の膜の膜厚と前記膜厚特性とから、前記エッチング後の第２の膜の膜厚を求める工程と、
前記エッチング後の第２の膜の膜厚と前記相関性とから前記第１の膜のＣＤ分布を予測し、前記基板上の所定位置における前記第１の膜の寸法補正量を求めて第１の寸法補正マップを作成する工程と、
前記第１の寸法補正マップを用いて、前記基板上の所定位置における荷電粒子ビームの照射量を求める工程とを有することを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
複数のエッチング条件について前記相関性を求める工程と、
前記エッチング条件から１つを選択し、このエッチング条件と前記荷電粒子ビームを照射する前の第２の膜の膜厚から、前記エッチング後の第２の膜の膜厚を求める工程とを有することを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム描画方法。
前記複数のエッチング条件は、エッチング時のガス流量、プラズマパワー、圧力および時間よりなる群から選ばれる少なくとも１つが異なるものであることを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子ビーム描画方法。
前記第２の膜の前記所定位置に荷電粒子ビームを照射した後、前記第２の膜を現像して得られる膜をマスクとする前記第１の膜のエッチングにより前記第１の膜を所定パターンに加工して、前記基板上の所定位置における前記所定パターンの測定寸法と設計寸法の差から寸法補正量を求めて第２の寸法補正マップを作成する工程と、
前記第１の寸法補正マップと前記第２の寸法補正マップとから、これらの寸法補正量を足し合わせた第３の寸法補正マップを作成する工程と、
前記第３の寸法補正マップを用いて、前記基板上の所定位置における荷電粒子ビームの照射量を求める工程とを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム描画方法。
請求項４に記載の荷電粒子ビーム描画方法の実施に使用される荷電粒子ビーム描画装置であって、
前記荷電粒子ビームを照射する前の第２の膜厚と前記第２の寸法補正マップとが入力される入力部と、
前記相関性と前記膜厚特性を保持しており、これらと前記入力部に入力された前記荷電粒子ビームを照射する前の第２の膜厚とから前記第１の寸法補正マップを作成し、さらに該第１の寸法補正マップと前記第２の寸法補正マップとから前記第３の寸法補正マップを作成する寸法補正マップ作成部とを有することを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。