JP7124763B2 - 荷電粒子ビーム描画方法及び荷電粒子ビーム描画装置 - Google Patents

荷電粒子ビーム描画方法及び荷電粒子ビーム描画装置 Download PDF

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Description

本発明は、荷電粒子ビーム描画方法及び荷電粒子ビーム描画装置に関する。
ＬＳＩの高集積化に伴い、半導体デバイスの回路線幅はさらに微細化されてきている。これらの半導体デバイスへ回路パターンを形成するための露光用マスク（ステッパやスキャナで用いられるものはレチクルともいう。）を形成する方法として、優れた解像性を有する電子ビーム描画技術が用いられている。
電子ビーム描画装置の一方式として、可変成形方式がある。可変成形方式では、例えば第１成形アパーチャの開口と、第２成形アパーチャの開口とを通過することで成形された電子ビームによって、可動ステージに載置された基板に図形が描画される。
電子ビーム描画装置では、装置に入力される設計データを、電子ビームを基板に描画するための描画データに変換する。描画データは、ストライプと呼ばれる短冊状に分割される。各ストライプは、主偏向器と副偏向器にて位置制御された描画の単位となるショットを用いて描画される。ストライプの幅は、主偏向領域の幅で規定されている。
主偏向器の偏向の歪みに起因して、ストライプの境界部分に描画される図形のつなぎ精度や、描画する図形の位置精度が劣化するおそれがあった。図形のつなぎ精度や位置精度を改善する手法として、ストライプをずらしながらパターンを繰り返し重ねて描画する多重描画が知られている。
図１３は、多重描画の描画処理の一例を示す。図１３に示すように、＋ｘ方向に描画処理が進むフォワード（ＦＷＤ）描画で各ストライプにパターンを描画し、基板の描画領域全面の１回目の描画を行う。以降、描画領域全面の描画を１回行うことを１ストロークの描画と記載する。１ストローク目の描画処理後、各ストライプをｙ方向にずらしてＦＷＤ描画し、２ストローク目の描画処理を行う。
図１３に示すように、描画の進行方向が常に＋ｘ方向であるＦＷＤ－ＦＷＤ方式の場合、１つのストライプの描画後、次のストライプの描画を行うためにステージ位置を戻すことになり、ステージ移動時間が長くなる。そのため、描画時間が長くなる。
図１４に示すように、＋ｘ方向に描画処理が進むＦＷＤ描画と、－ｘ方向に描画処理が進むバックワード（ＢＷＤ）描画とをストライプ単位で交互に行うＦＷＤ－ＢＷＤ方式にすることで、ＦＷＤ－ＦＷＤ方式よりも、ステージ移動時間を短縮することができる。
図１４に示すように、１ストローク目及び２ストローク目をＦＷＤ－ＢＷＤ方式で処理した場合、描画領域には、１ストローク目でＦＷＤ描画され２ストローク目でＢＷＤ描画された領域Ｒ１０１、１ストローク目及び２ストローク目の両方でＢＷＤ描画された領域Ｒ１０２、１ストローク目でＢＷＤ描画され２ストローク目でＦＷＤ描画された領域Ｒ１０３、１ストローク目及び２ストローク目の両方でＦＷＤ描画された領域Ｒ１０４が混在する。これは、描画精度の改善の妨げになる。
図１５（ａ）～（ｄ）に示すように、ストライプをｙ方向にストライプ幅よりも小さくずらしながら、ＦＷＤ－ＢＷＤ方式で多重描画する方法では、ＦＷＤ－ＦＷＤ方式よりも、ステージ移動時間を短縮することができる。また、１ストロークで描画が完了するため、図１４に示す手法のようなストローク間のステージ移動時間が不要となり、スループットが向上する。
電子ビーム描画装置では、定期的にドリフト補正を行い、ビーム位置を調整している。しかし、ランダム成分でエラーが発生し、調整後のビーム位置に誤差が生じることが稀にある。ビーム位置は、次回のドリフト補正で正確な位置に補正される。図１３、１４に示すような複数ストロークでの多重描画では、あるストロークで描画位置に誤差が生じた場合でも、別のストロークでは正しい位置にパターンが描画されるため、誤差の影響を低減できる。
しかし、図１５（ａ）～（ｄ）に示す手法は、１回のストロークのみ描画を実施するため、描画位置に誤差が生じると、図１６に示すように、描画精度に直接影響が現れる。このように、図１５（ａ）～（ｄ）に示す手法は、時間依存のランダム誤差が発生した場合の描画精度の劣化が大きかった。
特開２０１２－４４１３号公報 特開平１０－２６１５５７号公報 特開２００５－３３０７８号公報
本発明は、上記従来の実状に鑑みてなされたものであり、スループットの低下を抑制しつつ、多重描画により描画精度を向上させることができる荷電粒子ビーム描画方法及び荷電粒子ビーム描画装置を提供することを課題とする。
本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画方法は、基板を移動させながら荷電粒子ビームを照射して、前記基板の描画領域を幅Ｗで分割した複数のストライプ毎に順次パターンを描画する荷電粒子ビーム描画方法であって、ストライプ毎に、設定されたストライプずらし量で前記ストライプの幅方向に前記ストライプの基準点をずらすとともに、前記基板の移動方向を切り替えながら、多重度２ｎ（ｎは１以上の整数）で前記複数のストライプを描画する処理を１回のストロークとし、前記ストロークの描画処理をＳ回（Ｓは２以上の整数）行い、前記ストローク毎に、設定されたストロークずらし量で前記ストライプの幅方向に前記ストロークにおける前記ストライプの基準点をずらして描画するものである。
本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画方法において、多重度Ｎ（Ｎは２ｎ＋１以上の整数）でパターンを描画する場合、Ｓ＝Ｎ－（２ｎ－１）である。
本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画方法において、ストライプ幅をＷ、ｎ＝１とした場合、ｋ番目（ｋは１以上の奇数）のストライプの描画後の前記設定されたストライプずらし量は、Ｗよりも小さく、ｋ＋１番目のストライプの描画後の前記設定されたストライプずらし量は、Ｗ以上である。
本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画方法において、ｋ番目のストライプの描画処理後の前記設定されたストライプずらし量は、Ｗ／Ｎである。
本発明の一態様による荷電粒子ビーム描画装置は、基板を所定の方向に連続移動しながら、該基板の描画領域を所定幅で分割した複数のストライプ毎に順次パターンを描画する描画部と、ストライプ毎に、設定されたストライプずらし量で前記ストライプの幅方向に描画開始位置をずらすとともに、前記基板の移動方向を切り替えながら、多重度２ｎ（ｎは１以上の整数）で前記複数のストライプを描画する１回のストロークの描画処理をＳ（Ｓは２以上の整数）回行い、前記ストローク描画毎に設定されたストロークずらし量で前記ストライプの幅方向に前記ストロークにおける前記ストライプの基準点をずらすように、前記描画部を制御する制御部と、を備えるものである。
本発明によれば、スループットの低下を抑制しつつ、多重描画により描画精度を向上させることができる
本発明の実施形態に係る描画装置の概略構成図である。 ビーム成形の例を示す図である。 描画動作の一例を説明する概念図である。 （ａ）～（ｄ）は描画動作の一例を説明する概念図である。 描画動作の一例を説明する概念図である。 描画の多重度を説明する図である。 描画の多重度を説明する図である。 描画の多重度を説明する図である。 各ストライプの位置を示す表である。 描画動作の一例を説明する概念図である。 描画動作の一例を説明する概念図である。 描画動作の一例を説明する概念図である。 描画動作の一例を説明する概念図である。 描画動作の一例を説明する概念図である。 描画動作の一例を説明する概念図である。 エラーが生じた場合の描画結果の例を示す図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の実施形態に係る電子ビーム描画装置の概略図である。図１に示す電子ビーム描画装置は、制御部１００と描画部２００とを備えた可変成形型の描画装置である。
描画部２００は、電子鏡筒２２０と描画室２３０を備えている。電子鏡筒２２０内には、電子銃２０１、照明レンズ２０２、ブランカ２０３、第１成形アパーチャ２０４、投影レンズ２０５、成形偏向器２０６、第２成形アパーチャ２０７、対物レンズ２０８、主偏向器２０９、及び副偏向器２１０が配置されている。
描画室２３０内には、ＸＹステージ２１１が配置されている。ＸＹステージ２１１上には、描画対象の基板２４０が載置される。
電子鏡筒２２０内に設けられた電子銃２０１（放出部）から放出された電子ビームＢは、ブランカ（ブランキング偏向器）２０３内を通過する際にブランカ２０３によって、電子ビームを基板に照射するか否か切り替えられる。
電子ビームＢは、照明レンズ２０２により、矩形の開口３２（図２参照）を有する第１成形アパーチャ２０４全体に照射される。第１成形アパーチャ２０４の開口３２を通過することで、電子ビームＢは矩形に成形される。
第１成形アパーチャ２０４を通過した第１アパーチャ像の電子ビームＢは、投影レンズ２０５により、可変成形開口３４（図２参照）を有した第２成形アパーチャ２０７上に投影される。その際、偏向器２０６によって、第２成形アパーチャ２０７上に投影される第１アパーチャ像が偏向制御され、可変成形開口３４を通過する電子ビームの形状と寸法を変化させる（可変成形を行う）ことができる。
第２成形アパーチャ２０７の可変成形開口３４を通過した第２アパーチャ像の電子ビームＢは、対物レンズ２０８により焦点を合わせ、主偏向器２０９及び副偏向器２１０によって偏向され、連続的に移動するＸＹステージ２１１上に載置された基板２４０に照射される。
図２は、第１成形アパーチャ２０４及び第２成形アパーチャ２０７によるビーム成形を説明するための概略図である。第１成形アパーチャ２０４には、電子ビームＢを成形するための矩形の開口３２が形成されている。
また、第２成形アパーチャ２０７には、第１成形アパーチャ２０４の開口３２を通過した電子ビームＢを所望の形状に成形するための可変成形開口３４が形成されている。第１成形アパーチャ２０４の開口３２と第２成形アパーチャ２０７の可変成形開口３４との両方を通過したビーム形状の図形３６が、連続的に移動するＸＹステージ２１１上に搭載された基板２４０の描画領域に描画される。
図１に示すように、制御部１００は、制御計算機１１０、制御回路１２０及び記憶部１３０を有する。記憶部１３０には、レイアウトデータとなる描画データが外部から入力され、格納されている。
制御計算機１１０は、記憶部１３０から描画データを読み出し、複数段のデータ変換処理を行ってショットデータを生成する。ショットデータには、ショット形状、ショットサイズ、ショット位置等の情報が含まれている。
制御回路１２０は、生成されたショットデータを用いて、ブランカ２０３、偏向器２０６、主偏向器２０９及び副偏向器２１０の偏向量や、ＸＹステージ２１１の移動速度等を制御し、描画処理を行う。制御回路１２０は、ショットデータに含まれるショット位置に基づいて、主偏向器２０９及び副偏向器２１０の偏向量を制御する。
図３に示すように、電子ビーム描画装置では、基板２４０の描画領域１０が短冊状の複数のストライプ領域２０に仮想分割され、ストライプ領域単位で描画が行われる。ストライプ領域２０の幅は、主偏向器２０９で偏向可能な幅よりも若干小さい。ＸＹステージ２１１をｘ方向に連続移動させながら、１つのストライプ領域２０上に電子ビームＢが照射される。主偏向器２０８は、電子ビームＢのショット位置をＸＹステージ２１１の移動に追従させる。１つのストライプ領域２０を描画し終わったら、ＸＹステージ１０５をｙ方向にステップ送りしてｘ方向（例えば今度は逆向き）に次のストライプ領域２０の描画動作を行なう。各ストライプ領域２０の描画動作を蛇行させるように進めることでＸＹステージ２１１の移動時間を短縮することができる。
電子ビーム描画装置は、ストライプ領域２０の境界部分に描画される図形のつなぎ精度や、描画する図形の位置精度を向上させるために、パターンを繰り返し重ねて描画する多重描画を行う。
本実施形態では、＋ｘ方向に描画処理が進むフォワード（ＦＷＤ）描画と、－ｘ方向に描画処理が進むバックワード（ＢＷＤ）描画とをストライプ単位で交互に行うＦＷＤ－ＢＷＤ方式を用いる。また、ｙ方向（ストライプ幅方向）へのストライプのずらし幅は、ストライプ幅よりも小さい第１ずらし幅と、ストライプ幅よりも大きい第２ずらし幅の少なくとも２種類を含む。
また、ｙ方向にストライプをずらしながら基板２４０の描画領域１０の（ほぼ）全面を描画することを１ストロークの描画とした場合、ストローク毎にストライプの位置（描画開始位置）を変えながら、複数ストロークの描画を行う。
多重度を４とする多重描画の例を図４、図５に示す。例えば、図４（ａ）に示すように、１番目のストライプＳＲ１をＦＷＤ描画する。ストライプ幅をＷとする。次に、図４（ｂ）に示すように、ｙ方向にＷ／４（＜Ｗ）ずらして２番目のストライプＳＲ２をＢＷＤ描画する。
次に、図４（ｃ）に示すように、ｙ方向に５Ｗ／４（≧Ｗ）ずらして３番目のストライプＳＲ３をＦＷＤ描画する。ストライプＳＲ３はストライプＳＲ１からは、ｙ方向に３Ｗ／２ずれている。
次に、図４（ｄ）に示すように、ｙ方向にＷ／４（＜Ｗ）ずらして４番目のストライプＳＲ４をＢＷＤ描画する。
図４（ａ）～（ｄ）に示す処理を繰り返して、図５に示すように、１回目のストローク＃１の描画を行う。
次に、ストローク＃１の各ストライプの位置をｙ方向にＷ／２ずらして、２回目のストローク＃２の描画を行う。２回目のストローク＃２の描画に続いて、ストローク＃２の各ストライプの位置をｙ方向にＷ／２ずらして、３回目のストローク＃３の描画を行う。
例えば、図６に示すように、ストローク＃１のストライプＳＲ１の上端側の領域Ｒ１（幅Ｗ／４）は、ストローク＃１のストライプＳＲ１、ＳＲ２、ストローク＃２のストライプＳＲ１、ＳＲ２に含まれる。そのため、ＦＷＤ描画及びＢＷＤ描画が各２回行われ、多重度は４になる。
図７に示すように、ストローク＃１のストライプＳＲ２の上端側の領域Ｒ２（幅Ｗ／４）は、ストローク＃１のストライプＳＲ２、ストローク＃２のストライプＳＲ１、ＳＲ２、ストローク＃３のストライプＳＲ１に含まれる。そのため、ＦＷＤ描画及びＢＷＤ描画が各２回行われ、多重度は４になる。
図８に示すように、ストローク＃１のストライプＳＲ２の上端とストライプＳＲ３の下端との間の領域Ｒ３（幅Ｗ／４）は、ストローク＃２のストライプＳＲ１、ＳＲ２、ストローク＃３のストライプＳＲ１、ＳＲ２に含まれる。そのため、ＦＷＤ描画及びＢＷＤ描画が各２回行われ、多重度は４になる。
各領域は、多重度が同じになると共に、ＦＷＤ描画及びＢＷＤ描画の回数も同じになる。
ＦＷＤ－ＢＷＤ方式で描画を行うため、ＦＷＤ－ＦＷＤ方式よりもステージ移動時間を短縮することができる。また、領域間でのＦＷＤ描画の回数及びＢＷＤ描画の回数を同じにすることができるため、回数が異なる場合よりも、描画精度を向上させることができる。
また、複数ストロークの描画を行うため、ドリフト補正時のランダム成分によるエラーなど、時間依存の誤差の影響を抑えることができる。
このように、本実施形態によれば、スループットの低下を抑制しつつ、多重描画により描画精度を向上させることができる。
上記実施形態では、１ストロークあたりの多重度を２とし、３ストロークの描画を行うことで、多重度４の多重描画を実現する例について説明したが、１ストロークあたりの多重度やストローク数を変えることで、様々な多重度の多重描画を行うことができる。例えば、１ストロークあたりの多重度を２ｎ（ｎは１以上の整数）、ストローク数ＳをＮ－（２ｎ-１）として、多重度Ｎ（Ｎは３以上の整数）の多重描画を行う。
例えば、ｎ＝１、すなわち１ストロークあたりの多重度を２とした場合、多重度Ｎの多重描画を実現するためには、Ｎ－１回のストロークの描画を行う。各ストロークにおける各ストライプの基準点の位置は図９に示すようなものとなる。ここで、ストライプの基準点は、図中左下の頂点とし、位置はｙ座標とする。また、ストローク＃１の１番目のストライプＳＲ１の基準点の位置を０とする。Ｗはストライプの幅である。
図１０は、１ストロークあたりの多重度を２とし、多重度Ｎ＝３の多重描画を行う例を示す。
１回目のストローク＃１では、１番目のストライプＳＲ１の描画後、ｙ方向にＷ／３（＝Ｗ／Ｎ）ずらして２番目のストライプＳＲ２を描画する。続いて、３番目のストライプＳＲ３を、基準点が４Ｗ／３となるようにして描画する。２回目のストローク＃２では、１番目のストライプＳＲ１を、基準点が２Ｗ／３となるようにして描画する。
図１１は、１ストロークあたりの多重度を２とし、多重度Ｎ＝５の多重描画を行う例を示す。
１回目のストローク＃１では、１番目のストライプＳＲ１の描画後、ｙ方向にＷ／５（＝Ｗ／Ｎ）ずらして２番目のストライプＳＲ２を描画する。続いて、３番目のストライプＳＲ３を、基準点が８Ｗ／５となるようにして描画する。２回目のストローク＃２では、１番目のストライプＳＲ１を、基準点が２Ｗ／５となるようにして描画する。３回目のストローク＃３では、１番目のストライプＳＲ１を、基準点が４Ｗ／５となるようにして描画する。４回目のストローク＃４では、１番目のストライプＳＲ１を、基準点が６Ｗ／５となるようにして描画する。
図１２は、１ストロークあたりの多重度を２とし、２回のストロークで多重度２の多重描画を行う例を示す。１回目のストローク＃１では、１番目のストライプＳＲ１の描画後、ｙ方向にＷ／２ずらして２番目のストライプＳＲ２を描画する。続いて、３番目のストライプＳＲ３を、基準点が２Ｗとなるようにして描画する。２回目のストローク＃２では、１番目のストライプＳＲ１を、基準点がＷとなるようにして描画する。
上記実施形態では、荷電粒子ビームの一例として、電子ビームを用いた構成について説明したが、荷電粒子ビームは電子ビームに限るものではなく、イオンビーム等の他の荷電粒子ビームでもよい。
上記実施形態ではシングルビームを用いた描画装置の例について説明したが、マルチビームを使った描画装置にも適用できる。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
１００ 制御部
２００ 描画部
２０１ 電子銃
２０２ 照明レンズ
２０３ ブランカ
２０４ 第１成形アパーチャ
２０５ 投影レンズ
２０６ 成形偏向器
２０７ 第２成形アパーチャ
２０８ 対物レンズ
２０９ 主偏向器
２１０ 副偏向器
２１１ ＸＹステージ
２４０ 基板

Claims (5)

  1. 基板を移動させながら荷電粒子ビームを照射して、前記基板の描画領域を幅Ｗで分割した複数のストライプ毎に順次パターンを描画する荷電粒子ビーム描画方法であって、
    ストライプ毎に、設定されたストライプずらし量で前記ストライプの幅方向に前記ストライプの基準点をずらすとともに、前記基板の移動方向を切り替えながら、多重度２ｎ（ｎは１以上の整数）で前記複数のストライプを描画する処理を１回のストロークとし、前記ストロークの描画処理をＳ回（Ｓは２以上の整数）行い、
    前記ストローク毎に、設定されたストロークずらし量で前記ストライプの幅方向に前記ストロークにおける前記ストライプの基準点をずらして描画することを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
  2. 多重度Ｎ（Ｎは２ｎ＋１以上の整数）でパターンを描画する場合、Ｓ＝Ｎ－（２ｎ－１）であ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。
  3. ストライプ幅をＷ、ｎ＝１とした場合、ｋ番目（ｋは１以上の奇数）のストライプの描画後の前記設定されたストライプずらし量は、Ｗよりも小さく、
    ｋ＋１番目のストライプの描画後の前記設定されたストライプずらし量は、Ｗ以上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。
  4. ｋ番目のストライプの描画処理後の前記設定されたストライプずらし量は、Ｗ／Ｎであることを特徴とする請求項３に記載の荷電粒子ビーム描画方法。
  5. 基板を所定の方向に連続移動しながら、該基板の描画領域を所定幅で分割した複数のストライプ毎に順次パターンを描画する描画部と、
    ストライプ毎に、設定されたストライプずらし量で前記ストライプの幅方向に描画開始位置をずらすとともに、前記基板の移動方向を切り替えながら、多重度２ｎ（ｎは１以上の整数）で前記複数のストライプを描画する１回のストロークの描画処理をＳ（Ｓは２以上の整数）回行い、前記ストローク描画毎に設定されたストロークずらし量で前記ストライプの幅方向に前記ストロークにおける前記ストライプの基準点をずらすように、前記描画部を制御する制御部と、
    を備える荷電粒子ビーム描画装置。
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